DE4130162A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung benutzt den Laserstrahl als Schneidwerkzeug, um z. B. aus überwiegend plattenför­ migen Materialien beliebige Formen präzise und rationell auszuschneiden. Von einem ortsfesten Laseraggregat wird ein Laserstrahl über Spiegel zu einem Bearbeitungskopf geführt, der in drei Achsen verfahrbar ist. Eine Bewegung in x- und y-Richtung, also parallel zum Werkstück, erfolgt mittels eines verfahrbaren Portals, während in z-Richtung, also senkrecht zum Werkstück, der Bearbeitungs­ kopf selbst in einer Führung gegenüber dem Portal verfah­ ren wird. Das Abfahren der geometrischen Konturen wird durch eine numerische Steuerung gesteuert, die die Laserleistung der Schneidgeschwindigkeit anpaßt.

Beim Schneidvorgang verdampft der vom Laserstrahl getrof­ fene Bereich des Werkstückes. Das entstehende Materialgas ist gesundheitsschädlich für das Bedienungspersonal und gefährdet zudem empfindliche Teile der Laserbearbeitungs­ vorrichtung, wenn es sich als Kondensat auf diesen nie­ derschlägt. Es ist deshalb erforderlich, das Materialgas zu entfernen.

Eine Beseitigung des Materialgases wäre durch eine Absaugvorrichtung möglich, bei der sich ein Ansaugtrich­ ter ständig unterhalb des Bearbeitungskopfes befindet. Dieser Ansaugtrichter könnte dort stationär angeordnet sein, wenn der Bearbeitungskopf ebenfalls stationär ist und das Abfahren der geometrischen Konturen durch Verfah­ ren des Bearbeitungstisches vorgenommen wird.

Eine solche Ausgestaltung hätte aber den Nachteil, daß das Maschinenbett mehr als die vierfache Grundfläche des Bearbeitungstisches einnehmen müßte, damit alle Bereiche des Bearbeitungstisches unterhalb des Bearbeitungskopfes positionierbar wären.

Im Falle eines dreidimensional verfahrbaren Bearbeitungskopfes müßte auch der Ansaugtrichter synchron in x- und y-Richtung mitverfahren werden. Dazu wäre ein zusätzlicher zweidimensionaler Antrieb erforderlich, der unterhalb des gesamten Bearbeitungstisches verfahrbar sein müßte und bei großen Spannweiten auch besondere Sta­ bilisierungsmaßnahmen nötig hätte.

Eine weitere Variante, die lediglich eine zusätzliche einachsige Verfahreinrichtung bedingt, erfordert wiederum eine erhöhte Leistung des Absaugaggregates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserbear­ beitungsvorrichtung zu schaffen, die bei geringem Aufwand eine wirksame Beseitigung des beim Schneidvorgang entste­ henden Materialgases bei minimaler Absaugleistung ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kenn­ zeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Die Grundüberlegung der Erfindung besteht darin, auf zusätzliche Teile und aufwendige Antriebe zu verzichten und statt dessen ohnehin erforderliche Versteifungsele­ mente des Maschinenbettes so auszugestalten und anzuord­ nen, daß sie die Leitung abzusaugender Materialgase mit übernehmen können.

Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der Erfindung erweisen sich Querträger als besonders geeignet, die im Maschinenbett unterhalb des Bearbeitungstisches angeord­ net sind. Sie dienen dazu, die Parallelität zweier seit­ licher Rahmenteile des Maschinenbettes sicherzustellen. Um eine hohe Steifigkeit zu erzielen, sind mehrere derar­ tiger Querträger vorhanden.

Werden nun in diesen, als Hohlprofil ausgebildeten Quer­ trägern Gaseintrittsöffnungen angeordnet, so wird unter­ halb des Bearbeitungstisches eine praktisch flächen­ deckende Absaugung der Materialgase erzielt. Durch entsprechende Auslegung der Saugleistung wird eine die Materialgase mitreißende Luftströmung auch in den zwischen zwei benachbarten Querträgern liegenden Berei­ chen erzeugt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Gaseintrittsöffnungen an der Unterseite der Querträ­ ger angeordnet.

Die Gaseintrittsöffnungen befinden sich in einem Bereich des Maschinenbettes, in dem die größte Konzentration der Materialgase auftritt. Diese werden nämlich durch Zufüh­ rung von Bearbeitungsgas nach unten gespült und verblei­ ben daher nicht in unmittelbarer Nähe des Werkstückes. Als weiterer Vorteil wird eine Verunreinigung des Innenraums der Querträger vermieden, da herabfallende Teile, z. B. beim Umrüsten der Vorrichtung, nicht in die Gaseintrittsöffnungen gelangen können.

Vorzugsweise sind die Gaseintrittsöffnungen auf der gesamten Länge der Querträger gleichmäßig verteilt angeordnet.

Es wird auf diese Weise ein gleichmäßiger Luftstrom erzeugt, so daß eine einwandfreie Beseitigung der Materi­ algase in jeder möglichen Position des Bearbeitungskopfes gewährleistet ist.

Bei einer praktischen Ausgestaltung besitzen die Querträ­ ger ein prismatisches Hohlprofil, das mit einer Kante nach oben weisend im Maschinenbett ausgerichtet ist.

Ein derartiges Profil läßt sich einfach herstellen und besitzt zudem den Vorteil, daß sich bei der vorgenommenen Ausrichtung einerseits keine Verunreinigungen auf dem Querträger ablagern können und andererseits das aus der Schneidfuge ausgeblasene Materialgas wie auch der Laser­ strahl selbst bei einer Position des Schneidkopfes ober­ halb eines der Querträger seitlich abgelenkt wird und nicht durch den Querträger reflektiert und an die Unterseite des Werkstückes zurückgeworfen wird.

Gemäß einer Weiterbildung sind die Gaseintrittsöffnungen jeweils in beiden unteren Flächen der Querträger angeord­ net.

Es wird so eine Saugströmung mit einer seitlichen Kompo­ nente erzielt, die einmal einen größeren Flächenbereich abdeckt und zum anderen in Kombination mit den Gasein­ trittsöffnungen des benachbarten Querträgers auch eine die Materialgase mitreißende Luftströmung zwischen den Querträgern erzeugt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die in dem Gas­ sammelkanal mündenden Enden der Querträger mit Ventilen versehen.

Es ist dadurch möglich, weit außerhalb des Arbeitsberei­ ches liegende Querträger zu verschließen und damit die Saugleistung der übrigen Querträger zu erhöhen. Auf diese Weise wird auch mit einem Lüfteraggregat geringerer Leistung eine wirksame Beseitigung der Materialdämpfe ermöglicht.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der eine Steuervorrichtung die Ventile in Abhängigkeit der Position des Bearbeitungskopfes automatisch öffnet und verschließt.

Der die Materialgase absaugende Luftstrom kann auf diese Weise auf den tatsächlichen Arbeitsbereich, der der Posi­ tion des Bearbeitungskopfes entspricht, konzentriert und beschränkt werden. Dadurch wird eine Optimierung in der Beseitigung des Materialgases und der dazu aufzuwendenden Saugleistung des Lüfters erreicht. Zweckmäßig wird das Ventil nur eines Querträgers geöffnet, wenn sich der Bearbeitungskopf gerade über diesem Träger befindet oder es werden die Ventile zweier benachbarter Querträger geöffnet, wenn sich der Bearbeitungskopf zwischen zwei Querträgern befindet.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, anhand der die Erfindung erläutert wird.

Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung und beschränkt sich im wesentlichen auf die Wiedergabe eines Maschinenbettes 10. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde ein Bearbeitungskopf 14 nicht vollständig mit sei­ ner Positioniervorrichtung gezeichnet.

Auf der Oberseite des Maschinenbettes 10 befindet sich ein Bearbeitungstisch 12 zur Aufnahme eines Werkstückes. Zum Maschinenbett 10 gehören zwei seitliche Rahmenteile 28, 30 und zwei querliegende Rahmenteile 32, 34. Auf den seitlichen Rahmenteilen 28, 30 sind hier nicht darge­ stellte Schienen eines Linearantriebs angeordnet, auf denen ein den Bearbeitungskopf 14 tragendes Portal läuft. Zur Gewährleistung einer hohen Schneidqualität der Laser­ bearbeitungsvorrichtung ist es erforderlich, für eine präzise Einhaltung der Parallelität der beiden seitlichen Rahmenteile 28, 30 des Maschinenbettes 10 zu sorgen. Dazu sind die Rahmenteile 28, 30 durch mehrere Querträger 16, 18 miteinander verbunden.

Sie befinden sich unterhalb des Bearbeitungstisches 12, sind als Hohlprofil ausgebildet und besitzen einen prismatischen, hier rautenförmigen Querschnitt. Die Querträger 16, 18 sind so ausgerichtet, daß eine Kante 26 nach oben weist. In den beiden unteren Flächen der Quer­ träger 16, 18, von denen in der Zeichnung lediglich die eine Fläche sichtbar ist, sind Gaseintrittsöffnungen 20 angeordnet. Diese Gaseintrittsöffnungen 20 mit kreis­ förmigem Querschnitt sind gleichmäßig über die gesamte Länge der Querträger 16, 18 verteilt.

Zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips beschränkt sich die Darstellung auf lediglich zwei Querträger 16, 18. In der Praxis werden jedoch in Abhängigkeit der Fläche des Bearbeitungstisches 12 meist mehr Querträger vorgesehen. Dies ist einmal für die Stabilität des Maschinenbettes 10 zweckmäßig als auch im Hinblick einer flächendeckenden, gleichmäßigen Verteilung der Gasein­ trittsöffnungen 20 in Längsrichtung zu den seitlichen Rahmenteilen 28, 30.

Die Querträger 16, 18 münden an einem Ende 22, hier an dem dem Betrachter abgewandten Ende, in einen Gassammel­ kanal 24, der als rechteckiges Hohlprofil ausgebildet ist, wie in der Zeichnung links zu erkennen ist. Der Gas­ sammelkanal 24 ist seinerseits an ein hier nicht darge­ stelltes Lüfteraggregat angeschlossen.

Die Enden 22 der Querträger 16, 18 sind mit hier nicht erkennbaren Ventilen versehen, die wahlweise eine Öffnung oder Schließung der Verbindung zwischen dem Innenraum des Querträgers 16, 18 und dem Gassammelkanal 24 ermöglichen. Diese Ventile können mittels einer Steuervorrichtung automatisch geöffnet und geschlossen werden, wobei die Steuervorrichtung mit der Steuervorrichtung zur Positio­ nierung des Bearbeitungskopfes 14 synchronisiert ist oder einen Teil dieser Steuervorrichtung bildet. Auf diese Weise ist es möglich, daß jeweils nur der oder die Quer­ träger 16, 18 Materialgas absaugen, oberhalb der oder zwischen denen sich gerade der Bearbeitungskopf 14 befin­ det. Die Saugleistung des Lüfteraggregats wird so auf nur einen oder zwei Querträger 16, 18 konzentriert, während die übrigen außerhalb des Arbeitsbereiches liegenden Querträger geschlossen sind und somit keine die Sauglei­ stung verringernde Nebenluft ziehen.

Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung ermög­ licht so eine wirksame Beseitigung des Materialgases an allen möglichen Positionen des Bearbeitungskopfes 14, ohne daß hierfür Ansaugtrichter oder ähnliche Zusatzteile synchron zum Bearbeitungskopf mitverfahren werden müssen.

Claims (7)

1. Laserbearbeitungsvorrichtung, welche einen auf einem Maschinenbett (10) angeordneten Bearbeitungstisch (12) zur Aufnahme eines Werkstückes sowie einen dreidimensio­ nal verfahrbaren Bearbeitungskopf (14) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenbett (10) mehrere unter­ halb des Bearbeitungstisches (12) verlaufende Querträ­ ger (16, 18) aus einem Hohlprofil umfaßt, die Gasein­ trittsöffnungen (20) besitzen und an wenigstens einem ihrer Enden (22) in einen Gassammelkanal (24) münden, der seinerseits an ein Lüfteraggregat angeschlossen ist.

2. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnun­ gen (20) an der Unterseite der Querträger (16, 18) angeordnet sind.

3. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnun­ gen (20) auf der gesamten Länge der Querträger (16, 18) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querträger (16, 18) ein prismatisches Hohlprofil besitzen, das mit einer Kante (26) nach oben weisend im Maschinenbett (10) ausgerichtet ist.

5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnun­ gen (20) in jeweils beiden unteren Flächen der Querträ­ ger (16, 18) angeordnet sind.

6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Gassammelkanal (24) mündenden Enden (22) der Querträger (16, 18) mit Ventilen versehen sind.

7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mittels der die Ventile in Abhängigkeit der Position des Bearbeitungskopfes (14) automatisch öffnen- und schließbar sind.