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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Laser-Remote-Schneiden.
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In
der noch nicht veröffentlichten
DE 10 2007 062212 wird ein Werkstück
mittels Laser Remote Schneiden bearbeitet. Dabei wird der Schnittbereich mit
einer verfahrbaren Düse mit Schneidgas beaufschlagt. Die
Düse ist in einer großen Höhe über
dem Werkstück angeordnet, damit sie mit dem Laserstrahl bei
der Bearbeitung nicht kollidiert. Der Gasstrahl der Düse
soll dem Laserstrahl beim Laserschneiden folgen. Die Steuerung einer
derartigen Düse ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit
des Laserstrahls sehr teuer und aufwändig. Zudem ist der
Gasverbrauch sehr hoch, da die Düse in großem
Abstand über dem Werkstück angeordnet ist. Somit
muss viel Gas unter hohem Druck abgegeben werden, um überhaupt
am Wirkort anzukommen.
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Bei
dieser Vorrichtung ist vorgesehen, mit der Düse einen Bearbeitungsbereich
mit ca. 20 cm Durchmesser zu begasen. Das Schneiden erfolgt dann
ausschließlich in diesem Bereich. Wenn dieser Bereich abgearbeitet
ist, dann wird die Düse auf den nächsten Bearbeitungsbereich
gelenkt, in dem dann geschnitten wird. Ein Nachfüh ren der
Düse ist beim Laser-Remote-Schneiden aufgrund der hohen
Geschwindigkeit des Lasers nicht möglich.
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Aus
der
WO 2006/050043
A2 geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Punktschweißen nach
der Laser-Remote-Methode hervor. Die Vorrichtung weist eine U-förmige
Düse zum Aufbringen von Schneidgas auf, die in unmittelbarer
Nähe eines Bearbeitungsbereichs ortsfest angeordnet ist.
Die Düse wird z. B. durch Druck mittels eines hydraulischen
Zylinders auf dem Werkstück gehalten. Der Gasaustritt ist
in unmittelbarer Nähe des Bearbeitungsbereichs angeordnet.
Die U-Form der Düse begrenzt den Bearbeitungsbereich.
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Das
Laser-Remote-Schweißen unterscheidet sich grundsätzlich
von dem eingangs erläuterten Laser-Remote-Schneiden, dadurch,
dass der Laser-Strahl wesentlich langsamer verfahren wird. Dies gilt
insbesondere für das Verfahren nach der
WO 2006/050043 A2 , bei
dem Schweißpunkte geschweißt werden, wobei zum
Schweißen eines jeden Schweißpunktes eine Düse
entsprechend gesetzt werden muss.
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In
der
DE 10 2006
021 622 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, um ein Werkstück
beim Laserfügen nach der Laser-Remote-Methode bereichsweise
zu begasen. Diese Vorrichtung weist zumindest zwei Schneidgasdüsen
zum Zuführen von unterschiedlichen Schneidgasen auf. Ein
zu bearbeitendes Werkstück wird in einer entsprechenden
Wanne mit durch Trennwänden segmentierten Arbeitsbereichen
angeordnet, um zwei verschiedene Fügearbeiten auszuführen.
Dabei wird das Gas in der Wanne vorgehalten. Durch die Wanne bzw.
deren Segmente ist ein Arbeitsbereich vorgegeben.
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Bei
Verwendung derartiger Wannen ist durch die Größe
der Wanne der Bearbeitungsbereich beschränkt, da größere
Werkstücke nicht bearbeitet werden können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Laser-Remote-Schneiden bereit zu stellen, bei dem es möglich ist
beliebige Schnittlinien kostengünstig zu bearbeiten.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass eine Vorrichtung zum Laser-Remote-Schneiden vorgesehen ist.
Die Vorrichtung umfasst eine Laserschneideinrichtung und eine Gaszuführeinrichtung
zum Zuführen von Schneidgas mit zumindest einer Düse.
Die Düse weist ein Befestigungselement zum Befestigen der
Düse am Werkstück oder eine Haltestrebe zum Halten
der Düse, die sich etwa parallel zum Werkstück
erstreckt, auf, so dass die Düse benachbart zur Schnittlinie
ortsfest anordbar ist.
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Dadurch,
dass die Düse mittels eines Befestigungselementes unmittelbar
am Werkstück befestigbar ist, ist die gesamte Halterung
der Düse relativ flach, so dass sie der Bewegung des Laserstrahls nicht
im Weg steht.
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Gleiches
gilt, wenn die Düse mittels der etwa parallel zum Werkstück
verlaufenden Haltestrebe gehalten wird.
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Mit
der Erfindung wird somit wenig Raum oberhalb des Werkstückes
für die Düsen) und die entsprechenden Schneidgaszuführmittel
(Schläuche, Befestigungselemente, Haltestreben, etc.) beansprucht.
Insbesondere sind keine hochragenden Teile vorgesehen. Die Elemente
zum Zuführen von Schneidgas befinden sich alle in einem
Bereich von wenigen cm über der Oberfläche des
Werkstückes. Dieser Bereich ist vorzugsweise nicht höher
als 10 cm, insbesondere nicht höher als 8 cm bzw. nicht
höher als 5 cm bzgl. der Oberfläche des Werkstückes.
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Die
Düse ist in unmittelbarer Nähe zur Schnittlinie
angeordnet. Unmittelbare Nähe bedeutet einen Abstand von
wenigen Zentimetern, insbesondere weniger als 10 cm, vorzugsweise
weniger als 5 cm und insbesondere weniger als 3 cm.
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Vorzugsweise
wird das Schneidgas mit geringem Druck bzw. mit einer niedrigen
Strömungsgeschwindigkeit ausgegeben. Da die Düse
in unmittelbarer Nähe zur Schnittli nie angeordnet ist,
genügt ein niedriger Druck, um die Schnittlinie zuverlässig
mit Schneidgas abzudecken. Der niedrige Druck bewirkt einen geringen
Schneidgasverbrauch.
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Es
ist möglich durch Vorsehen mehrerer Düsen beliebig
lange und beliebig geformte Schnittlinien mit Schneidgas zu beaufschlagen.
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Durch
das Abdecken der Schnittlinien mit Schneidgas kann Sauerstoff aus
der Luft von den Schnittlinien fern gehalten werden, was unkontrollierte
Oxidationen verhindert. Genauso wird das Eindringen von Stickstoff
in die Schnittkanten verhindert, was zu einer Aufnitrierung führen
würde. Somit werden schädliche Reaktionen an den
Schnittkanten verhindert.
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Durch
das Wegblasen des verdampfenden Metalls vom Schnittbereich durch
die Düse wird auch verhindert, dass der beim Verdampfen
des Metalls entstehende Rauch nach oben steigt und einen Teil der
Laserstrahlung absorbiert oder streut.
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Zudem
ist die Vorrichtung aufgrund ihres einfachen Aufbaus kostengünstig
und einfach ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
ist ein Roboter vorgesehen, um eine oder mehrere Düsen
auf einem zu bearbeitenden Werkstück entlang der Schnittlinie
aufzubringen und nach der Bearbeitung zu entfernen. Auf diese Weise
ist es möglich hintereinander schnell und flexibel verschiedene
Schnittlinien an einem Werkstück und mehrere Werkstücke
mit unterschiedlichen Schnittlinien automatisch zu bearbeiten.
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Als
Schneidgase werden Kohlendioxid (CO2), Stickstoff
(N2), Argon (Ar), Stickstoff (N2), Argon (Ar), Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) oder deren Gemische
verwendet. Mit diesen Gasen und Gasmischungen aus diesen Gasen ist
eine besonders vorteilhafte Beeinflussung der Bearbeitungsstellen
gegeben. So ist z. B. bei Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen
Gasen beim Schneiden von eisenhaltigen Werkstoffen ein zusätzlicher
Energieeintrag in das Werkstück durch eine kontrollierte Oxidation
gegeben.
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Über
die Befestigungselemente die z. B. als Magnete ausgebildet sind,
ist die erfindungsgemäße Düse einfach,
flexibel und schnell einsetzbar. Die Düsen können
z. B. auf verschiedenen Werkstücke einfach entlang verschiedener
Schnittverläufe angeordnet werden. Auch ein Saugnapf oder
ein anderes lösbares Befestigungselement ist möglich.
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Insbesondere
erlaubt die Befestigung über Magnete eine hohe Variabilität
bezüglich individueller bzw. verschiedener Schnittverläufe
bei einem oder mehreren verschiedenen Werkstücken. Hierdurch
ist es möglich, z. B. verschiedene Kleinserien hintereinander
schnell und einfach zu bearbeiten, da die Düsen variabel
an den verschiedensten Schnittverläufen anordbar sind.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren zum Laser-Remote-Schneiden
wird eine erfindungsgemäße Laserschneidvorrichtung
verwendet. Dabei wird ein Werkstück entlang einer Schnittlinie
geschnitten, wobei die eine Düse ortsfest benachbart zur
Schnittlinie angeordnet und über die Düse die
Schnittlinie mit Schneidgas beaufschlagt wird.
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Durch
das Beaufschlagen der Schnittlinie mit Schneidgas wird beim Schneiden
verdampfendes Metall vom Schnittbereich weggeblasen.
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Dadurch
wird verhindert, dass der beim Verdampfen des Metalls entstehende
Rauch nach oben steigt und einen Teil der Laserstrahlung absorbiert oder
streut. Zudem wird das Eindringen von Sauerstoff verhindert, was
zu ungewünschten Oxidationen führt. Genauso wird
das Eindringen von Stickstoff verhindert, was zu einer Aufnitrierung
führt. Somit werden schädliche Reaktionen im Bearbeitungsbereich
bzw. an der Schnittkante verhindert.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Diese zeigen schematisch in:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einer Düse und einem Befestigungselement,
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2 mehrere
Düsenanordnungen an. einem Bauteil zur Darstellung eines
horizontalen und eines vertikalen Schneidgasausgabewinkels,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel der Düsen und der
Befestigungselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel der Düse und einer
Haltestrebe der erfindungsgemäßen,
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5 ein
viertes Ausführungsbeispiel der Düsen und einer
Haltestrebe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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6 ein
fünftes Ausführungsbeispiel der Düsen
und der Befestigungselemente der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
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7 ein
sechstes Ausführungsbeispiel der Düsen und einer
Haltestrebe bzw. eines Rahmens der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und
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8 ein
siebtes Ausführungsbeispiel der Düsen und einer
rohrförmig ausgebildeten Haltestrebe der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Eine
Vorrichtung 1 zum Laser-Remote-Schneiden (1)
weist eine Laserschneideinrichtung 20 zum Laser-Remote-Schneiden
und eine Gaszuführeinrichtung 10 zum Zuführen
von Schneidgas 15 auf.
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Die
Laserschneideinrichtung 20 zum Laser-Remote-Schneiden umfasst
eine Steuereinrichtung 2, eine Laserstrahlquelle 3 zum
Ausgeben eines Laserstrahls 4 und eine (dynamische) Scannereinrichtung 5,
um den Laserstrahl 4 entlang einer zu schneidenden Schnittlinie 6 auf
einer Werkstückoberfläche 7 eines Werkstücks 8 zu
verfahren. Die Scannereinrichtung 5 ist bspw. als Strahlablenkeinrichtung ausgebildet
und weist schnell beweg- und/oder verkippbare Spiegel (nicht dargestellt)
zum Lenken des Laserstrahls 4 auf. Mit der Laser-Remote-Schneide-Vorrichtung 1 wird
mittels der Laser-Remote-Methode ein Werkstück 8 geschnitten.
Mittels der Steuereinrichtung 2 wird die gesamte Vorrichtung 1 gesteuert.
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Die
Laserstrahlquelle 3 umfasst vorzugsweise einen Faserlaser,
einen Scheibenlaser (z. B. Er:YAG-Laser) oder einen anderen Festkörperlaser, deren
Laserstrahl mittels Lichtleiter an die Strahlablenkeinrichtung 5 geführt
werden kann. Es können jedoch auch Laser mit höherer
Leistung, wie z. B. CO2-Laser verwendet
werden.
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Vorzugsweise
ist die Scannereinrichtung 5 an einem Roboterarm 9 angeordnet.
Mittels des Roboterarms 9 ist die Scannereinrichtung 5 über
das Werkstück 8 verfahrbar und dort ortsfest anordbar. Zudem
ist die Scannereinrichtung mittels des Roboterarms von einem Berarbeitungsbereich 6 zum nächsten
verfahrbar. Hierdurch kann ein großer Arbeitsbereich bearbeitet
werden. Das zu bearbeitende Werkstück ist in der Regel
ein Blech 8.
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Alternativ
kann die Scannereinrichtung 5 auch ortsfest angeordnet
sein.
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Die
Scannereinrichtung 5 kann durch einen Roboterarm dargestellt
werden. Hierbei wird die Laserstrahlquelle 3 vom Roboterarm
gehalten. Der Laserstrahl 4 wird durch schnelles Verkippen
des Roboterarms über die Werkstückoberfläche 7 bewegt.
Bei einer derartigen Ausführungsform ist es zweckmäßig,
die am Roboterarm angeordnete Laserstrahlquelle 3 mit großem
Abstand zum Werkstück 8 anzuordnen, damit eine
hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.
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Die
Scannereinrichtung 5 gemäß 1 ist
in einem Abstand von in etwa 30 cm bis 300 cm, insbesondere in einem
Abstand von in etwa 30 cm bis 120 cm, über dem Werkstück 8 angeordnet.
Durch den Abstand zwischen der Scannereinrichtung 5 und dem
Werkstück 8 bewirken kleine Auslenkungen in der
Strahlablenkeinrichtung 5 große Wegstrecken am
Werkstück 8. Aufgrund dieses Übersetzungsverhältnisses
und der relativ kleinen bewegten Massen können hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten,
auch bei komplizierten Schnittlinienverläufen 6,
am Werkstück 8 erzielt werden.
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Die
Bearbeitungsgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit mit der sich
der Laserstrahl über die Werkstückoberfläche
bewegt und dabei Material sublimiert oder verdampft, beträgt
etwa 60 m/min bis 100 m/min und sogar bis zu 300 m/min. Der Laserstrahl 4 fährt
dabei eine Schnittlinie 6 mehrmals hintereinander ab, wobei
jeweils eine dünne Schicht geschmolzen und/oder verdampft
wird. Dieses wiederholte Abfahren der Schnittlinie 6 erfolgt
so schnell, dass aufgrund der thermodynamischen Verzögerungen
am zu schneidenden Blech 8 das Blech entlang der gesamten
Schnittlinie quasi-gleichzeitig geschnitten wird. Durch die Wechselwirkung
des Laserstrahls 4 mit dem Werkstück 8 wird
Material sublimiert, verdampft oder aufgeschmolzen und auf diese
Weise kontinuierlich bis zur Materialtrennung abgetragen.
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Bei
dünnen Metallfolien 8 mit einer Dicke bis etwa
2/100 mm ist vorgesehen, dass der Laserstrahl 4 lediglich
ein einziges Mal die Schnittlinie 6 abfährt.
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Die
Bearbeitungsgeschwindigkeit ist von der Dicke des Werkstücks
und vom Energieeintrag des Laserstrahls 4 abhängig.
Die Schnittgeschwindigkeit ergibt sich aus der Bearbeitungsgeschwindigkeit
geteilt durch die Anzahl der Abfahrvorgänge bzw. der Wiederholungen
wie oft der Laserstrahl die Schnittlinie abfährt.
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Die
Gaszuführeinrichtung 10 der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zum Laser-Remote-Schneiden beaufschlagt die
Werkstückoberfläche 7 entlang einer zu
schneidenden Kontur bzw. Schnittlinie 6 mit Schneidgas 11.
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Die
Gaszuführeinrichtung 10 weist zumindest eine Düseneinrichtung 12 auf.
Die Düseneinrichtung 12 ist mit einer Düse 16 versehen,
die über eine Leitung 13 mit einer Gasquelle 14 verbunden
ist. Die Gasquelle 14 ist zum Zuführen von Schneidgas 11,
wie z. B. Stickstoff und/oder Kohlendioxid und/oder Argon ausgebildet.
Vorzugsweise sind Schneidgase 11 vorgesehen die schwerer
als Luft sind bzw. deren Gewicht ähnlich dem der Luft ist
damit sie möglichst effektiv und lange in dem Bereich der
Schnittlinie 6 verbleiben, wo der Laserstrahl 4 gerade
schneidet.
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Die
Düseneinrichtung 12 umfasst die Düse 16 und
ein Befestigungselement 17 bzw. eine Halterung.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel (1) ist das
Befestigungselement 17 ein Magnet. Der Magnet 17 ist
z. B. unterseitig an der Düse 16 angeordnet. Die
Düse 16 ist in unmittelbarer Nähe zur
Schnittlinie 6 des Werkstücks 8 angeordnet.
Unmittelbare Nähe bedeutet einen Abstand von wenigen Zentimetern,
insbesondere weniger als 10 cm, vorzugsweise weniger als 5 cm und
insbesondere weniger als 3 cm. Mittels des Magneten 17 ist
die Düseneinrichtung 12 einfach auf ein zu bearbeitendes magnetisches
Werkstück 8 aufsetzbar und entfernbar. Falls das
Werkstück 8 nicht magnetisch ist, wird es vorzugsweise
auf einer magnetischen Unterlage (nicht dargestellt) angeordnet,
so dass der Magnet 17 mit der magnetischen Unterlage zusammenwirkt. Eine
bevorzugte Ausführungsform dieser Unterlage umfasst eine
paramagnetische Platte mit einem darunter angeordneten Elektromagneten.
Der Elektromagnet ist mittels der Steuereinrichtung 2 ein-
und ausschaltbar. Im eingeschalteten Zustand besteht eine starke
magnetische Kraft zwischen dem Magneten 17 und der vom
Elektromagneten magnetisierten paramagnetischen Platte. Hierdurch
wird nicht nur die Düse 16 auf dem Werkstück 8 gehalten,
sondern auch das Werkstück 8 während
des Betriebes auf der Unterlage fixiert. Dies gilt insbesondere,
wenn mehrere Magnete bzw. mehrere Düsen 16 verwendet werden.
Nach dem Bearbeitungsvorgang wird die Haltekraft durch Abschalten
des Elektromagneten gelöst, womit sowohl die Düsen 16 als
auch das in mehrere Teile getrennte Werkstück 8 einfach
von der Unterlage abgehoben werden kann.
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Das
Befestigungselement 17 kann alternativ auch als Saugnapf
oder als Klemmeinrichtung nach Art einer Schraubzwinge oder dergleichen
ausgebildet sein. Der Saugnapf ist dann vorzugsweise aus einem temperaturbeständigen
Material ausgebildet, um nicht durch das vom Laserstrahl 4 aufgewärmte Werkstück 8 beschädigt
zu werden.
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Dadurch,
dass die Düse 16 mittels eines Befestigungselementes 17 unmittelbar
am Werkstück befestigbar ist und dadurch dass das Befestigungselement 17 flach
ausgebildet ist, weist die Düseneinrichtung 12 eine
geringe Bauhöhe auf. Durch die geringe Bauhöhe
der Düseneinrichtung 12 auf dem Werkstück 8 wird
der Verfahrbereich des Laserstrahls 4 nicht eingeschränkt.
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Durch
die variablen Anordnungsmöglichkeiten der Düseneinrichtung 12 mittels
des Befestigungselementes 17 ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung 1 zum Laser-Remote-Schneiden sehr variabel,
einfach und gezielt an die verschiedensten Schnittlinienverläufe 6 anpassbar.
Zudem wird das Schneidgas 11 sehr gezielt an den Stellen
aufgebracht, wo es benötigt wird.
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Die
Düseneinrichtung 12 ist in einem Abstand von 1
cm bis zu 30 cm und vorzugsweise von 3 cm bis zu 10 cm zur Schnittlinie 6 auf
dem Werkstück 8 angeordnet. Dadurch wird der Verbrauch
an Schneidgas 15 sehr gering gehalten.
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Die
Düse 16 gibt Schneidgas 15 entlang einer
Schneidgasausgaberichtung 21 aus (2). Der Winkel
zwischen der Werkstückoberfläche 7 und
der Schneidgasausgaberichtung 21 wird als vertikaler Schneidgasausgabewinkel 22 bezeichnet.
Der Winkel zwischen der Schnittlinie 6 auf der Werkstückoberfläche 7 und
der in die Tangentialebene der Oberfläche projizierten
Schneidgasausgaberichtung 21 wird als horizontaler Schneidgasausgabewinkel 23 bezeichnet.
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Im
folgenden wird die Einstellung unterschiedlicher horizontaler und
vertikaler Schneidgasausgabewinkel 22, 23 erläutert.
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Wird
ein kleiner horizontaler Schneidgasausgabewinkel 23 im
Bereich von z. B. 0° bis 30° gewählt,
wird eine geradlinige Schnittlinie 6 über einen langgestreckten
Bereich mit Schneidgas beaufschlagt.
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Wird
ein großer horizontaler Schneidgasausgabewinkel 23 im
Bereich von z. B. 75° bis 90° angelegt, kreuzt
der Schneidgasstrahl die Schnittlinie 6, wodurch die Schnittlinie
lediglich in einer Länge mit Schneidgas beaufschlagt wird,
die etwa der Breite des Schneidgasstrahls entspricht. Bei dieser
Anordnung der Düse wird sehr effizient Dampf von der Schnittlinie 6 weggeblasen.
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Je
größer der Druck des Schneidgases 11 im Bereich
der Schnittlinie eingestellt wird, desto effektiver wird verdampfendes
Metall vom Schnittbereich weggeblasen.
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Die
Einstellung des horizontalen Schneidgasausgabewinkels 23 und
des Drucks sind somit im Hinblick auf einem minimalen Schneidgasverbrauch, einer
möglichst großen Abdeckung der Schnittlinie 6 mit
möglichst wenig Düsen 16 und einem effizienten Wegblasen
des erzeugten Dampfes abzustimmen. Es hat sich herausgestellt, dass
bei langgestreckten Schnittlinien 6 horizontale Schneidgasausgabewinkel 23 im
Bereich von 10° bis 50° und vorzugsweise 20° bis
45° am wirkungsvollsten sind.
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Der
vertikale Schneidgasausgabewinkel kann zwischen 0° und
90° gewählt werden. Im Bereich zwischen 0° und
45° wird das verdampfende Metall von der Schnittlinie 8 effizient
weggeblasen. Im Bereich zwischen 45° und 90° wird
der Schneidgasstrahl in die beim Schneiden erzeugte Kerbe im Werkstück
geblasen, wodurch eine bessere Tiefenwirkung erzielt wird und die
Schmelze effizient ausgetrieben wird. Bei dickeren Werkstücken
ist ein größerer vertikaler Schneidgasausgabewinkel
als bei dünneren Werkstücken empfehlenswert.
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Durch
das Wegblasen des verdampfenden Metalls vom Schnittbereich bzw.
der Schnittlinie 6 durch die Düse 16 wird
verhindert, dass der beim Verdampfen des Metalls entstehende Rauch
nach oben steigt und einen Teil der Laserstrahlung 4 absorbiert
oder streut. Zudem wird das Eindringen von Luft verhindert, was
zu ungewünschten Oxidationen führt. Genauso wird
das Eindringen von Stickstoff verhindert, was zu einer Aufnitrierung
führt. Somit werden schädliche Reaktionen an der
Schnittlinie 6, insbesondere an der Schnittkante, verhindert.
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Das
Schneidgas 15 wird mittels der Düse 16 mit
einem Druck von 1 bar bis 6 bar und vorzugsweise von 1 bar bis 4
bar ausgegeben, wodurch sich ein sehr geringer Schneidgasverbrauch
ergibt und eine Bearbeitungsstelle der Schnittlinie 6 dennoch ausreichend
mit Schneidgas 15 versorgt wird. Ein Druck von 1 bar bis
6 bar und vorzugsweise von 1 bar bis 4 bar ist insbesondere bei
einem flachen vertikalen Schneidgasausgabewinkel von 0° bis
45° vorgesehen, wenn das Schneidgas als Schutzgas wirkt,
um Sauerstoff und/oder Stickstoff von der Schnittkante fernzuhalten.
Aufgrund des geringen Drucks beeinflusst das Schneidgas 15 die
Schneidwirkung des Laserstrahls 4 nicht negativ. Kurzzeitig
kann auch ein Maximaldruck von 20 bis 25 bar vorgesehen sein, um effektiv
die Schmelze aus der Schnittfuge auszutreiben. Hierbei ist dann
ein steiler vertikaler Schutzgasausgabewinkel zwischen 30° und
90° vorgesehen.
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Die
im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen,
sofern nichts anderes beschrieben ist, die im ersten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Merkmale auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 (3) zum Laser-Remote-Schneiden
sind mehrere Düseneinrichtungen 12 vorgesehen.
Durch Vorsehen mehrerer Düseneinrichtungen 12 sind
nahezu beliebige Schnittlinien und/oder mehrere Schnittlinien 6, 6', 6'',
usw. mit Gas beaufschlagbar.
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Die
Düseneinrichtungen 12 sind entlang einer Schnittlinie 6 eines
Werkstücks 8 anordbar. Auf diese Weise ist es
möglich auch längere Schnittlinien 6 ausreichend
mit Schneidgas zu beaufschlagen. Hierbei ist vorgesehen die Düseneinrichtungen 12 über
die Steuereinrichtung 2 gleichzeitig zu schalten, da aufgrund
der hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit und der wiederholten Bewegung
des Laserstrahls über die Schnittlinie die gesamte Schnittlinie 6 gleichzeitig
begast werden muss.
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Für
die beiden Ausführungsformen gemäß 1 und 3 kann
der Roboterarm 9 mit einem Greifer 18 versehen
sein, um die Düseneinrichtungen 12 vordem Schneidvorgang
auf der Werkstückoberfläche 7 anzuordnen
und sie nach dem Schneidvorgang wieder zu entfern
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In
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 (4) zum Laser-Remote-Schneiden
weist die Düseneinrichtung 12 statt des Befestigungselements
eine Haltestrebe 25 auf. Die Haltestrebe 25 ist
außerhalb eines Bearbeitungsbereiches an einem Rahmen 26 fixiert.
Die Verbindung zwischen der Haltestrebe 25 und dem Rahmen 26 ist
lösbar und im Winkel verstellbar, so dass die Düse 16 an
beliebigen Positionen mit beliebigen Richtungen im Bearbeitungsbereich
angeordnet werden kann.
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An
einem Ende der Haltestrebe 25 ist die Düse 16 angeordnet.
Die Haltestrebe 25 erstreckt sich in etwa parallel zur
Werkstückoberfläche 7. Dadurch, dass
sich die Düse 16 in etwa parallel zur Werkstückoberfläche 7 erstreckt
ist die Bauhöhe bzgl. der Werkstückoberfläche
sehr gering.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Düsen
an einer Haltestrebe angeordnet (5).
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Bei
großen Schnittbereichen und/oder komplexen Schnittlinien 6 können
auch mehrere Haltestreben 25 vorgesehen sein. Die Haltestreben 25 sind
derart angeordnet, dass sie die Schnittlinie 6 nicht kreuzen.
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Eine
Gruppe von Düsen 16 kann auch an einer abgewinkelten
und/oder gekrümmten und/oder ringförmigen Haltestrebe 25 angeordnet
sein (7), um eine z. B. runde, quadratische oder beliebig
ausgebildete Schnittlinie vollständig mit Schneidgas zu
beaufschlagen. Diese Gruppe von Haltestreben 25 wird als
Einheit an oder über dem Werkstück angeordnet
und an einem Rahmen 26 oder direkt am Werkstück 8 befestigt.
Eine derartige Düsengruppe macht insbesondere bei einer
automatisierten Herstellung größerer Stückzahlen
Sinn.
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Es
kann auch eine variable bzw. in ihrer Form veränderliche
Haltestrebe 25 vorgesehen sein, die individuell auf das
jeweilige zu schneidende Werkstück anpassbar ist. Die Haltestrebe 25 kann
z. B. aus Steckelementen oder anderen variabel verbindbaren Teilen
ausgebildet sein. Die Haltestrebe 25 ist auf ein Werkstück 8 aufsetzbar
oder darüber anordbar und die Düsen 16 sind
entsprechend auf der Haltestrebe 25 angeordnet um sämtliche
Schnittlinien 6, die auf dem Werkstück 8 erzeugt
werden sollen, mit Schneidgas 11 zu beaufschlagen. Über
feste oder lösbare Verbindungselement, wie z. B. Schnellverschlüsse
oder dergleichen, ist es möglich die Düsen 16 entsprechend
auf der Haltestrebe 25 zu fixieren.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Haltestrebe 25 bzw. der Rahmen 26 als
Rohr ausgebildet (8). Auf diese Weise kann die
an der Haltestrebe angeordnete Düse 16 bzw. Düsen
durch den Hohlraum des Rohres mit Schneidgas 11 versorgt
werden.
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Der
Roboterarm kann auch eine mit der Steuereinrichtung 2 verbundene
Kamera (nicht dargestellt) aufweisen, um Werkstücke 8 und/oder Schnittlinien 6 und/oder
eine korrekte Anordnung der Düse/n 16 eigenständig
zu detektieren und um den gesamten Bearbeitungsvorgang somit vollautomatisch
selbstständig auszuführen.
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Für
alle eben beschriebenen Ausführungsformen ist vorgesehen,
dass der Abstand zwischen der bzw. den Düsen und der bzw.
den Schnittlinien zwischen 1 cm und maximal 30 cm beträgt,
um lediglich dort Gas aufzutragen wo das Werkstück bearbeitet
wird.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zur Benutzung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Laserschneiden
ist vorzugsweise zum bearbeiten von Folien mit einer Materialstärke
von bis zu 0,05 mm und von Blechen mit einer Materialstärke
bis zu 6 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 2 mm vorgesehen. Grundsätzlich
können aber auch Werkstücke beliebiger Dicke mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren geschnitten werden.
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Die
Düse 16 der erfindungsgemäßen
Gaszuführeinrichtung 12 wird unmittelbar neben
der Schnittlinie auf dem Werkstück ortsfest angeordnet. Wenn
die Düse mit einem horizontalen Schneidgasausgabewinkel
von 0° bis 50° und vorzugsweise von 10° bis
50° und insbesondere von 20° bis 45° bzgl. der
Schnittlinie angeordnet ist, beträgt der Abstand zur Schnittlinie
maximal 20 cm und vorzugsweise 3 cm bis 10 cm. Wenn die Düse
mit einem horizontalen Schneidgasausgabewinkel von 45° bis
90° und vorzugsweise von 10° bis 50° und
insbesondere von 55° bis 75° bzgl. der Schnittlinie
angeordnet ist, beträgt der Abstand zur Schnittlinie maximal
50 cm und vorzugsweise ≤ 40 cm und insbesondere ≤ 30
cm. Vorzugsweise wird die Düse aber so nah wie möglich
neben der Schnittlinie angeordnet, um den Schneidgasverbrauch möglichst
gering zu halten.
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Über
die Gasquelle 14 wird die Düse 16 mit Schneidgas 11 versorgt.
Das Schneidgas 11 wird über die Düse
im Bereich der Schnittlinie auf die Werkstückoberfläche
aufgebracht. Da in der Regel ein Gas, das schwerer als Luft ist
verwendet wird, wird das Gas mit einem geringen Druck von 1 bar
bis 6 bar ausgegeben und verbleibt auf diese Weise an der Schnittlinie 6 in
dem Bereich in dem das Werkstück 8 geschnitten
wird.
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Ist
eine längere Schnittlinie 6 zu erzeugen werden
mehrere Düsen 16 entlang der Schnittlinie angeordnet,
um die Schnittlinie ausreichend mit Gas zu versorgen. Die Werkstückoberfläche
wird so während des Schneidvorgangs permanent mit Gas beaufschlagt.
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Hierbei
ist insbesondere vorgesehen, die Düsen 16 mittels
eines am Roboterarms 9 angeordneten Greifers auf der Werkstückoberfläche 8 anzuordnen.
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Durch
Bewegen der Scannereinrichtung 5 bzw. Verkippen der Spiegel
fährt der Laserstrahl 4 je nach Werkstückdicke
die Schnittlinie mehrmals hintereinander ab und durchtrennt auf
diese Weise da Werkstück 8.
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Die
Scannereinrichtung 5 wird vom Roboterarm 9 von
einem Bearbeitungsbereich bzw. von einer Schnittlinie 6 zum
nächsten Bearbeitungsbereich und/oder von einem Bauteil
zum nächsten Bauteil verfahren.
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Nach
dem der Schnitt ausgeführt wurde kann sofort ein weiteres
Werkstück 8 mit dem gleichen oder einem anderen
Schnittlinienverlauf bearbeitet werden, da die Düsen 16 mittels
des Roboterarms 9 beliebig bzw. entsprechend der Programmierung
entlang eines beliebigen Schnittverlaufs 6 angeordnet werden
können.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist durch
die variable Anordnung und Ansteuerung der Düse/n 16 besonders
flexibel, variabel und einfach einsetzbar.
-
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird die Düseneinrichtung
der Gaszuführeinrichtung mittels des Roboterarms an der
Schnittlinie eines Werkstücks angeordnet und mit der Befestigungseinrichtung
auf der Werkstückoberfläche fixiert. Anschließend
wird die Schnittlinie mit Schneidgas beaufschlagt. Danach wird der
Schneidvorgang ausgeführt. Die Düsen können
dann mittels des Roboterarms zu einer weiteren Schnittlinie umgesetzt
werden und der Vorgang wird wiederholt.
-
- 1
- Vorrichtung
zum Laser-Remote-Schneiden
- 2
- Steuereinrichtung
- 3
- Laserstrahlquelle
- 4
- Laserstrahl
- 5
- Scannereinrichtung
- 6
- Schnittlinie
- 7
- Werkstückoberfläche
- 8
- Werkstück
- 9
- Roboterarm
- 10
- Gaszuführeinrichtung
- 11
- Schneidgas
- 12
- Düseneinrichtung
- 13
- Leitung
- 14
- Gasquelle
- 15
- Schneidgas
- 16
- Düse
- 17
- Befestigungselement
- 18
- Greifer
- 19
-
- 20
- Laserschneideinrichtung
- 21
- Schneidgasausgaberichtung
- 22
- vertikaler
Schneidgasausgabewinkel
- 23
- horizontaler
Schneidgasausgabewinkel
- 24
-
- 25
- Haltestrebe
- 26
- Rahmen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007062212 [0002]
- - WO 2006/050043 A2 [0004, 0005]
- - DE 102006021622 A1 [0006]