DE10235903A1

DE10235903A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Blechplatinen mit einem Schneidstrahl

Info

Publication number: DE10235903A1
Application number: DE10235903A
Authority: DE
Inventors: Eva Sailer; Johannes Gerlach
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: DE10235903B4

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von Formplatinen aus Blech durch einen Schneidstrahl vorgeschlagen. Eine einen Laserkopf tragende Schneidvorrichtung ist schwenkbar ausgeführt und ermöglicht dadurch das Platinenschneiden aus einem kontinuierlich in Bandlaufrichtung bewegten Blechband.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden von Blechplatinen mittels einem Schneidstrahl aus einem sich kontinuierlich in Bandlaufrichtung bewegenden Bandmaterial.

Die fertigungstechnischen Vorteile umzuformende Blechplatinen durch Laser zu Schneiden werden in der Automobilindustrie seit ca. 20 Jahren genutzt. Aufgrund der Schneidleistung bzw. der Schneidgeschwindigkeit beschränkte sich die Anwendung im Wesentlichen auf so genannte Nischenfahrzeuge, d. h. solche mit vergleichsweise niedriger Produktionszahl. Wird eine hohe Ausbringung gefordert so werden Platinen auf Scherenlinien oder insbesondere Formplatinen auf Schneidpressen hergestellt. Zwei Entwicklungen führten zu Überlegungen die Wirtschaftlichkeit des Platinenschneidens durch Laser zu verbessern. Zum einen stehen jetzt Hochleistungslaser zur Verfügung zum anderen wird eine immer höhere Schneidqualität gefordert.

Dieses genaue Schneiden ist z.B. für die einzelnen Teile aus denen Tailored Blanks hergestellt werden zwingend erforderlich. Werden diese Teile mit einem Stumpfstoß ohne Zusatzwerkstoff geschweißt so darf der Schweißspalt nur ca. 10% der Blechdicke betragen. Die Blechdicken zur Herstellung von Tailored Blanks sind in der Regel 0,7 – 3 mm.

In der DE 100 64 888 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart mit der Aufgabe einfach, schnell und kostengünstig Blechplatinen herzustellen. Das Blechband wird kontinuierlich in Bandlaufrichtung gefördert und in einer ersten Operation erfolgt ein Teilschnitt mit einer Strahlschneidvorrichtung während in der zweiten Operation mit einem Scherenschnitt die Platine fertig hergestellt wird.

Nachteilig an dieser Methode ist der große apparative Aufwand, denn zunächst ist die komplette bekannte Scherenlinie, mit einer so genannten fliegenden Schere, erforderlich die dann durch einen oder mehreren Laservorrichtungen ergänzt wird. Ein weiterer Nachteil ist die Einschränkung bei der Außenform der Platinen. Bedingt durch den Geradschnitt der Schere haben die Platinen am Anfang und am Ende gerade Kanten. Eine dem Verarbeitungsfall angepasste optimale Materialausnutzung ist nicht gegeben.

In der zitierten Schrift wird keinerlei Aussage über eine Absaugung gemacht. Bekannt ist, dass beim Laserschneiden eine Belastung der Umgebungsluft mit gesundheitlich bedenklichen Gasen, Staub und Rauch auftritt. Es ist zwingend erforderlich die gesundheitsgefährdenden Stoffe im Entstehungsbereich gleich abzusaugen. Speziell für Laserstrahlmaschinen wurde eine Absaugvorrichtung mit Absaugkasten entwickelt und in der DE 195 12 056 A1 offenbart.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und aus einem, sich kontinuierlich in Bandlaufrichtung bewegenden, Bandmaterial Blechplatinen mit verschiedensten Außenkonturen wirtschaftlich mittels einer Strahlschneidvorrichtung herzustellen. Die Strahlschneidvorrichtung soll nur einfache Bewegungen ausführen und eine Absaugvorrichtung ist zu integrieren.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung von Blechplatinen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5, durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine auf die kontinuierliche Bandbewegung abgestimmte Verschwenkung der Laserstrahlvorrichtung durchzuführen. Diese Verschwenkung ermöglicht, dass mit einer Linearbewegung der Laservorrichtung eine Vielzahl von unterschiedlichen Platinenkonturen schneidbar sind. Bei einem fest eingestellten Winkel sind Geradschnitte und spezielle Kurvenformen erzielbar. Wird die Laservorrichtung während der Schneidoperation verschwenkt, so können eine Vielzahl von Kurvenformen geschnitten werden.

Der modulare Aufbau ermöglicht auch mehrere Laservorrichtungen hintereinander anzuordnen. Jede dieser Vorrichtungen ist unabhängig voneinander, abgestimmt auf die geforderte Platinenform, regelbar. Sowohl die Schwenkung als auch die Funktion und Bewegungsgeschwindigkeit des Schneidstrahls, ist somit optimal anpassbar. Die Abstimmung der Vorschubbewegung des Bandes und der Bewegungsgeschwindigkeit des Lasers ermöglicht bei einem fest eingestellten Winkel sowohl das Schneiden von Geraden, als auch von Kurvenformen. Der Laser selber führt dabei nur eine einfache Linearbewegung aus. Eine Vielzahl von Außen- und Innenkonturen bei Platinen sind schneidbar.

In einer sinnvollen Anordnung bildet die Laservorrichtung mit dem Absaugkasten eine derartige Einheit, dass das Schwenken gemeinsam erfolgt. Zur Abstützung des zugeführten Blechbandes und zur Abführung der geschnittenen Platinen sind angetriebene Transportbänder vorgesehen. Zur optimalen Abstützung, über einen möglichst langen Bereich, sind die Transportbänder unterschiedlich in der Länge ausgeführt. Zusätzlich werden teleskopierbare Stützeinrichtungen vorgeschlagen, die ebenfalls synchron mit der Schwenkung aus- und einfahrbar sind. Durchgehende Transportbänder können nicht verwendet werden, da für den unterhalb der Laservorrichtung angebauten Absaugkasten, aufgrund der beschriebenen Funktionalität, ein entsprechender Freiraum benötigt wird.

Um Blechbänder in den unterschiedlichen Breiten zu verarbeiten, wird als weitere vorteilhafte Ausbildung vorgeschlagen die Transportbänder, einschließlich den daran befestigten Stützeinrichtungen, in der Breite einstellbar auszuführen.

Die Schneidvorrichtung ist so konstruiert, dass eine Verwendung in einer Bandanlage ohne Probleme möglich ist. Ist die Bandanlage eine Scherenlinie, so soll die Schere ersetzt werden. Bei einer Schneidanlage kann die Schneidpresse einschließlich den unterschiedlichsten Schneidwerkzeugen entfallen.

Ebenso ist es besonders vorteilhaft, dass das Blechband kontinuierlich in Bandlaufrichtung bewegt wird. Aufgrund dieser Betriebsart kann auf eine Schlaufenbildung als Vorratsschlaufe verzichtet werden. Durch den Entfall der Schlaufengrube einschließlich der zugehörigen Lichtschrankenregelung wird die gesamte Anlage kostengünstiger und benötigt weniger Raum. Bei der vorgeschlagenen Betriebsart wird eine hohe Taktzahl und damit Wirtschaftlichkeit der Bandanlage erzielt.

Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung sind aus den Zeichnungen ersichtlich und in der nachfolgenden Beschreibung näher dargestellt.

Es zeigen:

1 Frontansicht der Erfindung als Prinzipdarstellung

2 Draufsicht von 1

3 Laservorrichtung als Draufsicht

4, 5, 6 Laserbewegung zum Schneiden beispielhafter Konturen

In 1 sind von der bekannten und nicht näher dargestellten Bandanlage die Vorschubwalzen 1 dargestellt. Mit vorwählbaren Geschwindigkeiten bewegen die Vorschubwalzen 1 das Blechband 2 in Bandlaufrichtung 3. Die Laservorrichtung 4 ist dreifach angedeutet, der Pfeil 5 zeigt die vertikale Zustellbewegung. Unterhalb der Laservorrichtung 4 und in Wirkverbindung damit ist der Absaugkasten 6 angeordnet. Das Blechband 2 liegt auf dem angetriebenen Förderband 7, die fertig geschnittenen Platinen 8 werden durch das Platinenförderband 9 abtransportiert.

2 zeigt beispielhafte Schwenklagen der Laservorrichtung 4.1 : 4.3. Die Laservorrichtung 4.1 führt zum Schneiden einer Formkontur, während der Schneidbewegung, eine Schwenkbewegung gemäß Pfeil 10 aus. Die Laservorrichtungen 4.2 und 4.3 sind um einen bestimmten Winkel geschwenkt. In der Schwenklage können Geradschnitte oder Formkonturschnitte ausgeführt werden. Die Förderbänder 7 haben unterschiedliche Längen um den erforderlichen Freiraum für den Absaugkasten 6 zu gewährleisten. Eine sichere Abstützung des Blechbandes 2 wird zusätzlich durch die Stützrollen 11 erreicht. Diese Stützrollen 11 sind in einer Vorrichtung 12 gelagert, die mit einem Ende am Absaugkasten 6 befestigt ist. Die Vorrichtung 12 ist beispielhaft als Teleskop oder Scherengitter ausgeführt und dadurch ist die Länge entsprechend der Schwenkbewegung des Absaugkastens 6 veränderbar. Durch diese einfache Maßnahme wird eine sichere Abstützwirkung erzielt. Beispielhaft geschnittene Platinen 8 werden durch das Förderband 9 abtransportiert.

Einzelheiten von 2 sind aus 3 entnehmbar. Antrieb 13 treibt die Förderbänder 7 an, die über Antrieb 14 zusätzlich in der Breite einstellbar sind. Die Laservorrichtung 4 und der Absaugkasten 6 sind in einer Schwenklage dargestellt. Die Schwenkbewegung wird durch einen auf Schwenkachse 15 wirkenden, nicht näher dargestellten, Servo-Getriebemotor durchgeführt.

Das eigentliche Arbeitsverfahren am Beispiel von Geradschnitten ist ausführlich in 4a : 4d dargestellt. Zum Schneiden sind zwei Laserköpfe 16, 17 vorgesehen. Die aus dem Blechband 2 zu schneidende Kontur 18 ist in 4a gepunktet dargestellt. Der Laserkopf 16 hat eine Vertikalbewegung ausgeführt und befindet sich am geometrisch erforderlichen Einstichpunkt 19.

In Abhängigkeit von der Blechbandgeschwindigkeit ist die Laservorrichtung um die Schwenkachse 15 in einem exakt vorbestimmten Winkel geschwenkt. Während das Blechband 2 sich kontinuierlich in Bandlaufrichtung 3 bewegt, führt der Laserkopf 16 eine in der Wegstrecke genau festgelegte Schneidbewegung bis Punkt B aus. Als Ergebnis entspricht dieses in 4b der geschnitten Strecke A – B.

Während das Blechband 2 um die Strecke S bewegt wird, schneidet der stehende Laserkopf 16 die gleiche Strecke B-C (4c). Das Schneiden der Strecke C-D (4d) läuft analog dem Schneiden der Strecke A-B ab. Die Strecke A-D ist fertig geschnitten und der Laserkopf 16 fährt entlang der Winkelstellung in die Ausgangslage zurück. Die noch nicht geschnittene Strecke D-F wird durch den Laserkopf 17 geschnitten. Gemäß 4b ist die in der vorhergehenden Operation geschnittene Konturstrecke A-D (Volllinie) durch den Blechbandvorschub bis zum Einstichpunkt 20 des Laserkopfes 17 vor bewegt. Die in diesem Beispiel um den gleichen Winkelbetrag jedoch spiegelbildlich geschwenkte Laservorrichtung für Laserkopf 17 bewegt diesen bis die Strecke F-E (4c) geschnitten ist. Die Strecke E-D wird wiederum durch den stehenden Laserkopf 17 hergestellt und die Gesamtkontur A-F ist komplett geschnitten. Der Laserkopf fährt in die Ausgangsstellung zurück.

Das in 4 beschriebene Beispiel erzeugt, bei einem festen Schwenkwinkel und konstanten Laser- und Bandgeschwindigkeiten, Geradschnitte. In 5 ist das Schneiden von Kurven gezeigt. Der Schwenkwinkel ist wieder als Konstante gewählt, jedoch wird die Lasergeschwindigkeit regelbar verändert. Während der Laserkopf 16 mit seinem Einstichpunkt 19 die Konturstrecke B-A schneidet wird durch den Laserkopf 17 die Konturstrecke B-C geschnitten.

6 zeigt beispielhaft die Erzeugung eines Konturschnittes. Gemäß Pfeil 21 wird der Winkel verändert und die Laserbahn hat eine Kurvenform. Laserkopf 16 mit Einstichpunkt 19 schneidet die komplette Konturstrecke A-B. Natürlich ist bei einer großen Konturstrecke A-B aus Taktgründen auch der Einsatz eines weiteren Laserkopf möglich. Begünstigt wird das Schneiden beliebiger Konturen auch durch die Veränderbarkeit der Geschwindigkeit und der Bewegungsumkehr der Laserköpfe.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführung beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen der geltenden Ansprüche. So beschränkt sich die Anwendung nicht auf ein oder zwei Laservorrichtungen. Entsprechend der Komplexität der Platinenform wird die Zahl der Laservorrichtungen festgelegt. Der zu schneidende Werkstoff kann sowohl Eisen – als auch Nichteisenmetall sein. Ohne Einschränkung kann das Schneiden auch durch andere Schneidstrahl-Verfahren wie z.B. Wasserstrahlschneiden erfolgen.

1.: Vorschubwalzen
2.: Blechband
3.: Bandlaufrichtung
4.: Schneidvorrichtung, Laservorrichtung
5.: Pfeil
6.: Absaugkasten
7.: Förderband
8.: Platinen
9.: Platinenförderband
10.: Pfeil
11.: Stützrollen
12.: Vorrichtung
13.: Antrieb
14.: Antrieb
15.: Schwenkachse
16.: Laserkopf
17.: Laserkopf
18.: Kontur
19.: Einstichpunkt
20.: Einstichpunkt
21.: Pfeil
S: Strecke
A-F: Konturstrecke

Claims

Verfahren zum Schneiden mittels einem Schneidstrahl von Blechplatinen aus einem kontinuierlich in Bandlaufrichtung bewegtes Blechband in folgendem Ablauf: a) Schwenken einer ersten Schneidvorrichtung um einen vorbestimmten Winkel in Abhängigkeit von der zu schneidenden Formkontur und den Geschwindigkeiten des Blechbandvorschub und des Schneidstrahl. b) Verfahrbewegung des Schneidstrahl mit konstanter oder geregelter Geschwindigkeit zur Erzeugung einer durchtrennenden Gesamtkontur oder einer Teilekontur
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schneidvorrichtungen verwendbar sind, die unabhängig voneinander einstellbar und/oder regelbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schneiden von Formkonturen der Schwenkwinkel der Schneidvorrichtung während dem Schneidvorgang regelbar veränderbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absaugkasten vorgesehen ist, der mit der Schneidvorrichtung gemeinsam schwenkbar ist.
Vorrichtung zum Schneiden mittels einem Schneidstrahl von Blechplatinen (8) aus einem kontinuierlich in Bandlaufrichtung (3) bewegtes Blechband (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung (4) durch einen Antrieb um die Schwenkachse (15) schwenkbar ist, wobei der Schwenkwinkel eine konstante Größe hat oder regelbar veränderlich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung (4) mit einem Absaugkasten (6) so wirkverbindbar ist, dass beide um die Schwenkachse (15) gemeinsam schwenkbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass antreibbare Förderbänder (7) den Transport von dem Blechband (2) und den Platinen (8) bewirken und zusätzliche Stützrollen (11) vorsehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrollen (11) an einer Vorrichtung (12) befestigt sind, die in der Länge veränderbar ist und diese Längeveränderung durch die Schwenkung der Schneidvorrichtung (4) antreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei hintereinander angeordnete Schneidvorrichtungen (4) verwendbar sind und diese Schneidvorrichtungen (4) mit Laserköpfen (16, 17) versehen sind.