CN113953658A - 加工装置和用于加工材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用聚焦的辐射介质(3)加工材料(2)的加工装置(1)，所述加工装置至少包括用于产生辐射介质(3)的辐射介质源(4)以及用于材料(2)的输送装置(5)，或者附加地包括用于使由所述辐射介质源(4)发出的辐射介质(3)朝向所述材料(2)转向的转向器件(6)；其中，输送装置(5)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)这样布置，使得所述材料(2)至少以待由辐射介质(3)加工的区域(7)通过输送装置(5)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)布置在圆形轨道(8)上，从而在辐射介质源(4)或者转向器件(6)运动时能够沿着圆形轨道(8)以辐射介质(3)的恒定的焦点位置(9)加工所述材料(2)。本发明还涉及一种用于利用聚焦的辐射介质(3)在加工装置(1)中加工材料(2)的方法。

Description

加工装置和用于加工材料的方法
技术领域
本发明涉及一种加工装置和一种用于通过加工装置加工材料的方法。所述加工通过聚焦的辐射介质(Strahlmittel)实现。加工装置至少包括用于产生辐射介质的辐射介质源以及用于材料的输送装置，或者附加地包括用于使由辐射介质源发出的辐射介质朝向材料转向的转向器件。
背景技术
为了驱动机动车越来越多地使用电池、尤其是锂离子电池。电池通常由单池组成，其中，每个单池具有阳极板、阴极板和分隔板的堆叠。阳极板和阴极板在以下称为电极板。
电极板通常通过冲压或者切割、例如激光切割制造。
尤其在切割时，在制造电极板时的较高处理速度可以由连续材料(Coil)实现。
为了借助激光切割产生尤其是横向的、即横向于连续材料的输送方向的剖面，激光束源或者用于使激光束转向的转向器件需要相对于输送装置运动。为了产生尽可能呈直角的切割棱边，需要平行于连续材料的输送平面的至少一个双轴运动。在此，激光束源或者转向器件必须在每个加工步骤之后移动回到原始位置。
由DE 37 07 665 A1已知一种用于借助激光束劈开皮革的方法和装置。
由CN 2774693 Y已知一种用于激光切割的装置，其中通过多边形的转向器件将激光束转向至材料上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，至少部分地解决关于现有技术说明的问题。尤其应该建议一种加工装置和用于通过加工装置加工材料的方法。在此应该在切割材料时实现高的处理速度和尤其呈直角的切割棱边。
该技术问题按本发明通过加工装置和方法解决。在本发明中单独说明的特征能够以在技术上合理的方式相互组合并且可以通过在说明书中阐述的事实和/或附图中的细节进行补充，其中，表明了本发明的其它变型实施方式。
建议一种用于利用聚焦的辐射介质加工材料的加工装置。所述加工装置包括至少一个用于产生辐射介质的辐射介质源以及用于材料的输送装置。附加地，所述加工装置包括用于使由所述辐射介质源发出的辐射介质朝向所述材料转向的转向器件。输送装置相对于辐射介质源或者转向器件这样布置，使得所述材料至少以待由辐射介质加工的区域通过输送装置相对于辐射介质源或者转向器件布置在圆形轨道上。由此在辐射介质源或者转向器件运动时能够沿着圆形轨道以辐射介质的恒定的焦点位置加工所述材料。
辐射介质尤其是激光束。所述辐射介质为了加工材料尤其具有焦点位置、即焦点相对于材料的预先确定的位置。为了确保尽可能恒定的切割质量，焦点位置需要沿着至少一个切割走向尽可能均匀地保持或者调节。
作为材料尤其使用连续材料，利用加工装置从所述连续材料切割出电极板。
对于激光束，辐射介质的聚焦例如可以通过光学的聚焦、例如借助透镜或者反射面实现。
辐射介质尤其从辐射介质源射出并且撞击材料。在辐射介质源与材料之间可以布置聚焦器件和/或转向器件。所述转向器件用于使辐射介质朝向材料转向。聚焦器件能够可移动地布置在加工装置中。聚焦器件也可以用于使辐射介质偏移。尤其可以通过聚焦器件调节辐射介质撞击转向器件的位置。由此也尤其可以改变材料上的焦点位置。
所述材料在预先确定的区域中、例如沿着一条线或者在面上被加工。这个区域相对于辐射介质源或者转向器件布置在圆形轨道上。所述圆形轨道具有中心或者旋转轴，所述材料沿着所述区域相对于所述中心或者旋转轴以恒定的距离或者半径布置。将材料布置在圆形轨道上实现了，在辐射介质源或者转向器件围绕圆形轨道的中心或者围绕旋转轴旋转时，存在相对于材料恒定的辐射介质源的焦点位置。
所述区域尤其在至少5度、优选至少25度、特别优选至少60度或者甚至至少120度的角范围上延伸。所述区域尤其在最大180度、优选最大160度的角范围上延伸。
输送装置可以包括多件式的输送带或者滚轮，它们形成用于材料的支承结构。所述材料可以通过负压布置和固定在支承结构上，其中，穿过所述支承结构抽吸所述材料。作为备选或补充，所述材料可以通过压紧装置被压在支承结构上。为此，所述材料可以布置在支承结构与形成压紧装置的带材料之间。输送装置尤其形成用于材料的圆弧形的支承结构，通过所述支承结构可以将所述材料相对于辐射介质源或者转向器件布置在圆形轨道上。
尤其设置有抽吸装置，所述抽吸装置可以将在加工材料时形成的浓烟从加工区中吸走。所述抽吸装置尤其在制造电极板时是必需的。
所述材料尤其能够通过输送装置沿着输送方向相对于辐射介质源或者转向器件(或者位置固定的周围环境)运动、尤其是沿着所述圆形轨道或者横向于所述圆形轨道运动。
所述材料尤其可以在加工期间，即在辐射介质入射到材料中时，固定保持在恒定的位置中，并且只在加工暂停时，即在辐射介质没有入射到材料中时，以进给速度相对于辐射介质源或者转向器件(或者位置固定的周围环境)运动。作为备选或补充，材料也可以在加工期间相对于辐射介质源或者转向器件(或者位置固定的周围环境)以进给速度运动。在两种情况下，辐射介质都可以相对于所述材料或者位置固定的周围环境运动。在此，辐射介质的焦点位置相对于材料保持恒定。
所述材料的输送方向尤其沿着所述圆形轨道延伸或者横向于所述圆形轨道的走向延伸。
通过辐射介质源或者转向器件的运动尤其能够使辐射介质的焦点位置至少沿着所述圆形轨道并且必要时附加地横向于所述圆形轨道的走向运动。沿着圆形轨道的运动尤其通过辐射介质源或者转向器件的旋转实现。横向于圆形轨道的走向的运动尤其通过辐射介质源或者转向器件的横向运动实现。沿着圆形轨道的运动和横向于圆形轨道的走向的运动尤其相互耦合，即优选至少部分同时地进行。
由此，对于在加工期间沿着输送方向运动的材料，也可以产生横向于输送方向延伸的切割棱边。
所述加工装置尤其具有转向器件并且所述转向器件具有多边形的形状或者棱锥形状。转向器件尤其可旋转地布置。在转向器件围绕与圆形轨道的中心相交的旋转轴旋转时，可以在辐射介质源的位置恒定的情况下使焦点位置沿着圆形轨道运动。如果转向器件沿着旋转轴横向运动，则这个横向运动尤其可以与旋转运动耦合，因此能够产生横向于材料的输送方向延伸的切割棱边。
建议一种用于在加工装置、尤其是所述的加工装置中利用聚焦的辐射介质加工材料的方法。所述加工装置包括至少一个用于产生辐射介质的辐射介质源以及用于材料的输送装置。附加地，所述加工装置可以包括用于使由所述辐射介质源发出的辐射介质朝向所述材料转向的转向器件。输送装置相对于辐射介质源或者转向器件这样布置，使得所述材料至少以待由辐射介质加工的区域通过输送装置相对于辐射介质源或者转向器件布置在圆形轨道上。所述方法至少包括以下步骤：
a)将材料布置在输送装置上；
b)利用辐射介质加工材料，其中，沿着圆形轨道以辐射介质的恒定的焦点位置加工所述材料。
所述材料尤其可以在加工期间，即在辐射介质入射到材料中时，固定保持在恒定的位置中，并且只在加工暂停时，即在辐射介质没有入射到材料中时，以进给速度相对于辐射介质源或者转向器件(或者位置固定的周围环境)运动。作为备选或补充，材料也可以在加工期间相对于辐射介质源或者转向器件(或者位置固定的周围环境)以进给速度运动。在两种情况下，辐射介质都可以相对于所述材料或者位置固定的周围环境运动。在此，辐射介质的焦点位置相对于材料保持恒定。
尤其至少在步骤b)期间，通过输送装置使材料相对于辐射介质沿着所述圆形轨道或者横向于所述圆形轨道运动。
尤其在步骤b)期间，通过辐射介质源或者转向器件的运动使辐射介质的焦点位置至少沿着所述圆形轨道并且附加地横向于所述圆形轨道的走向运动。
所述加工装置尤其具有转向器件并且所述转向器件具有棱锥形状。在步骤b)期间，通过转向器件的旋转使辐射介质的焦点位置至少沿着圆形轨道运动，其中，焦点位置的速度由于转向器件的旋转速度而大于材料在输送装置中的进给速度。
由此尤其可以使焦点位置在到达结束位置之后、即例如在到达切割线的终点时运动回到开始位置、即例如切割线的起点，其中，开始位置和结束位置在依次相续的加工过程中总是保持不变并且例如相对于输送装置不运动。
如果旋转速度选择为明显更大，则可以在多个超程
Figure BDA0003166063030000051
中加工材料的相同的区域，也就是焦点位置重复地经过相同的区域。由此可以在必要时提高切割质量或者减少材料的热负荷。
所述方法尤其能够通过装备、配置或者编程用于执行所述方法的控制设备执行。
此外，所述方法也可以由计算机或者通过控制单元的处理器实施。
相应地也建议一种用于数据处理的系统，所述系统包括处理器，所述处理器这样适配/配置，使得所述处理器执行所述方法或者所建议的方法的步骤的一部分，尤其是步骤b)。
可以规定计算机可读的存储介质，所述存储介质包括指令，所述指令在通过计算机/处理器执行时使得所述计算机/处理器实施所述方法或者所建议的方法的步骤的至少一部分，尤其是步骤b)。
关于所述加工装置的说明尤其也可以转用在所述方法和计算机实施的方法(即计算机或者处理器、用于数据处理的系统、计算机可读的存储介质)上并且反之亦然。
不定冠词(“一个”)的使用、尤其是在专利权利要求中和呈现所述权利要求的说明书中的使用，理解为(部件)本身并且不理解为数词。因此，相应地通过其引入的术语或者部件理解为，它们至少存在一次但尤其也可以多次地存在。
需要仔细地注意的是，在此使用的数词(“第一”、“第二”、…)主要(只)用于区分多个相同类型的物体、尺寸或者过程，即尤其不强制性地规定这些物体、尺寸或者过程彼此的相关性和/或顺序。如果相关性和/或顺序是必需的，则这会在此明确地说明或者本领域技术人员能够在研究具体描述的设计方案时明显地得出。只要构件可以多次地出现(“至少一个”)，则针对这些构件之一的描述相同地适用于这些构件中的所有的或者大部分构件，但这不是强制性的。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明以及技术环境。需要指出的是，本发明不应该受到所说明的实施例的限制。尤其只要没有明确地另作显示，则也可以提炼出在附图中阐述的事实的部分方面并且与本说明书中的其它组成部分和认知相结合。尤其需要说明的是，附图和尤其是所示的尺寸关系只是示意性的。在附图中：
图1以侧视图示出加工装置的第一实施变型方案以及以沿着旋转轴的视图示出细节；
图2示出按照图2的具有处于开始位置中的转向器件的细节；
图3示出按照图1和图2的具有处于第一中间位置中的转向器件的细节；
图4示出按照图1至图3的具有处于第二中间位置中的转向器件的细节；
图5示出按照图1至图4的具有处于第三中间位置中的转向器件的细节；
图6示出按照图1至图5的具有处于结束位置中的转向器件的细节；
图7以侧视图示出加工装置的第二实施变型方案；并且
图8以沿着旋转轴的视图示出图7的细节。
具体实施方式
图1以侧视图示出加工装置1的第一实施变型方案以及以沿着旋转轴22的视图示出细节。图2示出按照图2的具有处于开始位置19中的转向器件6的细节。图3示出按照图1和图2的具有处于第一中间位置20中的转向器件6的细节。图4示出按照图1至图3的具有处于第二中间位置20中的转向器件6的细节。图5示出按照图1至图4的具有处于第三中间位置20中的转向器件6的细节。图6示出按照图1至图5的具有处于结束位置21中的转向器件6的细节。以下共同描述图1至图6。
加工装置1包括用于产生辐射介质3的辐射介质源4以及用于材料2的输送装置5。附加地，加工装置1包括用于使由所述辐射介质源4发出的辐射介质3朝向所述材料2转向的转向器件6。如果没有设置转向器件6，则辐射介质源4可以在所示的附图中代替转向器件6。
输送装置5相对于转向器件6这样布置，使得所述材料2至少以待由辐射介质3加工的区域7通过输送装置5相对于转向器件6布置在圆形轨道8上。由此在转向器件6运动时能够沿着圆形轨道8以辐射介质3的恒定的焦点位置9加工所述材料2。
辐射介质3是激光束。所述辐射介质3为了加工材料2具有焦点位置9、即焦点相对于材料2的预先确定的位置。对于激光束，辐射介质3的聚焦例如通过光学的聚焦、例如通过聚焦透镜16实现。
辐射介质3从辐射介质源4射出并且撞击材料2。在辐射介质源4与材料2之间布置有形式为聚焦透镜16的聚焦器件和转向器件6。所述转向器件6用于使辐射介质3朝向材料2转向。聚焦透镜16位置固定地布置在加工装置1中。
材料2在预先确定的区域7中可以沿着一条线被加工。这个区域7相对于转向器件6布置在圆形轨道8上。所述圆形轨道8具有中心23，材料2沿着区域7相对于所述中心以恒定的距离或者半径布置。将材料2布置在圆形轨道8上实现了，在转向器件6围绕圆形轨道8的中心23或者围绕转向器件6的旋转轴22旋转11时，存在相对于材料2恒定的辐射介质源3的焦点位置9。
输送装置5形成用于材料2的圆弧形的支承结构。所述材料2能够通过输送装置5沿着输送方向10相对于转向器件6或者位置固定的周围环境24运动。
所述材料2可以在加工期间，即在辐射介质3入射到材料2中时，固定保持在恒定的位置中，并且只在加工暂停时，即在辐射介质3没有入射到材料2中时，以进给速度14相对于转向器件6或者位置固定的周围环境24运动。作为备选或补充，材料2也可以在加工期间相对于转向器件6或者位置固定的周围环境24以进给速度14运动。在两种情况下，辐射介质3可以相对于所述材料2或者位置固定的周围环境24运动。在此，辐射介质3的焦点位置9相对于材料2保持恒定。
材料2的输送方向10可以沿着所述圆形轨道8延伸或者横向于所述圆形轨道8的走向延伸。
通过转向器件6的运动，辐射介质3的焦点位置9可以至少沿着圆形轨道8运动。沿着圆形轨道8的运动通过转向器件6的旋转11实现。
所述转向器件6具有多边形的形状或者棱锥形状。转向器件6围绕旋转轴22可旋转地布置。在转向器件6围绕与圆形轨道8的中心23相交的旋转轴22旋转11时，可以在辐射介质源4的位置恒定的情况下使焦点位置9沿着圆形轨道8运动。
在加工材料2期间，可以通过转向器件6的旋转11使辐射介质3的焦点位置9沿着圆形轨道8运动，其中，焦点位置9的速度由于转向器件6的旋转速度13而优选大于材料2在输送方向10上的进给速度14。
由此可以使焦点位置9在到达结束位置21之后(参见图6，即例如在到达切割线的终点时)运动回到开始位置19(参见图2，即例如切割线的起点)，其中，开始位置19和结束位置21在依次相续的加工过程中总是保持不变并且例如相对于输送装置5不运动。
如果旋转速度13选择为明显更大，则可以在多个超程中加工材料2的相同的区域7，也就是焦点位置9重复地经过相同的区域7。由此可以在必要时提高切割质量或者减少材料2的热负荷。
图7以侧视图示出加工装置1的第二实施变型方案。图8以沿着旋转轴22的视图示出图7的细节。图7和图8在以下共同描述。参考关于图1至图6的说明。
加工装置1包括用于产生辐射介质3的辐射介质源4以及用于材料2的输送装置5。附加地，加工装置1包括用于使由所述辐射介质源4发出的辐射介质3朝向所述材料2转向的转向器件6。
转向器件6可以沿着横向方向执行横向运动15(参见转向器件6的所示的两个位置)。此外，转向器件6可以围绕旋转轴22实施旋转11。通过转向器件6的运动，辐射介质3的焦点位置9可以沿着所述圆形轨道8(参见图8)并且附加地横向于所述圆形轨道8的走向(参见图7)运动。沿着所述圆形轨道8的运动通过转向器件6的旋转11实现。横向于所述圆形轨道8的走向的运动通过转向器件6的横向运动15实现。沿着圆形轨道8的运动和横向于圆形轨道8的走向的运动相互耦合，即能够至少部分同时地进行。
由此，对于在加工期间沿着输送方向10运动的材料2，也可以产生横向于输送方向10延伸的切割棱边。
转向器件6通过不同的电机18运动。在材料2与转向器件6之间布置有保护玻璃17，所述保护玻璃同样圆弧形地围绕中心23或者旋转轴22延伸。
在图8中示出辐射介质3的开始位置19、中间位置20和结束位置21。为了到达不同的位置19、20、21，转向器件6实施围绕转向器件6的旋转轴22或者围绕圆形轨道8的中心23的旋转11。
附图标记清单
1 加工装置
2 材料
3 辐射介质
4 辐射介质源
5 输送装置
6 转向器件
7 区域
8 圆形轨道
9 焦点位置
10 输送方向
11 旋转
12 速度
13 旋转速度
14 进给速度
15 横向运动
16 聚焦透镜
17 保护玻璃
18 电机
19 开始位置
20 中间位置
21 结束位置
22 旋转轴
23 中心
24 周围环境

Claims (10)

1.一种用于利用聚焦的辐射介质(3)加工材料(2)的加工装置(1)，所述加工装置至少包括用于产生辐射介质(3)的辐射介质源(4)以及用于材料(2)的输送装置(5)，或者附加地包括用于使由所述辐射介质源(4)发出的辐射介质(3)朝向所述材料(2)转向的转向器件(6)；其中，输送装置(5)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)这样布置，使得所述材料(2)至少以待由辐射介质(3)加工的区域(7)通过输送装置(5)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)布置在圆形轨道(8)上，从而在辐射介质源(4)或者转向器件(6)运动时能够沿着圆形轨道(8)以辐射介质(3)的恒定的焦点位置(9)加工所述材料(2)。
2.按权利要求1所述的加工装置(1)，其中，所述材料(2)能够通过输送装置(5)沿着输送方向(10)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)运动。
3.按权利要求2所述的加工装置(1)，其中，所述输送方向(10)沿着所述圆形轨道(8)延伸或者横向于所述圆形轨道(8)的走向延伸。
4.按前述权利要求之一所述的加工装置(1)，其中，通过辐射介质源(4)或者转向器件(6)的运动能够使辐射介质(3)的焦点位置(9)至少沿着所述圆形轨道(8)并且附加地横向于所述圆形轨道(8)的走向运动。
5.按前述权利要求之一所述的加工装置(1)，其中，所述辐射介质(3)是激光束。
6.按前述权利要求之一所述的加工装置(1)，其中，所述加工装置(1)具有转向器件(6)并且所述转向器件(6)具有棱锥形状。
7.一种用于在加工装置(1)中利用聚焦的辐射介质(3)加工材料(2)的方法，所述加工装置至少包括用于产生辐射介质(3)的辐射介质源(4)以及用于材料(2)的输送装置(5)，或者附加地包括用于使由所述辐射介质源(4)发出的辐射介质(3)朝向所述材料(2)转向的转向器件(6)；其中，输送装置(5)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)这样布置，使得所述材料(2)至少以待由辐射介质(3)加工的区域(7)通过输送装置(5)相对于辐射介质源(4)或者转向器件(6)布置在圆形轨道(8)上；其中，所述方法至少包括以下步骤：
c)将材料(2)布置在输送装置(5)中；
d)利用辐射介质(3)加工材料(2)，其中，沿着圆形轨道(8)以辐射介质(3)的恒定的焦点位置(9)加工所述材料(2)。
8.按权利要求6所述的方法，其中，至少在步骤b)期间，通过输送装置(5)使材料(2)相对于辐射介质(3)沿着所述圆形轨道(8)或者横向于所述圆形轨道运动。
9.按前述权利要求6或7所述的方法，其中，在步骤b)期间，通过辐射介质源(4)或者转向器件(6)的运动使辐射介质(3)的焦点位置(9)至少沿着所述圆形轨道(8)并且附加地横向于所述圆形轨道(8)的走向运动。
10.按前述权利要求6至9之一所述的方法，其中，所述加工装置(1)具有转向器件(6)并且所述转向器件(6)具有棱锥形状，其中，在步骤b)期间，通过转向器件(6)的旋转使辐射介质(3)的焦点位置(9)至少沿着圆形轨道(8)运动，其中，焦点位置(9)的速度(12)由于转向器件(6)的旋转速度(13)而大于材料(2)在输送装置(5)中的进给速度(14)。
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