Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laser- strahl-Bearbeitungsmaschine, kurz Lasermaschine genannt, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Längliche Werkstücke, insbesondere Rohre, Stäbe, Flach-und Hohlprofile werden in geeigneten Lasermaschinen durch ein Spannfutter geschoben und an ihrem freien Ende mittels ei- nem Laserstrahl geschnitten und/oder geschweisst. Oft wer- den die Werkstücke an ihrem freien Ende unterstützt, damit sie nicht durchhängen oder sich bei der Bearbeitung durch- biegen. Diese notorisch bekannten Spannfutter haben den Nachteil, dass sie lediglich für kreiszylindrische Werk- stücke geeignet sind ; Profile bzw. asymmetrische Werkstücke können damit nicht präzise gefasst werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine universell einsetz- bare Vorrichtung zu schaffen, die beliebig geformte, läng- liche Voll-und Hohlprofile während der Laserbearbeitung sicher fassen kann. Die Vorrichtung soll für automatisierte Bearbeitungsabläufe geeignet sein und sich durch kurze Spann-und Umrüstzeiten auszeichnen.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge- löst.

In abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Die im Anspruch genannte Trägerplatte lässt sich durch ei- nen Linearantrieb vertikal verschieben, so dass je nach dem Profil oder der Form des Werkstücks die am besten geeignete Spannvorrichtung zum Einsatz gelangen kann.

Besonders bewährt haben sich pneumatisch betätigte Spann- vorrichtungen, die zudem selbstzentrierend wirken, gemäss Anspruch 3.

Einander gegenüberliegende, paarweise angeordnete Spann- backen, welche gemäss Anspruch 4 gemeinsam betätigt werden, erleichtern das Spannen und bewirken die gewünschte Selbst- zentrierung von Profilen.

Platzsparend sind Doppelkolben, die in einem Futterkörper angeordnet sind und Spannringe, die sich gegenüber diesem verdrehen, siehe Anspruch 5.

Die radiale Verschiebung der Spannbacken erfolgt kinema- tisch günstig durch in diesen eingelassene Keilflächen, An- spruch 6.

Besonders rasch lassen sich die Spannbacken in Spann-Nuten in seitlichen Verzahnungen auf das gewünschte Mass einstel- len, vgl. Anspruch 7.

Die in Anspruch 8 aufgezeigte Ausführungsform erlaubt die Energieversorgung der Spannvorrichtung auch bei deren Rota- tion.

Die zweite Spannvorrichtung ist bevorzugt maschinenfest an- geordnet, Anspruch 9, so dass sich die Einstellzeiten redu- zieren, weil nur die obere, erste Spannvorrichtung vertikal zu verfahren ist.

Bewährt haben sich zur Führung von Rundkörpern wie Wellen, Rohre etc. aus den Oberflächen der zweiten Spannvorrichtung herausragende Gleitstücke, beispielsweise Kugelkalotten ; Anspruch 10.

Nachfolgend werden an Hand von Zeichnungen Ausführungsbei- spiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Lasermaschine mit erfindungsgemässen Spannvorrichtungen, Fig. 2 Teile der in Fig. 1 gezeigten oberen Spannvor- richtung mit ihren Antriebskolben und der zuge- hörigen Kraftübertragung, Fig. 3 die Darstellung gemäss Fig. 2 in Ansicht von der Gegenseite, Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Spannvorrichtung Fig. 2 und 3, in einer Teilschnitt-Darstellung, Fig. 5 eine Schnittdarstellung in der Längsachse durch die Spannvorrichtung Fig. 4 und Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines pneumatischen Antriebs einer Spannvorrichtung.

In Figur 1 ist eine vereinfacht dargestellte Lasermaschine mit LM bezeichnet. Der Laserstrahl L ist in bekannter Weise über eine Strahlführung und über Umlenkspiegel S in den Be-

arbeitungsraum der Maschine geführt. Auf einer Trägerplatte 2 befindet sich eine obere Spannvorrichtung 1 für Profile ; die notwendige Energiezufuhr für die Spannvorrichtung er- folgt über Druckluftschläuche 3.

Die Trägerplatte 2 ist seitlich durch Führungsflansche 4 und vorne durch auf ihr aufgeschweisste Führungsschienen 33 gleitfähig gehalten und in Richtung Z'vertikal verschieb- bar. Die Spannvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus Spannbacken 6 mit Rollen 7, welche drehbar über entspre- chende Ringe auf der Trägerplatte 2 angeordnet sind. Die Spannbacken 6 sind leicht auswechselbar und mit Befesti- gungsschrauben 6'auf ihren Grundkörpern fixiert. Die Durchlässe für die Werkstücke sind mit D1 bzw. D2 bezeich- <BR> <BR> net. -Im Durchlass D1 ist ein Vierkant-Hohlprofil angedeu- tet ; im Durchlass D2 ein Rohr. Die Verschiebewege dieser Rohmaterialien erfolgen in Pfeilrichtung über eine hinter der Spannvorrichtung angeordneten Beschickung (Handling Sy- stem). Die Führungsschienen 33 sind durch ein Schutzwinkel 35 gegenüber groben Verschmutzungen und Beschädigungen durch abprallende Werkstücke und ausgeschnittene Teile ge- schützt.

Die gesamte Spannvorrichtung 1 ist rotationsfähig ausge- führt, was durch einen mit (p bezeichneten Pfeil charakteri- siert ist. Dieser Drehwinkel, in Bezug auf seine Refe- renzlage wird laufend durch einen Positionsgeber 34 über- wacht und an eine an sich bekannte NC-Steuerung in der La- sermaschine gemeldet.

Im unteren Bereich der Trägerplatte 2 befindet sich auf dem unteren Teil des Maschinenständers 32 ein Horizontalträger 8, auf dem ein sogenannter Lünettenträger 12 mit Lünetten

11 und eingelagerten Kugeln 11'horizontal verschieblich auf einer Führungsschiene 12'aufgebaut ist. Die Verschie- bewege der Lünettenträger 12 sind durch Doppelpfeile aufge- zeigt. Stirnseitig ist im Träger 8 ein Manometer 31 einge- lassen, welches zur Überwachung des optimalen Eingangs- drucks der Druckluft und damit des Spanndrucks von hier nicht sichtbaren, steuerbaren Pneumatikzylindern dient. Die Kraftübertragung von den Pneumatikzylindern zu den Lünet- tenträgern 12 erfolgt über ebenfalls verdeckte Kolbenstan- gen.

An der Trägerplatte 2 befinden sich seitlich angeordnet, einander gegenüberliegende Winkel 2', welche der Vertikal- verstellung dienen. Ersichtlich ist im mittleren Teil des vorderen Winkels 2'ein Gegenlager 9'mit Trägern 9"eines über eine Schubstange 10 wirkenden elektromechanischen Li- nearantriebs 9. Dieser Antrieb 9 vermag die obere, erste Spannvorrichtung von ihrer Ausgangslage HO in die Arbeits- lage H1 nach unten zu verfahren. Der Verschiebeweg ist als Pfeil markiert und mit Z'bezeichnet.

In nachfolgenden Figuren sind gleiche Funktionsteile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Die in Fig. 1 ersichtlichen Spannringe 5 bestehen gemäss Fig. 2 aus einem ersten Ring 5a und einem zweiten Ring 5b.

Der Ring 5a bewirkt eine Verstellung von einander gegen- überliegend angeordneten Grundbacken 16 ; der Ring 5b die Verstellung der-hier horizontal liegenden-Backen 16.

Beide Ringe 5a und 5b sind unabhängig voneinander drehbar und weisen je vier zueinander um einen Zentriwinkel von 90° versetzte Rollenträger 13a bzw. 13b auf, in denen Rollach- sen-Träger 14 mit endseitigen Rollen 15 eingesetzt sind.

Die Rollen 15 liegen mit ihrem Aussenring in Grundbacken 16 eingelassenen Keilflächen 17 auf. Zwischen den jeweiligen Rollenträgern 13a resp. 13b ragen Nocken 22 mit Ausnehmun- gen 22'heraus, in welchen Kolbenbolzen 23 durch axial ver- schiebliche Doppelkolben 25 hindurchgeführt sind. Gesichert sind diese Kolben 25 jeweils auf der vom Ring 13a bzw. 13b abgewandten Seite mit üblichen Sicherungsringen 24, soge- nannten"Seegerringen". Damit die Ringe 5a und 5b ihre Drehbewegung ausführen können sind die Ausnehmungen 22'als Langlöcher gestaltet.

Die Grundbacken 16 besitzen eine stirnseitige, zentrale Spann-Nut 20 und seitliche Verzahnungen 18.

Figur 3 zeigt die vorstehend beschriebene Anordnung von ih- rer Gegenseite. Gut ersichtlich sind hier die Keilflächen 17 und seitliche Nuten 19 in den Grundbacken 16, welche das Aufspannen (Festschrauben) der Spannbacken 6 erleichtern.

Ebenfalls sieht man die Rollen 15 in den eingelassenen Keilflächen 16, sowie die Verschraubung der Rollenachsen- Träger 14. Um den Kolben 25 eine Linearbewegung zu ermög- lichen und um diese in eine Rotationsbewegung der Ringe 5a und 5b umsetzen zu können, wirken hier wiederum die Kolben- bolzen 23 in Ausnehmungen 22' (Langlöcher) der Nocken 22.

Die Draufsicht Fig.-4 zeigt die gleiche Anordnung, eben- falls bei abgenommenen äusseren Abdeckring, jedoch aufge- setzt auf einen Futterkörper 29 und teilweise geschnitten.

Zusätzlich sind hier Zylinderdeckel 27, welche die Kolben 25 dicht umschliessen. Die Zylinderdeckel 27 bilden einen Teil des Zylinderraums 28, sie sind mittels Positionier- ringen 26 in einer Bohrung 37 im Futterkörper 29, Fig. 4, in ihrer Lage definiert eingesetzt und führen die Doppel-

kolben 25. Rückseitig weisen die Kolben 25 je zwei An- schlüsse für die Druckluft auf, wobei diese Anschlüsse in Durchgangsbohrungen 36 im Futterkörper 29 münden und durch abgedichtete Flansche mit Hohlräumen über die Druckluft- schläuche 3 mit Energie versorgt werden. Aufgeschraubt ist der Futterkörper 29 über Zentrierbohrungen 30 mit Befesti- gungsschrauben auf einer nicht dargestellten angetriebenen Hohlwelle.

Der Längsschnitt nach Fig. 5, entlang eines Werkstücks W zeigt die Ausführungsform eines Antriebsflansches 45, auf welchen ein an sich bekannter Zahnkranz einwirkt und die Drehbewegung um den Winkel (p ermöglicht. Der eigentliche Futterkörper 29 zeigt den Zylinderflansch 5 mit seinen 1. und 2. Verstellringen 5a und 5b mit ihren Rollenträgern 13a, vgl. Fig. 2 und Fig. 3. Die Rollen 15, auf Rollenach- sen 14 gelagert sind durch eingelassenen, versenkte Innen- sechskant-Schrauben 21 in den Rollenträgern festgeschraubt.

Die Rollen 15 sind nach Art von Wälzlagern aufgebaut. Die Verstellringe 5a und 5b sind in einem Führungsring 5c aus Gleitmaterial gelagert und geführt.

Ferner ist der Aufbau der Spannbacken 6 ersichtlich : Vor der Spann-Nut 20 liegt eine Grundbacke 16 mit einer feinen Verzahnung 18 in welche eine Gewindeplatte 40 einrastet. durch Schrauben 6'sind die Spannbacken 6 mit ihren Rollen 7 aufgesetzt und lassen sich, entsprechend den Abmessungen des Werkstücks W einstellen, so dass die Spannwege klein sind. Dadurch kann Stangenmaterial automatisch nachgescho- ben und in der vorbestimmten Länge wieder gespannt werden.

Zur Dämpfung von Schwingungen dient ein Dämpfungsring 43 mit eingelegten elastischen Ringen 44, welche durch Schrau- ben 46 geklemmt sind.

Der ringförmige Hohlraum 48 ist für grosse Durchlassweiten ausgelegt ; das Futter 29 erlaubt das sichere spannen belie- biger Profile.

Die Funktionsweise einer Spannvorrichtung gemäss Fig. 2 bis 5 ist folgende : Entsprechend dem zu spannenden Profil (Werkstück/Rohling) werden die Spannbacken 6 auf den Grundbacken 16, mit Spiel gegenüber dem Profil festgeschraubt. Durch Zuführung von Druckluft (gesteuert über die NC-Programmierung) werden die Druckluftschläuche 3 mit Druckluft versorgt und beaufschla- gen Kolbenböden 25' (Fig. 2), so dass sich die Spannvor- richtung schliesst, d. h. die Spannbacken 6 fassen das Pro- fil mit einer Kraft von zirka 60 kg pro Backe. Der Kraft- fluss ist leicht ersichtlich ; je zwei gegenüberliegende Doppelkolben 25 bewegen den Ring 5a und/oder 5b, so dass die Rollen 15 in den Keilflächen 16 abrollen und sich da- durch die Grundbacken 16 in ihren, im äusseren Futterkörper 29 eingelassenen, seitlichen Nuten 19 radial verschieben.

Die dargestellte Ausführungsform erlaubt sehr kurze Spann- und Öffnungszeiten, so dass die Vorrichtung eine erhöhte Bearbeitungskadenz der Lasermaschine erlaubt.

Die zweite Spannvorrichtung 11, 11', 12, vgl. Fig. 1 arbei- tet ähnlich einer an sich bekannten Lünette und ist für ro- tationssymmetrische Werkstücke vorgesehen. Sie ist eben- falls pneumatisch betätigt und kann leicht von ihrem Verti- kalträger entfernt werden, wenn sie die erste Spannvor- richtung im Einsatz ist und stören könnte.

Die Arbeitslage H1 lässt sich an das zum Einsatz gelangende "Handling-System"oder an die Form der Werkstücke anpassen.

In Fig. 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Pneumatikzylinders mit Doppelkolben 25 in der Bohrung 37 dargestellt. Im zentralen Bereich ist der Doppelkolben 25 durch eine Ausdrehung mit einem Ringraum 25"versehen und somit nur auf beiden Seiten geführt. Randseitig sind zudem Dichtringe 56 (0-Ringe) vorgesehen, die den Kolben 25 in seiner Bohrung 37 abdichten. Zylinderdeckel 27, jedoch hier mit einem vorstehenden Zapfen 27a können durch die Kolben- bewegung bis zu einem Anschlag 27b angefahren werden. Die Zylinderdeckel 27 besitzen ihrerseits periphere Dichtringe 53 (0-Ringe) und sind kraftschlüssig an Sicherungsringen 50 (Innen-Seegerringe) gehalten. Hierzu dienen Flansche 51 die mit Schrauben 52 die Zylinderdeckel 27 stationär fixieren.

Die resultierenden Zylinderräume sind mit 28 bezeichnet und werden über den Zapfen 27a zugeordnete Lufteinlässe 54 mit Druckluft versorgt. Im Zentrum des Doppelkolbens 25 ist eine-dem Betrachter zugewandte-Aussparung 55 zu sehen, in der ein mit dem zweiten Ring 5a verbundener Nocken 22 in Kreisrichtung (durch Pfeile charakterisiert) bewegbar ist.

Der hier nicht eingezeichnete Kolbenbolzen ist ebenfalls in einer Ausnehmung 22', einem Langloch, seitlich geführt.

In gleicher Weise sind sämtliche vier Doppelkolben ausge- führt. Gegenüber der in Fig. 4 dargestellten Ausführungs- form ergibt die Variante nach Fig. 6 eine bessere Ausnut- zung des zur Verfügung stehenden Raums und damit höhere Verschiebe-bzw. Spannkräfte.

Der ersten Spannvorrichtung 1 ist ein konventioneller An- trieb (Zahnkranz mit Servomotor) zugeordnet, so dass sich die Werkstücke mit dem Laserstrahl L im vollen Umfang vom zugeführten Profil abtrennen (schneiden) lassen. Die Dreh- zahl der Spannvorrichtung 1 kann kurzzeitig auf mehrere hundert Umdrehungen pro Minute hochgefahren werden, so dass auch ausgeschnittene Teile aus dem Werkstück durch Zentri- fugalkräfte herausgeschleudert werden.

Durch die Wahl der zur Laserbearbeitung optimal geeigneten Spannvorrichtung lassen sich die Be-und Entladezeiten der Maschine reduzieren. Ebenfalls kann die Umrüstzeit von ei- nem Werkstücktyp zu einem anderen beträchtlich reduziert werden.

Der Erfindungsgegenstand könnte auch mehrere und/oder aus- wechselbare Spannvorrichtungen umfassen, die auch über eine Kreisscheibe an Stelle einer Trägerplatte zuschaltbar sind.

Bezeichnungsliste 1 Spannvorrichtung für Profile 2 Trägerplatte (vertikal verschieblich) 2'Winkel an 2 3 Druckluftzuführung/Schläuche 4 Führungsflansch zu 2' 5 Zylinderflansch mit Futterkörper 5a 1. Verstellring 5b 2. Verstellring 5c Führungsring/Gleitflächen 6 Backen/Spannbacken 6'Befestigungsschrauben für 6 7 Rollen 8 Horizontalträger 9 Linearantrieb (elektromechanisch) 9'Gegenlager 9"Träger von 9' 10 Schubstange 11 Backen/Lünette 11'Gleitstücke/Kugeln in 11 12 Lünettenträger 12'Führungsschiene 13a, 13b Rollenträger 14 Rollachsen-Träger

15 Rollen 16 Grundbacken 17 Keilflächen in 16 18 Verzahnung 19 Seitliche Nuten in 16 20 Spann-Nut 21 Verschraubung von 14 (Innensechskant) 22 Nocken 22'Ausnehmung in 22 (Langloch) 23 Kolbenbolzen 24 Sicherungsring mit Unterlegscheibe 25 Doppelkolben (pneumatisch) 25'Kolbenboden 25"Ringraum (Ausdrehung) 26 Positionierring 27 Zylinderdeckel 27a Zapfen von 27 27b Anschlag von 27 28 Zylinderraum 29 Futterkörper 30 Zentrierbohrungen/Bohrungen für Befesti- gungsschrauben 31 Manometer (Druckluft) 32 Maschinenständer/Ständer 33 Führungsschienen 34 Positionsgeber

35 Schutzwinkel 36 Durchgangsbohrungen 37 Bohrung (Zylinderraum) 40 Gewindeplatte 41 Schnittfläche (Querschnitt) 42 Ausnehmung für Zylinder 25 43 Dämpfungsring 44 elastische Ringe 45 Antriebsflansch 46 Schraube 48 Hohlraum 50 Sicherungsring (Innen-Seegerring) 51 Flansch 52 Schrauben mit Sicherungscheiben 53 Dichtring (0-Ring) 54 Lufteinlass (Druckluft) 55 Aussparung 56 Dichtring (0-Ring) D1 Durchlass mit Führungsrollen D2 Durchlass mit Lünette L Laserstrahl

LM Lasermaschine HO Ausgangslage H1 Arbeitslage/Arbeitsposition S Umlenkspiegel W Werkstück Z'Verschiebeweg von 2 (Hilfsachse) Drehwinkel von 1