DE102022129257A1

DE102022129257A1 - Verfahren und Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks aus Kunststoff, Gummi oder einem organischen Material

Info

Publication number: DE102022129257A1
Application number: DE102022129257.6A
Authority: DE
Inventors: Teja Philipp; Sebastian Donner
Original assignee: Mr Beam Lasers GmbH
Current assignee: Mr Beam Lasers GmbH
Priority date: 2022-11-06
Filing date: 2022-11-06
Publication date: 2024-05-08

Abstract

Bei einem Verfahren zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks (10) aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material werden das Werkstück (10) an einem Bearbeitungsort mittels eines Laserstrahls (58) bearbeitet und Abgase und Rauch erzeugt, die organische Substanzen enthalten, und Ozon zu dem Bearbeitungsort (14) zugeführt, wobei das Ozon einen Teil der organischen Substanzen oxidiert.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material mittels eines Laserstrahls bezogen.
Mittels Laserstrahlung kleiner Leistung von wenigen Watt oder darunter können die Oberflächen von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder und anderen organischen Materialien verändert werden. In dünnen Schichten von wenigen Millimetern Dicke können diese Materialien sogar mit geringer Leistung durchtrennt, geschnitten werden.
Bei der Bearbeitung von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder und anderen organischen Materialien mittels eines Laserstrahls werden jedoch organische Substanzen freigesetzt. Organische Substanzen können dabei als Gas, Aerosol (kleine Tröpfchen) oder Rauch (feine Partikel) - hier zusammenfassend als Rauchgase bezeichnet - freigesetzt werden.
Vor allem feste und flüssige organische Produkte können sich auf und unter den Oberflächen des mehr oder weniger offenporigen Materials niederschlagen. Aber auch bei gewöhnlichen Umweltbedingungen eigentlich gasförmige organische Verbindungen können zumindest vorübergehend an und unter Oberflächen des Materials gebunden werden. Auch wenn die dort verbleibenden Mengen organischer Substanzen gesundheitlich unbedenklich sind, so sind sie doch oft olfaktorisch wahrnehmbar und werden als störend empfunden.
Eine Absaugung der Rauchgase, die bei bei der Bearbeitung entstehen, kann zwar gesundheitliche Risiken für Personen in räumlicher Nähe der Bearbeitung mindern oder gänzlich verhindern. Eine olfaktorische Belastung von Werkstück und Produkt kann sie aber nur reduzieren, nicht verhindern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Idee, die bei der Laserbearbeitung von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder anderen organischen Materialien entstehenden Rauchgase durch gleichzeitiges Zuführen von Ozon, das mit dem Rauchgas chemisch reagiert, chemisch zu verändern oder zu neutralisieren und damit ihre gesundheitsschädliche und/oder olfaktorische Wirkung zu mindern.
Bei einem Verfahren zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material werden das Werkstück an einem Bearbeitungsort mittels eines Laserstrahls bearbeitet und Rauchgase erzeugt, die organische Substanzen enthalten, und Ozon zu dem Bearbeitungsort zugeführt, wobei das Ozon einen Teil der organischen Substanzen oxidiert.
Das berührungslose Bearbeiten kann lediglich eine lokale chemische Veränderung des Materials Werkstücks an dessen Oberfläche oder nahe dessen Oberfläche umfassen, die beispielsweise mit einer Farbänderung einher geht. Alternativ oder zusätzlich kann das berührungslose Bearbeiten eine geometrische Strukturierung der Oberfläche, beispielsweise einen lokalen Abtrag von Material und/oder eine Reliefierung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das berührungslose Bearbeiten ein lokales vollständiges Entfernen des Materials umfassen, wobei in dem Werkstück beispielsweise eine Öffnung, eine Durchgangsbohrung, ein Schlitz entsteht. Damit kann das Werkstück durchtrennt oder geschnitten werden.
Bei der Bearbeitung von Metallen und anderen anorganischen Materialien mittels eines Laserstrahls entstehen ausschließlich oder fast ausschließlich anorganische Substanzen, insbesondere Oxide. Die exotherme chemische Reaktion mit Sauerstoff in der den Bearbeitungsort umgebenden Atmosphäre kann das Schmelzen oder Verdampfen von Material begünstigen und so die Bearbeitung unterstützen.
In Gegensatz dazu entsteht bei der Bearbeitung von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material ein breites Spektrum organischer Substanzen. Die Menge der organischen Substanzen kann dabei sowohl hinsichtlich gesundheitlicher Risiken für Personen in räumlicher Nähe zu dem Bearbeitungsort als auch in Bezug auf eine olfaktorische Wahrnehmung wesentlich sein. Gesundheitliche Risiken können reduziert oder minimiert oder eliminiert werden durch eine Durchführung der Bearbeitung in einem geschlossenen Raum, aus dem Rauchgase abgesaugt werden. Die abgesaugten Rauchgase können gefiltert und/oder aus einem Gebäude ausgeleitet werden.
Das zugeführte Ozon reagiert mit organischen Substanzen in den bei der Bearbeitung erzeugten Rauchgasen. Organische Substanzen werden durch Oxidation chemisch verändert. Das kann ein Anlagern an dem Werkstück mindern oder verhindern und damit auch eine Beeinträchtigung der olfaktorischen Qualität eines Produkts reduzieren oder verhindern. Ferner kann gegebenenfalls eine gesundheitsgefährdende Wirkung reduziert, insbesondere die Menge gesundheitsgefährdender organischer Substanzen reduziert werden. Ferner kann das Filtern organischer Substanzen nach deren Oxidation durch das Ozon vereinfacht werden oder effizienter sein.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, kann das Ozon Moleküle der organischen Substanzen spalten.
Ein Spalten, Zerkleinern, Zerlegen der Moleküle organischer Substanzen verändert die chemischen Eigenschaften und kann karzinogene oder andere toxische Eigenschaften mindern oder beseitigen.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, bewirkt das Ozon insbesondere eine Depolymerisation einer organischen Substanz.
Eine Depolymerisation, also eine Zerlegung in Monomere oder kleinere Polymere kann karzinogene oder andere toxische Eigenschaften mindern oder beseitigen.
Ein Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner ein Erfassen eines aktuellen Werts eines Parameters und ein Steuern des Zuführens von Ozon abhängig von dem erfassten aktuellen Wert des Parameters.
Der Parameter steht insbesondere in eindeutigem Zusammenhang mit der aktuell pro Zeiteinheit erzeugten Menge organischer Substanzen in den Rauchgasen oder lässt Rückschlüsse auf die aktuell pro Zeiteinheit erzeugte Menge organischer Substanzen in den Rauchgasen zu. Alternativ kann der Parameter in eindeutigem Zusammenhang mit der aktuell vorliegenden Menge oder Konzentration organischer Substanzen in den Rauchgasen stehen oder Rückschlüsse auf die aktuell vorliegende Menge oder Konzentration organischer Substanzen in den Rauchgasen zulassen.
Das Steuern des Zuführens von Ozon kann ein Steuern des Erzeugens von Ozon umfassen.
Insbesondere wird umso mehr Ozon zugeführt, je größer die pro Zeiteinheit erzeugte Menge organischer Substanzen in den Rauchgasen ist. In Zeiträumen, in denen eine größere Menge organischer Substanzen erzeugt wird, kann auch eine größere Menge Ozon erzeugt werden. In Zeiträumen, in denen eine geringere Menge organischer Substanzen erzeugt wird, kann auch eine geringere Menge Ozon erzeugt werden. Alternativ kann umso mehr Ozon zugeführt werden, je größer die Menge oder Konzentration organischer Substanzen ist, und umso weniger Ozon zugeführt werden, je geringer die Menge oder Konzentration organischer Substanzen ist. Beides kann zur Energieeffizienz des Verfahrens beitragen.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst das Erfassen des aktuellen Werts des Parameters insbesondere ein Erfassen einer Konzentration zumindest entweder von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz.
Die pro Zeiteinheit zugeführte Menge Ozon wird insbesondere so gesteuert, dass sie eine monoton oder streng monoton steigende Funktion der erfassten Konzentration mindestens einer organischen Substanz oder eine monoton oder streng monoton fallende Funktion der erfassten Konzentration von Ozon ist.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst das Erfassen des aktuellen Werts des Parameters insbesondere ein Erfassen einer Konzentration zumindest entweder von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz in einem Abgasstrom.
Der Abgasstrom wird beispielsweise von einem Gebläse aus einem Raum abgesaugt, in dem das Verfahren durchgeführt wird, beispielsweise aus einem im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst das Erfassen eines aktuellen Werts eines Parameters insbesondere ein Erfassen eines aktuellen Werts eines Parameters, der in einem eindeutigen Zusammenhang mit einer Leistung des Laserstrahls (58) steht.
Insbesondere wird ein Parameter erfasst, der einen Mittelwert einer Leistung über einen kurzen Zeitraum einer Dauer von Bruchteilen einer Sekunde oder einer Sekunde oder weniger Sekunden repräsentiert. Der erfasste Parameter repräsentiert beispielsweise die einem Laser zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung oder den von einem Laser aufgenommenen Strom. Im Fall gepulster Leistung kann der erfasste Parameter den Mittelwert der Versorgungsspannung oder des aufgenommenen Stroms oder die Pulsweite oder das Tastverhältnis repräsentieren.
Eine Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material umfasst einen Laser-Bearbeitungskopf zum Bereitstellen eines Laserstrahls zum Bearbeiten des Werkstücks an einem Bearbeitungsort, eine Ozon-Quelle zum Bereitstellen von Ozon und eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Ozons zu dem Bearbeitungsort.
Die Bearbeitungsvorrichtung ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens, wie es hier beschrieben ist, vorgesehen und ausgebildet. Die Bearbeitungsvorrichtung ist insbesondere zur Bearbeitung von Metallen nicht oder nur eingeschränkt geeignet. Vor allem die Wellenlänge, die mittlere Leistung und/oder die Zeitabhängigkeit der Leistung des von der Bearbeitungsvorrichtung erzeugten Laserstrahls kann an die Bearbeitung von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder und/oder anderen organischen Materialien angepasst oder optimiert sein.
Der Laser-Bearbeitungskopf kann einen oder mehrere Laser zum Erzeugen von einem oder mehreren Laserstrahlen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Laser-Bearbeitungskopf zum Lenken von einem oder mehreren Laserstrahlen von einem oder mehreren Lasern, die von dem Laser-Bearbeitungskopf beabstandet angeordnet sind, zu einem Bearbeitungsort vorgesehen und ausgebildet sein. Dafür kann der Laser-Bearbeitungkopf beispielsweise ein Ende einer Lichtleitfaser, einen oder mehrere Spiegel oder andere reflektierende Flächen, eine Linse oder ein Objektiv umfassen.
Die Ozon-Quelle kann unmittelbar an dem Laser-Bearbeitungskopf angeordnet und mit diesem insbesondere mechanisch starr verbunden sein. Die Ozon-Quelle kann mit dem Laser-Bearbeitungskopf dauerhaft mechanisch verbunden sein, so dass eine zerstörungsfreie mechanische Trennung nicht oder nur unter Verwendung eines Schraubendrehers, eines Schraubenschlüssels oder eines anderen Werkzeugs möglich ist. Alternativ kann die Ozon-Quelle so mit dem Laser-Bearbeitungskopf mechanisch verbunden sein, dass die Ozon-Quelle ohne Verwendung von Werkzeug von dem Laser-Bearbeitungskopf zerstörungsfrei getrennt werden kann.
Alternativ kann die Ozon-Quelle an einem von dem Laser-Bearbeitungskopf räumlich beabstandeten Ort angeordnet sein. Im Fall eines relativ zu der übrigen Bearbeitungsvorrichtung bewegten Laser-Bearbeitungskopfes ist die Ozon-Quelle insbesondere so angeordnet, dass sie nicht oder nur teilweise mit dem Laser-Bearbeitungskopf mitbewegt wird. Beispielsweise wird die Ozon-Quelle nur in einer von zwei Dimensionen, in denen der Laser-Bearbeitungskopf bewegbar ist, oder in einer oder zwei von drei Dimensionen, in denen der Laser-Bearbeitungskopf bewegbar ist, bewegt.
Die Ozon-Quelle umfasst beispielsweise eine Einrichtung zum Ionisieren von Luft oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft oder eines anderen Gases, das Sauerstoff enthält, oder von reinem Sauerstoff. Dabei kann das Ozon aus einer Druckgasflasche oder einem Vorratsbehälter entnommen werden.
Alternativ kann die Ozon-Quelle beispielsweise eine Einrichtung zur Elektrolyse von Wasser umfassen.
Die Zuführeinrichtung kann ein Gebläse oder einen Ventilator oder einen Kompressor zum Erzeugen eines Gasstroms, der das Ozon enthält, oder der aus dem Ozon besteht, oder in den das Ozon gemischt wird, oder in dem das Ozon erzeugt wird, umfassen.
Die Zuführeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine Düse oder eine andere Leiteinrichtung zum Leiten eines Gasstroms, der aus von der Ozon-Quelle erzeugtem Ozon besteht oder von der Ozon-Quelle erzeugtes Ozon enthält, zu dem Bearbeitungsort umfassen.
Im Fall einer Anordnung der Ozon-Quelle räumlich beabstandet von dem Laser-Bearbeitungskopf kann die Zuführeinrichtung ferner einen oder mehrere Schläuche oder Rohre oder andere Fluidleitungen umfassen. Mittels des oder der Schläuche oder Rohre oder anderen Fluidleitungen kann der Gasstrom, der aus von der Ozon-Quelle erzeugtem Ozon besteht oder von der Ozon-Quelle erzeugtes Ozon enthält, zu dem Bearbeitungsort geleitet werden.
Eine Bearbeitungsvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von bei der Bearbeitung des Werkstücks entstehenden Rauchgasen und eine Filtereinrichtung zum Binden von Bestandteilen von Rauchgasen und von verbliebenem Ozon in dem Abgasstrom.
Die Oxidation von bei dem Bearbeiten von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder anderen organischen Materialien entstandenen organischen Substanzen kann das Filtern vereinfachen oder verbessern.
Eine Bearbeitungsvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine Steuerung mit einem Signaleingang zum Empfangen eines Signals, das einen aktuellen Wert eines Parameters repräsentiert, und einem Steuersignalausgang zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Steuern der Ozon-Quelle abhängig von dem aktuellen Wert des Parameters, der von dem am Eingang empfangenen Signal repräsentiert wird.
Die Steuerung kann analog oder digital ausgebildet sein, als reine Steuerung oder als Regelung. Die Steuerung ist insbesondere vorgesehen und ausgebildet, um die Ozon-Quelle wie bei einem der hier beschriebenen Verfahren zu steuern.
Eine Bearbeitungsvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Sensor zum Erfassen einer Konzentration zumindest entweder von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz, wobei ein Messsignalausgang zum Bereitstellen eines Messsignals, das einen aktuellen Messwert der Konzentration repräsentiert, mit dem Signaleingang der Steuerung gekoppelt ist.
Bei einer Bearbeitungsvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist der Sensor insbesondere an oder in einem Abgasstrom der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet.
Bei einer Bearbeitungsvorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist der Signaleingang der Steuerung insbesondere zum Empfangen eines aktuellen Werts eines Parameters, der in einem eindeutigen Zusammenhang mit einer Leistung des Laserstrahls steht, ausgebildet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material mittels eines Laserstrahls;
2 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material mittels eines Laserstrahls.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bearbeitungsvorrichtung 20 zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks 10 aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material. Die Bearbeitungsvorrichtung 20 umfasst ein Gehäuse 22, das während einer Bearbeitung des Werkstücks 10 dieses zumindest weitgehend, insbesondere vollständig und weitgehend gasdicht umschließt. In 1 ist das Gehäuse 22 als einfacher Quader angedeutet und transparent dargestellt, um das in dem Gehäuse 22 angeordnete Werkstück und alle in dem Gehäuse 22 angeordnete Einrichtungen sichtbar zu machen.
Das Werkstück 10 ist bei dem in 1 dargestellten Beispiel ein einfacher flacher Quader, beispielsweise ein Bogen Papier oder Karton, ein Brett aus Holz, eine Platte aus Spanplatte, OSB-Platte, MDF, HDF oder einem anderen Holzwerkstoff, Filz, ein Platte aus Kunststoff oder Gummi oder ein rechteckiges Stück Leder. Das Werkstück 10 weist eine zu bearbeitende Oberfläche 12 auf. Das Werkstück 10 kann durch eine in 1 nicht dargestellte verschließbare Öffnung in das Gehäuse 22 eingebracht werden.
In dem Gehäuse 22 ist ein Laser-Bearbeitungskopf 50 mit einer Schnittstelle 54 und zum Erzeugen eines Laserstrahls 58 angeordnet. Der Laser-Bearbeitungskopf 50 kann mittels einer in 1 nicht dargestellten Einrichtung in dem Gehäuse 22 und relativ zu dem Gehäuse 22 in einer, zwei oder drei Raumrichtungen translatorisch bewegbar und optional ferner um eine oder zwei Achsen schwenkbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine in 1 ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung zum translatorischen Bewegen des Werkstücks 10 in einer, zwei oder drei Raumrichtungen und/oder zum Rotieren des Werkstücks um eine oder zwei Schwenkachsen vorgesehen sein.
Die Schnittstelle 54 ist vorgesehen und ausgebildet zum Empfangen eines Steuersignals zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern des Laser-Bearbeitungskopfs 50 oder der Leistung des Laserstrahls 58. Die Schnittstelle 54 kann gleichzeitig Leistungseingang zum Empfangen elektrischer Leistung sein, wobei die an der Schnittstelle 54 bereitgestellte Leistung gleichzeitig als Steuersignal wirkt. Alternativ kann der Laser-Bearbeitungskopf 50 einen in 1 nicht dargestellten Leistungseingang aufweisen, wenn die Schnittstelle 54 nicht gleichzeitig Leistungseingang des Laser-Bearbeitungskopfs 50 ist.
Der Laser-Bearbeitungskopf 50 kann vorgesehen und ausgebildet sein, um an der Schnittstelle 54 ein Signal bereitzustellen, das insbesondere den aktuellen Wert der Leistung des Laserstrahls 58 repräsentiert.
In dem Gehäuse 22 ist ferner eine Ozon-Quelle 60 zum Erzeugen von Ozon vorgesehen. Die Ozon-Quelle 60 umfasst beispielsweise eine Einrichtung zum Ionisieren von Luft. Die Ozon-Quelle 60 weist einen Steuersignaleingang 62 zum Empfangen eines Steuersignals auf. Der Steuersignaleingang 62 kann gleichzeitig Leistungseingang zum Empfangen elektrischer Leistung sein, wobei die am Steuersignaleingang 62 bereitgestellte Leistung gleichzeitig als Steuersignal wirkt. Alternativ kann die Ozon-Quelle 60 einen in 1 nicht dargestellten Leistungseingang aufweisen, wenn der Steuersignaleingang 62 nicht gleichzeitig Leistungseingang ist.
Die Ozon-Quelle 60 umfasst insbesondere ein Gebläse, um einen mit Ozon angereicherten Luftstrom zu erzeugen. Eine Zuführeinrichtung 66 leitet einen von der Ozon-Quelle 60 erzeugten, mit Ozon angereicherten Gasstrom zu einem Bearbeitungsort 14, an dem der von dem Laser-Bearbeitungskopf 50 erzeugte Laserstrahl 58 auf die zu bearbeitende Oberfläche 12 des Werkstücks trifft. Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die Zuführeinrichtung 66 ein Rohr mit einer Düse.
Bei dem dargestellten Beispiel ist die Ozon-Quelle unmittelbar neben dem Laser-Bearbeitungskopf 50 angeordnet und mit diesem mechanisch starr verbunden. Alternativ und abweichend von der Darstellung in 1 kann die Ozonquelle 60 von dem Laser-Bearbeitungskopf 50 räumlich beabstandet und nicht oder zumindest nicht unmittelbar mit dem Laser-Bearbeitungskopf 50 mechanisch starr verbunden sein.
In gestrichelten Linien ist beispielhaft eine alternative Anordnung einer Ozon-Quelle 60 an einer äußeren Oberfläche des Gehäuses 22 dargestellt. In diesem Fall umfasst die Zuführeinrichtung 66 insbesondere einen flexiblen Schlauch.
An einer Öffnung in dem Gehäuse 22 ist ein Filter 70 angeordnet. In 1 ist das Filter 70 beispielhaft als gefaltetes Filtervlies in einem transparent dargestellten quaderförmigen Gehäuse angedeutet. Ein Ausgang des Filters 70 ist über ein Rohr mit einer Absaugeinrichtung 74 verbunden. Die Absaugeinrichtung 74 saugt Luft und Rauchgase, die in dem Gehäuse 22 entstehen, aus dem Gehäuse 22 durch das Filter 70 ab.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 10 mittels des Laserstrahls 58 werden nicht nur eine Veränderung 16, sondern auch Rauchgase erzeugt. Diese Rauchgase können neben gasförmigen Bestandteilen auch kleine Tröpfchen (unter einer bestimmten Maximalgröße als Aerosol bezeichnet) und/oder feine Partikel (als Rauch bezeichnet) umfassen. Die bei der Bearbeitung von Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder und anderen organischen Materialien erzeugten Rauchgase enthalten in der Regel eine Vielzahl organischer Substanzen. Diese organischen Substanzen können gesundheitlich bedenklich sein. In den Rauchgasen enthaltene organische Substanzen reagieren bereits an oder nahe dem Bearbeitungsort 14 mit dem von der Ozon-Quelle 60 erzeugten Ozon. Die Moleküle der organischen Substanzen können von dem Ozon oxidiert, gespalten, depolymerisiert oder auf andere Weise chemisch verändert werden. Dies kann die Toxizität der Rauchgase reduzieren, die Wirkung des Filters 70 verbessern, vor allem aber das Niederschlagen oder Anhaften der organischen Substanzen an und in dem Werkstück 10 verhindern oder vermindern. Das Werkstück 10 ist deshalb nach der Bearbeitung und Entnahme aus dem Gehäuse 22 nicht oder weniger olfaktorisch belastet.
Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 20 ferner eine Steuerung 80 mit einem Signaleingang 82, einer optionalen Schnittstelle 84 und einem Steuersignalausgang 86 und einen Sensor 90 mit einem Messsignalausgang 92. Der Sensor 90 ist vorgesehen und ausgebildet zum Erfassen einer Konzentration von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz in dem Gehäuse 22 und zum Bereitstellen eines analogen oder digitalen, elektrischen, optischen oder anderen Messsignals, das die Konzentration repräsentiert, an dem Messsignalausgang 92. Der Messsignalausgang 92 des Sensors 90 ist mit dem Signaleingang 82 der Steuerung 80 gekoppelt.
Der Signaleingang 82 der Steuerung 80 empfängt das von dem Sensor 90 erzeugte Messsignal. Der Steuersignalausgang 86 der Steuerung 80 ist vorgesehen und ausgebildet, um ein Steuersignal für die Ozon-Quelle 60 zu erzeugen, und mit dem Steuersignaleingang 62 der Ozon-Quelle 60 gekoppelt.
Die Steuerung empfängt an ihrem Signaleingang 82 das Messsignal des Sensors 90, stellt abhängig von diesem Messsignal an dem Steuersignalausgang 86 ein Steuersignal bereit und steuert damit die Ozon-Quelle 60. Wenn der Sensor die Konzentration von Ozon in dem Gehäuse 22 erfasst, steuert die Steuerung 80 die Ozon-Quelle 60 insbesondere so, dass die pro Zeiteinheit von der Ozon-Quelle 60 bereitgestellte Menge Ozon eine monoton oder streng monoton fallende Funktion der erfassten Konzentration von Ozon in dem Gehäuse ist. Wenn der Sensor die Konzentration mindestens einer organischen Substanz in dem Gehäuse 22 erfasst, steuert die Steuerung 80 die Ozon-Quelle 60 insbesondere so, dass die pro Zeiteinheit von der Ozon-Quelle 60 bereitgestellte Menge Ozon eine monoton oder streng monoton steigende Funktion der erfassten Konzentration von Ozon in dem Gehäuse ist.
Wenn wie in 1 dargestellt die Schnittstelle 84 der Steuerung 80 mit der Schnittstelle 54 des Laser-Bearbeitungskopfs 50 gekoppelt ist, kann die Steuerung 80 von dem Laser-Bearbeitungskopf 50 ein Signal erhalten, das die Leistung des Laserstrahls 58 repräsentiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 80 an der Schnittstelle 84 ein Steuersignal zum Steuern des Laser-Bearbeitungskopfs 50 bereitstellen und sowohl den Laser-Bearbeitungskopf 50 als auch die Ozon-Quelle 60 steuern. In beiden Fällen steuert die Steuerung 80 die Ozon-Quelle 60 insbesondere so, dass die von der Ozon-Quelle 60 pro Zeiteinheit erzeugte Menge Ozon eine monoton oder streng monoton steigende Funktion der Leistung des Laserstrahls 58 ist. In beiden Fällen kann der Sensor 90 entfallen.
Wenn die Leistung des Laserstrahls 58 nur ein- und ausgeschaltet wird, also nur entweder Null beträgt oder einen vorbestimmten Wert annimmt, schaltet die Steuerung 80 die Bereitstellung von Ozon durch die Ozon-Quelle 60 insbesondere synchron ein und aus. Alternativ kann nach dem Ausschalten der Leistung des Laserstrahls 58 eine Nachlaufzeit der Ozon-Quelle 60 vorgesehen sein, während derer Ozon bereitgestellt wird.
In 1 sind zwischen dem Messsignalausgang 92 des Sensor 90 und dem Signaleingang 82 der Steuerung, zwischen der Schnittstelle 54 des Laser-Bearbeitungskopfs 50 und der Schnittstelle 84 der Steuerung 80 und zwischen dem Steuersignaleingang 62 der Ozon-Quelle 60 und dem Steuersignalausgang 86 der Steuerung 80 jeweils elektrische oder optische Signalleitungen angedeutet. Alternativ kann beispielsweise ein Bussystem oder eine optische oder elektromagnetische Signalstrecke ohne Leitung die elektrischen oder optischen Signalleitungen teilweise oder vollständig ersetzen.
In 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material mittels eines Laserstrahls. Das Verfahren ist insbesondere mittels einer Bearbeitungsvorrichtung, wie sie anhand der 1 dargestellt ist, ausführbar. Deshalb sind nachfolgend beispielhaft Bezugszeichen aus 1 verwendet. Das in 2 gezeigte Verfahren kann jedoch auch mittels einer Bearbeitungsvorrichtung mit Merkmale, Eigenschaften und Funktionen, die von den anhand der 1 dargestellten abweichen, ausgeführt werden.
Bei einem ersten Schritt 101 wird ein Werkstück 10 aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material an einem Bearbeitungsort mittels eines Laserstrahls 58 bearbeitet. Dadurch werden in einem fast gleichzeitig stattfindenden zweiten Schritt 102 Rauchgase, die organische Substanzen enthalten, erzeugt.
Bei einem dritten Schritt 103 wird ein aktueller Wert eines Parameters erfasst.
Das Erfassen 103 des aktuellen Werts des Parameters kann ein Erfassen einer Konzentration zumindest entweder von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz umfassen. Die Konzentration kann von einem Sensor 90 beispielsweise an oder nahe dem Bearbeitungsort 14 in einem Gehäuse 22, in dem das Verfahren ausgeführt wird, oder in einem Abgasstrom, der aus dem Gehäuse 22 entweicht oder aus dem Gehäuse 22 abgezogen wird, gemessen werden.
Alternativ kann der erfasste Parameter in einem eindeutigen Zusammenhang mit einer Leistung des Laserstrahls 58 stehen. Beispielsweise kann der erfasste Parameter einen Mittelwert einer einem Laser zugeführten elektrischen Leistung oder einer von dem Laser erzeugten Leistung über einen kurzen Zeitraum einer Dauer von Bruchteilen einer Sekunde oder einer Sekunde oder weniger Sekunden repräsentieren. Der erfasste Parameter repräsentiert beispielsweise die einem Laser zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung, den von einem Laser aufgenommenen Strom oder im Fall gepulster Leistung den Mittelwert der Versorgungsspannung oder des aufgenommenen Stroms oder die Pulsweite oder das Tastverhältnis.
Bei einem vierten Schritt 104 wird ein Zuführen von Ozon zu dem Bearbeitungsort abhängig von dem erfassten aktuellen Wert des Parameters gesteuert, beispielsweise durch Bereitstellen eines Steuersignals.
Bei einem fünften Schritt 105 wird dem Bearbeitungsort 14, an dem mittels des Laserstrahls 58 das Werkstück 10 bearbeitet wird, Ozon zugeführt.
Der erste Schritt 101, der zweite Schritt 102, der dritte Schritt 103, der vierte Schritt 104 und der fünfte Schritt 105 finden insbesondere zumindest teilweise gleichzeitig statt.
Bei einem sechsten Schritt 106 oxidiert das zugeführte Ozon organische Substanzen in den bei dem zweiten Schritt 102 erzeugten Rauchgasen.
Der erste Schritt 101, der zweite Schritt 102, der dritte Schritt 103, der vierte Schritt 104, der fünfte Schritt 105 und der sechste Schritt können kontinuierlich oder quasikontinuierlich stattfinden.
Bezugszeichenliste:

10: Werkstück
12: zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks 10
14: Bearbeitungsort an dem Werkstück 10
16: vom Laserstrahl 58 erzeugte Veränderung des Werkstücks 10
20: Bearbeitungsvorrichtung
22: Gehäuse der Bearbeitungsvorrichtung 20
50: Laser-Bearbeitungskopf der Bearbeitungsvorrichtung 20
54: Schnittstelle des Laser-Bearbeitungskopf 50, zur Kopplung mit der Steuerung 80
58: von dem Laser-Bearbeitungskopf 50 erzeugter Laserstrahl
60: Ozon-Quelle der Bearbeitungsvorrichtung 20
62: Steuersignaleingang der Ozon-Quelle 60
66: Zuführeinrichtung zum Zuführen von Ozon von der Ozon-Quelle zu dem Bearbeitungsort 14
70: Filter der Bearbeitungsvorrichtung 20
74: Absaugeinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung 20
80: Steuerung zum Steuern der Ozon-Quelle 60
82: Signaleingang
84: Schnittstelle der Steuerung 80, zur Kopplung mit dem Laser-Bearbeitungskopf 50
86: Steuersignalausgang
90: Sensor zum Erfassen einer Konzentration von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz
92: Messsignalausgang des Sensors 90
101: erster Schritt (Bearbeiten eines Werkstücks aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material mittels eines Laserstrahls)
102: zweiter Schritt (Erzeugen von Rauchgasen, die organische Substanzen enthalten)
103: dritter Schritt (Erfassen eines aktuellen Werts eines Parameters)
104: vierter Schritt (Steuern des Zuführens von Ozon)
105: fünfter Schritt (Zuführen von Ozon)
106: sechster Schritt (Oxidieren eines Teils der organischen Substanzen)

Claims

Verfahren zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks (10) aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material, mit folgenden Schritten: Bearbeiten (101) des Werkstücks (10) an einem Bearbeitungsort mittels eines Laserstrahls (58) und Erzeugen (102) von Rauchgasen, die organische Substanzen enthalten; Zuführen (105) von Ozon zu dem Bearbeitungsort (14), wobei das Ozon einen Teil der organischen Substanzen oxidiert (106).
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, bei dem das Ozon Moleküle der organischen Substanzen spaltet.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Ozon eine Depolymerisation einer organischen Substanz bewirkt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Schritten: Erfassen (103) eines aktuellen Werts eines Parameters; Steuern (104) des Zuführens von Ozon abhängig von dem erfassten aktuellen Wert des Parameters.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, bei dem das Erfassen (103) des aktuellen Werts des Parameters ein Erfassen einer Konzentration zumindest entweder von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem das Erfassen (103) eines aktuellen Werts eines Parameters ein Erfassen eines aktuellen Werts eines Parameters, der in einem eindeutigen Zusammenhang mit einer Leistung des Laserstrahls (58) steht, umfasst.
Bearbeitungsvorrichtung (20) zum berührungslosen Bearbeiten eines Werkstücks (10) aus Papier, Karton, Holz, Holzwerkstoff, Filz, Kunststoff, Gummi, Leder oder einem anderen organischen Material, mit: einem Laser-Bearbeitungskopf (50) zum Bereitstellen eines Laserstrahls (58) zum Bearbeiten des Werkstücks an einem Bearbeitungsort; einer Ozon-Quelle (60) zum Bereitstellen von Ozon; einer Zuführeinrichtung (66) zum Zuführen des Ozons zu dem Bearbeitungsort (14).
Bearbeitungsvorrichtung (20) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner mit: einer Absaugeinrichtung (74) zum Absaugen eines Abgasstroms mit bei der Bearbeitung des Werkstücks entstehenden Rauchgasen; einer Filtereinrichtung (70) zum Binden von Bestandteilen von Rauchgasen und von verbliebenem Ozon in dem Abgasstrom.
Bearbeitungsvorrichtung (20) gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, ferner mit: einer Steuerung (80) mit einem Signaleingang (82, 84) zum Empfangen eines Signals, das einen aktuellen Wert eines Parameters repräsentiert, und einem Steuersignalausgang (86) zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Steuern der Ozon-Quelle (60) abhängig von dem aktuellen Wert des Parameters, der von dem am Signaleingang (82, 84) empfangenen Signal repräsentiert wird.
Bearbeitungsvorrichtung (20) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner mit: einem Sensor (90) zum Erfassen einer Konzentration zumindest entweder von Ozon oder mindestens einer organischen Substanz, wobei ein Messsignalausgang (92) des Sensors (90) zum Bereitstellen eines Messsignals, das einen aktuellen Messwert der Konzentration repräsentiert, mit dem Signaleingang (82) der Steuerung (80) gekoppelt ist.