DE102008030079B3 - Verfahren zum Reduzieren der Anhaftung von Schlacke beim Einstechen eines Laserstrahls in ein Werkstück und Laserbearbeitungskopf - Google Patents

Verfahren zum Reduzieren der Anhaftung von Schlacke beim Einstechen eines Laserstrahls in ein Werkstück und Laserbearbeitungskopf Download PDF

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    • B23K26/142Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Anhaftung von Schlacke (10) beim Einstechen eines Laserstrahls (3) in ein Werkstück (5), bei dem mindestens ein erster Zusatzgasstrom (9a) unter einem ersten Winkel (alpha1) zur Laserstrahlrichtung (Z) auf das Werkstück (5) gerichtet wird und an einer ersten Seite (A) einer Einstichstelle (4) und/oder an der Einstichstelle (4) selbst auf das Werkstück (5) trifft, um Schlacke (10) von der Einstichstelle (4) wegzublasen. Mindestens ein zweiter Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') wird unter einem zweiten Winkel (alpha2) zur Laserstrahlrichtung (Z) auf das Werkstück (5) gerichtet und trifft an einer der ersten Seite (A) gegenüberliegenden zweiten Seite (B) der Einstichstelle (4) von der Einstichstelle (4) beabstandet auf das Werkstück (5), wobei bezogen auf eine Ebene (X, Y) senkrecht zur Laserstrahlrichtung (Z) der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') unter einem Winkel zum ersten Zusatzgasstrom (9a) ausgerichtet ist, um ein Gaspolster (11) zwischen der vom ersten Zusatzgasstrom (9a) weggeblasenen Schlacke (10) und dem Werkstück (11) zu erzeugen. Die Erfindung betrifft auch einen Laserbearbeitungskopf (1) zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Anhaftung von Schlacke beim Einstechen eines Laserstrahls in ein Werkstück, bei dem mindestens ein erster Zusatzgasstrom unter einem ersten Winkel zur Laserstrahlrichtung auf das Werkstück gerichtet wird und an einer ersten Seite einer Einstichstelle und/oder an der Einstichstelle selbst auf das Werkstück trifft, um Schlacke von der Einstichstelle wegzublasen, sowie einen Laserbearbeitungskopf zur Durchführung des Verfahrens, mit: einer Laserschneiddüse, durch deren Düsenöffnung während des Einstechens ein Laserstrahl und ein Schneidgas auf eine Einstichstelle an einem Werkstück gerichtet werden, und mindestens einer ersten Gasdüse, die auf einer ersten Seite der Laserschneiddüse angeordnet und unter einem ersten Winkel zur Laserstrahlachse ausgerichtet ist, um einen ersten Zusatzgasstrom zu erzeugen, der auf der ersten Seite der Einstichstelle und/oder an der Einstichstelle selbst auf das Werkstück trifft, um die Schlacke von der Einstichstelle wegzublasen.
  • Beim Laserschneiden entstehen beim Einstechen in dicke Bleche Schlackeaufwürfe in der Umgebung des Einstichlochs, deren Ausmaße mit größer werdender Blechstärke deutlich zunehmen. Insbesondere bei der Bearbeitung von Blechen mit einer Materialstärke oberhalb von 30 mm entstehen signifikante Schlackeaufwürfe. Diese stören vor allem bei zu schneidenden Innengeometrien und bei kleinen Bauteilen. Außerdem erkennt die Abstandssensorik des Laserbearbeitungskopfs diese Aufwürfe als Störkontur und regelt den Laserbearbeitungskopf weg vom Werkstück, was große prozesstechnische Probleme zur Folge hat. Zur Vermeidung dieser Probleme ist es notwendig, die anhaftenden Schlackeaufwürfe auf dem Werkstück zu reduzieren.
  • Zu diesem Zweck ist es beispielsweise aus der JP 10225787 A bekannt, zusätzlich zum durch die Laserbearbeitungsdüse ausströmenden Schneidgas einen Zusatzgasstrom schräg auf die Einstichstelle zu richten, um Spritzer und geschmolzenes Metall von der Einstichstelle weg zu blasen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass beim Einstechen in dicke Bleche trotz dieses Zusatzgasstroms signifikante Schlackeaufwürfe auftreten.
  • Aus der DE 10138867 A1 , der JP 8141764 A und der JP 2002292484 A ist die Verwendung von mehreren in nahezu die gleiche Richtung weisenden Zusatzgasdüsen in der Lasermaterialbearbeitung bekannt. Diese Anordnungen unterscheiden sich in ihrer Wirkung jedoch nicht wesentlich von der in der JP 10225787 A beschriebenen Anordnung mit nur einer Zusatzgasdüse.
  • Aus der EP 0969947 B1 und der US 6494965 B1 ist es bekannt, zusätzlich zu einer ersten, schräg zur Laserstrahlrichtung ausgerichteten Gasdüse eine zweite, ebenfalls schräg zur Laserstrahlrichtung ausgerichtete Gasdüse an gegenüberliegenden Seiten der Einstichstelle anzuordnen. Der zweite schräg auf das Werkstück gerichtete Zusatzgasstrom verläuft dabei im Wesentlichen antiparallel zum ersten Zusatzgasstrom und dient dazu, die durch den ersten Zusatzgasstrom von der Einstichstelle weg geblasenen Stäube oder Spritzer zu bremsen und in ihrer Ausbreitung zu begrenzen, so dass sie von einer Absaugeinrichtung abtransportiert werden können. Diese Anordnungen sind jedoch zur Reduzierung der Schlackeanhaftung beim Einstechen nicht geeignet, da sie ebenfalls zu einer Aufwölbung der Schlacke in der Nähe des Einstichlochs führen.
  • Aus JP 2001205472 A ist ferner eine Anordnung mit drei Düsen bekannt, von denen eine schräg auf die Bearbeitungsdüse, die zweite schräg auf das Werkstück und die dritte senkrecht auf das Werkstück ausgerichtet ist, und die zum Schutz der Bearbeitungsdüse, zum Ausblasen der Schlacke und zum Herunterdrücken von Spritzern dienen. Eine solche Anordnung verhindert die Anhaftung von Schlacke in der Nähe des Einstichlochs jedoch ebenfalls nicht.
  • Die JP 60 096 393 A beschreibt eine Laserschneidvorrichtung, bei der ein Zusatzgasstrom eine definierte Ausrichtung bezüglich der Schneidrichtung aufweisen soll. Um dies zu erreichen ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung eines Tischs zur Werkstückauflage unter mehreren Düsen zum Erzeugen des Zusatzgasstroms geeignet ausgerichtete Düsen auswählt.
  • Die EP 1 018 395 A2 beschreibt eine Laserbearbeitungsmaschine zum Bearbeiten, insbesondere zum Durchbohren eines Werkstücks, bei dem ein Laserstahl zusammen mit einem Schneidgasstrom auf eine Einstichstelle an dem Werkstück gerichtet wird. Ein zweigeteilter, quer zum Laserstrahl und um den Schneidgasstrom herum verlaufender Zusatzgasstrom dient dem Ausblasen von Schlacke vom Werkstück, ohne den Bearbeitungsprozess zu stören.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schlackeanhaftung auf dem Werkstück beim Einstechen mit einem Laserstrahl zu unterdrücken und die Ausdehnung der sich bildenden Aufwürfe zu reduzieren.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem mindestens ein zweiter Zusatzgasstrom unter einem zweiten Winkel zur Laserstrahlrichtung auf das Werkstück gerichtet wird und an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Einstichstelle von der Einstichstelle beabstandet auf das Werkstück trifft, wobei bezogen auf eine Ebene senkrecht zur Laserstrahlrichtung der zweite Zusatzgasstrom unter einem Winkel, d. h. nicht parallel oder antiparallel zum ersten Gasstrom ausgerichtet wird, um ein Gaspolster zwischen der vom ersten Gasstrom weggeblasenen Schlacke und dem Werkstück zu erzeugen. Der zweite Zusatzgasstrom wird vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 30° und 135°, besonders bevorzugt zwischen 45° und 100°, zum ersten Zusatzgasstrom ausgerichtet. Besonders bevorzugt weist der zweite Zusatzgasstrom also keine oder nur eine geringe Strömungskomponente auf, die in Richtung des ersten Zusatzgasstroms zeigt, so dass ein Aufwölben der Schlacke in der Nähe des Einstichlochs sicher vermieden wird.
  • Der erste Zusatzgasstrom bewirkt den schnellen Abtransport der Schmelze und Schlacke und erleichtert dadurch den Einstechvorgang. Problematisch beim Einsatz nur eines Zusatzgasstroms ist es jedoch, dass die heiße Schmelze, welche aus dem Einstichloch gespült wird, anschließend direkt auf dem Werkstück wieder erstarrt und sich mit diesem verbindet. Durch den transversal, d. h. schräg bzw. quer zum ersten Zusatzgasstrom ausgerichteten zweiten Zusatzgasstrom wird die Schmelze vom Werkstück abgehoben und es wird so die Verbindung zwischen der Schmelze und dem Werkstück verhindert. Zusätzlich wird die Schlacke durch den zweiten Gasstrom gekühlt und abgelenkt, was zur Folge hat, dass die Schlacke beim späteren Auftreffen auf das Werkstück nicht mehr genug Energie hat, um den Werkstoff aufzuschmelzen und dadurch auf dem Werkstück anzuhaften. Es entstehen daher lediglich Schlackeperlen, die bei der nachfolgenden trennenden Bearbeitung nicht stören.
  • In einer vorteilhaften Variante weist der zweite Zusatzgasstrom eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf, um auf dem Werkstück ein flaches Gaspolster zu erzeugen. Die Erzeugung eines flachen, möglichst breiten Gaspolsters auf dem Werkstück ist vorteilhaft, um zu verhindern, dass die Schlacke zu weit vom Werkstück abgehoben wird und ggf. an der Unterseite eines den Laserstrahl auf die Einstichstelle fokussierenden Laserbearbeitungskopfs anhaftet.
  • Bevorzugt wird beim Einstechen ein Schneidgasstrom, der insbesondere Sauerstoff enthält, auf die Einstichstelle des Laserstrahls gerichtet. Für den Einstechvorgang gerade bei höheren Blechstärken ist es günstig, als Einstechgas (Schneidgas) Sauerstoff zu verwenden, da dieser dem Einstechvorgang zusätzliche Energie liefert.
  • In einer bevorzugten Variante verläuft ein dritter Zusatzgasstrom oberhalb des zweiten Zusatzgasstroms bevorzugt senkrecht zur Laserstrahlrichtung, um die weggeblasene Schlacke von einem oberhalb des dritten Zusatzgasstroms positionierten Laserbearbeitungskopf fernzuhalten. Der dritte Zusatzgasstrom, der z. B. als flächiger Gasvorhang ausgebildet sein kann und/oder um eine am Laserbearbeitungskopf vorgesehene Schneidgasdüse herum verlaufen kann, dient der Verhinderung der Anlagerung der vom ersten Zusatzgasstrom weggeblasenen Schlacke an der Unterseite des Laserbearbeitungskopfs. Durch die Kombination der drei Zusatzgasströme kann somit eine kontrollierte und definierte Abfuhr der Schlacke beim Einstichprozess gewährleistet werden.
  • Vorteilhafter Weise enthält der zweite Zusatzgasstrom ein nicht brennbares Gas oder Fluid, bevorzugt Druckluft, Stickstoff oder ein Gas-Wassergemisch zur Erzeugung eines Gas-Wassernebels. Der erste und/oder der dritte Zusatzgasstrom enthält vorzugsweise Stickstoff oder Druckluft. Die Zusatzgasströme sollen im Gegensatz zum Schneidgasstrom beim Einstechvorgang keine chemische Reaktion mit dem Werkstückmaterial eingehen. Ein typischer Druckbereich für den zweiten Zusatzgasstrom liegt für die vorliegende Anwendung bei der Verwendung von Druckluft bei ca. 4 bar, der Schneidgasstrom weist bei Verwendung von Sauerstoff als Schneidgas typischerweise einen Druck von ca. 3 bar auf.
  • Bevorzugt wird der erste Winkel zwischen 110° und 160° und/oder der zweite Winkel zwischen 110° und 150°, insbesondere zwischen 115° und 130° gewählt. Durch eine geeignete Festlegung des ersten Winkels kann ein besonders effektiver Transport der Schlacke weg von der Einstichstelle erzeugt werden. Der zweite Winkel muss hierbei so gewählt werden, dass der zweite Zusatzgasstrom nicht zu steil auf das Werkstück trifft, um zu verhindern, dass an Stelle der Erzeugung eines Gaspolsters der gegenteilige Effekt auftritt, nämlich dass die Schlacke auf das Werkstück niedergedrückt wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist verwirklicht in einem Laserbearbeitungskopf der eingangs genannten Art, der weiterhin umfasst: mindestens eine zweite Gasdüse, die an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Laserschneiddüse angeordnet ist und unter einem zweiten Winkel zur Laserstrahlrichtung ausgerichtet ist, um einen zweiten Zusatzgasstrom zu erzeugen, der an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Einstichstelle von der Einstichstelle beabstandet auf das Werkstück trifft, wobei bezogen auf eine Ebene senkrecht zur Laserstrahlrichtung der zweite Zusatzgasstrom unter einem Winkel, d. h. deutlich nicht parallel oder antiparallel zum ersten Zusatzgasstrom ausgerichtet ist, um ein Gaspolster zwischen der vom ersten Zusatzgasstrom weggeblasenen Schlacke und dem Werkstück zu erzeugen. Die zweite Gasdüse dient hierbei wie oben dargestellt der Erzeugung eines zweiten Zusatzgasstroms, der transversal zum ersten Zusatzgasstrom verläuft, um die Anhaftung von Schlacke auf dem Werkstück zu verhindern. Die erste Gasdüse und die zweite Gasdüse sind hierbei bevorzugt so ausgerichtet, dass der erste und der zweite Zusatzgasstrom bezogen auf eine Ebene senkrecht zur Laserstrahlrichtung einen Winkel zwischen 30° und 135°, insbesondere zwischen 45° und 100°, einschließen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Gasdüse zur Erzeugung eines zweiten Zusatzgasstroms mit im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform eine schlitzförmige Düsenöffnung auf, um ein flaches Gaspolster auf dem Werkstück zu erzeugen. Es versteht sich, dass auch Gasdüsen mit anderen Austrittsgeometrien, z. B. runden oder ellipsenförmigen Geometrien verwendet werden können, insbesondere wenn mehrere zweite Gasdüsen eingesetzt werden, um ein möglichst breites Gaspolster zu erzeugen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Laserbearbeitungskopf eine dritte Gasdüse zur Erzeugung eines bevorzugt senkrecht zur Laserstrahlrichtung ausgerichteten dritten Zusatzgasstroms auf, der oberhalb des zweiten Zusatzgasstroms verläuft, um die weggeblasene Schlacke vom Laserbearbeitungskopf fernzuhalten. Auf diese Weise kann wirkungsvoll verhindert werden, dass die von dem durch den zweiten Zusatzgasstrom erzeugten Gaspolster angehobene Schlacke sich an der Unterseite des Laserbearbeitungskopfs festsetzen kann. Zusätzlich oder alternativ zum dritten Zusatzgasstrom kann auch ein kragenförmiger, z. B. kegelstumpfartiger Spritzerschutz an der Unterseite des Laserbearbeitungskopfs angebracht sein.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der erste Winkel zwischen 110° und 160° und/oder der zweite Winkel liegt zwischen 110° und 150°, bevorzugt zwischen 115° und 130°. Bei diesen Winkeln kann eine definierte und kontrollierte Abfuhr der Schlacke während des Einstechprozesses gewährleistet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Laserbearbeitungskopf mindestens zwei benachbart angeordnete, parallel ausgerichtete zweiten Gasdüsen zur Erzeugung eines breiten und flachen Gaspolsters auf dem Werkstück auf.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Düsenöffnung der zweiten Gasdüse in einem Abstand zwischen 10 mm und 20 mm von der Düsenachse der Laserschneiddüse entfernt angeordnet. Die Düsenöffnung der zweiten Gasdüse liegt hierbei typischerweise nicht im Bereich des ersten Zusatzgasstroms, sondern ist versetzt zu diesem angeordnet, so dass sich der zweite, quer verlaufende Zusatzgasstrom über die gesamte Breite des ersten Zusatzgasstroms erstrecken kann.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
  • 1a, b zwei schematische Darstellungen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfs mit Blickrichtung in X- bzw. Y-Richtung, und
  • 2a–e schematische Darstellungen von ersten und zweiten Zusatzgasströmen mit zugehörigen Gasdüsen für das Einstechen in ein Werkstück.
  • 1a, b zeigen einen Laserbearbeitungskopf 1 jeweils in einer Seitenansicht entlang der X-Achse bzw. der Y-Achse eines XYZ-Koordinatensystems. Der Laserbearbeitungskopf 1 weist eine Laserschneiddüse 2 auf, durch deren Düsenöffnung 2a ein Laserstrahl 3 hindurch tritt, der eine Einstichstelle 4 (Einstichloch) an einem Werkstück 5 erzeugt. Die Laserschneiddüse 2 steht weiterhin mit einem mit einem Schneidgas, insbesondere Sauerstoff, gefüllten Druckraum 6 des Laserbearbeitungskopfs 1 in Verbindung, um einen Schneidgasstrom 7 durch die Düsenöffnung 2a auf die Einstichstelle 4 zu richten.
  • Eine erste Gasdüse 8a ist an dem Laserbearbeitungskopf 1 auf einer ersten Seite A (vgl. 1b) der Laserschneiddüse 2 etwa 40 mm von der Einstichstelle 4 entfernt angeordnet, um einen ersten Zusatzgasstrom 9a zu erzeugen, der auf der ersten Seite A der Einstichstelle 4 auf das Werkstück 5 trifft, um Schlacke 10 von der Einstichstelle 4 wegzublasen. Der Zusatzgasstrom 9a bzw. die Gasdüse 8a sind hierbei unter einem ersten Winkel α1 bezüglich der Laserstrahlachse Z ausgerichtet, der typischerweise in einem Intervall zwischen 110° und 160° liegt, um die Schlacke 10 möglichst effektiv von der Einstichstelle 4 weg zu blasen.
  • Um zu verhindern, dass die vom ersten Zusatzgasstrom 9a aus dem Einstichloch bzw. der Einstichstelle 4 gespülte Schlacke 10 an einer gegenüberliegenden Seite B der Laserschneiddüse 2 auf dem Werkstück 5 wieder erstarrt und sich mit diesem verbindet, ist an dem Laserbearbeitungskopf 1 eine zweite Gasdüse 8b angebracht, welche einen zweiten Zusatzgasstrom 9b erzeugt, der ca. 20 mm beabstandet zur Einstichstelle 4 auf das Werkstück 5 auftrifft. Wie in 2a besser zu erkennen ist, in der die XY-Ebene senkrecht zur Laserstrahlrichtung Z dargestellt ist, ist der zweite Zusatzgasstrom 9b in der Projektion in der XY-Ebene transversal bzw. senkrecht zum ersten Zusatzgasstrom 9a ausgerichtet. Die zweite Gasdüse 8b weist hierbei vom Zentrum der Einstichstelle 4, welche der Mitte der Düsenöffnung 2a entspricht, einen Abstand von ca. 15 mm oder mehr auf. Der zweite Zusatzgasstrom 9b verläuft, wie in 1a zu erkennen ist, bezüglich der Laserstrahlrichtung Z unter einem zweiten Winkel α2 von ca. 120°. Der zweite Winkel α2 ist flach genug, damit der zweite Zusatzgasstrom 9b ein Gaspolster 11 zwischen dem Werkstück 5 und der vom ersten Zusatzgasstrom 9a weggeblasenen Schlacke 10 erzeugt. Der Winkelbereich, unter dem der zweite Zusatzgasstrom 9b bezüglich der Laserstrahlrichtung Z verlaufen sollte, damit sich das Gaspolster 11 ausbildet, liegt typischerweise zwischen ca. 110° und 150°, insbesondere zwischen 115° und 130°.
  • Um zu verhindern, dass die durch den zweiten Zusatzgasstrom 9b vom Werkstück 5 abgehobene Schlacke 10 die Unterseite des Laserbearbeitungskopfs 1 erreicht und sich an dieser festsetzt, ist eine dritte Gasdüse 8c an der zweiten Seite B der Laserschneiddüse 2 am Laserbearbeitungskopf 1 angebracht, um einen dritten Zusatzgasstrom 9c zu erzeugen. Anders als der erste und zweite Zusatzgasstrom 9a, 9b ist der dritte Zusatzgasstrom 9c nicht auf das Werkstück 5 gerichtet, sondern verläuft senkrecht zur Laserstrahlrichtung Z oberhalb des zweiten Zusatzgasstroms 9b und um die Laserschneiddüse 2 herum, um den Laserbearbeitungskopf 1 vor der Schlacke 10 zu schützen. Durch die Kombination der drei Zusatzgasströme 9a–c kann somit eine kontrollierte und definierte Abfuhr der Schlacke 10 von der Einstichstelle 5 gewährleistet werden.
  • Der erste Zusatzgasstrom 9a kann Stickstoff und/oder Druckluft enthalten, der zweite und dritte Zusatzgasstrom 9b, 9c enthalten typischerweise ein nicht brennbares Gas, in der Regel ebenfalls Druckluft oder Stickstoff. Wird Druckluft verwendet, so weist diese bei der vorliegenden Anwendung typischerweise einen Druck in der Größenordnung von 4 bar auf. Der zweite Zusatzgasstrom 9b kann auch einen Fluid-Anteil aufweisen, z. B. indem dem nicht brennbaren Gas Wasser beigemischt wird, um einen Gas-Wassernebel auszubilden, der einen zusätzlichen, kühlenden Effekt auf die Schlacke 10 ausübt, um diese in kugelförmige Schmelzperlen umzuwandeln, die beim späteren Trennprozess nicht stören.
  • Das Gaspolster 11 sollte flach und möglichst breit ausgebildet sein. Zu diesem Zweck kann die zweite Gasdüse 8b eine schlitzförmige Düsenöffnung 12 aufwiesen, die in 1b dargestellt ist und die in einer Höhe h von ca. 10 mm über dem Werkstück 5 positioniert ist. Es versteht sich, dass zur Erzeugung eines möglichst breiten Gaspolsters 11 auch eine weitere zweite Gasdüse 8b' benachbart zur zweiten Gasdüse 8b angeordnet werden kann, die parallel zu dieser ausgerichtet ist, um einen weiteren zweiten Zusatzgasstrom 9b' zu erzeugen, wie in 2b dargestellt ist. Der weitere zweite Zusatzgasstrom 9b' vereinigt sich hierbei auf dem Werkstück 5 mit dem ersten Zusatzgasstrom 9.
  • Es versteht sich ferner, dass der zweite Zusatzgasstrom 9b bzw. die zweiten Zusatzgasströme 9b, 9b' nicht notwendiger Weise senkrecht zum ersten Zusatzgasstrom 9a ausgerichtet sein müssen, vielmehr können die zweiten Zusatzgasströme 9b, 9b' relativ zum ersten Zusatzgasstrom 9a unter einem Winkel α3 zwischen ca. 30° und ca. 135° ausgerichtet sein, wie in 2c, d beispielhaft anhand eines Winkels von ca. 80° gezeigt ist. Besonders günstig hat sich die Ausrichtung unter einem Winkel von 90° oder weniger herausgestellt, d. h. unter Winkeln, unter denen der zweite Zusatzgasstrom 9b, 9b' keine Strömungskomponente aufweist, die zum ersten Zusatzgasstrom 9a hin gerichtet ist.
  • Wie in 2e zu erkennen ist, müssen bei der Verwendung von mehreren zweiten Zusatzgasströmen diese nicht zwingend parallel ausgerichtet sein. Vielmehr ist es auch möglich, eine weitere zweite Gasdüse 8b'' an dem Laserbearbeitungskopf 1 anzubringen, die einen weiteren zweiten Zusatzgasstrom 9b'' erzeugt, der eine Strömungskomponente in positiver Y-Richtung aufweist, die den zweiten Zusatzgasströmen 9b, 9b' von 2d entgegen gerichtet ist.
  • Zusammenfassend kann durch den Einsatz von zweiten Zusatzgasströmen 9b, 9b', 9b'', welche ein Gaspolster 11 erzeugen, der Schlackeaufwurf neben der Einstichstelle 4 deutlich reduziert werden und die auf den Einstechvorgang folgende Schneidbearbeitung kann nach dem Einstechen mit Hilfe der zwei oder drei Zusatzgasströme 9a, 9b, 9b', 9b'', 9c problemlos auch für kleine Bauteil-Innengeometrien durchgeführt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Reduzieren der Anhaftung von Schlacke (10) beim Einstechen eines Laserstrahls (3) in ein Werkstück (5), bei dem mindestens ein erster Zusatzgasstrom (9a) unter einem ersten Winkel (α1) zur Laserstrahlrichtung (Z) auf das Werkstück (5) gerichtet wird und an einer ersten Seite (A) einer Einstichstelle (4) und/oder an der Einstichstelle (4) selbst auf das Werkstück (5) trifft, um die Schlacke (10) von der Einstichstelle (4) wegzublasen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') unter einem zweiten Winkel (α2) zur Laserstrahlrichtung (Z) auf das Werkstück (5) gerichtet wird und an einer der ersten Seite (A) gegenüberliegenden zweiten Seite (B) der Einstichstelle (4) von der Einstichstelle (4) beabstandet auf das Werkstück (5) trifft, wobei bezogen auf eine Ebene (X, Y) senkrecht zur Laserstrahlrichtung (Z) der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') unter einem Winkel (α3) zum ersten Zusatzgasstrom (9a) ausgerichtet wird, um ein Gaspolster (11) zwischen der vom ersten Zusatzgasstrom (9a) weggeblasenen Schlacke (10) und dem Werkstück (5) zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') unter einem Winkel (α3) zwischen 30° und 135°, insbesondere zwischen 45° und 100°, zum ersten Zusatzgasstrom (9a) ausgerichtet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist, um auf dem Werkstück (5) ein flaches Gaspolster (11) zu erzeugen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Schneidgasstrom (7), der bevorzugt Sauerstoff enthält, auf die Einstichstelle (4) des Laserstrahls (3) gerichtet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein dritter Zusatzgasstrom (9c) oberhalb des zweiten Zusatzgasstroms (9b, 9b', 9b'') bevorzugt senkrecht zur Laserstrahlrichtung (Z) verläuft, um die weggeblasene Schlacke (10) von einem oberhalb des dritten Zusatzgasstroms (9c) positionierten Laserbearbeitungskopf (1) fernzuhalten.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') ein nicht brennbares Gas oder Fluid enthält, bevorzugt Druckluft, Stickstoff, oder ein Gas-Wassergemisch.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste und/oder der dritte Zusatzgasstrom (9a, 9c) Stickstoff oder Druckluft enthält.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Winkel (α1) zwischen 110° und 160° und/oder der zweite Winkel (α2) zwischen 110° und 150°, bevorzugt zwischen 115° und 130° gewählt wird.
  9. Laserbearbeitungskopf (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: einer Laserschneiddüse (2), durch deren Düsenöffnung (2a) während des Einstechens ein Laserstrahl (3) und ein Schneidgasstrom (7) auf eine Einstichstelle (4) an einem Werkstück (5) gerichtet werden, mindestens einer ersten Gasdüse (8a), die auf einer ersten Seite (A) der Laserschneiddüse (2) angeordnet und unter einem ersten Winkel (α1) zur Laserstrahlachse (Z) ausgerichtet ist, um einen ersten Zusatzgasstrom (9a) zu erzeugen, der auf der ersten Seite (A) der Einstichstelle (4) und/oder an der Einstichstelle (4) selbst auf das Werkstück (5) trifft, um Schlacke (10) von der Einstichstelle (4) wegzublasen, gekennzeichnet durch mindestens eine zweite Gasdüse (8b, 8b', 8b''), die an einer der ersten Seite (A) gegenüberliegenden zweiten Seite (B) der Laserschneiddüse (2) angeordnet und unter einem zweiten Winkel (α2) zur Laserstrahlrichtung (Z) ausgerichtet ist, um einen zweiten Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') zu erzeugen, der an einer der ersten Seite (A) gegenüberliegenden zweiten Seite (B) der Einstichstelle (4) von der Einstichstelle (4) beabstandet auf das Werkstück (5) trifft, wobei bezogen auf eine Ebene (X, Y) senkrecht zur Laserstrahlrichtung (Z) der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') unter einem Winkel (α3) zum ersten Zusatzgasstrom (9a) ausgerichtet ist, um ein Gaspolster (11) zwischen der vom ersten Zusatzgasstrom (9a) weggeblasenen Schlacke (10) und dem Werkstück (5) zu erzeugen.
  10. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9, bei dem die erste Gasdüse (8a) und die zweite Gasdüse (8b, 8b', 8b'') so ausgerichtet sind, dass der erste (9a) und der zweite Zusatzgasstrom (9b, 9b', 9b'') bezogen auf eine Ebene (X, Y) senkrecht zur Laserstrahlrichtung (Z) einen Winkel (α3) zwischen 30° und 135°, bevorzugt zwischen 45° und 100°, einschließen.
  11. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die zweite Gasdüse (8b) zur Erzeugung eines zweiten Zusatzgasstroms (9b) mit im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform eine schlitzförmige Düsenöffnung (12) aufweist.
  12. Laserbearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 11, mit mindestens einer dritten Gasdüse (8c) zur Erzeugung eines bevorzugt senkrecht zur Laserstrahlrichtung (Z) ausgerichteten dritten Zusatzgasstroms (9c), der oberhalb des zweiten Zusatzgasstroms (9b) verläuft, um die weggeblasene Schlacke (10) vom Laserbearbeitungskopf (1) fernzuhalten.
  13. Laserbearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der erste Winkel (α1) zwischen 110° und 160° und/oder der zweite Winkel (α2) zwischen 110° und 150°, bevorzugt zwischen 115° und 130° beträgt.
  14. Laserbearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 13, mit mindestens zwei benachbart angeordneten, parallel ausgerichteten zweiten Gasdüsen (9b, 9b').
  15. Laserbearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem eine Düsenöffnung (12) der zweiten Gasdüse (9b) in einem Abstand (d) zwischen 10 mm und 20 mm von der Düsenöffnung (2a) der Laserschneiddüse (2) entfernt angeordnet ist.
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