DE1461216A1 - Vorrichtung zum Schneiden von Papier und aehnlichen Werkstoffbahnen - Google Patents

Description

Neue Unterlagen gemäß Artο 7 § 1 AbS₀ 2 Nr. 1 des Gesetzes zur Änderung des Patentgesetzes vom 4„ Sept» 1967

Vorrichtung zum Schneiden von Papier und ähnlichen Werkstoff-

bahnen '

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Schneiden von Papier und ähnlichen Werkstoffbahnen nach Patentanmeldung J 22 4-31 VIIb/556» wobei der aus einem Laser austretende Laserstrahl durch ein ablenkendes optisches Element längs der gewünschten Schnittlinie geführt wird«

Wie bereits in der Hauptanmeldung ausgeführt wurde, erfordert insbesondere die Verarbeitung kontinuierlich vorbewegter Papierbahnen in Rollenschneidemaschinen und Querschneidemaschinen einen großen maschinentechnischen Aufwand. Dabei stellen die aus Obermesser und üntermesser bestehenden Schneidvorrichtungen große, in Bewegung befindliche Massen dar, die vor allem bei Schnellaufenden Maschinen schädliche Schwingungen und hohen Verschleiß verursachen«,

Schwierigkeiten ergeben sich beim Querschneiden laufender Bahnen mit Hilfe umlaufender Messer insofern, als die Messer im Moment des Schnittes mit einer Geschwindigkeit umlaufen müssen, die so groß ist wie die Vorbewegungsgeschwindigkeit der laufenden Papierbahn. Da diese Forderung auch dann erfüllt werden

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(Art. 7 § 1 Afcs. 2 Nr, t Sat? 3 düs Anderungsges. v. 4. 9

muß, wenn Bogenlängen geschnitten werden sollen, die größer oder kleiner sind als die Abwicklung des Messerkreises, ergibt sich die Notwendigkeit, die Messerwalzen innerhalb eines Umlaufes zu beschleunigen und zu verzögern. Damit ist eine Begrenzung der Maschinenleistung insofern gegeben, als diese Beschleunigung und Verzögerung verhältnismäßig großer Massen insofern der auftretenden Kräfte ein zulässiges Maß nicht überschreiten darf·

Zur Benebung dieser Schwierigkeiten wurde, wie in der Hauptanmeldung J 22 431 VIIb/55e beschrieben, ein Verfahren zum Schneiden von Papier oder ähnlichen Werkstoffbahnen geschaffen, wobei anstelle der herkömmlichen mechanischen Mittel Lichtstrahlen von hoher Bnergiedichte, Mi» Laserstrahlen, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die es gestattet, mittels eines Laserstrahls laufende Papierbahnen oder andere Werkst off bahnen ,1' *. zu schneiden. Dadurch daß das schneidwerkzeug keine mechanische ·-■ Berührung mit dem Schneidgut hat, kann die Vorbewegungsgeschwindigkeit der Papierbahn bzw. das geforderte Papierformat und damit die Leistung der Maschine wesentlich höher sein als bei den herkömmlichen Querschneidemaschinen. Beim Querschneiden muß der Laserstrahl gedoch mit hoher Geschwindigkeit über die Bahn geführt werden, damit auch bei großer Bahnbreite und hoher Vorbewegungsgeschwindigkeit der Papierbahn eine zu den Bahnkanten senkrechte Schnittlinie erzeugt werden kann. Bei Verwendung eines Impulslasers muß die gesamte Schnittlinie während der Dauer eines Impulses abgefahren werden.

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Die Aufgabe vorliegender Erfindung liegt nun in der Schaffung einer Vorrichtung zum Schneiden Tön Papier und ähnlichen i/v'erkstoffen mittels eines aus einem Laser austretenden Lichtstrahles mit einer den Lichtstrahl fokussierenden Linse und einem den Lichtstrahl periodisch ablenkenden Spiegel»

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, als Linse zur linearen Fokussierung des Lichtstrahles eine Zylinderlinse zu wählen, deren Längsachse in Richtung der Schnittlinie liegt. Die Verwendung einer an sich bekannten Zylinderlinse für die Fokussierung bietet für die vorliegende Aufgabe eine Keihe von Torteilen. Bei der Bündelung des Laserstrahls mit Hilfe einer sphärischen Linse muß entweder die Ablenkung des Bündels zwischen der Linse und dem Brennpunkt erfolgen oder aber die Linse gemeinsam mit einem Spiegel mechanisch über die Papierflache bewegt werden. Ersteres hat den Nachteil, daß man nur sehr kurze Schnittlängen erreichen kann, da zur Erzeugung einer ausreichenden Energiedichte Brennweiten zwischen 5o und loo mm erforderlich sind. Da außerdem der Brennpunkt auf einer EJ?eisbahn um den Drehpunkt des Strahles wandert, wird auf der ebenen Papierbahn die Energiedichte nmr über wenige mm Länge für den Schnitt ausreichen. Die aweite der genannten Versionen hat den. ■Nachteil, daß relativ große Massen mechanisch außerordentlich stark beschleunigt werden müssen j da das optische Gebilde, aus Linse und Spiegel bestehend, während der Dauer eines Laserblitzes, d,h· etwa in Io ' see die gesamte Schnittlänge, also bis ,zu einigen Metern, zurücklegen muß. ;- . _x

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Demgegenüber bietet die Zylinderlinse den Vorteil, daß die Schwenkung des Strahles vor der Fokussierung erfolgen kann, d.h. das parallel oder nahezu parallel aus dem Laser austretende Strahlenbündel wird durch ein geeignetes optisches Element, beispielsweise einen Polygonspiegel, über die Zylinderlinse geführt. Die Brennweite dieser Zylinderlinse kann dabei praktisch beliebig gewählt werden, d.h. die optimalen Werte von 5o bis loo mm lassen sich ohne weiteres verwirklichen·

Da die Zylinderlinse nur in eine Richtung, senkrecht zur Achse, eine optische Wirkung hat, erfolgt die Fokussierung des Bündels nicht in einem Punkt, sondern in einer Linie. Dies bietet noch einen weiteren Vorteil. Der Laserblitz ist während seiner Entladungszeit nicht etwa kontinuierlich, sondern es folgen einzelne Intensitäts spitz en. Wenn diese Entladung nun in einem Punkt fokussiert und zeitlich, auseinander gezogen wird, werden einzelne Punkte der Werkstoffoberfläche mit unterschiedlicher Intensität bestrahlt, d.h. es könnte im Extremfall statt eines Schnittes eine Perforation, eintreten. Durch die Fokussierung in eine Linie wird dieser Fehler ausgeschaltet. Sie an sich kleinere Energiedichte wird durch eine größere Verweileeit Über einem Punkt der Schnittlinie ausgeglichen· Außerdem wird über die zeltlichen Intensitätsschwankungen örtlich gemittelt.

Während eines Sohnittyorganges ändert sich der Hauptstrahlneigungswinkel des Laserstrahls. Damit wird 'die Zylinderlinse von dem Bündel schräg durchsetzt und ihre Brechkraft wird' verändert. Diesen Fehler kann man dadurch ausschalten, daß die

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Linse in Längsrichtung aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt wird, die symmetrisch zur Linsenmitte angeordnet sind« Brechkraft und Korrekturzustand dieser Elemente sind so gewählt, daß die Brennlinie in keinem Punkte der gesamten Länge der Schnittlinie um einen größeren Betrag von der Werkstoffebene abweicht, als aus Gründen der Energiedichte und der Schnittbreite zulässig istβ

Bei Verwendung eines Impulslasers erfolgt eine Beeinflussung der Impulsauslösung und/oder des ablenkenden optischen Elements in der Weise, daß der Laserstrahl mit Impulsbeginn eine Außenkante der Werkstoffbahn überschreitet. Die Auslösung des Impulslasers erfolgt dabei durch einen fotoelektris.chen Schalter, dessen Schaltimpulse durch einen zusätzlichen, von dem ablenkenden optischen Element reflektierten Lichtstrahl erzeugt werden· Die Zeitfolge des Impulses zur Auslösung des Schneidevorganges ist dabei von der Formatlänge und von der Bahngeschwindigkeit abhängig·

Bei der Verwendung eines kontinuierlichen Lasers ist die Anordnung so getroffen, daß ein mittels eines fotoelektrischen Schalters betätigter Verschluß, dessen Schaltimpulse zusätzlich vom ablenkenden optischen Element oder auf andere Weise in konstanten Zeitintervallen erzeugt werden, den Laserstrahl periodisch entsprechend der Vorbewegungsgeschwindigkeit der ¥/erkstoffbahn und der gewünschten Formatlänge freigibt»

*~ Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher ™ erläutert:

co Es zeigen

Figo 1 eine Seitenansicht einer Querschneidemaschine in schematischer Darstellung,

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Fig« 2 eine Vorderansicht von Fig. 1«

Wie insbesondere Fig.. 1 erkennen läßt, wird die von einer Holle 1 abgewickelte Werkstoffbahn 2 über Umlaufwalzen 3 einer auf zwei Tragwalzen 4 sich aufwickelnden Rolle 5 zugeführt. Oberhalb der Werkstoffbahn 2 zwischen den Umlenkwalzen 3 ist eine Zylinderlinse 6 in einer solchen Entfernung von der Werkstoffbahn 2 angeordnet, daß die Brennlinie der Linse in der vYerkstoff ebene liegto Die Achse der Zylinderlinse 6 liegt senkrecht zu den Werkstoffkanten" und die Länge der Linse entspricht etwa der Bahnbreite_e Vorzugsweise kann die Zylinderlinse 6 aus mehreren aneinandergekitteten Einzel zylinderlins en bestehen, von denen Jeweils zwei mit gleicher Brechkraft symmetrisch zur Linsenmitte liegen. Mit Hilfe eines rotierenden Polygonspiegels 7 wird ein Laserstrahl 8, der aus dem Laser 9 austritt, entlang der Achse der Zylinderlinse 6 geführt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Laserstrahl 8 über die Werkstoff bahn 2 bewegt, kann durch die Drehzahl des Polygonspiegels 7 variiert werden.

Damit das Papier mit möglichst großer Geschwindigkeit getrennt werden kann, ist eine große Energiekonzentration entlang der Trennlinie erforderlich. Die erreichbaren Energiekonzentrationen sind umso größer, je kleiner die Winkeldivergenz des Laserstrahls ist. Daher ist in den Strahlengang zwischen dem Laser 9 und dem Polygonspiegel 7 ein Teleskop Io eingefügt, welches die Winkeldivergenz des Laserstrahls 8 verkleinerte

Bei Verwendung eines Impulslasers muß der Laserstrahl die Bahnbreite innerhalb der Impulsdauer von etwa 1 msec überstreichen_e

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Damit der Polygonspiegel 7 bei Beginn des Impulses so gerichtet ist» daß der Laserstrahl gerade die Außenkante der Werkstoffbahn überschreitet, wird die rechtzeitige Auslösung des Impulses von der Stellung des Polygonspiegels 7 kei" gesteuert. Zu diesem Zweck werden die zum Pumpen des Lasers dienenden Blitzlampen durch einen Fotozellenschalter 12 gezündet, dessen Fotozelle im richtigen Zeitpunkt durch einen vom Polygonspiegel reflektierten Lichtstrahl 11 periodisch beleuchtet wird. Die Dauer dieser Periode bestimmt die Länge der abgeschnittenen Werkstoffbogen.

Bei Verwendung eines kontinuierlichen Lasers anstelle des hier beschriebenen Impulslasers kann die Apparatur in gleicher Weise benutzt werden. Dabei wird die Steuerung derart ausgelegt, daß der Laserstrahl durch einen entsprechenden Verschluß zurückgehalten wird und nur für den Zeitpunkt des Schnittes, d.h. naoh Perioden, die aus Vorschubgeschwindigkeit des Werkstoffes und der gewünschten Schnittbreite resultieren, freigegeben wird.

Ein Längsschneiden laufender Papierbahnen mittels Impulslaser ist auf die Weise möglich, daß durch die Wahl der Schnittlänge, d.h. des Winkelbereichee der Ablenkung, der Impulsfrequenz und der Vorsohubgeschwindigkeit des Papiers od.dgl· schrittweise ein Schnitt an den anderen angefügt wird·

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Claims (4)

1. Patentansprüche;

   Vorrichtung zur Durchführung des Verfalirens zum Schneiden von · Papier und ähnlichen Werkstoffen nach Patentanmeldung J 22 4$1 VIIb/55e mittels eines aus einem Laser austretenden Lichtstrahles mit einer den Lichtstrahl fokussierenden Linse und einem den Lichtstrahl periodisch ablenkenden Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse zur Fokussierung des Lichtstrahles (8) eine Zylinderlinse (6) ist, deren Längsachse in Richtung der Schnittlinie liegt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Brechkraft der Zylinderlinse (6) sich symmetrisch zur Linsenmitte veränderte
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (6) aus mehreren aneinandergekitteten Einzelzylinderlinsen besteht, von denen jeweils zwei mit gleicher Brechkraft symmetrisch zur Linsenmitte liegen·
4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Impulslasers (9) dessen Funktion durch einen fotoelektrischen Schalter (12) ausgelöst wird, dessen Schaltimpulse durch einen zusätzlichen, von dem ablenkenden optischen Element reflektierten Lichtstrahl (11) erzeugt werden_e

   5· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Impulsauslösung so gewählt ist, daß der Laserstrahl (8) mit Impulsbeginn eine Außenkante der Werkstoffbahn (2) überschreitet·

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   Unterlagen (Art.7 |1Abs.2 Ur. 1 Satz 3 desÄnderunß8aes.v.4.9 · ;

   6β Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5» ' dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Schneidvorganges durch einen Impuls erfolgt, dessen Zeitfolge von der Formatlänge und der Bahngeschwindigkeit abhängig ist«

   7- Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines kontinuierlichen Lasers ein mittels eines fotoelektrischen Schalters betätigter Verschluß, dessen Schaltimpulse zusätzlich vom ablenkenden·optischen Element oder auf andere Weise in konstanten Zeitiütervallen erzeugt werden, den Laserstrahl (8) periodisch entsprechend der Geschwindigkeit der Werkstoffbahn (2) und der gewünschten Pormatlänge freigibt»

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