AT386779B - Verfahren zum laserbrennschneiden und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserbrennschneiden, bei dem das zu schneidende
Werkstück,   z. B.   eine Platte, eine Folie   od. dgl.   aus Metall sich in einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, befindet und der Laserstrahl gemeinsam mit unter Druck stehendem Schneidgas dem Werkstück zugeführt wird. Das Verfahren soll vor allem für Werkstücke angewendet werden, die mit Lasern schwer zu bearbeiten sind. Dabei handelt es sich vor allem um gut wärmeleitende Werkstücke, insbesondere solche, die aus Metall bestehen. 



   Es wurden nun bereits Versuche unternommen, Werkstoffe unter Wasser mittels Laserstrahlen zu schneiden. Solche Versuche wurden unter Anwendung eines C02-Glaslasers an Stahlblechen vor- genommen, deren Dicke 2 mm betrug. 



   Der Druck des Schneidgases, das mit dem Laserstrahl aus einer gemeinsamen Düsenöffnung austritt, muss richtig bemessen sein, damit ein Kanal für den Laserstrahl entsteht. Dieses Ver- fahren bringt insoferne Vorteile, als das Wasser die unmittelbare Umgebung der Schneidstelle kühlt und damit das zu schneidende Werkstück einer geringeren thermischen Belastung unterliegt. Dies bringt eine verbesserte Schnittqualität. 



   Problematisch wird jedoch das Verfahren dadurch, dass das Schneidgas mit relativ hohen
Drücken zugeführt werden muss, was bisnun dazu geführt hat, dass das Schneidgas, das unterhalb der Schnittstelle in das Wasserbad eindringt, zum Teil in grossen Blasen wieder nach oben strömt und damit eine äusserst unruhige Oberfläche verursacht, die einer genauen Fokuslage des Strahles entgegenwirkt. Abgesehen davon wird Flüssigkeit auch grossräumig versprüht, was die Bearbeitung weiter problematisch erscheinen lässt. 



   Hier Abhilfe zu schaffen, ist eines der Ziele der Erfindung. Erreicht wird dies bei einem
Verfahren der eingangs erwähnten Art, wenn hiebei erfindungsgemäss der Laserstrahl und das
Schneidgas unterhalb der Schnittstelle in ein mit Flüssigkeit, z. B. Wasser, durchsetztes, den
Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material eingeführt werden. Bei
Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kommt es unterhalb der Schnittstelle durch das
Material zu einer feinen Zerteilung des Schneidgases,'wodurch eine Beruhigung der Oberfläche der Flüssigkeit eintritt. Weiters wird durch das absorbierende Material eine verbesserte Ableitung der Wärme, die der Laserstrahl entwickelt, erzielt, so dass die Flüssigkeit nicht mehr verdampft. Damit kann die Fokuslage des Laserstrahles durch kapazitive Abstandsmessung erfolgen.

   Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens kann extrem dünnes und bisher kaum mittels Laser schneidbares Material einwandfrei verarbeitet werden, wobei extrem schmale Stege zwischen den einzelnen Ausschnitten erreicht werden können. Als Flüssigkeit wird bevorzugt eine solche verwendet, deren Siedepunkt unter   200 C   liegt. Bevorzugt wird man jedoch Wasser einsetzen. 



   In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden als das den Schneidgasdruck abbauende und den Laserstrahl absorbierende Material metallische Fliessspäne eingesetzt, die insbesondere in Form eines Haufwerkes vorliegen. Es kann jedoch auch ein Metallschwamm, ein mehrlagiges metallisches Geflecht (Gitter) oder auch ein Gewebe eingesetzt werden. Alle diese Materialien führen zu einer besonders günstigen Zerteilung des Schneidgases unterhalb des zu schneidenden Werkstückes. 



   Weiters ist es in Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zweckmässig, wenn als den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material ein Haufwerk, bestehend aus   Band-und/oder Wirr-und/oder Wendel-und/oder Spiral-und/oder   Lockenspänen eingesetzt wird. Dieses Material ist besonders einfach herstellbar durch einfache Zerspanungsvorgänge. 



   Zur Durchführung des Verfahrens bietet sich in besonders bevorzugter Weise eine Vorrichtung an, bei der erfindungsgemäss das den Schneidgasdruck abbauende und den Laserstrahl absorbierende Material in einem, insbesondere wannenförmigen Behälter angeordnet ist, wobei in den Behälter eine Auflagefläche für das zu schneidende Werkstück eingesetzt ist, die das Material nach oben abdeckt. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich durch besondere Einfachheit und daher billige Herstellbarkeit bei grosser Zweckmässigkeit für das erfindungsgemässe Verfahren aus. 



   Die Vorrichtung kann mit einem Zulauf und einem Ablauf für die Flüssigkeit versehen sein, so dass ein kontinuierlicher Flüssigkeitslauf erreicht werden kann. Durch die Strömung zwischen Einlass und Auslass des Behälters wird die mit den Bläschen durchsetzte (schaumartige) Flüssigkeit vom Werkstückbereich weggefördert. 



   Der Abzug der Flüssigkeit kann dabei über einen Überlauf, der vor dem Ablauf angeordnet 

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 ist, erfolgen. Zur Befestigung des zu schneidenden Werkstückes kann die Vorrichtung mit einer
Klemmeinrichtung an der Auflagefläche versehen sein. Die Lagesicherung des Werkstückes kann auf diese Weise besonders einfach vorgenommen werden, was ebenfalls Rückwirkungen auf die
Qualität des erzielten Schnittes bringt. 



   Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, Fig. l eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer für die Ausführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens geeigneten Vorrichtung, und Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 veranschaulichte Vor- richtung. 



   In den Zeichnungen ist mit --9-- ein Laserschneidkopf bezeichnet. Diesem Laserschneidkopf wird Schneidgas zugeführt. Der Druck des Schneidgases kann an einem Manometer --10--, das am Düsenkörper angeordnet ist, abgelesen werden. Der Druck des Schneidgases kann dabei bis
7 bar betragen. 



   Zur Aufnahme der Flüssigkeit ist ein wannenartiger   Behälter --2-- vorgesehen,   in den die   Auflagefläche --3-- für   das zu schneidende Werkstück eingesetzt werden kann. Der die Auflage-   fläche --3-- aufweisende Einsatz --12-- stützt   sich am im Inneren des   Behälters --2-- an   dessen   Seitenwandungen befestigten Winkelstücken --13-- ab.    



   Im   Behälter --2-- befindet   sich eine Flüssigkeit, deren Siedepunkt bevorzugt unter   200 C   liegt und deren freie Oberfläche mit --11-- bezeichnet ist. Die Flüssigkeit deckt dabei das zu bearbeitende Werkstück ab. Das Werkstück wird an der   Auflagefläche --3-- durch   Klemmleisten   - -7--,   die schwenkbar an der   Auflagefläche --3-- gelagert   sind, festgeklemmt. Die Klemmleisten - können mittels eines Kolben/Zylinderaggregats geschwenkt werden. 



   In unterbrochenen Linien ist in Fig. 2 die Offenstellung der   Klemmleisten --7-- eingetragen.   



  Die Flüssigkeit wird dem   Behälter --2-- über   einen in den Boden des Behälters mündenden Zulauf -   zugeführt   und kann durch einen Ablauf --5-- abgezogen werden. Durch entsprechende Dimensionierung der Ablaufmenge und der Zulaufmenge kann ein ständiger Durchfluss an Flüssigkeit durch den   Behälter --2-- erzielt   werden. Im   Behälter --2-- befindet   sich ein den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material Dieses Material, das eine Zerteilung des aus dem Laserschneidkopf strömenden Schneidgases bewirkt, kann ein Haufwerk aus metallischen Fliessspänen sein. Es kann jedoch auch ein Metallschwamm, ein mehrlagiges metallisches Geflecht (Gitter) oder auch ein Gewebe eingesetzt werden.

   Die Späne können Bandund/oder   Wirr- und/oder Wendel- und/oder Spiral- und/oder   Lockenspäne sein. 



   Bevorzugt wird als Material, das den Schneidgasdruck abbaut und den Laserstrahl absorbiert, Aluminium eingesetzt, da dieses auch die beim Schneiden entstehende Wärme sehr gut ableitet, was einer Verdampfung der Flüssigkeit entgegenwirkt. Durch kapazitive Abstandsmessung kann die Fokussierung des aus dem Laserschneidkopf --9-- austretenden Laserstrahles auf die Oberfläche des zu schneidenden Werkstückes erfolgen. 



   Als den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material kann bei- 
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 beliebiger Formteil sein kann, befindet, kann auch Glykol oder Glycerin sein. 



   Dadurch, dass das Schneidgas, das den Laserstrahl umhüllt, in das von Flüssigkeit durchsetzte Wärmeableitmaterial eindringt, wird ein "Aufkochen" der Flüssigkeit mit grosser Blasenbildung verhindert und das Schneidgas wird in feine Bläschen zerteilt. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Laserbrennschneiden, bei dem das zu schneidende Werkstück, z. B. eine Platte, eine Folie od. dgl. aus Metall sich in einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, befindet und der Laserstrahl gemeinsam mit unter Druck stehendem Schneidgas dem Werkstück zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl und das Schneidgas unterhalb der Schnittstelle in ein mit Flüssigkeit, z. B. Wasser, durchsetztes, den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material eingeführt werden. <Desc/Clms Page number 3>

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material metallische Fliessspäne, insbesondere in Form eines Haufwerkes, ein Metallschwamm, ein mehrlagiges metallisches Geflecht oder Gewebe eingesetzt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als den Schneidgasdruck abbauendes und den Laserstrahl absorbierendes Material ein Haufwerk, bestehend aus Bandund/oder Wirr- und/oder Wendel- und/oder Spiral- und/oder Lockenspänen eingesetzt wird.

   4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das den Schneidgasdruck abbauende und den Laserstrahl absorbierende Material (1) in einem, insbesondere wannenförmigen Behälter (2) angeordnet ist, wobei in den Behälter (2) eine Auflagefläche (3) für das zu schneidende Werkstück eingesetzt ist, die das den Schneidgasdruck abbauende und den Laserstrahl absorbierende Material (1) nach oben abdeckt.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) mit einem Zulauf (4) und einem Ablauf (5) für die Flüssigkeit versehen ist.