CZ293702B6 - Způsob a zařízení pro řezání dutých skleněných výrobků - Google Patents

Abstract

Způsob a zařízení pro řezání dutých skleněných výrobku /1/ laserem, obsahující první stupeň, ve kterém se provádí zářez podél obvodové čáry řezu výrobků, které se otáčejí kolem své osy. Zářez se vytváří zaostřeným laserovým svazkem /3/. Výrobek se současně s vytvářením zářezu ofukuje v místě ozářeného bodu proudem stlačené tekutiny pro chlazení a vyčištění kanálu zářezu.ŕ

Description

Způsob a zařízení pro řezání dutých skleněných výrobků

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řezání dutých skleněných výrobků laserem, obsahujícího první krok, při kterém se vytvoří podél obvodové řezné linie v povrchu výrobku, otáčejícího se okolo své svislé osy, řez zaostřeným laserovým svazkem, přičemž výrobek je současně s řezáním ofukován proudem tlakové tekutiny pro očišťování řezné rýhy. Dále se vynález týká zařízení pro řezání dutých skleněných výrobků, obsahujícího prostředek pro otáčení výrobků okolo jejich osy, laserový prostředek pro vytváření řezu podél celé obvodové řezné linie v povrchu výrobku, a čisticí člen pro očišťování řezné rýhy prostřednictvím proudu tlakové tekutiny.

Dosavadní stav techniky

Při řezání skleněných výrobků se vytváří řez mechanickými přístroji, které nesou brusné kotouče, hroty nebo podobné řezné členy, jimiž se však vždy nevytvoří řez konstantní hloubky po celé délce obvodové čáry řezu. Nerovnoměrný zářez ve výrobcích způsobí, že někdy není možné řezat výrobek změnou teploty při následujícím ohřevovém kroku ajindy to vede ke krajně nepravidelnému řezu. Výrobek proto musí být často odstraněn do odpadu nebo se musí podrobit nákladnému a zdlouhavému hlazení.

Jsou známé způsoby používající k řezání laser. Například patentový spis DE OS 3546001 popisuje způsob, při kterém se oblast skla, která se má řezat, nejprve udržuje na vysoké teplotě, nepatrně nižší než je teplota měknutí, načež se tato oblast několikrát vystaví laserovému svazku podél oddělovací čáry, zatímco současně působí na část výrobku, která má být odstraněna, tažná síla. Tento způsob je poměrně složitý a nesnadno realizovatelný, zejména z toho důvodu, že jako tažná síla je zpravidla používána gravitační síla, což vede k potřebě vhodného polohování skla určeného k řezání. Řezová linie není ostrá a přesná, neboť sklo se v podstatě řeže účinkem laserového záření.

Patentový spis US 4467168 popisuje způsob řezání skleněných desek, při kterém je laser použit k vytvoření zářezu ve skle podél žádané čáry řezu při současném ohřevu oblasti zářezu na teplotu vyšší než je teplota měknutí skla, načež se na zaostřovací oblast laseru směruje proud plynu, který spolupůsobí s laserem pro vytvoření trhliny ve skle.

Výše popsaný způsob je předpokládán například pro řezání křehkých desek a nikoliv dutých předmětů. Kromě toho je třeba poznamenat, že řez ve skle se nezíská v důsledku napětí vyvíjených ve skle, ale úběrem odpařováním, dosahovaným kombinovaným působením laseru a proudu plynu v celé tloušťce skla podél čáry řezu. Řez, který by se tímto způsobem získal v případě dutých skleněných výrobků, by nebyl dostatečně ostrý a vyžadoval by následné zdlouhavé a nákladně obrábění.

Dále popisuje patentový spis WO 94/22778 způsob řezání dutých skleněných výrobků, při kterém se výrobek otáčí lychlostí asi 1 m/s podél čáry řezu a ohřívá se laserem pro vyvinutí oblasti napětí na požadované čáře řezu. Výrobek se potom ochladí podél celé obvodové čáry řezu. Tento způsob se ukázal jako mimořádně nevhodný v případě skla s proměnlivou tloušťkou nebo zvláštních geometrických tvarů, například kuželovitého tvaru. Jelikož zde nedojde k vytvoření zářezu podél celé obvodové čáry, není v takovém případě řez často ostrý a vyhovující.

Vynález si klade za úkol vytvořit způsob a zařízení pro řezání dutých skleněných výrobků, které by odstraňovaly uvedené nevýhody, a zejména by při stejných produktivitách jako podle známého stavu techniky umožňovaly získat řezy vyšší kvality, minimalizující nebo odstraňující potřebu

-1 CZ 293702 B6 následného zdlouhavého a nákladného hlazení, a to i v případě předmětů proměnlivé tloušťky nebo se zvláštními geometrickými tvary, jako je kuželový, eliptický nebo mnohoúhelníkový tvar. Dále si vynález klade za úkol vytvořit způsob a zařízení s omezenou zmetkovitostí.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo způsobem řezání dutých skleněných výrobků laserem, obsahujícím první krok, při kterém se vytvoří podél obvodové řezné linie v povrchu výrobku, otáčejícího se 10 okolo své svislé osy, řez zaostřeným laserovým svazkem, přičemž výrobek je současně s řezáním ofukován proudem tlakové tekutiny pro očišťování řezné rýhy, přičemž podstata řešení spočívá v tom, že teplota tlakové tekutiny je taková, že rychle ochladí řeznou rýhu pro vyvolání tepelných napětí v řezné rýze, a laserový svazek je orientován v podstatě kolmo k řezanému povrchu.

Podle dalšího znaku způsobu podle vynálezu se zpracovávaný výrobek otáčí okolo své osy tak, že body řezné linie mají rychlost 0,1 až 6 m/s, s výhodou nejméně 1 m/s. Řez má s výhodou hloubku menší než 70 % tloušťky skla.

Podle dalšího znaku vynálezu následuje po prvním kroku druhý krok, ve kterém se výrobek 20 zahřívá alespoň v řezné linii na teplotu blízkou transformační teplotě skla, a po druhém kroku následuje třetí krok, při němž se část výrobku, která má být oddělena, vystaví nárazu pro oddělení této části od výrobku, pokud se tak nestalo již v předchozím kroku.

Ohnisko laserového svazku s výhodou leží za povrchem, do kterého se provádí řez.

Způsob podle vynálezu se účelně použije pro odstranění hlavice foukaného výrobku.

Vynález dále přináší zařízení pro řezání dutých skleněných výrobků, obsahující prostředek pro otáčení výrobků okolo jejich osy, laserový prostředek pro vytváření řezu podél celé obvodové 30 řezné linie v povrchu výrobku, a čisticí člen pro očišťování řezné rýhy prostřednictvím proudu tlakové tekutiny, přičemž podle vynálezu čisticí člen obsahuje prostředek pro rychlé ochlazování řezné iýhy proudem tlakové tekutiny vyvolávajícím tepelné napětí v uvedené řezné rýze, a laserový prostředek je opatřen prostředkem pro jeho úhlové nastavení tak, aby laserový svazek byl směrován v podstatě kolmo k uvedenému skleněnému povrchu, ve kterém má být vytvořen řez.

Podle dalšího znaku obsahuje zařízení karusel uzpůsobený pro přesun výrobků z jedné pracovní stanice na další pracovní stanici, přičemž na jedné pracovní stanici je umístěn laser a člen pro rychlé chlazení a čištění řezné rýhy proudem tlakové tekutiny.

Na výstupní straně od řezného členu, z hlediska směru přesunu výrobku, je podle jiného znaku zařízení podle vynálezu umístěn prostředek pro ohřívání výrobku alespoň v jeho části odpovídající řezné linii, přičemž po prostředku následuje rázový člen pro vyvíjení nárazu do části výrobku, která se má oddělovat.

Podle dalšího znaku vynálezu zařízení obsahuje prostředky pro nastavování rychlosti otáčení výrobku okolo jeho osy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladě provedení s odvoláním na připojený výkres, jehož jediný obrázek znázorňuje schéma způsobu a zařízení podle vynálezu.

-2CZ 293702 B6

Příklady provedení vynálezu

Způsob podle vynálezu obsahuje první krok, ve kterém se duté skleněné výrobky 1 otáčejí (ve směru A), takže body, které leží na obvodové řezové linii, podél níž se má provádět řez, se například otáčejí rychlostí přibližně 1 m/s. Na otáčejícím se výrobku se podél celé obvodové řezové linie vytváří zářez do hloubky proměnlivé podle tloušťky výrobku, ale v každém případě menší než 70 % této tloušťky. Je třeba poznamenat, že k vytváření zářezu ve výrobku dochází odpařováním skla. Pro tento účel se použije laserový svazek, pocházející ze zaostřeného CO₂ laseru 4 o výkonu proměnlivém mezi 200 a 600 W a vlnové délce 10,6 gm.

Otáčející se skleněný výrobek se ozařuje po určitý počet otáček závisející na jeho tloušťce, takže se získá požadovaný zářez při současném zahřívání skla podél řezové linie.

Je třeba poznamenat, že poloha laseru a jeho ohnisková vzdálenost jsou zvoleny tak, aby jakékoli výchylky tloušťky nebo geometrického tvaru ve skleněném výrobku neovlivňovaly zářez. Pro dosažení tohoto cíle může ohnisko svazku 3 ležet za povrchem, v němž se vytváří zářez. Laserový svazek je přitom orientován tak, že je v podstata kolmo k řezanému povrchu.

Současně s laserovým zářením je skleněný předmět ofukován v bodě ozařování koncentrovaným proudem stlačeného suchého vzduchu, vypouštěným tryskou 5 obvyklého kompresoru 6.

Proud vzduchu odstraňuje zbytky odpařování z řezné rýhy vyvíjené laserem a rychle ochlazuje řezovou linii. Vytváří se tak v předmětu napětí podél řezové linie, která již mohou vést k prasknutí zbývající tloušťky skla podél řezové linie a tím i oddělení části, která má být odstraněna, nebo hlavice v případě foukaných výrobků, jako sklenic.

Pro zajištění, že jsou zpracovávané výrobky rozříznuty podél řezové linie, se potom provádí v druhém kroku soustředěný ohřev řezové oblasti při otáčení předmětu. Předměty se zahřívají na teplotu okolo transformační teploty konkrétního typu skla, z něhož je vyroben zpracovávaný předmět. Ohřev může být prováděn například běžnými hořáky 7.

Další možností je potom použití běžného rázového členu 8, který způsobí v třetím kroku konečné oddělení té části skleněného předmětu, která se má oddělovat, pokud již samovolně k tomuto oddělení nedošlo.

Jak je patrné z výkresu, obsahuje zařízení podle vynálezu obvyklý karusel 10, otáčející se například ve směru B, a obsahující šest úložných poloh, uzpůsobených každá pro osazení dutého skleněného výrobku 1, například sklenice, a pro jeho otáčení okolo jeho podélné osy ve směru A.

Zařízení obsahuje obvyklé nástroje pro řízení hnacích prostředků, aby byly schopné měnit rychlost otáčení těchto výrobků podle jejich tvaru a/nebo tloušťky a/nebo typu skla, z nějž jsou zhotoveny, mezi přibližně 0,1 a 6 m/s.

Karusel 10 je uspořádán pro pohyb výrobku 1 na jednotlivé pracovní stanice. Výrobky nejprve přicházejí na stanici 11 pro vytvoření zářezu, obsahující laser 4 a kompresor 6 pro přívod vzduchového proudu. Kompresor 6 a laser 4 jsou obvyklého typu a jsou připojeny k obvyklým neznázoměným nosičům, umožňujícím úhlové nastavování svazku a proudu podle typu výrobku. Ve smyslu terminologie definice předmětu vynálezu tvoří laser 4 laserový prostředek 40 pro vytváření zářezu a podobně kompresor 6 s tryskou 5 člen 60 pro rychlé ochlazování a čištění řezné rýhy. Dále za stanicí 11 pro vytvoření zářezu je ohřívací stanice 12 typu obvyklého pro odborníka v oboru, obsahující hořák 7, například vodíkový hořák. Hořák představuje ve smyslu definice zařízení podle vynálezu prostředek 70 pro ohřívání výrobku v jeho části odpovídající

- J CZ 293702 B6 řezné linii. Dále je umístěna stanice 13 pro vyvíjení rázu, také typu obvyklého pro odborníka v oboru, obsahující rázový člen 8, který je například typu obsahujícího pohyblivé rameno 14, které může být uvedeno do styku s tou částí skleněného výrobku, která se má odstranit, a zejména hlavicí foukaného výrobku v případě sklenic.

Za stanicí 13 leží další obvyklé neznázoměné stanice pro dokončení okraje řezu.

Experimentálně bylo prokázáno, že způsobem podle vynálezu mohou být dosaženy krajně ostré a přesné řezy, vyžadující jen malé dodatečné zaoblení okraje řezu, a že procentní podíl zmetků z důvodů nesprávně vytvořených řezů je nepatrný a určitě menší než u známých způsobů.

Závěrem je možno poznamenat, že výše uvedená provedení způsobu a zařízení jsou uvedena jako neomezující příklady, přičemž jsou možné četné obměny spadající do rámce vynálezu. Například je možné místo chladicího proudu vzduchu pro řeznou linii použít proudu jiné chladicí tekutiny, například plynu nebo rozprášené vody.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob řezání dutých skleněných výrobků (1) laserem, obsahující první krok, při kterém se vytvoří podél obvodové řezné linie v povrchu výrobku, otáčejícího se okolo své svislé osy, řez zaostřeným laserovým svazkem (3), přičemž výrobek (1) je současně s řezáním vystaven proudu tlakové tekutiny pro očišťování řezné rýhy, vyznačený tím, že teplota tlakové tekutiny je taková, že rychle ochladí řeznou rýhu pro vyvolání tepelných napětí v řezné rýze, a laserový svazek je orientován v podstatě kolmo k řezanému povrchu.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že zpracovávaný výrobek se otáčí okolo své osy tak, že body řezné linie mají rychlost 0,1 až 6 m/s.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že body řezné linie mají rychlost otáčení nejméně 1 m/s.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačený t í m , že řez má hloubku menší než 70 % tloušťky skla.
5. 5. Způsob podlé nároku 1, vyznačený tím, že po prvním kroku následuje druhý krok, ve kterém se výrobek (1) zahřívá alespoň v řezné linii na teplotu blízkou transformační teplotě skla, a po druhém kroku následuje třetí krok, při němž se část výrobku, která má být oddělena, vystaví nárazu pro oddělení této části od výrobku, pokud se tak nestalo již v předchozím kroku.
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že ohnisko laserového svazku (3) leží za povrchem, do kterého se vytváří řez.
7. 7. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se použije pro oddělení hlavice foukaného výrobku.
8. 8. Zařízení pro řezání dutých skleněných výrobků, obsahující prostředek pro otáčení výrobků okolo jejich osy, laserový prostředek (40) pro vytváření řezu podél celé obvodové řezné linie v povrchu výrobku, a čisticí člen (60) pro očišťování řezné rýhy prostřednictvím proudu tlakové tekutiny, vyznačené tím, že čisticí člen (60) obsahuje prostředek pro rychlé ochlazování

   -4CZ 293702 B6 řezné rýhy proudem tlakové tekutiny vyvolávajícím tepelné napětí v uvedené řezné rýze, a laserový prostředek (40) je opatřen prostředkem pro jeho úhlové nastavení tak, aby laserový svazek (3) byl směrován v podstatě kolmo k uvedenému skleněnému povrchu, ve kterém má být vytvořen řez.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tí m , že obsahuje karusel (10) uzpůsobený pro přesun výrobků (1) z jedné pracovní stanice na další pracovní stanici, přičemž najedná pracovní stanici je umístěn laser (4) a člen (60) pro rychlé chlazení a čištění řezné rýhy proudem tlakové tekutiny.
10. 10. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tím, že na výstupní straně od řezného členu, z hlediska směru přesunu výrobku, je umístěn prostředek (70) pro ohřívání výrobku (1) alespoň v jeho části odpovídající řezné linii, přičemž po prostředku (70) následuje rázový člen (8) pro vyvíjení nárazu do části výrobku, která se má oddělovat.
11. 11. Zařízení podle nároku 8, vyznačené tím, že obsahuje prostředky pro nastavování rychlosti otáčení výrobku okolo jeho osy.