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Title:
BLOWING DEVICE FOR A LASER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/045893
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a blowing device (4) for a laser system (1) used for separating or welding workpieces (17). The blowing device (4) has at least one nozzle assembly (5), which generates a gas stream (7) that is oriented at an angle to the laser beam (3). The blowing device also has an air supply (8) which, on one side of the nozzle, leads into the proximity of the nozzle opening (6) and which is provided for an air supply stream (10) that is fed to the gas stream (7) in an essentially parallel manner or at an apex angle. A second air supply (9) is arranged on the other side of the nozzle. Said second air supply leads into the proximity of the nozzle opening (6) and is provided for a second air supply stream (11) that is fed to the gas steam (7) in an essentially parallel manner or at an apex angle. A protecting glass (13), which is oriented toward the gas stream (7) in an essentially parallel manner, can be alternatively or additionally placed in the proximity of the nozzle opening (6). Said protecting glass is provided in the form of a pane and directly abuts against the nozzle opening (6) in a sealed manner. In the preferred embodiment, the outer cross-section of the nozzle (5) is provided in the shape of a drop or a vane, whereby at least the outer surfaces thereof extending toward the nozzle opening (6) form air conducting surfaces (12).

Inventors:
RIPPL PETER (DE)
HUBER RUDOLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2000/011928
Publication Date:
June 28, 2001
Filing Date:
November 29, 2000
Export Citation:
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Assignee:
KUKA SCHWEISSANLAGEN GMBH (DE)
RIPPL PETER (DE)
HUBER RUDOLF (DE)
International Classes:
B23K26/14; B23K26/16; (IPC1-7): B23K26/14
Domestic Patent References:
WO1995003911A11995-02-09
Foreign References:
EP0464213A11992-01-08
DE4435531A11995-04-20
Other References:
See also references of EP 1239993A1
Attorney, Agent or Firm:
Ernicke, Hans-dieter (Schwibbogenplatz 2b Augsburg, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Blasvorrichtung für eine Lasereinrichtung (1) zum Trennen oder Schweißen von Werkstücken wobei die Blasvorrichtung (4) mindestens eine Düsenanordnung (5) besitzt, die einen im Winkel zum Laserstrahl (3) gerichteten Gasstrom (7) erzeugt und dabei an einer Düsenseite eine in der zur Düsenöffnung (c) mündende Luftzuführung (8) für einen im wesentlichen parallel oder im spitzen Winkel zum Gasstrom (7) zugeführten Zuluftstrom (10) aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass an der anderen Düsenseite eine zweite in der Nähe zur Düsenöffnung (6) mündende Luftzuführung (9) für einen zweiten im wesentlichen parallel oder im spitzen Winkel zum Gasstrom (7) zugeführten Zuluftstrom (li) und/oder ein im wesentlichen parallel zum Gasstrom (7) gerichtetes Schutzglas (13) angeordnet ist/sind.
2. Blasvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Schutzglas (13) scheibenförmig ausgebildet und unmittelbar an der Düsenöffnung (6) angrenzend und abdichtend angeordnet ist.
3. Blasvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Düse (5) im Querschnitt außenseitig eine Tropfenoder Flügelform aufweist, wobei zumindest deren zur Düsenöffnung (6) verlaufenden Außenflächen : Luftleitflächen (12) bilden.
4. Blasvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Düse (5) an einem offenen Düsenhalter (14) angeordnet ist und an beiden Seiten von Außenluft umströmbar ist.
5. Blasvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Düse (5) höhenverstellbar am Düsenhalter (14) angeordnet ist.
6. Blasvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Düse (5) als Düsenbalken ausgebildet ist und an den Stirnseiten zwei gegenüberliegende Druckluftanschlüsse (15) aufweist.
Description:
Blasvorrichtung für eine Lasereinrichtung Die Erfindung betrifft eine Blasvorrichtung für eine Lasereinrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Blasvorrichtung ist aus der Praxis bekannt.

Sie kann über eine geeignete Halterung einer Laserschweißeinrichtung oder einer Lasertrenneinrichtung zugeordnet werden. Die Blasvorrichtung hat eine quer zum Laserstrahl ausgerichtete längliche Düse, die einen den Laserstrahl durchdringenden Gasstrom erzeugt. An der Unterseite hat die Düse eine Luftzuführung, die in der Nähe der Düsenöffnung mündet und über die ein Zuluftstrom im spitzen Winkel zum Gasstrom zugeführt werden kann. An der anderen Düsenseite schließt das Gehäuse des Laserkopfes dicht an.

Bei der bekannten Blasvorrichtung wird somit unterhalb des Gasstroms eine im wesentlichen parallel geführte Zuluftströmung erzeugt. Durch beide Strömungen soll ein Luftvorhang gebildet werden, der die Laseroptik vor Verschmutzung oder Beschädigung durch hochfliegende Spritzer aus der Schmelze schützen soll. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, dass sie einerseits mit einem großen Abstand von der Schweiß-oder Trennstelle angeordnet ist, wodurch der Gas-und Luftstrom einen relativ großen Querschnitt überdecken und schützen muß.

Dies erfordert eine sehr hohe kinetische Strömungsenergie, was sich wegen der Diffusorwirkung und dem auf maximal ca.

2,5 bar begrenzten Druck nur unzureichend verwirklichen lässt. Andererseits sind die beiden Strömungen noch nicht ausreichend stabil, um einen optimalen Spritzerschutz zu gewährleisten. Ferner ergeben sich Geräuschprobleme und ein ungünstiger Platzbedarf.

Eine andere Blasvorrichtung ist aus der DE-A-44 35 531 bekannt. Hier wird ein Gasstrom entlang eines Umlenkspiegels in der Laseroptik geführt. Dies setzt eine entsprechende Ausbildung der Lasereinrichtung voraus. Der Gasstrom muß dabei auch gekrümmt werden.

Eine andere Blasvorrichtung zeigt noch die WO 95/03911, die eine geschlossene Kanalführung für den Gasstrom vorsieht und entsprechend kompliziert aufgebaut ist. Die Blasvorrichtung schränkt dadurch die konstruktiven Gestaltungsfreiheiten und die Einsatzbereiche der Lasereinrichtung empfindlich ein.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Blaseinrichtung aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.

Bei der erfindungsgemäßen Blasvorrichtung wird der von der Düsenanordnung erzeugte Gasstrom an beiden Seiten eingeschlossen und geführt, wodurch Wirbelbildungen und dadurch Strömungsverluste weitestgehend vermieden werden.

Die kinetische Energie und die Wegblaskraft des Gasstroms bleiben erhalten, wobei der aus physikalischen Gründen beschränkte Ausströmdruck optimal ausgenutzt wird.

Die Gasstromführung kann entweder durch zwei spitzwinkelig oder im wesentlichen parallel zusammenlaufende Zuluftströme oder durch einen solchen Zuluftstrom und ein paralleles Schutzglas erzielt werden. Diese Strömungsführung minimiert auch die Geräusche. Die Blasvorrichtung ist konstruktiv wesentlich einfacher und kostengünstiger als vorbekannte Ausführungsformen.

Außerdem kann sie an beliebig geeigneter Stelle positioniert werden und beeinflusst eine evtl. vorhandene Schutzgaszuführung für den Schweißprozeß nicht negativ.

In der bevorzugten Ausführungsform wird die Düse an einem offenen Düsenhalter angeordnet und kann dabei auch höhenverstellbar befestigt sein. Dies ermöglicht eine seitliche Zufuhr von Zuluft aus der Umgebung und eine aussenseitige Umströmung der Düse, was insbesondere auch in Verbindung mit der strömungsgünstigen Tropfen-oder Flügelform für die Strömungsführung besonders vorteilhaft ist. Außerdem kann die Gas-und Luftströmung in einer günstigen Höhe plaziert werden, in der der überstrichene Streu-oder Kegelquerschnitt zur Spritzerabwehr relativ klein und die vorhandene kinetische Energie der Luftströmung zum Wegblasen auch größerer Spritzer genügend groß ist. Außerdem werden durch die offene Ausbildung und Anordnung der Blasvorrichtung die anderen Bestandteile der Lasereinrichtung nicht negativ beeinflusst.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen : Figur l : eine Lasereinrichtung mit einer Blasvorrichtung in Seitenansicht, Figur 2 : eine geklappte Seitenansicht der Anordnungen von Figur 1 entsprechend Pfeil II, Figur 3 : eine Draufsicht der Anordnung von Figur 1 gemäß Pfeil 171 und Figur 4 und 5 : Varianten der Düsenanordnung von Figur 1 bis 3 mit einem Schutzglas.

Figur 1 und 2 zeigen in zwei Seitenansichten eine Lasereinrichtung. (1), die zum Schweißen oder Schneiden von schematisch dargestellten Werkstücken (17) mittels eines Laserstrahls oder eines Laserstrahlbündels (3) dient. Der Übersicht halber ist von der Lasereinrichtung (1) nur der Laserkopf (2) und der Strahl (3) dargestellt. An der Lasereinrichtung (1) ist eine Blasvorrichtung (4) angeordnet, die einen im wesentlichen quer zum Laserstrahl (3) gerichteten Gasstrom (7) erzeugt, der die darüber angeordnete Laseroptik vor Verschmutzung oder Beschädigung durch hochspringende Schweißspritzer, durch Schmauch oder andere Einflüsse aus dem Schweiß-oder Trennprozeß schützt.

Die Blasvorrichtung (4) besitzt vorzugsweise mindestens eine Düse (5), die als quer gerichteter Düsenbalken ausgebildet ist und die eine längsgerichtete seitlich schlitzförmige Düsenöffnung (6) für den Auslass des Gasstroms (7) aufweist. An den beiden Stirnenden der Düse

(5) sind gegenüberliegende Druckluftanschlüsse (15) angeordnet, von denen in Figur 2 nur einer dargestellt ist. Die beidseitig_ Druckluftanschlüsse (15) urücken das Gas mit gegeneinander gerichteten Einströmrichtungen axial in den hohlen Innenraum der Düse (5). Hierdurch ergibt sich ein über die Schlitzlänge der Düsenöffnung (6) weitgehend konstanter Ausblasdruck. Alternativ kann der Druckluftanschluss nur an einer Stirnseite oder hinten liegen. Das Gas (7) kann Luft oder ein beliebig anderes Gas sein.

Die Düse (5) hat vorzugsweise im Querschnitt eine Tropfenform oder eine Flügelform und ist mittels eines offenen Düsenhalters (14) am Laserkopf (2) in einer wählbaren Höhe befestigt. Der Düsenhalter (14) hat hierzu beispielsweise ein in Figur 2 dargestelltes Fenster (16), das den Zutritt von Außenluft an die oben liegenden Außenflächen der Düse (5) ermöglicht. Die Düse (5) kann weitgehend frei schwebend gehalten werden und kann von der Umgebungsluft an der Rückseite sowie der Unter-und Oberseite umströmt werden. Der Düsenhalter (14) kann in sich höhenverstellbar ausgebildet sein oder höhenverstellbar am Laserkopf (2) befestigt sein.

In der in Figur 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform hat die tropfenförmige Düse (5) an der Außenseite zwei schräg zur Düsenöffnung (6) hin verlaufende und dort mündende Außenwände, die als konische Luftleitflächen (12) für eine beidseitige Luftzuführung (8,9) und für beidseitig entlangfließende Zuluftströme (10,11) dienen. Die Zuluftströme (10,11) werden von dem an der Düsenöffnung (6) mit hohem Druck von ca. 2,5 bar austretenden Gasstrom (7) aus der umgebenden Außenluft angesaugt.

Die Zuluftströme (10,11) gelangen in einem spitzen Winkel zur Düsenöffnung (6) und werden dort parallel zum Gasstrom (7) umgerichtet. Die beiden Zuluftströme (10, li ; betten

dadurch den Gasstrom (7) zwischen sich ein und führen ihn beidseitig. Insgesamt ergibt sich hierdurch eine dreilagige im wesentlichen laminare Strömung, die eine besonders hohe Strömungsstabilität unter weitgehender Vermeidung von Verwirbelungen hat. Die kinetische Energie der Strömungen bleibt über eine größere Lauflänge erhalten, so dass die dreilagige Strömung genügend Kraft hat, um aufsteigende Spritzer, Schmauch und dergleichen vor dem Laserkopf (2) und der dort angeordneten Laseroptik wegzublasen.

Figur 4 und 5 zeigen zwei Varianten der Ausführungsform von Figur 1 bis 3. In der Ausführung von Figur 4 ist nur der Zuluftstrom (10) an der Unterseite der Düse (5) vorhanden. Anstelle des oberen Zuluftstromes (11) befindet sich ein vorzugsweise planscheibenförmiges laserstrahldurchlässiges Schutzglas (13) über dem Gasstrom (7), das sich parallel zu diesem erstreckt und das mit seinem Rand dichtend an der Düsenöffnung (C') anschließt.

Hierdurch wird der Zustrom von Zuluft auf dieser Seite verhindert. Das Schutzglas (13) ist im Laserkopf (2) oder am Düsenhalter (14) in geeigneter Weise befestigt. Es bildet anstelle des oberen Zuluftstroms (11) die obere Parallelführung für den Gasstrom (7), der dadurch zwischen der Schutzglasscheibe (13) und dem unteren Zuluftstrom (10) eingebettet und geführt ist. Das Schutzglas (13) schützt außerdem zusätzlich die Laseroptik gegen Spritzer.

Es ist vorzugsweise lösbar angeordnet und kann bei Bedarf ausgetauscht werden.

In der Variante von Figur 5 sind wieder die gleichen beidseitigen konisch zur Düsenöffnung (6) zulaufenden Zuluftströme (10,11) wie in Figur 1 bis 3 vorhanden, wobei zusätzlich ein Schutzglas (13) angeordnet ist, das im Laserkopf oder im Düsenhalter (14) mit Abs. and oberhalb der Düsenöffnung (6) positioniert ist. Das Schutzglas (13) hat in diesem Fall keine Führungsfunktion für den Gasstrom

(7) und dient vor allem als zusätzlicher mechanischer Spritzerschutz.

Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen kann die Außenform der Düse (5) anders ausgebildet sein. Die Luftzuführungen (8,9) können statt als offene Leitflächen (12) auch als ummantelte Strömungskanäle gestaltet sein. Ferner können zwei oder mehr Düsen (5) vorhanden sein.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Laservorrichtung 2 Laserkopf 3 Laserstrahl 4 Blasvorrichtung 5 Düse, Düsenanordnung 6 Düsenöffnung, Schlitzdüse 7 Gasstrom 8Luftzuführung 9Luftzuführung 10 Zuluftstrom, Außenluf<BR> 11 Zuluftstrom, Außenluf-<BR> 12 Luftleitfläche 13 Schutzglas, Schutzglasscheibe 14 Düsenhalter 15 Druckluftanschluss 16 Fenster 17 Werkstück