WO2023274791A1 - Pipe clamping apparatus for a laser processing installation - Google Patents

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WO2023274791A1
WO2023274791A1 PCT/EP2022/066902 EP2022066902W WO2023274791A1 WO 2023274791 A1 WO2023274791 A1 WO 2023274791A1 EP 2022066902 W EP2022066902 W EP 2022066902W WO 2023274791 A1 WO2023274791 A1 WO 2023274791A1
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groove
clamping device
shaped
laser processing
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PCT/EP2022/066902
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Tobias Meck
Bernd Gaiser
Urs Fluetsch
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TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG
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    • B23B31/16008—Details of the jaws
    • B23B31/16012—Form of the jaws

Definitions

  • the present invention relates to the field of laser processing systems.
  • the invention relates to a clamping device for tubular or rod-shaped workpieces in a laser processing system, in particular a laser cutting system.
  • the tubular or bar-shaped workpieces are clamped in a rotatably mounted clamping device.
  • the clamping device By means of the clamping device, the workpieces to be processed can be rotated about their longitudinal axis during processing by a laser beam and, if necessary, also moved in the longitudinal direction.
  • a workpiece is clamped to the clamping device using at least two clamping jaws, which grip and fix the workpiece from the inside (hollow profile) or from the outside.
  • the clamping jaws are each arranged at the same radial distance around an axis of rotation of the clamping device and can be moved synchronously in the radial direction by means of a drive mechanism, which comprises a spiral, for example.
  • the clamping jaws each have a toothed back that engages in the spiral. By rotating the spiral, the clamping jaws are moved radially either inwards or outwards.
  • FIGS. 2a and 2b show an example of an annular clamping device according to the prior art. The clamping jaws are moved inwards here, so that the toothed rear side of the clamping jaws protrudes on the inside of the clamping device and the spiral is exposed in the radially outer areas of the clamping device. With large diameters (e.g.
  • the clamping jaws move far outwards so that the toothed back of the clamping jaws protrudes over the outer circumference of the clamping device and the spiral spiral is exposed on the inside of the clamping device. Even when changing the clamping jaws on the clamping device, dirt can be transported from the clamping jaws into the drive mechanism.
  • Contamination of the drive mechanism is even worse if the suction of the machining dust when machining a tubular workpiece takes place through the workpiece and the ring-shaped clamping device.
  • the abrasive processing dust e.g. iron oxide or aluminum oxide (corundum) can lead to early failure of the clamping device.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • a tensioning device is to be provided in which the drive mechanism is better protected against contamination.
  • a clamping device for clamping tubular or rod-shaped workpieces in a laser processing system.
  • tubular or bar-shaped workpieces are meant here workpieces that have a much greater length compared to their cross section.
  • Tubular or bar-shaped workpieces can include solid profiles or hollow profiles (eg with a round or polygonal closed or open profile).
  • the clamping device comprises an annular base body mounted around a central axis of rotation, which at least partially accommodates a clamping jaw drive device and which has at least two groove-shaped recesses on its front side facing a processing area of the laser processing system, which extend in the radial direction, preferably from an inner side to to an outside of the annular body.
  • annular is to be understood in connection with the present invention to mean that it also includes polygonal profiles that have an opening in the middle Clamping device is arranged.
  • the clamping device comprises two sealing elements per groove-shaped recess, with a first of the sealing elements being attached to an inner radial end of one of the groove-shaped recesses and a second of the sealing elements being attached to an outer radial end of this groove-shaped recess.
  • the clamping device also includes at least two, preferably bar-shaped, clamping jaw holders, which can be accommodated in the at least two groove-shaped recesses and can be moved radially by means of the clamping jaw drive device.
  • the clamping jaw holders are in each radial position at the inner radial end and at the outer radial len end of the groove-shaped recesses with the corresponding sealing elements in contact. In other words, the range of movement of the clamping jaw holders in the radial direction is limited in such a way that they seal the respective groove-shaped recess both on the inside and on the outside during operation.
  • the jaw holders may preferably be shaped to conceal access to the jaw drive means at the front of the chuck.
  • the clamping device also includes at least two clamping jaws, which can be fastened to the at least two clamping jaw holders on the front side of the base body.
  • the clamping jaw drive device can be efficiently protected from contamination.
  • another advantage of the present invention is that the groove-shaped recesses are not exposed when the clamping jaws are changed, but remain covered by the clamping jaw holder.
  • the clamping jaw drive device can comprise a spiral which is arranged in particular inside the base body of the clamping device.
  • each of the clamping jaw holders can have a toothed area on its side facing the base body, which can be brought into engagement with the flat spiral in order to be movable in the radial direction by rotating the flat spiral.
  • the toothed area only extends in a middle section over the length of each clamping jaw holder. Between the toothed area and the respective longitudinal end of a clamping jaw holder the clamping jaw holders do not have any teeth on their respective backs.
  • the non-toothed areas on the back of each clamping jaw holder extend over a length that corresponds at least to the length of the maximum travel of the clamping jaw holder in the radial direction. It goes without saying that the toothing on each of the clamping jaw holders is adapted according to its position in the circumferential direction on the spiral spiral, so that the clamping jaw holders are arranged radially at the same distance around the central axis of rotation of the clamping device.
  • the at least two clamping jaw holders can each have an essentially cruciform or "+"-shaped cross section. It goes without saying that in this case the groove-shaped recesses have a corresponding, likewise essentially cruciform or "+”-shaped cross section exhibit. With such a configuration, a defined guidance of the clamping jaw holders in the groove-shaped recesses can be guaranteed. In addition, the access of processing dust to the gaps between the clamping jaw holder and the groove-shaped recess is made more difficult.
  • the at least two groove-shaped recesses can be arranged evenly distributed over the circumference of the base body.
  • the base body can have at least three, preferably four, groove-shaped recesses and a number of clamping jaw holders that corresponds to the number of groove-shaped recesses.
  • Each of the sealing elements can have a preferably metallic frame and a sealing layer made of an elastic material Material, for example made of an acrylonitrile butadiene rubber or nitrile butadiene rubber (NBR), the sealing layer being designed to come into contact with a respective clamping jaw holder.
  • a sealing element according to the present invention can have a layered structure, with the sealing layer being fixed between two frame layers.
  • each sealing element can also have an intermediate layer, in particular a metallic one, which is arranged between the sealing layer and the outer (first) frame layer. This intermediate layer is used to collect and remove coarse dirt deposits on the clamping jaw holders when the clamping jaw holders are moved radially. It goes without saying that the sealing layer protrudes by a small amount towards the interior of the sealing element beyond the intermediate layer. This is the only way to ensure an adequate seal with the sealing layer.
  • a laser processing system for processing tubular or rod-shaped workpieces is provided according to a second aspect.
  • the laser processing system can preferably be a laser cutting system.
  • the laser processing system includes a processing area with a laser processing unit for processing the tubular or rod-shaped workpiece, and one or more support devices for storing the tubular or rod-shaped workpiece during processing by the laser processing unit.
  • the laser processing system also includes a clamping device according to one of the variants described above, where the clamping device is designed to clamp the workpiece to be processed and to rotate it about its longitudinal axis during processing by the laser processing unit.
  • the laser processing system can be designed as a laser flatbed machine (see FIG. 1) or as a special tube processing machine, as described, for example, in connection with DE 20 2020 101 342 U1.
  • the laser processing system can also include a suction device, which is connected to the rear of the ring-shaped base body of the clamping device and which is designed to, when processing a tubular workpiece, process residues that occur during processing of the tubular workpiece through the tubular Workpiece through and through the ring-shaped base body of the clamping device to suck through.
  • a suction device which is connected to the rear of the ring-shaped base body of the clamping device and which is designed to, when processing a tubular workpiece, process residues that occur during processing of the tubular workpiece through the tubular Workpiece through and through the ring-shaped base body of the clamping device to suck through.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a laser processing system
  • FIG. 2a shows a perspective enlarged view of the clamping of a tubular workpiece in the clamping device of a laser processing system according to FIG. 1;
  • FIGS. 3a-c views of a clamping device according to the invention without mounted clamping jaws
  • FIG. 4 shows a perspective sectional representation of a clamping device according to the invention along the section plane AA in FIG. 3c;
  • Figure 5 shows a sealing element according to the present invention
  • FIG. 6 shows a clamping jaw according to the present invention and its attachment to a clamping jaw holder
  • FIGS 7a-e Variants of a clamping device according to the invention with different clamping jaws.
  • FIG. 1 A perspective view of a laser processing system 11 is shown in FIG.
  • This exemplary laser processing system 11 has the form of a laser flat bed machine for the selective processing of plate-shaped or tube-shaped or bar-shaped workpieces 12 .
  • the laser processing system 11 includes a housing 14 in which a processing area 15 is provided.
  • a laser processing unit (not shown) with a laser processing head can be moved within processing area 15, for example to process a plate-shaped workpiece (not shown) lying on a workpiece support 16 or to process a tubular or rod-shaped workpiece 12 picked up by a handling device 18.
  • the laser processing system 11 shown in FIG. 1 is prepared for processing an elongated workpiece 12 in the form of a tube or rod or profile.
  • the workpiece support 16 can be taken out of the processing area 15 by a displacement device 17, in particular a mobile carriage, and moved into a loading and unloading area arranged adjacent thereto, preferably outside the processing area 15, as shown in FIG.
  • the handling device 18 of the laser processing machine 11 comprises a rotatable clamping device (or a chuck) 19 and one or more support devices 21, which are used to support the tubular or rod-shaped workpiece 12 during processing.
  • the rotatable clamping device 19 defines a central axis of rotation 19x (see FIGS. 3a-c) about which the workpiece 12 can be rotated during processing. This axis of rotation 19x extends in the X direction.
  • the support devices 21 are aligned in such a way that the central axis of the tubular or rod-shaped workpiece 12 coincides with the axis of rotation 19x of the clamping device 19 .
  • a guide rail 23 runs in the X direction, on which the support devices 21 are arranged in a displaceable manner.
  • a support device 21 preferably has a guide body 24 which is movably arranged on the guide rail 23 .
  • a chain drive 26 preferably extends parallel to the guide rail 23 and can be used to displace one or more support devices 21 along the guide rail 23 .
  • This chain drive 26 can control a displacement movement of the support devices 21 depending on the size or the length of the workpiece 12 to be machined.
  • FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the laser processing system according to FIG.
  • FIGS. Figures 3a-c show a clamping device 19 according to the invention in perspective from the front (Fig. 3a), from behind (Fig. 3b) and in a front view (Fig. 3c).
  • FIG. 4 shows a sectional illustration along the section plane AA in FIG. 3c.
  • FIGS. 3a-c and 4 show the clamping device 19 without the clamping jaws mounted. Clamping devices according to the invention with mounted clamping jaws are shown in FIGS. 7a-e and are described further below.
  • the clamping device 19 has an annular base body 190 which defines a central axis of rotation 19x around which the clamping device 19 is rotatably mounted.
  • a clamping jaw drive device 195 or parts of a clamping jaw drive device 195 are arranged in the base body 190 .
  • the clamping jaw drive device 195 includes a plan spiral 1952, which extends inside the base body 190 over its entire circumference.
  • the base body 190 On its front side 191, the base body 190 has at least two groove-shaped recesses 196, in each of which a clamping jaw holder 198 is accommodated.
  • the recesses 196 are only indicated as examples in the illustrations in the sectional view according to FIG. 4, since they are covered or filled by the clamping jaw holders 198 inserted therein.
  • each of the jaw holders 198 At its rear, each of the jaw holders 198 has a toothed portion 1982 which engages one or more helically extending ribs on the front of the plano spiral 1952 .
  • the clamping jaw holder 198 By rotating the spiral 1952, which can be done by a gear drive on the back of the spiral 1952, the clamping jaw holder 198 can be moved synchronously in the radial direction in this way.
  • Two sealing elements 197 are arranged on each of the groove-shaped recesses 196, with a first of the sealing elements 197-1 at an inner radial end of one of the groove-shaped recesses 196 and a second of the sealing elements 197-2 at an outer radial end of this groove-shaped recess
  • the clamping device 19 is designed in such a way that the clamping jaw holders 198 are in contact with the corresponding sealing elements 197-1, 197-2 at the inner radial end and at the outer radial end of the groove-shaped recesses 196 in each radial position. This prevents processing dust, for example cutting dust, from penetrating the inside or outside of the base body 190 via the groove-shaped recesses 196 into the interior of the base body and soiling and permanently damaging the clamping jaw drive device.
  • the travel of the jaw holders 198 within the grooves 196 may be physically limited by the location of the serrated area 1982 on the rear of each of the jaw holders 198.
  • the serrated area 1982 protrudes from the back of each jaw holder 198 and cannot be moved through the sealing elements 197-1, 197-2 which lie flush against the non-serrated surfaces of the jaw holders 198 (see FIG. 4).
  • a clamping jaw holder 198 can therefore also only be removed from its groove-shaped recess 196 if at least one of the sealing elements 197 - 1 , 197 - 2 has been detached from one of the ends of the recess 196 .
  • FIG. 1 A detailed view of a sealing element 197 according to the present invention is shown in FIG.
  • Each sealing element 197 can both as a first sealing element 197-1 on the radially inner End of a groove-shaped recess, and also used as a second sealing element 197-2 at the radially outer end of a groove-shaped recess.
  • Each sealing element 197 has a frame with a frame layer 1972 and a sealing layer 1976 .
  • the frame with the frame layer 1972 is preferably made of metal
  • the sealing layer 1976 is made of an elastic material, for example an acrylonitrile butadiene rubber or nitrile butadiene rubber (NBR), a polyamide (PA), a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a other suitable plastic.
  • the sealing element 197 also has an intermediate layer 1974 which is thinner than the sealing layer 1976 and which is arranged between the sealing layer 1976 and the frame layer 1972 .
  • the intermediate layer 1974 is preferably constructed of a relatively rigid material, preferably metal.
  • the sealing elements 197 each have a C-shape with an inner contour which corresponds to an outer contour of the clamping jaw holders 198 (in their non-toothed sections).
  • the sealing layer 1976 protrudes at the inner contour of the sealing elements 197 by a small amount (e.g. 0.1 mm - 1 mm) so that it is pressed against the outer surfaces of a jaw holder 198 in use.
  • the intermediate layer 1974 protrudes at the inner contour from the frame layer 1972 but lags behind the sealing layer 1976.
  • the intermediate layer 1974 performs a wiping function to remove coarse dirt from the surface of a clamping jaw holder 198 when this is moved radially in a groove-shaped recess 196.
  • FIG. 6 shows an illustration of a clamping jaw 199 for mounting on a clamping jaw holder 198 of a clamping device 19 according to the present invention.
  • the clamping jaw 199 is preferably positioned on the corresponding clamping jaw holder 198 by means of a tongue and groove connection.
  • each clamping jaw holder 198 can have a plurality of recesses in which a spring of the clamping jaw 199 to be fastened can be accommodated.
  • each clamping jaw holder 198 can in turn have a spring running in the radial direction, which engages in a groove on the back of the clamping jaw 199 .
  • the jaw holders 198 are preferably configured such that a jaw 199 can be mounted thereon in various radial positions. In this way, the comparatively small radial displacement path of the clamping jaw holders 198 compared to conventional clamping devices can be compensated.
  • the clamping jaws 199 are preferably fastened to the clamping jaw holders 198 by means of a suitable screw connection.
  • FIGS. 7a to 7e show different variants of clamping devices 19a to 19e according to the invention, which differ in the use of different clamping jaws 199a to 199e.
  • Figure 7a shows an example of connection sockets 1954 of the clamping jaw drive device 195.
  • a drive train connected to an external motor engages with an adapter in one of the connection sockets 1954 in order to turn a gear wheel which is in engagement with the face plate 1952 and set them in rotation.
  • Tubular workpieces can be clamped from the inside by means of the clamping jaws used in FIGS. 7a and 7b by putting one end of the tube over the clamping jaws 199 and the clamping jaws 199 moved radially outwards and pressed against the inner wall of the tube.
  • the clamping jaws 199a according to FIG. 7a tubular or rod-shaped workpieces with a small diameter can also be clamped from the outside.
  • the clamping jaws 199b used in FIG. 7b which each have a step shape, can also be mounted the other way around, so that the highest step is located radially on the outside. In this way, pipes can also be clamped from the outside by means of the illustrated clamping jaws 199b.
  • FIGS. 7c and 7d show variants of clamping devices 19c and 19d for clamping angular, in particular rectangular, hollow profiles, ie rod-shaped workpieces with a rectangular hollow profile.
  • the profile is clamped at two opposite corners either from the inside by means of a clamping device according to FIG. 7c or from the outside by means of a clamping device according to FIG. 7d. It should be mentioned that in practice, depending on the inside dimensions of the workpiece to be clamped, only one pair of rollers of the clamping jaws 199c according to FIG. 7c is mounted.
  • FIG. 7e shows a clamping jaw design which is designed to machine the workpiece clamped on it up to close to the clamped end. A collision with the base body 190 of the clamping device 19e can be prevented by the clamping jaws 199e, which are extended in the X direction.

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Abstract

A clamping apparatus (19) is provided for clamping tubular or rod-like workpieces in a laser processing installation, the clamping apparatus comprising: an annular basic body which is mounted about a central axis of rotation, at least partially accommodates a clamping-jaw drive device and has, on its front side facing a processing area, at least two groove-like recesses which extend in a radial direction, preferably from an inner side to an outer side of the annular basic body; two sealing elements per groove-like recess, wherein in each case a first of the sealing elements is attached to an inner radial end of one of the groove-like recesses and a second of the sealing elements is attached to an outer radial end of this groove-like recess; at least two, preferably bar-like, clamping-jaw holders, which are receivable in the at least two groove-like cutouts and are radially movable by means of the clamping-jaw drive device, wherein the clamping-jaw holders are in contact in each radial position with the corresponding sealing elements in each case at the inner radial end and at the outer radial end of the groove-like cutouts; and at least two clamping jaws, which are able to be fastened to the at least two clamping-jaw holders at the front side of the basic body. Also provided is a laser processing installation comprising the clamping apparatus.

Description

TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG TRUMPF machine tools SE + Co. KG
Rohrspannvorrichtung für LaserbearbeitungsanlagePipe clamping device for laser processing system
Gebiet der Erfindung field of invention
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet Laserbearbeitungsanlagen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Spannvorrichtung für rohr- oder stangenförmige Werkstücke in einer Laserbearbeitungsanlage, insbesondere einer Laserschneidanlage. The present invention relates to the field of laser processing systems. In particular, the invention relates to a clamping device for tubular or rod-shaped workpieces in a laser processing system, in particular a laser cutting system.
Stand der Technik State of the art
Laserbearbeitungsanlagen zur Bearbeitung von rohr- oder stangenförmigen Werkstücken sind im Stand der Technik bekannt. Gattungsgemäße Anlagen sind beispielsweise in der JP 2010-201465 A oder der JP 2005-152947 beschrieben. Laser processing systems for processing tubular or bar-shaped workpieces are known in the prior art. Generic systems are described, for example, in JP 2010-201465 A or JP 2005-152947.
Zur Bearbeitung der rohr- oder stangenförmigen Werkstücke werden diese in einer drehbar gelagerten Spannvorrichtung eingespannt. Mittels der Spannvorrichtung können die zu bearbeitenden Werkstücke bei der Bearbeitung durch einen Laserstrahl um ihre Längsachse gedreht und ggf. zusätzlich in Längsrichtung verfahren werden. To process the tubular or bar-shaped workpieces, they are clamped in a rotatably mounted clamping device. By means of the clamping device, the workpieces to be processed can be rotated about their longitudinal axis during processing by a laser beam and, if necessary, also moved in the longitudinal direction.
Die Einspannung eines Werkstücks an der Spannvorrichtung erfolgt über wenigstens zwei Spannbacken, die das Werkstück von innen (Hohlprofil) oder von außen greifen und fixieren. Die Spannbacken sind dazu im jeweils gleichen radialen Abstand um eine Rotationsachse der Spannvorrichtung herum angeordnet und mittels einer Antriebsmechanik, die zum Beispiel eine Planspirale umfasst, in radialer Richtung synchron verfahrbar. Die Spannbacken weisen jeweils eine gezahnte Rückseite auf, die in die Planspirale eingreift. Durch Drehung der Planspirale werden die Spannbacken radial wahlweise nach innen oder nach außen verfahren. A workpiece is clamped to the clamping device using at least two clamping jaws, which grip and fix the workpiece from the inside (hollow profile) or from the outside. For this purpose, the clamping jaws are each arranged at the same radial distance around an axis of rotation of the clamping device and can be moved synchronously in the radial direction by means of a drive mechanism, which comprises a spiral, for example. The clamping jaws each have a toothed back that engages in the spiral. By rotating the spiral, the clamping jaws are moved radially either inwards or outwards.
Ein Nachteil der herkömmlichen Spannvorrichtungen besteht darin, dass die Antriebsmechanik nicht ausreichend abgedichtet ist. Je nach radialer Positionierung der Spannbacken auf der Spannvorrichtung liegen Teile der Antriebsmechanik während der Bearbeitung des eingespannten Werkstücks frei und sind durch Bearbeitungsstaub zugänglich. Die Figuren 2a und 2b zeigen exemplarisch eine ringförmige Spannvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Die Spannbacken sind hier nach innen verfahren, sodass die gezahnte Rückseite der Spannbacken an der Innenseite der Spannvorrichtung hinausragt und die Planspirale in radial äußeren Bereichen der Spannvorrichtung offen liegt. Bei großen Durchmessen (z.B. bis zu 370 mm) der einzuspannenden Werkstücke fahren die Spannbacken weit nach außen, sodass die gezahnte Rückseite der Spannbacken über den Außenumfang der Spannvorrichtung hinausragt und die Planspirale an der Innenseite der Spannvorrichtung freigelegt wird. Auch bei dem Wechsel von Spannbacken an der Spannvorrichtung kann Schmutz von den Spannbacken in die Antriebsmechanik transportiert werden. A disadvantage of conventional tensioning devices is that the drive mechanism is not sufficiently sealed. Depending on the radial When the clamping jaws are positioned on the clamping device, parts of the drive mechanism are exposed during processing of the clamped workpiece and are accessible through processing dust. Figures 2a and 2b show an example of an annular clamping device according to the prior art. The clamping jaws are moved inwards here, so that the toothed rear side of the clamping jaws protrudes on the inside of the clamping device and the spiral is exposed in the radially outer areas of the clamping device. With large diameters (e.g. up to 370 mm) of the workpieces to be clamped, the clamping jaws move far outwards so that the toothed back of the clamping jaws protrudes over the outer circumference of the clamping device and the spiral spiral is exposed on the inside of the clamping device. Even when changing the clamping jaws on the clamping device, dirt can be transported from the clamping jaws into the drive mechanism.
Eine Verschmutzung der Antriebsmechanik wird noch verstärkt, wenn die Absaugung des Bearbeitungsstaubs bei der Bearbeitung eines rohrförmigen Werkstücks durch das Werkstück und die ringförmige Spannvorrichtung hindurch erfolgt. Contamination of the drive mechanism is even worse if the suction of the machining dust when machining a tubular workpiece takes place through the workpiece and the ring-shaped clamping device.
Der abrasive Bearbeitungsstaub, z.B. Eisenoxid oder Aluminiumoxid (Korund) kann zum Frühausfall der Spannvorrichtung führen. The abrasive processing dust, e.g. iron oxide or aluminum oxide (corundum) can lead to early failure of the clamping device.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll eine Spannvorrichtung bereitgestellt werden, bei der die Antriebsmechanik besser vor Verschmutzung geschützt ist. The object of the invention is to improve the prior art. In particular, a tensioning device is to be provided in which the drive mechanism is better protected against contamination.
Die Erfindung The invention
Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird gemäß ei nem ersten Aspekt eine Spannvorrichtung zum Einspannen von rohr- oder stangenförmigen Werkstücken in einer Laserbearbeitungsanlage bereitge stellt. Mit rohr- oder stangenförmigen Werkstücken sind hier Werkstücke gemeint, die eine viel größere Länge im Vergleich zu ihrem Querschnitt aufweisen. Rohr- oder stangenförmige Werkstücke können Vollprofile oder Hohlprofile (z.B. mit rundem oder polygonalem geschlossenem oder offe nem Profil) umfassen. To solve the problem on which the invention is based, according to a first aspect, a clamping device for clamping tubular or rod-shaped workpieces in a laser processing system is provided. With tubular or bar-shaped workpieces are meant here workpieces that have a much greater length compared to their cross section. Tubular or bar-shaped workpieces can include solid profiles or hollow profiles (eg with a round or polygonal closed or open profile).
Die Spannvorrichtung umfasst einen um eine zentrale Rotationsachse ge lagerten ringförmigen Grundkörper, der eine Spannbacken-Antriebsein richtung wenigstens teilweise beherbergt und der an seiner einem Bear beitungsbereich der Laserbearbeitungsanlage zugewandten Vorderseite wenigstens zwei nutförmige Ausnehmungen aufweist, die sich in radialer Richtung, vorzugsweise von einer Innenseite bis zu einer Außenseite des ringförmigen Grundkörpers, erstrecken. Die Formulierung „ringförmig" ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass davon auch polygonale Profile umfasst sind, die eine Öffnung in der Mitte aufweisen. Die Spannbackenantriebseinrichtung kann mehrere Antrieb selemente umfassen, von denen wenigstens ein Teil innerhalb des Grund körpers der Spannvorrichtung angeordnet ist. The clamping device comprises an annular base body mounted around a central axis of rotation, which at least partially accommodates a clamping jaw drive device and which has at least two groove-shaped recesses on its front side facing a processing area of the laser processing system, which extend in the radial direction, preferably from an inner side to to an outside of the annular body. The wording "annular" is to be understood in connection with the present invention to mean that it also includes polygonal profiles that have an opening in the middle Clamping device is arranged.
Pro nutförmiger Ausnehmung umfasst die Spannvorrichtung zwei Dich tungselemente, wobei jeweils ein erstes der Dichtungselemente an einem inneren radialen Ende einer der nutförmigen Ausnehmungen und ein zwei tes der Dichtungselemente an einem äußeren radialen Ende dieser nutför migen Ausnehmung angebracht ist. The clamping device comprises two sealing elements per groove-shaped recess, with a first of the sealing elements being attached to an inner radial end of one of the groove-shaped recesses and a second of the sealing elements being attached to an outer radial end of this groove-shaped recess.
Die Spannvorrichtung umfasst ferner wenigstens zwei, vorzugsweise rie gelförmige, Spannbackenhalter, die in die wenigstens zwei nutförmigen Aussparungen aufnehmbar und mittels der Spannbacken-Antriebseinrich- tung radial verfahrbar sind. Dabei stehen die Spannbackenhalter in jeder radialen Position jeweils am inneren radialen Ende und am äußeren radia- len Ende der nutförmigen Aussparungen mit den entsprechenden Dich tungselementen in Kontakt. Mit anderen Worten ist der Bewegungsspiel raum der Spannbackenhalter in radialer Richtung derart begrenzt vorgese hen, dass diese die jeweilige nutförmige Ausnehmung im Betrieb sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite abdichten. Die Spannba ckenhalter können vorzugsweise so geformt sein, dass sie den Zugang zu der Spanbacken-Antriebseinrichtung an der Vorderseite der Spannvorrich tung verdecken. The clamping device also includes at least two, preferably bar-shaped, clamping jaw holders, which can be accommodated in the at least two groove-shaped recesses and can be moved radially by means of the clamping jaw drive device. The clamping jaw holders are in each radial position at the inner radial end and at the outer radial len end of the groove-shaped recesses with the corresponding sealing elements in contact. In other words, the range of movement of the clamping jaw holders in the radial direction is limited in such a way that they seal the respective groove-shaped recess both on the inside and on the outside during operation. The jaw holders may preferably be shaped to conceal access to the jaw drive means at the front of the chuck.
Die Spannvorrichtung umfasst ferner wenigstens zwei Spannbacken, die an der Vorderseite des Grundkörpers auf den wenigstens zwei Spannba ckenhaltern befestigbar sind. The clamping device also includes at least two clamping jaws, which can be fastened to the at least two clamping jaw holders on the front side of the base body.
Durch eine erfindungsgemäße Anordnung der Spannbackenhalter in den nutförmigen Ausnehmungen und die Abdichtung an den radialen Enden der nutförmigen Ausnehmungen kann die Spannbackenantriebsvorrich tung effizient vor Verunreinigungen geschützt werden. Gegenüber her kömmlichen Spannvorrichtungen, bei denen die Spannbacken unmittelbar in entsprechende Führungsschienen aufgenommen werden, besteht ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass die nutförmigen Ausnehmungen bei einem Wechsel der Spannbacken nicht freigelegt wer den, sondern durch die Spannbackenhalter verdeckt bleiben. By arranging the clamping jaw holders in the groove-shaped recesses and sealing at the radial ends of the groove-shaped recesses according to the invention, the clamping jaw drive device can be efficiently protected from contamination. Compared to conventional clamping devices in which the clamping jaws are received directly in corresponding guide rails, another advantage of the present invention is that the groove-shaped recesses are not exposed when the clamping jaws are changed, but remain covered by the clamping jaw holder.
Gemäß einer bevorzugten Variante kann die Spannbacken-Antriebseinrich- tung eine Planspirale umfassen, die insbesondere innerhalb des Grundkör pers der Spannvorrichtung angeordnet ist. Jeder der Spannbackenhalter kann in diesem Fall an seiner dem Grundkörper zugewandten Seite einen gezahnten Bereich aufweisen, der mit der Planspirale in Eingriff bringbar ist, um durch eine Drehung der Planspirale in radialer Richtung verfahrbar zu sein. Der gezahnte Bereich erstreckt sich dabei nur in einem mittleren Abschnitt über die Länge jedes Spannbackenhalters. Zwischen dem ge zahnten Bereich und dem jeweiligen Längsende eines Spannbackenhalters weisen die Spannbackenhalter an ihrer jeweiligen Rückseite keine Verzah nung auf. Die nicht verzahnten Bereiche an der Rückseite jedes Spannba ckenhalters erstrecken sich über eine Länge, die mindestens der Länge des maximalen Verfahrweges des Spannbackenhalters in radialer Richtung entspricht. Es versteht sich, dass die Verzahnung an jedem der Spannba ckenhalter entsprechend seiner Lage in Umfangsrichtung auf der Planspi rale angepasst ist, sodass die Spannbackenhalter radial im gleichen Ab stand um die zentrale Rotationsachse der Spannvorrichtung angeordnet sind. According to a preferred variant, the clamping jaw drive device can comprise a spiral which is arranged in particular inside the base body of the clamping device. In this case, each of the clamping jaw holders can have a toothed area on its side facing the base body, which can be brought into engagement with the flat spiral in order to be movable in the radial direction by rotating the flat spiral. The toothed area only extends in a middle section over the length of each clamping jaw holder. Between the toothed area and the respective longitudinal end of a clamping jaw holder the clamping jaw holders do not have any teeth on their respective backs. The non-toothed areas on the back of each clamping jaw holder extend over a length that corresponds at least to the length of the maximum travel of the clamping jaw holder in the radial direction. It goes without saying that the toothing on each of the clamping jaw holders is adapted according to its position in the circumferential direction on the spiral spiral, so that the clamping jaw holders are arranged radially at the same distance around the central axis of rotation of the clamping device.
Die wenigstens zwei Spannbackenhalter können jeweils einen im Wesentli chen kreuzförmigen, bzw. „+"-förmigen Querschnitt aufweisen. Es ver steht sich, dass in diesem Fall die nutförmigen Ausnehmungen einen dazu korrespondierenden, ebenfalls im Wesentlichen kreuzförmigen bzw. „+"- förmigen Querschnitt aufweisen. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine definierte Führung der Spannbackenhalter in den nutförmigen Aus nehmungen gewährleistet werden. Ferner wird der Zugang von Bearbei tungsstaub an den Spalten zwischen Spannbackenhalter und nutförmiger Aussparung jeweils erschwert. The at least two clamping jaw holders can each have an essentially cruciform or "+"-shaped cross section. It goes without saying that in this case the groove-shaped recesses have a corresponding, likewise essentially cruciform or "+"-shaped cross section exhibit. With such a configuration, a defined guidance of the clamping jaw holders in the groove-shaped recesses can be guaranteed. In addition, the access of processing dust to the gaps between the clamping jaw holder and the groove-shaped recess is made more difficult.
Bei der Spannvorrichtung können die wenigstens zwei nutförmige Ausneh mungen gleichmäßig über den Umfang des Grundkörpers verteilt angeord net sein. In the clamping device, the at least two groove-shaped recesses can be arranged evenly distributed over the circumference of the base body.
Gemäß einer bevorzugten Variante kann der Grundkörper wenigstens drei, vorzugsweise vier, nutförmige Ausnehmungen und eine mit der Anzahl der nutförmigen Ausnehmungen korrespondierende Anzahl an Spannbacken haltern aufweisen. According to a preferred variant, the base body can have at least three, preferably four, groove-shaped recesses and a number of clamping jaw holders that corresponds to the number of groove-shaped recesses.
Jedes der Dichtungselemente kann einen, vorzugsweise metallischen, Rahmen aufweisen, sowie eine Dichtungsschicht aus einem elastischen Material, zum Beispiel aus einem Acrylnitril- Butadien- Kautschuk bzw. Nit rile Butadiene Rubber (NBR), wobei die Dichtungsschicht dazu ausgebildet ist, mit einem jeweiligen Spannbackenhalter in Kontakt zu treten. Ein Dichtungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen schicht artigen Aufbau aufweisen, wobei die Dichtungsschicht zwischen zwei Rah menschichten fixiert ist. Gemäß einer weiteren Variante kann jedes Dich tungselement ferner eine, insbesondere metallische, Zwischenschicht auf weisen, die zwischen der Dichtungsschicht und der äußeren (ersten) Rah menschicht angeordnet ist. Diese Zwischenschicht dient der Erfassung und Entfernung grober Schmutzablagerungen auf den Spannbackenhaltern beim radialen Verfahren der Spannbackenhalter. Es versteht sich, dass die Dichtungsschicht um einen kleinen Betrag zum Inneren des Dichtungsele ments hin über die Zwischenschicht hinausragt. Nur so kann eine adä quate Dichtung durch die Dichtungsschicht gewährleistet werden. Each of the sealing elements can have a preferably metallic frame and a sealing layer made of an elastic material Material, for example made of an acrylonitrile butadiene rubber or nitrile butadiene rubber (NBR), the sealing layer being designed to come into contact with a respective clamping jaw holder. A sealing element according to the present invention can have a layered structure, with the sealing layer being fixed between two frame layers. According to a further variant, each sealing element can also have an intermediate layer, in particular a metallic one, which is arranged between the sealing layer and the outer (first) frame layer. This intermediate layer is used to collect and remove coarse dirt deposits on the clamping jaw holders when the clamping jaw holders are moved radially. It goes without saying that the sealing layer protrudes by a small amount towards the interior of the sealing element beyond the intermediate layer. This is the only way to ensure an adequate seal with the sealing layer.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird gemäß ei nem zweiten Aspekt eine Laserbearbeitungsanlage zur Bearbeitung von rohr- oder stangenförmigen Werkstücken bereitgestellt. Die Laserbearbei tungsanlage kann vorzugsweise eine Laserschneidanlage sein. Die Laser bearbeitungsanlage umfasst einen Bearbeitungsbereich mit einer Laserbe arbeitungseinheit zur Bearbeitung des rohr- oder stangenförmigen Werk stücks, sowie eine oder mehrere Stützeinrichtungen zur Lagerung des rohr- oder stangenförmigen Werkstücks während der Bearbeitung durch die Laserbearbeitungseinheit. Ferner umfasst die Laserbearbeitungsanlage eine Spannvorrichtung nach einer der oben beschriebenen Varianten, wo bei die Spannvorrichtung dazu ausgebildet ist das zu bearbeitende Werk stück einzuspannen und während der Bearbeitung durch die Laserbearbei tungseinheit um seine Längsachse zu drehen. To achieve the object on which the invention is based, a laser processing system for processing tubular or rod-shaped workpieces is provided according to a second aspect. The laser processing system can preferably be a laser cutting system. The laser processing system includes a processing area with a laser processing unit for processing the tubular or rod-shaped workpiece, and one or more support devices for storing the tubular or rod-shaped workpiece during processing by the laser processing unit. The laser processing system also includes a clamping device according to one of the variants described above, where the clamping device is designed to clamp the workpiece to be processed and to rotate it about its longitudinal axis during processing by the laser processing unit.
Die Laserbearbeitungsanlage kann als Laser-Flachbettmaschine ausgebil det sein (vgl. Figur 1) oder aber als spezielle Rohrbearbeitungsmaschine, wie beispielsweise im Zusammenhang mit der DE 20 2020 101 342 Ul be schrieben. The laser processing system can be designed as a laser flatbed machine (see FIG. 1) or as a special tube processing machine, as described, for example, in connection with DE 20 2020 101 342 U1.
Die Laserbearbeitungsanlage kann ferner eine Absaugeinrichtung umfas sen, die mit der Rückseite des ringförmigen Grundkörpers der Spannvor richtung in Verbindung steht und die dazu ausgebildet ist, bei der Bearbei tung eines rohrförmigen Werkstücks, Bearbeitungsrückstände, die bei der Bearbeitung des rohrförmigen Werkstücks anfallen, durch das rohrförmige Werkstück hindurch und durch den ringförmigen Grundkörper der Spann vorrichtung hindurch abzusaugen. Das Prinzip einer solchen Absaugein richtung ist beispielsweise in der DE 20 2020 101 342 Ul beschrieben. The laser processing system can also include a suction device, which is connected to the rear of the ring-shaped base body of the clamping device and which is designed to, when processing a tubular workpiece, process residues that occur during processing of the tubular workpiece through the tubular Workpiece through and through the ring-shaped base body of the clamping device to suck through. The principle of such a suction device is described, for example, in DE 20 2020 101 342 U1.
Ausführungsbeispiele exemplary embodiments
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. The following description of preferred exemplary embodiments serves to explain the invention in more detail in conjunction with the drawings.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsanlage; FIG. 1 shows a perspective view of a laser processing system;
Figur 2a eine perspektivisch vergrößerte Ansicht der Einspannung eines rohrförmigen Werkstücks in der Spannvorrichtung einer Laserbearbeitungsanlage gemäß Figur 1; FIG. 2a shows a perspective enlarged view of the clamping of a tubular workpiece in the clamping device of a laser processing system according to FIG. 1;
Figuren 2b-c Beispiel einer Spannvorrichtung gemäß dem Stand der Technik aus verschiedenen Perspektiven; Figures 2b-c example of a clamping device according to the prior art from different perspectives;
Figuren 3a-c Ansichten einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung ohne montierte Spannbacken; Figur 4 eine perspektivische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung entlang der Schnittebene A-A in Figur 3c; FIGS. 3a-c views of a clamping device according to the invention without mounted clamping jaws; FIG. 4 shows a perspective sectional representation of a clamping device according to the invention along the section plane AA in FIG. 3c;
Figur 5 ein Dichtungselement gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 5 shows a sealing element according to the present invention;
Figur 6 eine Spannbacke gemäß er vorliegenden Erfindung und deren Befestigung an einem Spannbackenhalter; und FIG. 6 shows a clamping jaw according to the present invention and its attachment to a clamping jaw holder; and
Figuren 7a-e Varianten einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung mit unterschiedlichen Spannbacken. Figures 7a-e Variants of a clamping device according to the invention with different clamping jaws.
In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsanlage 11 dargestellt. Diese beispielhafte Laserbearbeitungsanlage 11 weist die Form einer Laser-Flachbettmaschine zur wahlweisen Bearbeitung von plattenförmigen oder rohrförmigen bzw. stangenförmigen Werkstücken 12 auf. Die Laserbearbeitungsanlage 11 umfasst eine Umhausung 14, in welcher ein Bearbeitungsbereich 15 vorgesehen ist. Innerhalb des Bearbeitungsbereiches 15 ist eine nicht näher dargestellte Laserbearbeitungseinheit mit einem Laserbearbeitungskopf verfahrbar, um beispielsweise ein auf einer Werkstückauflage 16 aufliegendes plattenförmiges, nicht näher dargestelltes Werkstück zu bearbeiten oder ein durch eine Handhabungseinrichtung 18 aufgenommenes rohr- oder stangenförmiges Werkstück 12 zu bearbeiten. Die in Figur 1 dargestellte Laserbearbeitungsanlage 11 ist für die Bearbeitung eines rohr- oder stangenförmigen bzw. profilförmigen länglichen Werkstücks 12 vorbereitet. Die Werkstückauflage 16 kann durch eine Verschiebeeinrichtung 17, insbesondere einen fahrbaren Schlitten, aus dem Bearbeitungsbereich 15 herausgeführt und in einen benachbart dazu angeordneten Be- und Entladebereich, vorzugsweise außerhalb des Bearbeitungsbereichs 15, verfahren werden, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Die Handhabungseinrichtung 18 der Laserbearbeitungsmaschine 11 umfasst eine drehbare Spannvorrichtung (bzw. ein Spannfutter) 19 sowie ein oder mehrere Stützeinrichtungen 21, die zur Abstützung des rohr- oder stangenförmigen Werkstücks 12 bei der Bearbeitung dienen. Die drehbare Spannvorrichtung 19 definiert eine zentrale Drehachse 19x (s. Fign. 3a-c), um welche das Werkstück 12 bei der Bearbeitung gedreht werden kann. Diese Drehachse 19x erstreckt sich in X-Richtung. A perspective view of a laser processing system 11 is shown in FIG. This exemplary laser processing system 11 has the form of a laser flat bed machine for the selective processing of plate-shaped or tube-shaped or bar-shaped workpieces 12 . The laser processing system 11 includes a housing 14 in which a processing area 15 is provided. A laser processing unit (not shown) with a laser processing head can be moved within processing area 15, for example to process a plate-shaped workpiece (not shown) lying on a workpiece support 16 or to process a tubular or rod-shaped workpiece 12 picked up by a handling device 18. The laser processing system 11 shown in FIG. 1 is prepared for processing an elongated workpiece 12 in the form of a tube or rod or profile. The workpiece support 16 can be taken out of the processing area 15 by a displacement device 17, in particular a mobile carriage, and moved into a loading and unloading area arranged adjacent thereto, preferably outside the processing area 15, as shown in FIG. The handling device 18 of the laser processing machine 11 comprises a rotatable clamping device (or a chuck) 19 and one or more support devices 21, which are used to support the tubular or rod-shaped workpiece 12 during processing. The rotatable clamping device 19 defines a central axis of rotation 19x (see FIGS. 3a-c) about which the workpiece 12 can be rotated during processing. This axis of rotation 19x extends in the X direction.
Die Stützeinrichtungen 21 sind dazu ausgerichtet, dass die Mittelachse des rohr- oder stangenförmigen Werkstücks 12 mit der Drehachse 19x der Spannvorrichtung 19 übereinstimmt. The support devices 21 are aligned in such a way that the central axis of the tubular or rod-shaped workpiece 12 coincides with the axis of rotation 19x of the clamping device 19 .
In der Umhausung 14 der Laserbearbeitungsmaschine 11 verläuft in X- Richtung eine Führungsschiene 23, an welcher die Stützeinrichtungen 21 verschiebbar angeordnet sind. Eine Stützeinrichtung 21 weist bevorzugt einen Führungskörper 24 auf, welcher an der Führungsschiene 23 verfahrbar angeordnet ist. Parallel zur Führungsschiene 23 erstreckt sich bevorzugt ein Kettenantrieb 26, durch welchen ein oder mehrere Stützeinrichtungen 21 entlang der Führungsschiene 23 verschiebbar sind. In the housing 14 of the laser processing machine 11, a guide rail 23 runs in the X direction, on which the support devices 21 are arranged in a displaceable manner. A support device 21 preferably has a guide body 24 which is movably arranged on the guide rail 23 . A chain drive 26 preferably extends parallel to the guide rail 23 and can be used to displace one or more support devices 21 along the guide rail 23 .
Dieser Kettenantrieb 26 kann eine Verfahrbewegung der Stützeinrichtungen 21 in Abhängigkeit der Größe oder der Länge des zu bearbeitenden Werkstücks 12 ansteuern. This chain drive 26 can control a displacement movement of the support devices 21 depending on the size or the length of the workpiece 12 to be machined.
Figur 2 zeigt eine perspektivisch vergrößerte Ansicht der Laserbearbeitungsanlage gemäß Figur 1. In Figur 2 ist zu erkennen, wie ein zu bearbeitendes rohrförmiges Werkstück 12 in der Spannvorrichtung 19 eingespannt und in der Stützeinrichtung rotierbar gelagert ist. FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the laser processing system according to FIG.
Im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 7 werden im Folgenden Aspekte einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung 19 näher erläutert. Die Figuren 3a-c zeigen eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung 19 perspektivisch von vorne (Fig. 3a), von hinten (Fig. 3b) und in einer Frontansicht (Fig. 3c). Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A in Figur 3c. Die Figuren 3a-c und 4 zeigen die Spannvorrichtung 19 jeweils ohne montierte Spannbacken. Erfindungsgemäße Spannvorrichtungen mit montierten Spannbacken sind in den Figuren 7a-e dargestellt und werden weiter unten beschrieben. Aspects of a clamping device 19 according to the invention are explained in more detail below in connection with FIGS. Figures 3a-c show a clamping device 19 according to the invention in perspective from the front (Fig. 3a), from behind (Fig. 3b) and in a front view (Fig. 3c). FIG. 4 shows a sectional illustration along the section plane AA in FIG. 3c. FIGS. 3a-c and 4 show the clamping device 19 without the clamping jaws mounted. Clamping devices according to the invention with mounted clamping jaws are shown in FIGS. 7a-e and are described further below.
Die Spannvorrichtung 19 weist einen ringförmigen Grundkörper 190 auf, der eine zentrale Rotationsachse 19x definiert um die herum die Spannvorrichtung 19 drehbar gelagert ist. In dem Grundkörper 190 ist eine Spannbacken-Antriebseinrichtung 195 bzw. Teile einer Spannbacken- Antriebseinrichtung 195 angeordnet. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Spannbacken-Antriebseinrichtung 195 eine Planspirale 1952, die sich innerhalb des Grundkörpers 190 auf dessen gesamtem Umfang erstreckt. The clamping device 19 has an annular base body 190 which defines a central axis of rotation 19x around which the clamping device 19 is rotatably mounted. A clamping jaw drive device 195 or parts of a clamping jaw drive device 195 are arranged in the base body 190 . In the example shown, the clamping jaw drive device 195 includes a plan spiral 1952, which extends inside the base body 190 over its entire circumference.
An seiner Vorderseite 191 weist der Grundkörper 190 wenigstens zwei nutförmige Ausnehmungen 196 auf, in welche jeweils ein Spannbackenhalter 198 aufgenommen ist. Die Ausnehmungen 196 sind in den Darstellungen nur in der Schnittansicht gemäß Figur 4 exemplarisch angedeutet, da sie durch die darin eingesetzten Spannbackenhalter 198 verdeckt bzw. ausgefüllt sind. An seiner Rückseite weist jeder der Spannbackenhalter 198 einen gezahnten Bereich 1982 auf, der mit einer oder mehreren spiralförmig verlaufenden Rippen an der Vorderseite der Planspirale 1952 in Eingriff steht. Durch eine Drehung der Planspirale 1952, die durch einen Zahnradantrieb an der Rückseite der Planspirale 1952 erfolgen kann, können auf diese Weise die Spannbackenhalter 198 synchron in radialer Richtung verfahren werden. An jeder der nutförmigen Ausnehmungen 196 sind zwei Dichtungselemente 197 angeordnet, wobei jeweils ein erstes der Dichtungselemente 197-1 an einem inneren radialen Ende einer der nutförmigen Ausnehmungen 196 und ein zweites der Dichtungselemente 197-2 an einem äußeren radialen Ende dieser nutförmigen AusnehmungOn its front side 191, the base body 190 has at least two groove-shaped recesses 196, in each of which a clamping jaw holder 198 is accommodated. The recesses 196 are only indicated as examples in the illustrations in the sectional view according to FIG. 4, since they are covered or filled by the clamping jaw holders 198 inserted therein. At its rear, each of the jaw holders 198 has a toothed portion 1982 which engages one or more helically extending ribs on the front of the plano spiral 1952 . By rotating the spiral 1952, which can be done by a gear drive on the back of the spiral 1952, the clamping jaw holder 198 can be moved synchronously in the radial direction in this way. Two sealing elements 197 are arranged on each of the groove-shaped recesses 196, with a first of the sealing elements 197-1 at an inner radial end of one of the groove-shaped recesses 196 and a second of the sealing elements 197-2 at an outer radial end of this groove-shaped recess
196 angebracht ist. 196 is attached.
Die Spanneinrichtung 19 ist so ausgebildet, dass die Spannbackenhalter 198 in jeder radialen Position jeweils am inneren radialen Ende und am äußeren radialen Ende der nutförmigen Aussparungen 196 mit den entsprechenden Dichtungselementen 197-1, 197-2 in Kontakt stehen. So kann verhindert werden, dass Bearbeitungsstaub, zum Beispiel Schneidstaub, an der Innenseite oder der Außenseite des Grundkörpers 190 über die nutförmigen Aussparungen 196 in das Innere des Grundkörpers eindringt und die Spannbacken-Antriebseinrichtung verschmutzt und auf Dauer beschädigt. The clamping device 19 is designed in such a way that the clamping jaw holders 198 are in contact with the corresponding sealing elements 197-1, 197-2 at the inner radial end and at the outer radial end of the groove-shaped recesses 196 in each radial position. This prevents processing dust, for example cutting dust, from penetrating the inside or outside of the base body 190 via the groove-shaped recesses 196 into the interior of the base body and soiling and permanently damaging the clamping jaw drive device.
Der Verfahrweg der Spannbackenhalter 198 innerhalb der nutförmigen Ausnehmungen 196 kann z.B. physisch durch die Anordnung des gezahnten Bereichs 1982 an der Rückseite jedes der Spannbackenhalter 198 begrenzt sein. Der gezahnte Bereich 1982 steht an der Rückseite der Spannbackenhalter 198 jeweils hervor und kann nicht durch die Dichtungselemente 197-1, 197-2 hindurch verfahren werden, welche plan an den nicht gezahnten Flächen der Spannbackenhalter 198 anliegen (vgl. Fig. 4). Ein Spannbackenhalter 198 kann deshalb auch nur aus seiner nutförmigen Ausnehmung 196 entnommen werden, wenn zumindest eines der Dichtungselemente 197-1, 197-2 von einem der Enden der Ausnehmung 196 gelöst wurde. For example, the travel of the jaw holders 198 within the grooves 196 may be physically limited by the location of the serrated area 1982 on the rear of each of the jaw holders 198. The serrated area 1982 protrudes from the back of each jaw holder 198 and cannot be moved through the sealing elements 197-1, 197-2 which lie flush against the non-serrated surfaces of the jaw holders 198 (see FIG. 4). A clamping jaw holder 198 can therefore also only be removed from its groove-shaped recess 196 if at least one of the sealing elements 197 - 1 , 197 - 2 has been detached from one of the ends of the recess 196 .
Eine detaillierte Ansicht eines Dichtungselements 197 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Figur 5 dargestellt. Das DichtungselementA detailed view of a sealing element 197 according to the present invention is shown in FIG. The sealing element
197 kann sowohl als erstes Dichtungselement 197-1 am radial inneren Ende einer nutförmigen Ausnehmung, als auch als zweites Dichtungselement 197-2 am radial äußeren Ende einer nutförmigen Ausnehmung verwendet werden. Jedes Dichtungselement 197 weist einen Rahmen mit einer Rahmenschicht 1972, sowie eine Dichtungsschicht 1976 auf. Der Rahmen mit der Rahmenschicht 1972 besteht vorzugsweise aus Metall, während die Dichtungsschicht 1976 aus einem elastischen Material, z.B. aus einem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk bzw. Nitrile Butadiene Rubber (NBR), einem Polyamid (PA), einem Polytetrafluorethylen (PTFE) oder einem anderen geeigneten Kunststoff, aufgebaut ist. In der dargestellten Ausführung weist das Dichtungselement 197 ferner eine, im Vergleich zur Dichtungsschicht 1976 dünnere Zwischenschicht 1974 auf, die zwischen der Dichtungsschicht 1976 und der Rahmenschicht 1972 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 1974 ist vorzugsweise aus einem relativ steifen Material, vorzugsweise aus Metall, aufgebaut. 197 can both as a first sealing element 197-1 on the radially inner End of a groove-shaped recess, and also used as a second sealing element 197-2 at the radially outer end of a groove-shaped recess. Each sealing element 197 has a frame with a frame layer 1972 and a sealing layer 1976 . The frame with the frame layer 1972 is preferably made of metal, while the sealing layer 1976 is made of an elastic material, for example an acrylonitrile butadiene rubber or nitrile butadiene rubber (NBR), a polyamide (PA), a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a other suitable plastic. In the illustrated embodiment, the sealing element 197 also has an intermediate layer 1974 which is thinner than the sealing layer 1976 and which is arranged between the sealing layer 1976 and the frame layer 1972 . The intermediate layer 1974 is preferably constructed of a relatively rigid material, preferably metal.
Die Dichtungselemente 197 weisen jeweils eine C-Form mit einer Innenkontur auf, die mit einer Außenkontur der Spannbackenhalter 198 (in deren nicht gezahnten Abschnitten) korrespondiert. Die Dichtungsschicht 1976 ragt an der Innenkontur der Dichtungselemente 197 um einen kleinen Betrag (z.B. 0,1 mm - 1 mm) hervor, sodass es im Betrieb gegen die Außenflächen eines Spannbackenhalters 198 gedrückt wird. Die Zwischenschicht 1974 steht an der Innenkontur gegenüber der Rahmenschicht 1972 hervor, aber bleibt hinter der Dichtungsschicht 1976 zurück. Die Zwischenschicht 1974 erfüllt eine Abstreif-Funktion zur Entfernung groben Schmutzes an der Oberfläche eines Spannbackenhalters 198, wenn dieser radial in einer nutförmigen Ausnehmung 196 verfahren wird. The sealing elements 197 each have a C-shape with an inner contour which corresponds to an outer contour of the clamping jaw holders 198 (in their non-toothed sections). The sealing layer 1976 protrudes at the inner contour of the sealing elements 197 by a small amount (e.g. 0.1 mm - 1 mm) so that it is pressed against the outer surfaces of a jaw holder 198 in use. The intermediate layer 1974 protrudes at the inner contour from the frame layer 1972 but lags behind the sealing layer 1976. The intermediate layer 1974 performs a wiping function to remove coarse dirt from the surface of a clamping jaw holder 198 when this is moved radially in a groove-shaped recess 196.
Jedes Dichtungselement 197 wird mittels geeigneter Befestigungselemente 1978, z.B. Schrauben, radial innen bzw. radial außen an einer jeweiligen nutförmigen Ausnehmung 196 befestigt. Figur 6 zeigt eine Darstellung einer Spannbacke 199 zur Montage an einem Spannbackenhalter 198 einer Spannvorrichtung 19 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Positionierung der Spannbacke 199 auf dem entsprechenden Spannbackenhalter 198 erfolgt vorzugsweise mittels einer Nut-Feder-Verbindung. Zur definierten Positionierung in radialer Richtung kann jeder Spannbackenhalter 198 mehrere Aussparungen aufweisen, in die eine Feder der zu befestigenden Spannbacke 199 aufnehmbar ist. Zur definierten Positionierung in Umfangsrichtung kann wiederum jeder Spannbackenhalter 198 eine in radialer Richtung verlaufende Feder aufweisen, die in eine Nut an der Rückseite der Spannbacke 199 eingreift. Die Spannbackenhalter 198 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass eine Spannbacke 199 in verschiedenen radialen Positionen darauf befestigbar ist. Auf diese Weise kann der gegenüber herkömmlichen Spannvorrichtungen vergleichsweise geringe radiale Verfahrweg der Spannbackenhalter 198 kompensiert werden. Die Befestigung der Spannbacken 199 auf den Spannbackenhaltern 198 erfolgt vorzugsweise mittels einer geeigneten Schraubverbindung. Each sealing element 197 is fastened to a respective groove-shaped recess 196 radially on the inside or radially on the outside by means of suitable fastening elements 1978, for example screws. FIG. 6 shows an illustration of a clamping jaw 199 for mounting on a clamping jaw holder 198 of a clamping device 19 according to the present invention. The clamping jaw 199 is preferably positioned on the corresponding clamping jaw holder 198 by means of a tongue and groove connection. For defined positioning in the radial direction, each clamping jaw holder 198 can have a plurality of recesses in which a spring of the clamping jaw 199 to be fastened can be accommodated. For defined positioning in the circumferential direction, each clamping jaw holder 198 can in turn have a spring running in the radial direction, which engages in a groove on the back of the clamping jaw 199 . The jaw holders 198 are preferably configured such that a jaw 199 can be mounted thereon in various radial positions. In this way, the comparatively small radial displacement path of the clamping jaw holders 198 compared to conventional clamping devices can be compensated. The clamping jaws 199 are preferably fastened to the clamping jaw holders 198 by means of a suitable screw connection.
Figuren 7a bis 7e zeigen verschiedene Varianten erfindungsgemäßer Spannvorrichtungen 19a bis 19e, die sich jeweils durch die Verwendung verschiedener Spannbacken 199a bis 199e unterscheiden. FIGS. 7a to 7e show different variants of clamping devices 19a to 19e according to the invention, which differ in the use of different clamping jaws 199a to 199e.
Figur 7a zeigt beispielhaft Anschlussbuchsen 1954 der Spannbacken- Antriebseinrichtung 195. Um die Spannbacken radial zu verfahren, greift ein mit einem externen Motor verbundener Antriebsstrang mit einem Adapter in eine der Anschlussbuchsen 1954, um ein Zahnrad anzudrehen, welches mit der Planscheibe 1952 in Eingriff steht und diese in Drehung versetzt. Figure 7a shows an example of connection sockets 1954 of the clamping jaw drive device 195. In order to move the clamping jaws radially, a drive train connected to an external motor engages with an adapter in one of the connection sockets 1954 in order to turn a gear wheel which is in engagement with the face plate 1952 and set them in rotation.
Mittels der in den Figuren 7a und 7b verwendeten Spannbacken, können rohrförmige Werkstücke von innen eingespannt werden, indem das eine Rohrende über die Spannbacken 199 gestülpt wird und die Spannbacken 199 radial nach außen verfahren und gegen die Innenwand des Rohres gedrückt werden. Mit den Spannbacken 199a gemäß Figur 7a können auch rohr- oder stangenförmige Werkstücke kleinen Durchmessers von außen gespannt werden. Die in Figur 7b verwendeten Spannbacken 199b, die jeweils eine Stufenform aufweisen, können auch andersherum montiert werden, sodass sich die höchste Stufe radial außen befindet. Auf diese Weise können Rohre mittels der dargestellten Spannbacken 199b ebenfalls von außen eingespannt werden. Tubular workpieces can be clamped from the inside by means of the clamping jaws used in FIGS. 7a and 7b by putting one end of the tube over the clamping jaws 199 and the clamping jaws 199 moved radially outwards and pressed against the inner wall of the tube. With the clamping jaws 199a according to FIG. 7a, tubular or rod-shaped workpieces with a small diameter can also be clamped from the outside. The clamping jaws 199b used in FIG. 7b, which each have a step shape, can also be mounted the other way around, so that the highest step is located radially on the outside. In this way, pipes can also be clamped from the outside by means of the illustrated clamping jaws 199b.
Die Figuren 7c und 7d zeigen Varianten von Spannvorrichtungen 19c und 19d zum Spannen von eckigen, insbesondere rechteckigen, Hohlprofilen, das heißt von stangenförmigen Werkstücken mit rechteckigem Hohlprofil . Das Profil wird an zwei gegenüberliegenden Ecken entweder von innen mittels einer Spannvorrichtung gemäß Figur 7c oder von außen mittels einer Spannvorrichtung gemäß Figur 7d eingespannt. Es sei erwähnt, dass in der Praxis, je nach Innenmaß des zu spannenden Werkstücks nur ein Rollenpaar der Spannbacken 199c gemäß Figur 7c montiert ist. FIGS. 7c and 7d show variants of clamping devices 19c and 19d for clamping angular, in particular rectangular, hollow profiles, ie rod-shaped workpieces with a rectangular hollow profile. The profile is clamped at two opposite corners either from the inside by means of a clamping device according to FIG. 7c or from the outside by means of a clamping device according to FIG. 7d. It should be mentioned that in practice, depending on the inside dimensions of the workpiece to be clamped, only one pair of rollers of the clamping jaws 199c according to FIG. 7c is mounted.
Figur 7e zeigt eine Spannbackenausführung die dazu ausgebildet ist, das darauf aufgespannte Werkstück bis nahe an das eingespannte Ende heran zu bearbeiten. Eine Kollision mit dem Grundkörper 190 der Spannvorrichtung 19e kann durch die in X-Richtung verlängerten Spannbacken 199e verhindert werden. FIG. 7e shows a clamping jaw design which is designed to machine the workpiece clamped on it up to close to the clamped end. A collision with the base body 190 of the clamping device 19e can be prevented by the clamping jaws 199e, which are extended in the X direction.
Wie in den Figuren 7c bis 7e zu sehen ist, bleiben die nicht mit Spannbacken 199 besetzten Spannbackenhalter 198 auch dann montiert, wenn nur zwei Spannbacken 199 verwendet werden. Auf diese Weise bleiben alle nutförmigen Ausnehmungen während der Bearbeitung des eingespannten Werkstücks verdeckt und für Bearbeitungsschmutz unzugänglich. Bezugszeichenliste As can be seen in FIGS. 7c to 7e, the clamping jaw holders 198 which are not occupied by clamping jaws 199 remain mounted even if only two clamping jaws 199 are used. In this way, all groove-shaped recesses remain covered during the machining of the clamped workpiece and are inaccessible to machining dirt. Reference List
11 Laserbearbeitungseinrichtung 11 laser processing device
12 Rohrförmiges Werkstück 12 tubular workpiece
14 Umhausung 14 enclosure
15 Bearbeitungsbereich 15 editing area
16 Werkstückauflage 16 workpiece support
17 Verschiebeeinrichtung 17 displacement device
18 Handhabungseinrichtung 18 handling device
19 Spannvorrichtung 19 clamping device
19a-e Spannvorrichtungen mit verschiedenen Spannbacken19a-e Clamping devices with different clamping jaws
19x Zentrale Rotationsachse 19x Central axis of rotation
190 Grundkörper der Spannvorrichtung 190 Main body of the clamping device
191 Vorderseite des Grundkörpers 191 Front of the base body
192 Innenseite des Grundkörpers 192 Inside of the base body
193 Außenseite des Grundkörpers 193 Outside of the base body
194 Rückseite des Grundkörpers 194 Rear side of the base body
195 Spannbacken-Antriebseinrichtung 195 Jaw Drive Device
1952 Planspirale 1952 plan spiral
1954 Anschlussbuchse der Spannbacken-Antriebseinrichtung1954 Jaw driver connector socket
196 Nutförmige Aussparung 196 Grooved recess
197 Dichtungselement 197 sealing element
197-1 Erstes Dichtungselement 197-1 First sealing element
197-2 Zweites Dichtungselement 197-2 Second sealing element
1972 Rahmenschicht 1972 frame layer
1974 Zwischenschicht 1974 interlayer
1976 Dichtungsschicht 1976 waterproofing layer
1978 Befestigungselement 1978 fastener
198 Spannbackenhalter 198 Jaw Holder
1982 Gezahnter Bereich 1982 Serrated area
199 Spannbacke 199 clamping jaw
199a-e Verschiedene Spannbackentypen 21 Stützvorrichtung Führungsschiene Führungskörper Kettenantrieb 199a-e Different types of clamping jaws 21 Support device Guide rail guide body chain drive

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Spannvorrichtung (19) zum Einspannen von rohr- oder stangenförmi gen Werkstücken in einer Laserbearbeitungsanlage, die Spannvorrichtung umfassend: 1. Clamping device (19) for clamping tubular or rod-shaped workpieces in a laser processing system, the clamping device comprising:
Einen um eine zentrale Rotationsachse (19x) gelagerten ringförmigen Grundkörper (190), der eine Spannbacken-Antriebseinrichtung (195) we nigstens teilweise beherbergt und der an seiner einem Bearbeitungsbe reich (15) zugewandten Vorderseite (191) wenigstens zwei nutförmige Ausnehmungen (196) aufweist, die sich in radialer Richtung, vorzugsweise von einer Innenseite (192) bis zu einer Außenseite (193) des ringförmigen Grundkörpers (190), erstrecken; An annular base body (190) mounted around a central axis of rotation (19x), which at least partially accommodates a clamping jaw drive device (195) and which has at least two groove-shaped recesses (196) on its front side (191) facing a machining area (15). , which extend in the radial direction, preferably from an inside (192) to an outside (193) of the annular base body (190);
Zwei Dichtungselemente (197) pro nutförmiger Ausnehmung (196), wobei jeweils ein erstes der Dichtungselemente (197-1) an einem inneren radialen Ende einer der nutförmigen Ausnehmungen (196) und ein zweites der Dichtungselemente (197-2) an einem äußeren radialen Ende dieser nutförmigen Ausnehmung (196) angebracht ist; Two sealing elements (197) per groove-shaped recess (196), with a first of the sealing elements (197-1) at an inner radial end of one of the groove-shaped recesses (196) and a second of the sealing elements (197-2) at an outer radial end this groove-shaped recess (196) is attached;
Wenigstens zwei, vorzugsweise riegelförmige, Spannbackenhalter (198), die in die wenigstens zwei nutförmigen Aussparungen (196) auf- nehmbar und mittels der Spannbacken-Antriebseinrichtung (195) radial verfahrbar sind, wobei die Spannbackenhalter (198) in jeder radialen Posi tion jeweils am inneren radialen Ende und am äußeren radialen Ende der nutförmigen Aussparungen (196) mit den entsprechenden Dichtungsele menten (197-1, 197-2) in Kontakt stehen; und At least two, preferably bar-shaped, clamping jaw holders (198), which can be accommodated in the at least two groove-shaped recesses (196) and can be moved radially by means of the clamping jaw drive device (195), the clamping jaw holders (198) being in each radial position on the inner radial end and at the outer radial end of the groove-shaped recesses (196) with the corresponding sealing elements (197-1, 197-2) in contact; and
Wenigstens zwei Spannbacken (199), die an der Vorderseite (191) des Grundkörpers (190) auf den wenigstens zwei Spannbackenhaltern (198) befestigbar sind. At least two clamping jaws (199) which can be fastened to the at least two clamping jaw holders (198) on the front side (191) of the base body (190).
2. Spannvorrichtung (19) nach Anspruch 1, wobei die Spannbacken-An- triebseinrichtung (195) eine Planspirale (1952) umfasst und wobei jeder der Spannbackenhalter (198) an seiner dem Grundkörper (190) zuge wandten Seite einen gezahnten Bereich (1982) aufweist, der mit der Plan spirale (1952) in Eingriff bringbar ist, um durch eine Drehung der Planspi rale (1952) in radialer Richtung verfahren zu werden. 2. Clamping device (19) according to claim 1, wherein the clamping jaws drive means (195) comprises a spiral (1952) and wherein each the clamping jaw holder (198) on its side facing the base body (190) has a toothed area (1982) which can be engaged with the plane spiral (1952) in order to move in the radial direction by rotating the plane spiral (1952). to become.
3. Spannvorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Spannbackenhalter (198) jeweils einen im We sentlichen Kreuz-förmigen Querschnitt aufweisen. 3. Clamping device (19) according to any one of the preceding claims, wherein the at least two jaw holders (198) each have a substan- We cross-shaped cross-section.
4. Spannvorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Nuten (196) gleichmäßig über den Umfang des Grundkörpers (190) verteilt angeordnet sind. 4. Clamping device (19) according to any one of the preceding claims, wherein the at least two grooves (196) are arranged distributed uniformly over the circumference of the base body (190).
5. Spannvorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper (190) wenigstens drei, vorzugsweise vier, nutför mige Ausnehmungen (196) aufweist und wobei die Spannvorrichtung (19) eine mit der Anzahl der nutförmigen Ausnehmungen (196) korrespondie rende Anzahl an Spannbackenhaltern (198) aufweist. 5. Clamping device (19) according to one of the preceding claims, wherein the base body (190) has at least three, preferably four, groove-shaped recesses (196) and wherein the clamping device (19) corresponds to the number of groove-shaped recesses (196). number of jaw holders (198).
6. Spannvorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Dichtungselemente (197) einen, vorzugsweise metalli schen, Rahmen aufweist, sowie eine Dichtungsschicht (1976) aus einem elastischen Material, wobei die Dichtungsschicht (1976) dazu ausgebildet ist, mit einem jeweiligen Spannbackenhalter (198) in Kontakt zu treten. 6. Clamping device (19) according to one of the preceding claims, wherein each of the sealing elements (197) has a, preferably metallic, frame, and a sealing layer (1976) made of an elastic material, wherein the sealing layer (1976) is designed to, with to contact a respective jaw holder (198).
7. Laserbearbeitungsanlage (11) zur Bearbeitung von rohr- oder stan genförmigen Werkstücken (12), umfassend: 7. Laser processing system (11) for processing tubular or rod-shaped workpieces (12), comprising:
Einen Bearbeitungsbereich (15) mit einer Laserbearbeitungseinheit zur Bearbeitung des rohr- oder stangenförmigen Werkstücks (12); A processing area (15) with a laser processing unit for processing the tubular or rod-shaped workpiece (12);
Eine oder mehrere Stützeinrichtungen (21) zur Lagerung des rohr- oder stangenförmigen Werkstücks (12) während der Bearbeitung durch die Laserbearbeitungseinheit; und Eine Spannvorrichtung (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spannvorrichtung (19) dazu ausgebildet ist das zu bearbeitende Werkstück (12) einzuspannen und während der Bearbeitung durch die Laserbearbeitungseinheit um seine Längsachse zu drehen. One or more support devices (21) for supporting the tubular or rod-shaped workpiece (12) during processing by the laser processing unit; and A clamping device (19) according to one of claims 1 to 6, wherein the clamping device (19) is designed to clamp the workpiece (12) to be processed and to rotate it about its longitudinal axis during processing by the laser processing unit.
8. Laserbearbeitungsanlage (11) nach Anspruch 7 ferner umfassend: 8. Laser processing system (11) according to claim 7 further comprising:
Eine Absaugeinrichtung, die mit der Rückseite (194) des ringförmigen Grundkörpers (190) der Spannvorrichtung (19) in Verbindung steht und die dazu ausgebildet ist, bei der Bearbeitung eines rohrförmigen Werk stücks (12), Bearbeitungsrückstände, die bei der Bearbeitung des rohrför migen Werkstücks (12) anfallen, durch das rohrförmige Werkstück (12) hindurch und durch den ringförmigen Grundkörper (190) der Spannvor richtung (19) hindurch abzusaugen. A suction device, which is connected to the rear side (194) of the annular base body (190) of the clamping device (19) and which is designed to remove, when machining a tubular workpiece (12), machining residues that are produced when machining the tubular Workpiece (12) accrue, through the tubular workpiece (12) and through the annular base body (190) of the clamping device (19) suck through.
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