DE2521612C3

DE2521612C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden von Glasrohr

Info

Publication number: DE2521612C3
Application number: DE2521612A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Corning Ltd
Current assignee: Corning Ltd
Priority date: 1974-05-21
Filing date: 1975-05-15
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2521612A1; GB1484724A; US4044936A; DE2521612B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schneiden von Glasrohr quer zu dessen Längserstreky, kung, wobei ein Schwächungspunkt auf der Oberfläche des Rohrs art der gewünschten Schneidstelle gebildet und ein Laserbündel auf das Rohr gerichtet wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses

Verfahrens.

Bei der Herstellung von Glasrohr ist es erforderlich, das Rohr in gewünschte Längen zu zerschneiden, wobei die Schnitte quer zur Längserstreckung des Rohrs durchgeführt werden. Es war bisher üblich, Glasrohr durch Ausbildung einer Ritzlinie an der gewünschten Schneidstelle und nachfolgendes Behandeln des Rohrs mit einer Heizflamme zu schneiden, wobei das Rohr an der gewünschten Stelle bricht. Um einen befriedigenden automatischen Betrieb zu erzielen, ist es erwünscht, ein Schneidverfahren anzuwenden, das sowohl schnell arbeitet als auch einen zuverlässigen Schnitt mit großer Genauigkeit erzeugt. Verschiedene Vorschläge wurden zur Verbesserung dieses Schneid-Verfahrens gemacht, einschließlich der Anwendung eines äußeren Abschreckens im Schneidbereich oder Befeuchtens der Ritzlinie. Ferner war es zur Erzielung eines befriedigenden Brechens rings um den ganzen Umfang normalerweise notwendig, das Rohr zu drehen, um die Flamme auf alle Abschnitte der Schneidlinie zu richten.

Aus der GB-PS 1 292981 ist die Verwendung eines Laserbündels zur Erzielung eines sog-'nanncen Schmelzschnittes von Glas bekannt. Dabei wird das Gesamtmaterial an den Einfallsstellen der Laserstrahlen geschmolzen, wobei es nicht möglich ist, einen qualitativ durchgehend hochwertigen Schnitt zu erzielen. In erhöhtem Maße tritt diese Schwierigkeit beim Schneiden von Glasrohr auf.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Schneiden von Glasrohr, wobei mit Hilfe von Laserstrahlen die Erzeugung von qualitativ hochwertigen, zuverlässigen und genauen Schnitten mit hoher Geschwindigkeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß bei stillstehendem Rohr das Laserbündel zur Abtastung einer durch den Schwächungspunkt verlaufenden vollständigen Umf?-igslinie mittels einer optischen Abtastanordnung derart veranlaßt wird, daß sich ein einfallender Strahlungsfleck rings um den Umfang des Rohrs dreht, und daß die Leistung des Laserbündels derart gesteuert wird, daß eine ausreichende Spannung im Glas erzeugt wird, damit ein Bruch längs der durch den Schw3?hungspunkt gehenden Umfangslinie läuft.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei stillstehendem Rohr das Laserbündel gleichzeitig auf alle Tc'le einer durch den Schwächungspunkt gehenden vollständigen Umfangslinie gerichtet vird und daß dip Leistung des Laserbündels derart gesteuert wird, daß ein Bruch längs der durch den Schwächungspunkt gehenden Umfangslinie läuft.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht ein sogenannter Schmelzschnitt im Glas erzeugt, sondern es wird primär eine Spannung im Glas hervorgerufen, so daß der Schnitt selbst aus einem Bruch entsteht, der von dem Schwachungspunkt ausgeht, Die durch die Laserstrahlen erzeugte Wärmespannung im Glas veranlaßt den Bruch, vom Schwächungspunkt aus weiterzulaufen. Vorzugsweise wird das Laserbündel dabei auf die Oberfläche des Rohres fokussiert.

Vorzugsweise ist die Schwächungsstelle auf der Außenseite des Rohrs ausgebildet. Die Schwächungsstelle kann zweckmäß ^erweise eine Ritzmarke sein.

Vorzugsweise fällt das Laserbündel auf die Innenfläche des Rohrs auf. Durch Verwendung einer inneren Erhitzung wird die axiale Zugspannung an der Außenfläche des Rohrs, die durch den gesamten Temperaturanstieg bewirkt wird, durch die auf dem radialen Temperaturgradienten beruhende Spannung erhöht. Dies ermöglicht ein schnelles und genaues Schneiden ohne Anwendung eines äußeren Abschreckens oder Befeuchtens der Schneidlinie.

Die Verwendungeines Laserbündels ist vorteilhaft, da kein Drehen des Rohrs mehr notwendig ist. Durch Anwendung des genannten Verfahrens können Laserbündel in der Größenordnung von 100 Watt zum Schneiden von Glasrohr mit beispielsweise einem Außendurchmesser von 20 mm mit einer Geschwindigkeit angewendet werden, die 2400 bis 3600 Schnitte je Stunde ermöglicht. Höhere Laserenergien verringern die Schneidzeit.

Ferner schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer rialteeinrichtung für ein Stück eines zu schneidenden Rohrs und einer Lasvx quelle zum Aussenden eines Laserbündels mit einer vo.n Glas absorbierten Wellenlänge, gekennzeichnet durch ein optisches System zum Leiten des Laserbündels ai'.^f eine ringb um das Rohr an einer gewünschten Schneidstelle verlaufende Umfangslinie, während das Rohr durch die Halteeinrichtung gehalten ist, wobei das optische System eine drehbare reflektierende Einrichtung zum Drehen eines einfallenden Strahlurgsflecks rings um die vollständige Umfangslinie ohne Drehung des Rohrs aufweist, um zu bewirken, daß ein Bruch von einem im Rohr an der Schneidlinie gebildeten Schwächungspunkt rings um das Rohr lauft.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch ein optisches System zum Leiten des Laserbündels auf eine rings um das Rohr an einer gewünschten Schneidstelle verlaufende Umfangslinie, während das Rohr durch die Halteeinrichtung gehalten ist, wobei das optische System eine reflektierende Einrichtung zum Leiten des Laserbündels auf die Rohroberfläche aul weist und wenigstens teilweise konisch ausgebildet ist, so daß das Laserbündel gleichzeitig auf die vollständige um den Umfang verlaufende Schneidlinie gerichtet wird, wodurch eine Spannung rings um dt η Umfang erzeugt wird, um zu bewirken, daß ein Bruch von einem im Rohr auf der Schneidlinie gebildeten Schwächungspunkt rings um das Rohr läuft.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das optische System so angeordnet ist, daß es das Laserbünde! auf die Innenfläche des Rohrs leitet.

Eine andere Ausfuh:ungsform besteht darin, daß d^;e n.flektierende Einrichtung so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie das Bündel nur auf einen Teil der Schneidlinie gleichzeitig richtet, wobei Einrichtungen zur Drehung der reflektierenden Einrichtung vorgesehen sind, wodurch das Bündel veranlaßt wird, die volle Umfaiißslinie ringsum abzutasten.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das optische System so ausgebildet und angeordnet ist, daß es das Laserbündel in axialer Richtung längs des Rohrinneren leitet, und daß eine reflektierende Einrichtung innerhalb des Rohrs angeordnet ist und dps Laserbündel in radialer Richtung nach außen auf die um den Umfang verlaufende Schneidlinie reflektiert.

Eine Ausführungsform besteht darin, daß die reflektierende Einrichtung ein konischer Spiegel ist, und daß das Laserbündel auf die Spitze des Konus gerichtet wird. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß das optische System eine Einrichtung zum Richten eines ringförmigen Laserbündels auf die reflektier rende Einrichtung aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die reflektierende Einrichtung einen Spiegel aufweist; der in einem als Spiegelhalter wir- ι ο kenden rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist, wobei der Spiegel gegen die Achse des Gehäuses geneigt ist und wenigstens ein Teil des Gehäuses nahe dem Spiegel für die Strahlung durchlässig ist, so daß das Gehäuse in axialer Richtung in das zu schneidende Rohr einsetzbar und drehbar ist, während das Laserbündel in axialer Richtung längs des Gehäuses auf den Spiegel gerichtet wird, so daß das reflektierte Bündel die Innenfläche des Rnhrs ringsum ahtaijtpt

Der Spiegel kann innerhalb des rohrförmigen Gehäuses eine polierte Oberfläche aufweisen. Das Gehäuse kann mit einer öffnung nahe dem Spiegel zum Durchlassen des reflektierten Laserbündels zur Innenfläche des Rohrs versehen sein.

Zweckmäßigerweise ist der Laser ein Kohlendioxidlaser.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 bis 6 jeweils weitere Ausführungsformen der Erfindung, und

Fig. 7 eine bevorzugte Ausführungsform, die der in Fig. 6 dargestellten allgemein ähnlich ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung soll ein J5 Glasrohr 11 quer zu seiner Längserstreckung an einer Schneidstelle 12 durchschnitten werden. Das Rohr 11 wird horizontal gehalten, und ein drehbarer Stab 13 erstreckt sich in axialer Richtung längs der Rohrmitte und ist mit einem nicht gezeigten Motor zum Drehen des Stabes verbunden. Das Ende des Stabes trägt einen Planspiegel 14, der unter 45 ° zur Achse des Rohrs angeordnet isi. Eine Bruch- oder Rhziinie wird an üci Außenseite des Rohrs längs der Schneidlinie 12 gebildet. Die Ritzlinie kann durch Kratzen mit einem Messer oder einem Diamantrad oder einer ähnlichen Einrichtung gebildet werden und die Ritzung erstreckt sich nur ein kurzes Stück längs des um den Umfang verlaufenden Schneidweges. Bei bestimmten Anwendungen kann es zweckmäßig sein, daß sich die Ritzung über 360° rings um das Rohr erstreckt. Ein Laser 15 ist so angeordnet, daß er ein aufgeweitetes, einphasiges Bündel 16 durch eine Sammellinse 17 auf den Spiegel 14 richtet. Das Bündel konvergiert zum Spiegel, so daß das reflektierte, den Spiegel 14 verlassende Bündel geringe Breite besitzt. Das reflektierte Bündel geht radial nach unten und fällt auf der Innenfläche des Rohrs 11 mit der um den Umfang verlaufenden Schneidlinie 12 zusammen. Der Stab 13 wird gedreht, so daß das Laserbündel, das nur auf einem kurzen Abschnitt des um den Umfang laufenden Schneidweges in einem bestimmten Zeitpunkt auftrifft, rings um die ganze Schneidlinie läuft und dadurch eine ausreichende Wärmespannung innerhalb des Rohrs erzeugt, um einen Bruch hervorzurufen, der von der Ritzlinie ausgeht und sich rings um den ganzen Umfang der Schneidlinie erstreckt. Bei diesem besonderen Beispiel besteht der Laser aus einem Kohlendiöxid-Läser, def eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 10,6 um aussendet. Der Spiegel wird mit 2000 U/Min, gedreht, und das Laserbündel wird auf der innenfläche des Rohrs in Form eines Flecks mit einem Durchmesser von 2 mm fokussiert.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung hat Ähnlichkeit mit der in Fig. 1 gezeigten, und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen Versehen. In diesem FaH wird das Laserbündel 16 durch einen ringförmigen Bündelformer 18 geleitet) so daß ein ringförmiges Bündel durch die Linse 17 zum Ende des Stabes 13 verläuft. Bei diesem Beispiel hat der Stab 13 eine konische Spiegelspitze 19, die zur Linse 17 hin weist. Dabei wird der Stab 13 festgehalten, und das Laserbündel wird von der Spitze 19 in alle Richtungen gleichzeitig nach außen gelenkt. Das Laserbündel wird dadurch gleichzeitig auf den ganzen Umfang des Schneidsveges fokussiert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, fällt das ringförmiof RiinHpl 20. welches die I.inse 17 verläßt, symmetrisch auf den konischen Spiegel 19 und kein Teil des Bündels fällt auf die äußerste Spitze des Konus. Wie in Fig. 1, ist der Stab 13 längs der Achse des Rohrs Il symmetrisch angeordnet. Das reflektierende Ende des Stabes 13 wird gebildet, indem ein konkaves Kreisprofil in die Seiten des Konus geschnitten wird, so daß der Spiegel im Schnitt eine Kuppe bildet. Die Leistung des Lasers wird gesteuert, so daß eine ausreichend^ Wärmespannung in dem Glasrohr induziert Wird, um zu bewirken, daß der Bruch rings um den ganzen Umfang des Schneidweges von der Schwächungsstelle aus läuft, wie es auch bei der Anordnung nach Fig. 1 der Fall war.

Eine weitere Ausführungsform, bei der das Laserbündel gleichzeitig auf den ganzen Umfang des Schneidweges gerichtet wird, ist in Fig. 3 gezeigt. Wieder tragen Teile, die den vorher beschriebenen ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen. In diesem Fall ist das die Linse 17 verlassende Laserbündel ein volles Bündel mit kreisförmigem Querschnitt, das auf die Spitze des konischen Spiegels 19 fällt. Der Spiegel hat eine schärfere Spitze als sie gemäß Fig. 2 verwendet wird und ist wiederum konkav ausgebildet. Diese

Aum lim uügMuitii cn'oiücli einen kuili:>(Jteii Spiegel

höherer Qualität, da die Spitze des Konus nicht einen wesentlichen Anteil des Bündels streuen darf. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde.

Bei allen oben beschriebenen Beispielen wird die Ritzmarke an der Außenseite gebildet, und die Erhitzung durch das Laserbündel erfolgt an der Innenseite. Dies hat sich als vorteilhaft gezeigt, um einen guten Schnitt zu erzeugen, da bei innerer Erhitzung die axiale Zugspannung an der Außenfläche des Rohrs, die durch den gesamten Temperaturanstieg hervorgerufen wird, durch die auf dem radialen Temperaturgradienten beruhende Spannung erhöht wird. Dies ergibt ein wirksameres Aufbrechen rings um die Schneidlinie.

Es ist jedoch in einigen Fällen auch möglich, das Schneiden eines Glasrohrs durch Anwenden eines Laserbündels auf die Außenfläche des Glasrohrs zu erreichen, und eine solche Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt. In diesem Fall ist das Rohr 11 vertikal angeordnet und von einem ringförmigen, konischen Spiegel 20 umgeben, der eine ringförmige Reflexionsfläche 21 aufweist, die unter 45° zur Achse des Rohrs angeordnet ist. Der Laser 15 sendet ein Bündel 16

durch die Linse 17. Das konvergierende Bündel 22 geht durch eine mittlere öffnung in einem Plänspiegel 23, der unter 45° zur Achse des Bündels 22 angeordnet ist. Das Bündel 22 trifft auf einen Planspiegel 24, der an einem Ende eitles sich drehenden Stabes 25 angebracht ist. Der Stab 25 trägt einen weiteren Spie^ gel 26, der gegen die Drehachse des Stabes 25 versetzt ist. I>fi zwei Spiegel 24 und 26 sind beide unter 45 ° zur Achse des Stabes 25 geneigt und liegen einander gegenüben Das auf den Spiegel 24 einfallende Laserbündel wird auf den Spiegel 26 und zurück zum Planspiegel 23 reflektiert. Eine Drehung des Stabes 25 bewirkt, daß die auf den Spiegel 23 einfallende Strahlung einen ringförmigen Weg um die Achse des Bündels 22 beschreibt. Der Spiegel 23 ist auf den konischen Spiegel 20 ausgerichtet, der das Rohr 11 umgibt, so daß das den konischen Spiegel 20 erreichende Laserbündel 27 fortschreitend ringsum die ringförmige

Wpflpyinncflafhf* "X\ phtnctpt T^ac Runripl vuirrl yorn

Spiegel 21 auf die Außenfläche des Rohrs 11 reflektiert und tastet ringsum den um den Umfang verlaufenden Schneidweg ab, der die äußere Ritzmarke enthält. Wie bei den vorangehenden Beispielen wird das Laserbündel gesteuert, so daß eine ausreichende Wärmespannung im Glasrohr erzeugt wird, um zu bewirken, daß der Bruch rings um den Umfang des Schneidweges verläuft. Es wird bemerkt, daß eine oder mehrere Ritzungen oder Schwächungsstellen verschiedener Länge auf der Außenseite des Rohrs gebildet werden können, und die Ritzung kann auch, wer·- erforderlich, sich über 360° um das Rohr erstrecken. Im allgemeinen ist die äußere Anwendung der Wärme weniger wirksam als das innere Erhitzen, um einen guten Schnitt des Glasrohrs hervorzurufen. In gewissen Fällen kann das Brechen erst eintreten, wenn sich das Glas nach der Anwendung des Laserbündels abzukühlen beginnt.

Wie bereits erwähnt, wird die Anwendung des inneren Erhitzens bevorzugt, und eine weitere Ausführungsform zur Verwirklichung dieser Maßnahme ist in Fig. 5 gezeigt. In diesem besonderen Fall fällt ein Laserbündel 16, das einen Laser der oben beschriebenen Art vertatst, aui einen Planspiegel 27 ein, der unter 45° zum Weg des Bündels 16 angeordnet ist. Das reflektierte Bündel 28 geht durch eine Sammellinse 29 auf ein sich drehendes, keilförmiges Prisma 30. Das Prisma weist eine ebene Fläche 31 auf, die senkrecht zur Achse des Rohrs 11 angeordnet ist, und die Fläche 31 stellt eine Endmarke für die Anordnung der axialen Lage des Rohrs 11 dar. Das Rohr 11 wird auf einem Ständer 32 in seiner Lage durch eine Klemme 33 gehalten, die zum" Festhalten des Rohrs auf den Ständer 22 zu und von diesem weg bewegbar ist. Eine Ritzeinrichtung 34 ist auf die Außenfläche des Rohrs an der gewünschten Schneidlinie 12 zu und von dieser weg verschiebbar, um eine kurze Ritzmarke auf der Außenseite des Rohrs zu bilden. Ein Stab 13 erstreckt sich in axialer Richtung und mittig längs des Rohrinneren und ist mit einem Anschlagorgarr 35 an einem Ende versehen, das an einem nach oben stehenden Ansatz 36 des Ständers 32 anliegt, wenn der Stab 13 genau in seiner Lage innerhalb des Rohrs angeordnet ist. Der Stab 13 hat ein konisches reflektierendes Ende 37. In Betrieb wird das Prisma 30 um eine Drehachse gedreht, die mit der Achse des Rohrs 11 zusammenfällt, so daß das das Prisma verlassende Bündel 38 längs des Rohrinneren außerhalb der Rohrachse verläuft und auf eine konische Fläche des Spiegels 37

ίο

trifft. Dadurch wird das Bündel feflekfieff und bildet einen scharfen, fokussieren Fleck an einer Stelle auf dem um den Umfang verlaufenden Schneidweg des Rohrs. Wenn sich das Prisma 30 dreht, tastet das Bündel 38 ringsum die Achse des Rohrs 11 ab und geht fortschreitend rings um die Reflexionsfläche der konischen Spitze 37. Dies bewirkt, daß das reflektierte Laserbündet ringsum den ganzen Umfang des Schneidweges auf dem Rohr 11 abtastet und dadurch bewirkt, daß def Bruch rings um den ganzen Umfang der Schneidlinie einschließlich der Schwächungsstelle läuft.

Bei einer praktischen Ausführungsform dieser Vorrichtung sind drei Spiegel 27 vorgesehen, von denen zwei in Fig. 5 mit 27a bezeichnet sind. Diese Spiegel können je nach Erfordernis in den Weg des Bündels 16 hinein und aus diesem heraus verschoben werden, so daß für jedes Laserbündel 16 drei (oder durch geeignete Anordnung von Reflektoren und/ oder Blenden auch mehr) verschiedene Schneidstationen vorgesehen und nacheinander betrieben werden können. Die drei Spiegel 27 werden der Reihe nach in den Weg des Bündels 16 gebracht, so daß ein Schneidvorgang an der zugehörigen Schneidstation durchgeführt wird, und sobald das Laserbündel das Rohr abgetastet hat, wird der zugehörige Spiegel 27 zurückgezogen, so daß der Vorgang an einer anderen Schneidstation wiederholt werden kann. Um eine maximale Leistung eines Lasers zu erzielen, können vier Bündel 16 von jedem Laser durch Verwendung von Bündelteilern vorgesehen werden, und es können für jeden Bündelweg drei Schneidstationen vorgesehen werden, so daß insgesamt 12 Schneidstationen für jeden Laser vorgesehen sind. Dies ermöglicht eine erhöhte Geschwindigkeit des Schneidbetriebs.

Eine bevorzugte Ausführungsform mit innerer Erhitzung ist in Fig. 6 gezeigt. Teile, die denjenigen der vorangehenden Beispiele ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei diesem Beispiel wird innen erhitzt, und das aus dem Laser 15 aastretende Bündel 16 geht durch die Sammellinse 17 auf einen Planspiegel 40, der unter 45° zur Achse des Giasrohrs Ii derart angeordnet ist, daß ei dab Süah-Iungsbündel auf die Innenfläche des Rohrs 11 an der Schneidlinie 12 reflektiert. Die Sammellinse 17 wirkt so, daß die vom Spiegel 40 reflektierte Strahlung einen Fleck oder Punkt auf der Innenfläche des Rohrs bildet. Der Spiegel 40 ist in einem rohrförmigen Spiegelhalter 41 angebracht. Der Halter hat ein offenes Ende 42 und ein geschlossenes Ende 43. Der Spiegel ist nahe dem geschlossenen Ende angeordnet und ein Teil der Wand des Spiegelhalters 41 nahe dem Spiegel 40 ist durchsichtig. Dies kann in Form einer öffnung 44 verwirklicht sein, durch die das reflektierte Bündel zum Rohr 11 gelangen kann. Das rohrförmige Gehäuse

41 besitzt einen etwas kleineren Durchmesser bezüglich des Innendurchmessers des Rohrs 11, so daß das Gehäuse 41 in seine Lage mit einem, geringen Spiel bezüglich des Rohrs 11 gleiten kann, wobei das Gehäuse 41 in Längsrichtung der Achse des Rohrs 11 genau ausgerichtet ist. Der Spiegel 40 kann ein polierter Aluminiumspiegel sein und ein poliertes geneigtes Ende für das Gehäuse 41 bilden. Das offene Ende

42 des Gehäuses 41 wird von einer Klemmhülse 45 erfaßt. Die Klemmhülse 45 ist über einen Treibriemen 46 mit einer Spindel 47 verbunden, die durch einen Elektromotor 48 gedreht wird. Auf diese Weise kann die Klemmhülse 45 gedreht werden, wodurch das Ge-

häuse 41 zusammen mit dem Spiegel 40 gedreht wird. Bei dieser Drehung tastet der reflektierte Fleck ringsum die Innenfläche des Rohrs 11 längs der Schneidlinie 12 ab. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist eine Ritzeinrichtung 34 zur Erzeugung einer äußeren Ritzung auf dem Rohr 11 an der Schneidlinie 12 vorgesehen. Das Rohr 11 ist in seiner Lage durch einen Endanschlag 49 gehalten. Die Klemmhülse 45 ist zusammen mit dem Motor 48 auf einem Rahmen 50 angebracht, der längs der Achse des Rohrs 11 hin und her bewegt werden kann. Der Rahmen 50 ist auf zwei horizontalen Trägern 51 gleitend verschiebbar und kann durch eine Antriebseinrichtung 52 verschoben werden. Auf diese Weise kann der Spiegelhalter 41 in horizontaler Richtung nach dem Trennen des Rohrs 11 verschoben und in seine Lage zurückgebracht werden, wenn das nächste Rohr 11 in die Schneidlage gebracht ist.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung kann der Spiegelhalter 41 aus mehr als einem Teil hergestellt

SCiFi. lJciSpiciSWCiSC ΐ\αΠΠ uaS gCSCiiiGSSCnC LlHuC 43

getrennt ausgebildet und in seiner Lage verschraubt sein. Auf diese Weise kann der Spiegel 40 auf dem getrennten Ende 43 ausgebildet sein oder in seine Lage gebracht werden, wenn das Ende abgeschraubt ist. Das Gehäuse 41 kann selbst aus Aluminium bestehen. Das Gehäuse 41 ist austauschbar, so daß es unterschiedlichen Durchmessern von zu schneidenden Rohren angepaßt werden kann.

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Anordnung, die der bereits in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen allgemein ähnlich ist, und es wurden deshalb für gleiche oder ähnliche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. In diesem Fall ist die Vorrichtung auf einem Hauptrahmen 60 angeordnet und weist einen Laser 15 auf, der ein Laserbündel zu einer Bündelteileranordnung

61 aussendet, wodurch zwei entgegengesetzt gerichtete Laserbündel 16 und 16a erzeugt werden. Das Laserbündel 16a wird für eine zweite Schneidstation verwendet, die der in Fig. 7 gezeigten ähnlich ist, jedoch in den Figuren nicht dargestellt ist. Das Bündel 16 geht durch ein einen Spiegel 62 umfassendes optisches System. In gewissen Fällen kann der Spiegel

62 ein Planspiegel sein, der unter 45° zum Laserweg angeordnet ist, so daß das Bündel in der richtigen Richtung geleitet wird. In diesem Fall kann eine nicht gezeigte Sammellinse in das optische System eingebaut sein. Statt dessen kann der Spiegel 62 selbst ein goldplattierter Sammelspiegel sein, der so angeordnet ist, daß das den Spiegel verlassende Laserbündel 63 konvergiert. Das Bündel 63 geht durch eine Schutzabschirmung 64 und wird zur Schneidstation 65 geleitet. In der Schneidstation 65 ist ein rohrförmiger Spiegelhalter 41, der dem oben in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen ähnlich ist, in einer Klemmhülse 45 gelagert, die durch einen nicht gezeigten Motor gedreht wird, welcher an einem zurückziehbaren Kopf 66 befestigt ist. Der Kopf 66 ist an einer Kolbenstange 67 angebracht, die mit einem Pneumatikzylinder 68 verbunden ist, so daß der Kopf 66 in die in strichpunktierten Linien dargestellte Stellung 66 a zurückgezogen werden kann. Ein Glasrohr 11 wird von der rechten Seite der Fig. 7 durch eine nicht gezeigte Zuführeinrichtung durch ein Halterohr 68 zugeführ., das an einer Lagerplatte 69 befestigt ist. Eine verschiebbare Klemme 70 ist an einer Stange 71 angebracht, die mit einem Pneumatikzylinder 72 verbunden ist, so ddi die Klemme 70 zwischen der in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung und der in strichpunktierten Linien dargestellten rechten Stellung70a verschoben werden kann. Die Klemme trägt ein Anschlagöfgan 73, welches an der Lagerplatte 69 anschlägt, wenn es sich in der rechten Stellung befindet. Eine Hauptrohr-■5 klemme 74 ist an der Schneidstation vorgesehen und trägt einen Motor 75, der ein Ritzrad 76 dreht, welches die äußere Ritzung im Glasrohr an der gewünschten Schneidstelle erzeugt. Eine Entladeklemme 77 ist links von der Hauptklemme 74

ίο vorgesehen und hält das Glasrohr nach dem Abschneiden. Ein Förderer 78 ist unterhalb der Schneidstation angeordnet, um das geschnittene Rohr nach der Freigabe durch die Entladeklemme 77 zu entfernen. Bei Betrieb wird die verschiebbare Klemme 70

ii in die rechte Stellung gebracht und so angeordnet, daß sie den aus der Lagerplatte vortretenden Teil des Rohrs erfaßt. Der Zylinder 72 wird betätigt, um d'" verschiebbare Klemme in ihre linke Stellung zu bringen und dadurch das Rohr nach vorwärts in die

2ü Schrieidstaiicn zu ziehen. Der Spiege'.halter 41 wird ebenfalls in die rechte Stellung durch Betätigung des Zylinders 68 verschoben, so daß der Spiegelhalter in axialer Richtung innerhalb des zu schneidenden Teils des Rohrs richtig angeordnet ist. Das Rohr wird so-

2i dann durch die Hauptklemme 74 und die Entladeklemme 77 ergriffen. Der Motor 75 wird betätigt, um das Rad 76 anzutreiben und die Ritzmarke zu bilden; sodann wird der Laser (durch öffnen einer Blende im optischen System) in Betrieb gesetzt und bewirkt

«ι das Schneiden des Rohrs 11 an der Ritzmarke. Der abgeschnittene Teil des Rohrs verbleibt in der Halterung der Klemme 77, während der Kopf 66 und der Spiegelhalter 41 in die linke Stellung zurückgezogen werden. Die verschiebbare Klemme 70, die entspannt

V) worden ist, wird in die rechte Stellung zurückgeschoben und ist bereit, ein weiteres Rohrstück zu ergreifen und vorzuziehen. Die Entladeklemme 77 wird sodann entspannt, so daß das abgeschnittene Rohrstück auf den Förderer 78 fällt, und die Hauptklemme 74 wird

4(i entspannt, so daß der nächste Schritt bei der Abfolge der Zuführung eines weiteren Rohrstücks in die Schneidstation ermöglicht wird. Ausbildung und Wirkungsweise des Spiegelhalters 41 und seine Drehung während des Schneidvorgangs sind die gleichen, wie

4i sie oben in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben wurden.

Durch eine derartige Anordnung eines Lasers, daß er Licht auf einen oder mehrere Bündelteiler richtet, so daß mehrere Schneidstationen gleichzeitig betätigt

w werden können, ist es möglich, Rohre verschiedenen Durchmessers oder in unterschiedliche Längen in den verschiedenen Stationen zu schneiden.

Die oben beschriebenen Beispiele sind besonders geeignet zum Schneiden von Pyrex-Glasrohren. Das Glasrohr kann einen Außendurchmesser von beispielsweise 10-40 mm und eine Wandstärke von 1-2 mm besitzen. Als Beispiel werden folgende Ergebnisse angegeben, die mit der in Fig. 3 gezeigten Anordnung erzielt wurden:

äußerer	Wand	Anzahl von
Rohrdurch	dicke	Schnitten
messer in mm	in mm	je Stunde
39	2,0	600
24	1,0	3000 .
18	1,5	3600
19	1,0	3000

ii

Obwohl die obigen Ergebnisse mit einem Laser von 100 Watt erzielt wurden, können auch höhere Laserenergien zur Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit angewendet werden. Beispielsweise kann eine Laserenergie in der Größenordnung Von 400 bis 500 Watt angewendet werden; dies ist besonders geeignet, wenn größere Glasrohre Verwendung finden. Es ist ferner möglich, wenn gewünscht, Wasser auf die Schneidlinie am Rohr aufzubringen, um das Aufbrechen zu beschleunigen, das eintritt, wenn das Laserbündel angewendet wird.

Statt der Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Sammellinse 17 ist es möglieh und in einigen Fällen zweGkmäßig, einen Reflektor zu verwenden, der so angeordnet ist, daß er ein konvergierendes Laserbündel ergibt. Ein geeigneter Reflektor ist ein goldplattierter Saminelspiegel und dieser hat den Vorteil, daß eine Wasserkühlung nicht erforderlich ist, die hi einigen Fällen nötig ist, wenn Sammellinsen verwendet werden.

In allen Fällen wurde das Schneiden erzielt,
daß das Glasrohr gedreht werden muß.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schneiden von Glasrohr quer zu dessen Längserstreckung, wobei ein Sehwächungspunkt auf der Oberfläche des Rohrs an der gewünschten Schneidstelle gebildet und ein Laserbündel auf das Rohr gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei stillstehendem Rohr das Laserbündel zur Abtastung einer durch den Schwächungspunkt verlaufenden vollständigen Umfangslinie mittels einer optischen Abtastanordnung derart veranlaßt wird, daß sich ein einfallender Strahlungsfleck rings um den Umfang des Rohrs dreht, und daß die Leistung des Laserbündels derart gesteuert wird, daß eine ausreichende Spannung im Glas erzeugt wird, damit ein Bruch längs der durch den Schwächungspunkt gehenden Umfangslinie läuft.

2. Verfahren zum Schneiden von Glasrohr quer zu dessen Längserstreckung, wobei ein Schwächungspunki auf der Oberfläche des Rohrs an der gewünschten Schneidstelle gebildet und ein Laserbündel auf das Rohr gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei stillstehendem Rohr das Laserbündel gleichzeitig auf alle Teile einer durch den Schwächungspunkt gehenden vollständigen Umfangslinie gerichtet wird und daß die Leistung des I.aserbündels derart gesteuert wird, daß eine ausreichende Spannung im Glas erzeugt wird, damit ein Bruch längs der durch den Schwächungspunkt gehe -itn Umfangslinie läuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserbündel auf die Oberfläche des Rohrs fokussiert wird.

4. Verfahren nach einem c^r vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserbüfidel auf die Innenfläche des Rohrs gerichtet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. mit einer Halteeinrichtung für ein Stück eines zu schneidenden Rohrs und einer Laserquelle zum Aussenden eines Laserbündels mit einer vom Glas absorbierten Wellenlänge, gekennzeichnet durch ein optisches System (14,17,40) zum Leiten des Laserbündels auf eine rings um das Rohr an einer gewünschten Schneidstelle verlaufende Umfangslinie, während das Rohr durch die Halteeinrichtung gehalten ist, wobei das optische System eine drehbare reflektierende Einrichtung (14, 24, 26, 40) zum Druhen eines einfallenden Strahlungsflecks rings um die vollständige Umfangslinie ohne Drehung des Rohrs (11) aufweist, um zu bewirken, daß ein Bruch von einem im Rohr an der Schneidlinie gebildeten Schwächungspunkt rings um das Rohr läuft.

6. Vorrichtung *ur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einer Halteeinrichtung für ein Stück eines zu schneidenden Rohrs und einer Laserquelle zum Aussenden eines Laserbündels mit einer vom Glas absorbierten Wellenlänge, gekennzeichnet durch ein optisches System (14,17,40) zum Leiten des Laserbündels auf eine rings um das Rohr an einer gewünschten Schneidstelle verlaufende Umfangslinie, während das Rohr durch die Halteeinrichtung gehalten ist, wobei das optische System eine reflektierende Ein-

richt jng (19) zum Leiten des Laserbündels auf die Rohroberflache aufweist und wenigstens teilweise konisch ausgebildet ist, so daß das Laserbündel gleichzeitig auf die vollständige um den Umfang verlaufende Schneidlinie gerichtet wird, wodurch eine Spannung rings um den Umfang erzeugt wird, um zu bewirken, daß ein Bruch von einem im Rohr auf der Schneidlinie gebildeten Schwächungspunkt rings um das Rohr läuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 0, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (14,17, 40) so angeordnet ist, daß es das Laserbündel auf die Innenfläche des Rohrs (11) leitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Einrichtung (14, 40) so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie das Bündel nur auf einen Teil der Schneidlinie gleichzeitig richtet, wobei Einrichtungen (48) zur Drehung der reflektierenden Einrichtung vorge sehen sind, wodurch das Bündel veranlaßt wird, die vollständige Umfangslinie ringsum abzutasten.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System so ausgebildet und angeordnet ist, daß es das Laserbündel in axialer Richtung längs des Rohrinneren leitet, und daß eine reflektierende Einrichtung in radialer Richtung nach außen auf die um den Umfang ver'aufende Schneidlinie reflektiert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Einrichtung ein konischer Spiegel (37) ist und daß das Laserbündel auf die Spitze des Konus gerichtet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System eine Einrichtung (18) zum Richten eines ringförmigen Laserbündels auf die reflektierende Einrichtung aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Einrichtung einen Spiegel (40) aufweist, der ^;.n einem als Spiegelhalter wirkenden rohrförmigen Gehäuse (41) angeordnet ist, wobei der Spiegel gegen die Achse des Gehäuses geneigt ist und wenigstens ein Teil (44) des Gehäuses nahe dem Spiegel für die Strahlung durchlässig ist, so daß das Gehäuse in axialer Richtung in dns zu schneidende Rohr einsetzbar und drehbar ist, während das Laserbündel in axialer Richtung längs des Gehäuses auf den Spiegel gerichtet wird, so daß das reflektierte Bündel die Innenfläche de>> Rohrs ringsum abtastet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (41) mit einer öffnung (44) nahe dem Spiegel zum Durchlassen des reflektierten Laserbündels zur Innenfläche des Rohrs versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (41) axial verschiebbar ist, so daß es in das zu schneidende Rohr eingesetzt oder aus diesem herausgezogen werden kann.