DE202008012529U1

DE202008012529U1 - Vorrichtung zum Schneiden und Kartenformen von Werkstücken

Info

Publication number: DE202008012529U1
Application number: DE202008012529U
Authority: DE
Original assignee: IMAWIS MARITIME WIRTSCHAFTS UN; IMAWIS MARITIME WIRTSCHAFTS- und SCHIFFBAUFORSCHUNG GmbH
Current assignee: IMAWIS MARITIME WIRTSCHAFTS UN; IMAWIS MARITIME WIRTSCHAFTS- und SCHIFFBAUFORSCHUNG GmbH
Priority date: 2008-09-20
Filing date: 2008-09-20
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: DE202008012529U8

Abstract

Vorrichtung zum Schneiden und Kantenformen von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden von Werkstücken (1) durch Schneidstrahl (2) und Formen der Schnittkanten (1.1; 1.2) durch Formstrahlen (3.1; 4.1) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (3; 4) thermisch in einem Arbeitsgang und einer Aufspannung gleichzeitig und nahezu zeitgleich erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken, Blechen, Bauteilen und zum Formen der Schnittkanten.
Die Vorrichtung dient insbesondere der Vorbereitung von Bauteilen vor einer Beschichtung, um die für das zu verwendende Beschichtungssystem beste Haftungsgrundlage an Kanten sicherzustellen.
Das Brechen oder Verrunden von Kanten vor dem Beschichten mit Farbsystemen stellt in verschiedenen Anwendungsgebieten eine grundlegende Forderung dar, um die Lebensdauer der Beschichtungssysteme zu gewährleisten. Somit sichert die neue Technologie die Lebensdauer der Beschichtungssysteme auch an den Kanten. An einer runden Kante haftet der Lack besser als an einer rechtwinkligen und beim Pulverbeschichten entfällt die Gefahr, dass die Schicht an der scharfen Kante zu dick wird. [©Carl Hanser Verlag, München BLECH InForm 2/2005]
Bekannte technische Lösungen zum Entgraten und Brechen der Kanten, insbesondere im Schiffbau aber auch im Stahlbau, sehen eine Bearbeitung der Blechkanten mit mechanischen Verfahren vor. Dies wird derzeit überwiegend manuell mit einem hohen personellen Aufwand und mit den dadurch üblichen Ungenauigkeiten bzw. nur eingeschränkt reproduzierbaren Ergebnissen durchgeführt.
In der DE 100 34 806 C1 ist ein Entgratverfahren von Werkstücken mittels Laserstrahlung dargestellt, bei dem zumindest ein Teil des Grates durch eine erste Relativbewegung von Werkstück und Laserstrahl entfernt und hiernach das Verrunden der Kante durch eine zweite Relativbewegung von Werkstück und Laserstrahlung durchgeführt wird. Für das Entgraten und danach Formen der Kanten sind bei diesem Verfahren hierfür aber zwei Arbeitsgänge erforderlich
In der DE 100 40 506 C1 ist ein weiteres Verfahren zum Kantenformen mittels Laserstrahlung offenbart, bei dem die gewünschte Geometrie der zu formenden Kante durch eine erste mathematische Funktion beschrieben wird, während die Intensität der Laserstrahlung durch eine weitere mathematische Funktion und je nach Ausführungsform, als zweite oder dritte mathematische Funktion beschrieben und dargestellt wird.
Die DE 195 26 571 A1 beschreibt ein Laserschweißverfahren bei dem die Kanten der Bleche so geformt werden, dass die beim Schweißen entstehende Volumenzunahme des Schweißgutes nicht zu einer Aufwölbung der Naht auf der Blechunterseite oder Blechoberseite führt bzw. die Aufwölbung verringert wird. Die Formung der Blechkanten erfolgt durch einen Laserstrahlabschnitt wobei die Polarisation des Lasers, also Richtung und Tiefe bezüglich der Vorschubrichtung der Bearbeitung, geeignet gewählt wird.
Weiter wird in der DE 43 26 236 A1 ein Verfahren mittels Laserstrahlung zum Entgraten oder Kantenbrechen von Werkstücken sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben, bei dem das Material des Grates oder der äußeren Kante durch eine unter Energiezufuhr eingeleitete chemische Reaktion in ein leicht entfernbares Reaktionsprodukt umgewandelt wird und dadurch eine verrundete Kante entsteht.
Die DE 103 52 402 A1 offenbart eine Laserbearbeitungsmaschine mit Laserbearbeitungsverfahren die die effiziente Formung auch komplexer Gesenke oder Löcher erlaubt. Diese Laserbearbeitungsmaschine ist mit einer ersten Werkstückhalterung und einer ersten Laserabtragsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mit ersten Arbeitsparametern ausgerüstet, sowie einer zweiten Laserabtragsvorrichtung die ein Werkstück mit zweiten Arbeitsparametern, die insbesondere qualitativ und/oder quantitativ unterschiedlich zu den ersten Arbeitsparametern sind, bearbeiten kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken und Formen der Schnittkanten zu offenbaren, bei der das Schneiden und Formen in einem Arbeitsgang und in einer Aufspannung gleichzeitig und nahezu zeitgleich erfolgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe derart gelöst, dass während des Schneidvorganges, vorzugsweise über einen Plasmastrahl, mittels nachlaufender Laserstrahlen aus Laserquellen, eingebracht in das Werkstück über Bearbeitungskopf und Fokussiereinheit, die Schnittkanten abgetragen, umgeschmolzen oder in Teilen verdampft werden und sich dadurch die gewünschte Kantenqualität reproduzierbar einstellen lässt.
Die Technologie beruht auf dem konzentrierten Einbringen von Wärmeenergie durch Laserstrahlung auf die zu bearbeitenden Kanten. Der Laserstrahl führt zu einem definierten Aufschmelzen oder Verdampfen der Kanten, in deren Ergebnis die ursprünglichen Kanten eine Rundung mit einem definierten Radius erfahren. Die Vorrichtung ist durch eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, geringe und sehr dosiert eingebrachte Energie gekennzeichnet, was zu definierten und reproduzierbaren Kantenformen genutzt wird.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Werkstück während des Schneidens und Formens der Schnittkanten
2 ein Werkstückteil mit seinen beiden Schnittkanten sowie zwei Laserquellen zur gleichzeitigen Bearbeitung der Schnittoberkante und Schnittunterkante
3 ein Werkstückteil mit seinen beiden Schnittkanten und einer Laserquelle mit geteiltem Laserstrahl zur gleichzeitigen Bearbeitung beider Kanten
4 ein Werkstückteil mit seinen beiden Schnittkanten und einer Laserquelle mit oszillierendem und pendelndem Laserstrahl
1 zeigt ein Werkstück (1) welches durch einen Schneidstrahl (2) in die beiden Werkstückteile (1.4; 1.5) zerschnitten wird. Die Kantenformung der Schnittkanten (1.1; 1.2) erfolgt über die Laserstrahlen (3.1; 4.1) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf und Fokussiereinheit (3; 4). Während des Schneidvorganges des Werkstückes (1) erfolgt gleichzeitig, aber dem Schneidstrahl (2) nachlaufend, die Verrundung der Schnittkanten (1.1; 1.2), vorzugsweise Schnittkante (1.2) mit Formstrahl (3.1) der Laserquelle über Bearbeitungskopf mit Fokussiereinheit (3) sowie Schnittkante (1.1) mit Formstrahl (4.1) der Laserquelle über Bearbeitungskopf mit Fokussiereinheit (4).
2 zeigt das Werkstückteil (1.4) des Werkstückes (1) mit verrundeter Schnittoberkante (1.1) und verrundeter Schnittunterkante (1.3), bei dem Bearbeitungskopf mit Fokussiereinheit (5) und Laserstrahl (5.1) sowie Bearbeitungskopf mit Fokussiereinheit (6) und Laserstrahl (6.1) gleichzeitig beide parallel verlaufenden Kanten (1.1; 1.3) verrunden. Beide Bearbeitungsköpfe (5; 6) sind vorzugsweise unabhängig voneinander angeordnet und können je nach Dicke des Werkstückes (1) oder Werkstückteiles (1.4) und damit unterschiedlichem Kantenabstand beider parallel zueinander verlaufenden Schnittkanten (1.1; 1.3), variabel eingestellt und optimiert eingesetzt werden.
In 3 ist ein Bearbeitungskopf mit Fokussiereinheit (7) dargestellt, bei dem der Laserstrahl in Laserstrahl (7.1) und (7.2) geteilt wird. Diese Teilung dient dazu mit nur einem Bearbeitungskopf (7) und einer Fahrt beide Kanten (1.1; 1.3) des Werkstückteiles (1.4) oder eines Werkstückes (1) gleichzeitig zu verrunden. Sowohl der Bearbeitungskopf (7) als auch die Richtung und der Winkel der geteilten Laserstrahlen (7.1; 7.2) sind variabel einstellbar.
4 zeigt das Werkstückteil (1.4) mit Schnittoberkante (1.1) und Schnittunterkante (1.3) welche durch eine Laserquelle mit Bearbeitungskopf (8) und einem Laserstrahl (8.2) geformt werden. Hierbei kann Laserstrahl (8.2) oszillierend sowohl auf Schnittoberkante (1.1) als auch oszillierend auf Schnittunterkante (1.3) einwirken und so die genaue Formgebung beider Schnittkanten (1.1; 1.3) gewährleisten. Weiterhin wird durch das vertikale Pendeln und damit stetiges Wechseln des Laserformstrahls (8.2) von Schnittoberkante (1.1) zu Schnittunterkante (1.3) über die Fokussiereinheit (8.1), das Formen der Schnittkanten (1.1; 1.3) in einem Arbeitsgang und nur einer Fahrt gleichzeitig und zeitgleich realisiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10034806 C1 [0005]
- DE 10040506 C1 [0006]
- DE 19526571 A1 [0007]
- DE 4326236 A1 [0008]
- DE 10352402 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Claims

Vorrichtung zum Schneiden und Kantenformen von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden von Werkstücken (1) durch Schneidstrahl (2) und Formen der Schnittkanten (1.1; 1.2) durch Formstrahlen (3.1; 4.1) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (3; 4) thermisch in einem Arbeitsgang und einer Aufspannung gleichzeitig und nahezu zeitgleich erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneiden durch Schneidstrahl (2), vorzugsweise ein Plasmastrahl, vorlaufend und das Formen der Schnittkanten (1.1; 1.2) durch Laserstrahlen (3.1; 4.1) nachlaufend erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenformung durch Verrunden der Kanten (1.1; 1.2; 1.3) mittels Laserstrahlen (3.1; 4.1; 5.1; 6.1; 7.1; 7.2; 8.1 ) über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (3; 4; 5; 6; 7; 8) erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrundung der Kanten (1.1; 1.2) jeweils einzeln nacheinander durch Laserstrahlen (3.1; 4.1) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (3; 4) erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenformung der Kante (1.1) mittels Laserstrahl (5.1) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (5) und Kante (1.3) mittels Laserstrahl (6.1) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (6), gleichzeitig erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenformung, vorzugsweise der Kanten (1.1; 1.3) des Werkstückteiles (1.4) mittels Laserstrahl (7.1; 7.2) von Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (7) gleichzeitig erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Laserbearbeitungskopf mit Fokussieroptik (3; 4; 5; 6; 7; 8) unabhängig voneinander höhenverstellbar und schwenkbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitige Kantenformung der Schnittkanten (1.1; 1.3) durch Einsatz nur einer Laserstrahlquelle über Laserbearbeitungskopf (8) und Fokussieroptik (8.1) durch nur einen oszillierenden und zwischen Schnittoberkante (1.1) und Schnittunterkante (1.3) pendelnden Laserstrahl (8.2) erfolgt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlintensität, die Strahlleistung der Laserstrahlen und die Bearbeitungsgeschwindigkeit (3.1; 4.1; 5.1; 6.1; 7.1; 7.2; 8.2) in Abhängigkeit der Stärke des Werkstückes (1) und in Abhängigkeit des gewünschten und/oder benötigten Verrundungsradius für die Verrundung der Schnittkanten (1.1; 1.2; 1.3) variabel einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Laserbearbeitungsköpfe mit Fokussieroptik (3; 4; 5; 6; 7; 8) sowie die Strahlrichtung der Laserstrahlen (3.1; 4.1; 5.1; 6.1; 7.1; 7.2; 8.2) veränderlich einstellbar ist.