Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrfach-Brenneraggregat, mit einem Rah- men, einer am Rahmen gelagerten und um eine Drehhachse drehbaren Brenner- halterung, die für mehrere Schneidbrenner mit Mitteln zur Einstellung von deren Arbeitshöhe und/oder deren Ausrichtung in Bezug auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstück versehen ist, und mit einer eine Längsbohrung und ei- ne Wandung aufweisenden Hohlwelle, deren Bohrungs-Mittelachse koaxial zur Drehachse verläuft, wobei jeder Schneidbrenner mit mehreren, zu einem gemein- samen Schlauchpaket zusammengefassten Versorgungsleitungen verbunden ist, und die Schlauchpakete von den Schneidbrennern kommend in die Hohlwellen- Bohrung eingeführt werden.

Ein typisches Anwendungsgebiet derartiger Mehrfach-Brenneraggregate ist das Schneiden von Kontur- beziehungsweise Phasenschnitten. Als Schneidbrenner sind Laser-, Autogen- oder Plasmaschneidbrenner zu nennen

Stand der Technik Bei der Herstellung von Kontur- oder Fasenschnitten unter Einsatz eines Einzel- Schneidbrenners muss dieser in unterschiedlichen Winkeln an der Schnittnaht entlang geführt werden, um die Naht in die gewünschte Kontur zu schneiden. Bei Fasenschnitten muss nach jedem Schnitt der Neigungswinkel des Schneidbren- ners zur Werkstückoberfläche entsprechend dem vorgegebenen Fasen- oder Schrägungswinkel eingestellt werden.

Der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand wird durch Einsatz eines Mehr- fach-Brenneraggregats gemäß der FR 2 332 835 A1 vermindert. Daraus ist ein Mehrfach-Plasmabrenneraggregat mit drei winkelverstellbaren Plasmabrennern zur Herstellung eines Kontur- beziehungsweise Phasenschnittes bekannt. Die Brennerhalterung ist zur Montage eines mittleren Plasmabrenners und beidseitig davon zweier weiterer Plasmabrennern ausgelegt. Die beiden seitlichen Plasmab- renner sind so orientiert, dass ihre Längsachsen mit der Längsachse des mittle- ren Plasmabrenners einen per Hand verstellbaren Winkel einschließen. Derartige schräg gestellte Schneidbrenner werden im Folgenden auch kurz als „Schrägbrenner“,„Schrägschneidbrenner“ oder dergleichen bezeichnet.

Bei der Weiterbildung dieses Standes der Technik gemäß der DE 2 224 186 A1 ist eine motorische Winkelverstellung der Schrägbrenner bei einem Dreibren- neraggregat bekannt, wobei die Schrägschneidbrenner mittels Laufwagen auf einer bogenförmigen Winkelstelleinrichtung motorisch verfahrbar sind.

Jeder der Schneidbrenner ist mit einem Schlauchpaket verbunden, in dem in der Regel mehrere Versorgungsleitungen für gasförmige oder flüssige Medien, für die Energieversorgung und gegebenenfalls Datenleitungen zusammengefasst sind.

Ein derartiges Mehrfach-Brenneraggregat mit drei Plasmabrennern und manueller Verstellbarkeit der Winkelstellung bezogen auf die Werkstückoberfläche ist bei- spielsweise aus der US 3,459,376 A bekannt. Hierbei sind die Versorgungsleitun- gen für die Plasmabrenner jeweils von einem Hüllschlauch umgeben, wobei die einzelnen Hüllschläuche in ein gemeinsames Schlauchpaket übergehen.

Den Translations-, Rotations- und Schwenkbewegungen des Brenneraggregats müssen die Schlauchpakete folgen und unterliegen dabei hohen Kräften; insbe- sondere bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten. Besonders betroffen und anfäl- lig sind dabei die Schlauchpakete von Schrägbrennern.

Bei dem gattungsgemäßen Mehrfach-Plasmabrenneraggregat gemäß der

EP 2 865 478 A2 wird vorgeschlagen, dass die Schlauchpakete durch die entlang der Drehachse in dem Ausleger verlaufende Hohlwelle verdrillbar aufgenommen sind.

Zur Entschärfung des Problems der Torsion (Verdrillen) der Schlauchpakete bei rotatorischen Bewegungen schlägt die FR 2 269 398 A1 einen einfachen Auto- gen-Schneidbrenner zum Fasenschneiden vor, der mit einem Ausleger ausgestat- tet ist, an dem ein Innen-Hohlzylinder drehbar gelagert ist, durch den ein

Schlauchpaket verläuft. Der Innen-Hohlzylinder ist koaxial umgeben von einem mittels Servomotor drehbaren Außen-Hohlzylinder, wodurch ein Verdrillen des Schlauchpakets im Innen-Hohlzylinder vermieden werden kann. Technische Aufgabe

Das Vermeiden der Verdrillung der Schlauchpakte beim bekannten Mehrfach- Brenneraggregat erfordert eine aufwändige und raumgreifende Konstruktion, die einer hohen Dynamik bei der Schneidbrennerbewegung entgegenwirkt und die insbesondere die Bearbeitung filigraner Konturen erschwert. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches Mehr- fach-Brenneraggregat mit geringem Platzbedarf bereitzustellen, bei dem einer- seits die Torsion der Schlauchpakete zuverlässig vermieden wird und das ande- rerseits die Dynamik der Schneidbrennerbewegung und die Bearbeitung filigraner Konturen nicht nennenswert beeinträchtigt. Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Mehrfach-Brenneraggregat der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hohlwellen- Wandung mit mindestens einer Wandungs-Öffnung versehen ist, durch die hin- durch die Versorgungsleitungen eines Schlauchpakets einem ersten Anschluss- punkt einer die Hohlwelle umgebenden Energiekette zugeführt wird, die gegen- sinnig verlaufende Leitungsführungs-Windungen in aufweist.

Beim erfindungsgemäße Brenneraggregat werden die Schlauchpakete zusammen in eine um ihre Längsachse verdrehbare Hohlwelle eingeführt und von dort durch eine Durchführung der Wandung auf mindestens eine Energiekette geleitet, die um die Hohlwelle verläuft. Die Drehachse verläuft im xyz-Koordinatensystem in (positiver) z-Richtung. Um bei einer Drehung um die Drehachse ein Verdrillen der Schlauchpakte zu vermeiden, ist es erforderlich, dass alle Versorgungsleitungen aller Schlauchpakets in einer Energiekette oder in mehreren Energieketten auf- genommen werden. Mehrere Energieketten sind beispielsweise sinnvoll, wenn die Kapazität einer einzigen Energiekette zur Aufnahme aller Versorgungsleitungen nicht ausreicht, oder wenn es aus anderen Gründen erwünscht ist, jedem

Schlauchpaket eine separate Energiekette zuzuordnen. Die Versorgungsleitungen umfassen Schläuche für gasförmige oder flüssige Me- dien sowie Kabel für die Energieversorgung und gegebenenfalls Datenleitungen. Diese sind in den„Schlauchpaketen“ zusammengefasst.

Die Energiekette ist verformbar und verfügt über Leitungsführungs-Windungen, die jeweils miteinander verbundene hohle Kammern sind und in die die Versor- gungsleitungen einzeln eingelegt sind. In jeder Energiekette sind zwei Gruppen schraubenförmig gewundener kammerartiger Leitungsführungs-Windungen vor- gesehen, die paarweise angeordnet sind und die entgegengesetzten Drehsinn haben. Dadurch kann eine Rotationsbewegung der Hohlwelle durch eine Verfor- mung der mit der Hohlwelle verbundenen Energiekette kompensiert werden, wo- bei die Verformung darin besteht, dass sich Leitungsführungs-Windungen mit dem einen Drehsinn in Leitungsführungs-Windungen mit dem entgegengesetzten Drehsinn umwandeln. Die die Hohlwelle umgebende Energiekette ist daher ge- eignet, Drehbewegungen des Brenneraggregats um die Drehachse durch eigene Verformung zu kompensieren und dadurch abzutragen. Diese Eigenschaft der Energiekette wird im Folgenden auch als„Eigenverformung“ bezeichnet. Infolge dieser Eigenschaft ist ein Verdrillen der Schlauchpakete und der Versorgungslei- tungen ausgeschlossen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bren- neraggregats zeichnet sich dadurch aus, dass die Energiekette eine bandartige Leitungsführung aufweist, die sich aus mehreren um die Drehachse schraubenar- tig gewundenen Lagen zusammensetzt, die im Einsatz einen ersten Wicklungs- abschnitt mit dem ersten Anschlusspunkt und einer ersten Lagen-Wickelrichtung und einen zweiten Wicklungsabschnitt mit einem zweiten Anschlusspunkt und einer zweiten, der ersten Wickelrichtung gegenläufige Lagen-Wickelrichtung bil- den, wobei der erste Wicklungsabschnitt und der zweite Wicklungsabschnitt über einen Umlenkbogen miteinander verbunden sind, und wobei die Versorgungslei- tungen am zweiten Anschlusspunkt aus der Energiekette ausgeleitet werden, und wobei einer der Anschlusspunkte drehfest mit der Hohlwelle und der andere An- schlusspunkt ortsfest mit dem Rahmen verbunden ist.

Jeder der beiden gegenläufigen Wicklungsabschnitte umfasst mindestens eine Lage der bandartigen Leitungsführung. Die bandartige Leitungsführung wird durch eine bewegliche Aneinanderreihung von Hohlkammern gebildet, in denen die Versorgungsleitungen eingelegt sind.

Die Anschlusspunkte definieren jeweils die Einführungsstelle für die Versorgungs- leitungen in die Energiekette, beziehungsweise die Ausleitungsstelle für die Ver- sorgungsleitungen aus der Energiekette. Erster und zweiter Anschlusspunkt sind relativ zueinander verdrehbar. Bei einer Drehung des Brenneraggregats um die Drehachse entspricht der Drehwinkel gleichzeitig dem Verdrehwinkel zwischen erstem und zweitem Anschlusspunkt. Der Drehwinkel (und damit auch der Ver- drehwinkel) wird ohne Rotation der Energiekette allein durch das Wandern/das Verschieben des Umlenkbogens zwischen erstem Wicklungsabschnitt und zwei- tem Wicklungsabschnitt kompensiert. Das WandernA/erschieben des Umlenkbo- gens bewirkt quasi eine Umwandlung von Lagen der einen Wickelrichtung in La- gen der gegensinnigen (gegenläufigen) Wickelrichtung, so lange, bis der Ver- drehwinkel kompensiert ist. Eine derartige Energiekette ist im Handel von der Firma IGUS GmbH erhältlich.

Vorzugsweise ist die Hohlwelle mit mehreren Wandungs-Öffnungen auf unter- schiedlichen Höhenpositionen versehen, wobei jeder Wandungs-Öffnung eine Energiekette individuell zugeordnet ist.

Der Begriff„Energiekette“ bezeichnet auch hier und im Folgenden eine solche, die wie oben erläutert, geeignet ist, Drehbewegungen des Brenneraggregats um die Drehachse durch Eigenverformung zu kompensieren.

Dabei hat es sich bewährt, wenn die Anzahl der Wandungs-Öffnungen (also von Durchführungen durch die Hohlwellenwandung) auf unterschiedlichen Höhenposi- tionen und die Anzahl der Energieketten der Anzahl der Schlauchpakete ent- spricht, und dass jedem Schlauchpaket eine Energiekette individuell zugeordnet ist.

Vorzugsweise sind die Schlauchpakete dabei in der Hohlwelle so angeordnet, dass sie der Drehbewegung der Hohlwelle folgen. Die Versorgungsleitungen werden an der Wandungs-Durchführung beziehungs- weise an den Wandungs-Durchführungen in die Energiekette eingeleitet und ha- ben ansonsten keinen festen Kontakt zur Hohlwellen-Wandung. Sie können in- nerhalb der Hohlwelle miteinander verbunden sein; beispielsweise mittels eines Kabelbinders, aber ansonsten frei mit der Hohlwelle verdrehbar, so dass sie der Drehbewegung der Hohlwelle ohne Behinderung folgen können. Da die Energie- kette die Drehbewegung ab dem Ort der Wandungs-Durchführung abträgt, ist ein gegenseitiges Verdrillen der Versorgungsleitungen ausgeschlossen.

Beim zweiten Anschlusspunkt werden die Versorgungsleitungen aus der Energie- kette ausgeleitet. Daher ist der zweite Anschlusspunkt derjenige Anschlusspunkt, der ortsfest mit dem Rahmen verbunden ist. Das hat den Vorteil, dass das Auslei- ten der Versorgungsleitungen immer an derselben Stelle in Bezug auf den Rah- men erfolgt. Bevorzugt ist der zweite Anschlusspunkt auch derjenige Anschluss- punkt, der in positiver z-Richtung (also in der Regel von unten nach oben gese- hen) dem ersten Anschlusspunkt nachgeordnet ist. Die Versorgungsleitungen werden dabei am ersten Anschlusspunkt in die Ener- giekette eingeleitet und verlaufen - wenn auch innerhalb der Windungen der bandartigen Leitungsführung - insgesamt in positiver z-Richtung, bis sie beim zweiten Anschlusspunkt aus der Energiekette wieder ausgeleitet werden. Die um- gekehrte Konfiguration wäre auch möglich, würde allerdings eine Richtungsum- kehr der Versorgungsleitungen in negativer z-Richtung und damit eine größere Länge der Versorgungsleitungen erfordern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mehrfach-Brenneraggregat mit drei Plasma-Schneidbrennern, drei Schlauchpaketen und drei Energieketen aus- gestattet. Ausführunqsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt:

Figur 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrfach-Brenner- aggregats mit drei Plasmabrennern in schematischer Darstellung,

Figur 2 die dreidimensionale, computererzeugte Darstellung des Brennerag- gregats von Figur 1 (jedoch ohne Plasmabrenner), und

Figur 3 eine Ausführungsform einer geeigneten Energiekette zum Einsatz im erfindungsgemäßen Brenneraggregat. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrfach-

Brenneraggregats 1 als Skizze. Das Brenneraggregat 1 umfasst eine Höhenver- stelleinrichtung, die über einen Ausleger 2 am Querwagen einer üblichen portalar- tigen seriellen Bewegungseinheit einer Plasma-Brennschneidmaschine montiert ist. Am Ausleger 2 ist eine Brennerhalterung 3 exzentrisch um eine Drehachse 4 drehbar gelagert. Außerdem ist auf dem Ausleger 2 eine Hohlwelle 5 drehbar ge- lagert (Drehlager 16), die mittels eines Antriebs (nicht dargestellt) um die Dreh- achse 4 rotierbar ist und mit der Drehbewegungen des Brenneraggregats 1 aus- geführt werden. Die Brennerhalterung 3 umfasst eine Kulisse, an der drei Plasmabrenner 7, 8, 9 montiert sind. Die Medienversorgungsleitungen 17 für die Plasmabrenner 7, 8, 9 sind jeweils in einem Schlauchpaket 7a, 8a, 9a zusammengefasst. Sie werden in lockerem Bogen über das untere Ende der Hohlwelle 5 in die Hohlwellenbohrung geführt. Die Ausrichtung aller Plasmabrenner 7, 8, 9 in Bezug auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 10 ist motorisch verstellbar. Der mittlere Plasmabren- ner 8 ist üblicherweise so ausgerichtet, dass seine Längsachse koaxial zur Dreh- achse 4 verläuft (Nullausrichtung); er kann aber motorisch um +/- 10 Winkelgrade gegenüber der Nullausrichtung verkippt werden.

Der vorlaufende Plasmabrenner 7 ist an einem Laufwagen 7b montiert, der ent- lang einer bogenförmigen Winkelstelleinrichtung verfahrbar ist, so dass der Plas- mabrenner 7 in der z-y-Ebene des Koordinatensystems motorisch verschwenkbar ist und zwischen der Drehachse 4 und der Plasmabrenner-Längsachse ein Win- kel einstellbar ist. In gleicher Weise ist auch der nachlaufende Plasmabrenner 9 an einem Laufwagen 9b montiert, der entlang einer bogenförmigen Winkelstel- leinrichtung motorisch verfahrbar ist, so dass zwischen der Drehachse 4 und der Mittelachse des nachlaufenden Plasmabrenners 9 ein Winkel einstellbar ist. Die möglichen Kippwinkel der Schrägbrenner 8, 9 liegen im Bereich von 0 bis 55 Grad. Außerdem sind die Schrägbrenner 8, 9 motorisch lateral um eine Länge bis 45 mm verschiebbar.

Die Hohlwelle 5 hat im Ausführungsbeispiel einen Innendurchmesser von 75 mm, so dass die drei Schlauchpakete 7a, 8a, 9a reibungsfrei in der Hohlwellen- Bohrung aufgenommen werden können. Auf unterschiedlichen Höhenpositionen H1 , H2, H3 sind in der Hohlwellen-Wandung Durchführungen (Öffnungen) vorge- sehen, durch die die Versorgungsleitungen 17 eines Schlauchpakets einzeln ausgeleitet und in die band- und kammerartigen Leitungsführungswindungen L1 bis L6 (siehe Figur 3) einer Energiekette 6a, 6b, 6c eingelegt und darin mittels Kabelbinder fest fixiert werden. Die Höhenpositionen H1 , H2, H3 liegen in positi ver z-Richtung gesehen im Bereich der Unterkante der jeweiligen Energiekette 6a, 6b, 6c und bilden gleichzeitig den mit der Hohlwelle 5 verdrehbaren ersten Anschlusspunkt für die jeweilige Energiekette. Jedem Schlauchpaket 7a, 8a, 9a ist eine eigene, separate Energiekette 6a, 6b, 6c zugeordnet. Die Energieketten 6a, 6b, 6c verlaufen übereinander um die Hohlwel- le 5. Sie bestehen aus stirnseitig angeordneten Basisplatten 11 ,12 (besser er- kennbar in Figur 3) zwischen denen eine bandartige Leitungsführung 13 ange- ordnet ist. In diese bandartige Leitungsführung 13 werden die Versorgungsleitun- gen 17 einzeln eingelegt. Jede Energiekette 6a, 6b, 6c ist mit ihrer jeweils oberen Basisplatte 11 über einen Flansch 14 mit einem Rahmen 15 des Auslegers 15 verbunden. Die andere - in der Anordnung von Figur 1 ist dies die jeweils untere - Basisplatte 12 umgreift die Flohlwelle 5 und ist mit dieser fest verbunden. Die Ausleitung der Versorgungsleitungen 17 aus der jeweiligen Energiekette 6a; 6b; 6c erfolgt somit am oberen, zweiten Anschlusspunkt, der ortsfest mit dem (in xyz- Richtung verschiebbaren) Rahmen 2 verbunden ist.

Die an den beiden Enden der Flohlwelle 5 angreifenden Flansche 14 sind jeweils mit Drehlagern 16 versehen, in denen die Flohlwelle 5 rotierbar gelagert ist.

In der dreidimensionalen Darstellung des Mehrfach-Brenneraggregats 1 von

Figur 2 sind zur Bezeichnung gleicher Bestandteile des Brenneraggregats 1 die selben Bezugsziffern verwendet wie in Figur 1.

Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass sich die bandartige Leitungsführung 13 aus be- weglich miteinander verbundenen Kunststoffgliedern zusammensetzt, die jeweils als verschließbare Flohlkammer zur Aufnahme einer Leitung ausgebildet sind. Die Die Kunststoffglieder formen zusammen ein hohles Windungsband mit mehreren um die Drehachse schraubenartig gewundene Lagen L1 bis L6. Die Lagen L1 bis L4 bilden im gezeigten Beispiel einen ersten Wicklungsabschnitt W1 und die ver- bleibenden Lagen L5, L6 einen zweiten Wicklungsabschnitt W2. Die Wickelrich- tung der Lagen L1 bis L4 des ersten Wicklungsabschnitts W1 ist gegensinnig zur Wickelrichtung der Lagen L5 und L6 des zweiten Wicklungsabschnitts W2, wobei die Wicklungsabschnitte W1 , W2 über einen Umlenkbogen U miteinander ver- bunden sind, der einen Übergang von der einen Wickelrichtung in die andere rea- lisiert.

An der unteren, mit der Flohlwelle 5 verbundenen Basisplatte 12 befindet sich ein erster Anschlusspunkt, an dem die Versorgungsleitungen 17 in die Energiekette

13 eingeführt werden. An der oberen Basisplatte 11 befindet sich ein zweiter An- schlusspunkt, bei dem die Versorgungsleitungen 17 aus der Energiekette 13 wie- der ausgeleitet werden. Bei einer Drehung der Flohlwelle 5 um die Drehachse 4 werden erster und zweiter Anschlusspunkt relativ zueinander verdreht. Der Ver- drehwinkel zwischen erstem und zweitem Anschlusspunkt wird ohne Rotation der Energiekette 13 dadurch kompensiert, dass der Umlenkbogen U zwischen den Wicklungsabschnitten W1 , W2 in die eine oder andere Richtung wandert. Das Wandern/Verschieben des Umlenkbogens U bewirkt eine Umwandlung von Lagen der einen Wickelrichtung in Lagen der gegensinnigen (gegenläufigen) Wickelrich- tung, so lange, bis der Verdrehwinkel kompensiert ist oder bis einer der Wick- lungsabschnitte über keine wandelbaren Lagen mehr verfügt (gegebenenfalls wä- re die Kapazität der Energiekette erschöpft). Ein Verdrillen der Schlauchpakete 7a, 8a, 9a ist daher konstruktiv ausgeschlossen. Im Ausführungsbeispiel liegt der maximale Verdrehwinkel zwischen erstem und zweitem Anschlusspunkt - also die Torsionskompensations-Kapazität der Energiekette bei +/- 540 Winkelgraden, also bei insgesamt 1080 Grad.

Bezuqszeichenliste

Brenneraggregat 1 Werkstück 10

Ausleger 2 Basisplatten 1 1 ,12

Brennerhalterung 3 Leitungsführung 13

Drehachse 4 Flansch 14

Hohlwelle 5 Drehlager 16

Energiekette 6a, 6b, 6c Leitungen 17

Plasmabrenner 7, 8, 9 Höhenpositionen H1 , H2, H3

Schlauchpaket 7a, 8a, 9a schraubenartige Lagen L1 bis L6

Laufwagen 7b, 9b Wicklungsabschnitte W1 bis W2