EP4522378A1 - Verfahren zum bearbeiten eines werkstücks mittels einer lasereinrichtung sowie lasereinrichtung - Google Patents

Verfahren zum bearbeiten eines werkstücks mittels einer lasereinrichtung sowie lasereinrichtung

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Publication number
EP4522378A1
EP4522378A1 EP23725601.1A EP23725601A EP4522378A1 EP 4522378 A1 EP4522378 A1 EP 4522378A1 EP 23725601 A EP23725601 A EP 23725601A EP 4522378 A1 EP4522378 A1 EP 4522378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
workpiece
cutting
laser device
processing step
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23725601.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Mach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG filed Critical Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Publication of EP4522378A1 publication Critical patent/EP4522378A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1435—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor involving specially adapted flow-control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass
    • B23K37/003—Cooling means for welding or cutting

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a workpiece using a laser device and a laser device.
  • the object of the present invention is to create a solution by means of which damage to a laser device due to excessive heating as a result of absorption of reflected laser radiation can be avoided.
  • the invention relates to a method for processing a workpiece using a laser device.
  • the workpiece is in particular a sheet metal which is processed using the laser device.
  • the workpiece is processed by means of the laser device by directing a laser beam from the laser device onto the workpiece, whereby the workpiece's nature or contour is changed as a result of contact with the laser beam.
  • the laser device has a nozzle with a nozzle channel. When machining the workpiece, the laser beam shines through the nozzle channel for machining the workpiece. Furthermore, a cutting gas to be directed towards the workpiece is guided by means of the nozzle channel when machining the workpiece.
  • the nozzle is thus set up to direct the laser beam and the cutting gas onto the workpiece when machining the workpiece.
  • the nozzle can heat up as a result of portions of the laser beam reflected by the workpiece. If the nozzle heats up too much as a result of absorbing the reflected portions of the laser beam, this can result in damage to the nozzle and cutting unit.
  • the workpiece is processed in one processing step using the laser device.
  • the nozzle may heat up.
  • the method further provides for the nozzle to be actively cooled using cooling gas in a non-processing step following the processing step.
  • the non-processing step the workpiece is not processed using the laser device.
  • the laser beam is not reflected from the workpiece in the direction of the nozzle in the non-processing step, so that further absorption of laser radiation by means of the nozzle in the non-processing step does not occur.
  • the nozzle is not heated any further. Instead, in the non-processing step, the nozzle is actively cooled using cooling gas by passing the cooling gas through the nozzle channel.
  • the cooling gas flows through the nozzle channel at a high volume flow, whereby the nozzle channel is cooled particularly quickly and strongly. A temperature of the nozzle can thus be reduced particularly quickly and particularly quickly during the non-processing step, whereby the nozzle is available again for a further processing step.
  • the nozzle is actively cooled by means of the cooling gas between two respective processing steps in the non-processing step, whereby damage to the nozzle due to an excessively high temperature of the nozzle can be counteracted.
  • a gas which is also used as a cutting gas in the processing step can be used as the cooling gas.
  • different gases can be used in the process as cutting gas and as cooling gas.
  • the cutting gas is passed through the nozzle channel, which has a cooling effect
  • cutting gas is not enough to prevent the nozzle from heating up to such an extent that it is damaged as a result of a high temperature.
  • the cooling gas flows through the nozzle during the non-processing step at a higher pressure than the cutting gas flows through the nozzle channel during the processing step. Using the cooling gas, a higher cooling effect can be achieved compared to the cutting gas.
  • the nozzle is actively cooled by means of the cooling gas during a process of a processing head of the laser device having the nozzle.
  • An adjustment time for changing the position of the processing head can therefore be used to cool down the nozzle using the cooling gas.
  • the processing head is moved between two respective processing steps and its position is thus changed.
  • the time required to move the processing head can therefore be used particularly well to reduce the temperature of the nozzle through active cooling.
  • the nozzle is therefore available again particularly quickly after moving the processing head of the laser device for a further processing step. This makes it possible for a particularly large number of processing steps to be carried out one after the other using the nozzle.
  • the cutting gas flows through the nozzle channel at a pressure of less than 0.3 bar, in particular at a pressure of less than 0.05 bar.
  • a pressure of less than 0.3 bar in particular at a pressure of less than 0.05 bar.
  • cooling gas flows through the nozzle channel at a pressure of more than 10 bar, in particular at a pressure of more than 20 bar.
  • the cooling gas thus flows through the nozzle channel with a particularly high volume flow due to the high cooling gas pressure, as a result of which a particularly large amount of heat can be absorbed by the nozzle when flowing through the nozzle channel by means of the cooling gas.
  • the nozzle can be cooled particularly quickly and particularly strongly by means of the cooling gas flowing through the nozzle channel.
  • the risk of the nozzle overheating in a further processing step following the non-processing step can therefore be kept particularly low due to the particularly rapid and strong cooling of the nozzle by means of the cooling gas.
  • the cutting gas is directed onto the workpiece by means of a chrome-plated nozzle.
  • the nozzle of the laser device is provided with a chrome coating.
  • This chrome coating on the nozzle means that a particularly large proportion of laser beams reflected from the workpiece in the direction of the nozzle are in turn reflected at the nozzle, and therefore none or only very little of the reflected laser radiation is absorbed by the nozzle.
  • heat development in the nozzle due to laser beam absorption can be kept particularly low.
  • the chrome-plated design of the nozzle is to be understood as meaning that the nozzle is provided with the chrome coating at least on its outer surface facing the workpiece surface when machining the workpiece. Using the chrome-plated nozzle for the processing step ensures that the nozzle only heats up very little during the processing step.
  • an edge of the workpiece is rounded using a defocused laser beam.
  • the laser device is used to direct the defocused laser beam onto the edge of the workpiece to be rounded.
  • the laser power Up to 95 percent, for example about 70 percent of the laser power is reflected by the workpiece and only a small part (from about 5 percent), preferably up to about 30 percent, is absorbed.
  • the portion of the laser power reflected by the workpiece can in turn impinge on the nozzle and thereby cause the nozzle to heat up due to absorption of a nozzle.
  • the method makes it possible for the edge of the workpiece to be rounded by means of the defocused laser beam as part of the processing step and then, by actively cooling the nozzle in the non-processing step, the temperature of the nozzle can be greatly reduced in order to carry out a further processing step, in particular a further edge rounding , by means of the nozzle, with the risk of damage to the nozzle due to overheating being kept particularly low.
  • a first cutting line can be cut into the workpiece using the laser beam in a cutting step. This cutting step takes place in particular before the processing step and thus before the edge rounding.
  • the workpiece is cut using the laser device.
  • the processing head of the laser device is moved back from an end point of the first cutting line to a starting point of the first cutting line. This means that the position of the processing head of the laser device is moved back from the end point of the first cutting line to the starting point of the first cutting line.
  • a second cutting line is cut into the workpiece using the laser beam in a further cutting step.
  • the starting point of the second cutting line coincides with the end point of the first cutting line.
  • the cut continues in the workpiece starting from the first cutting line.
  • the processing head of the laser device is moved back from the end point of the second cutting line to the starting point of the second cutting line, while the nozzle is actively cooled in this non-processing step using cooling gas.
  • the nozzle is actively cooled in order to reduce the temperature and prevent damage to the nozzle due to too high To avoid temperature development in the nozzle.
  • higher cutting gas pressures are used in the respective cutting steps than in the respective processing steps in which respective edges of the workpiece are rounded.
  • the nozzle heats up less during the respective cutting steps than during the processing step.
  • active cooling of the nozzle immediately after the respective cutting steps is only necessary if the processing step has also been carried out. If only cutting steps and no processing steps have been carried out with the low cutting gas pressure, then active cooling of the nozzle using the cooling gas can be omitted.
  • a further processing step is carried out, in which an edge of the second cutting line of the workpiece created during cutting is rounded.
  • the further processing step can in particular be carried out with the same processing parameters as the processing step carried out as part of the third method step c). This results in successive cutting and rounding of an entire predetermined cutting contour.
  • the workpiece can be a two millimeter thick sheet made of CrNi steel with a Laser device with 8 kilowatts of power can be processed.
  • the laser device can be used which has the chrome-plated nozzle. As a result, the laser radiation reflected from the workpiece and directed to the nozzle is reflected by the nozzle.
  • a part of the contour is first cut with the laser and thus by means of the laser beam provided by the laser device, in particular approximately 100 to 500 millimeters, in particular 200 to 400 millimeters, preferably 300 millimeters.
  • the cutting head of the laser device and thus the processing head is then positioned back to the beginning of the cut and the rounding process is started at 0.02 bar gas pressure of the cutting gas.
  • the edge is now rounded with the defocused laser beam.
  • the nozzle heats up strongly.
  • the laser is then cut again, in particular approximately 100 to 500 millimeters, in particular 200 to 400 millimeters, preferably 300 millimeters.
  • the laser is switched off, which means that the laser beam is not provided, and the laser cutting head, which is the processing head, is positioned back to the start of the cut.
  • the nozzle is cooled with maximum gas pressure, in particular with a gas pressure of more than 20 bar.
  • the rounding process starts again. This process is repeated until all edges on the workpiece are rounded.
  • the cooling effect can be increased with a reduced rounding distance on the contour.
  • An optimal rounding length on the contour is approximately 100 to 500 millimeters, in particular 200 to 400 millimeters, preferably 300 millimeters. This means that the pre-cut is, for example, 300 millimeters long.
  • the laser cutting head is then repositioned by around 300 millimeters with maximum gas pressure and the nozzle can be cooled. In the next step, the 300 millimeters are rounded, which means that the edge created during the pre-cut is rounded over its entire length. The nozzle heats up again.
  • the cooling effect can be increased by shortening the pre-cut, for example by half, in this case 150 millimeters.
  • the return journey for cooling the nozzle occurs earlier or a number of intervals for cooling the nozzle is increased and a length of respective rounding paths during which the nozzle heats up is shortened.
  • the nozzle cooling is carried out during the positioning movement of the processing head from the pre-cut to the start position of the rounding. It is possible that a fillet will be interrupted if the nozzle gets too hot. During this interruption of the rounding, the nozzle can be cooled with high gas pressure. This means that the nozzle is cooled by flowing into the nozzle channel as a cooling gas, for example nitrogen, at a high gas pressure, in particular a pressure of more than 20 bar.
  • a cooling gas for example nitrogen
  • nitrogen or nitrogen gas is passed through the nozzle channel as cutting gas and/or as cooling gas.
  • the nitrogen gas can be used both as a cutting gas and as a cooling gas.
  • the nitrogen gas can be used either as the cutting gas or as the cooling gas and another gas that is different from the nitrogen gas can be used for the other application.
  • Nitrogen gas is a particularly cost-effective and environmentally friendly gas.
  • argon or compressed air can be used as a cutting gas and/or as a cooling gas.
  • the nozzle is actively cooled using water during the processing step. In this way, damage to the nozzle as a result of excessive heating of the nozzle during the processing step can be counteracted.
  • active nozzle cooling with water can be implemented during the rounding process.
  • the water can be guided in special cooling channels of the nozzle, which are different in particular from the nozzle channel.
  • the cooling channels can be closed cooling channels with flow and return.
  • the nozzle can also be cooled by further gas cooling, for example using compressed air.
  • the invention further relates to a laser device which is set up to process a workpiece in a method as has already been described in connection with the method according to the invention for machining a workpiece.
  • the laser device can be set up to round an edge of the workpiece as part of the processing step or to provide it with a chamfer.
  • the laser device comprises a processing head, which is set up to direct a laser beam onto the workpiece for processing the workpiece.
  • This processing head of the laser device in turn comprises a nozzle, by means of which the laser beam can be aligned with the workpiece and which has one of a Has a nozzle channel through which cutting gas can flow.
  • the cutting gas can be aligned with the workpiece using the nozzle.
  • the nozzle can be chrome-plated.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a workpiece processed using a laser device.
  • a workpiece 10 is shown in a schematic perspective view, which is processed using a laser device 12.
  • the laser device 12 is set up to cut the workpiece 10 and to round off the resulting cutting edges on the workpiece 10.
  • the laser device 12 can provide a laser beam 14 and direct it onto the workpiece 10.
  • the workpiece 10 is cut using the laser beam 14 or an edge of the workpiece 10 is rounded using the laser beam 14.
  • the laser device 12 comprises a processing head 32 with a nozzle 16.
  • the nozzle 16 comprises a nozzle channel, not shown in FIG. 1, through which the laser beam 14 shines for processing the workpiece 10 and by means of which cutting gas is applied to the workpiece 10 when processing the workpiece 10 can be directed.
  • the nozzle channel runs centrally through the nozzle 16.
  • the nozzle 16 is a chrome-plated nozzle.
  • a cutting contour 18 is introduced into the workpiece 10 by means of the laser device 12, with respective edges of the Cutting contour 18 should be rounded.
  • the cutting contour 18 is introduced into the workpiece 10 successively and thus piecemeal.
  • a first cutting line 20 is cut into the workpiece 10 using the laser beam 14. This first cutting line 20 runs from a first starting point 22 to a first end point 24.
  • the processing head 32 of the laser device 12 providing the laser beam 14 is moved back to a first starting position in order to enable this the laser beam 14 can be aligned again from the processing head 32 to the first starting point 22.
  • a first processing step in which the edge created during cutting is rounded along the first cutting line 20.
  • the edge is rounded using a defocused laser beam at a cutting gas pressure of less than 0.3 bar, in particular with a cutting gas pressure of less than 0.05 bar, in particular with a cutting gas pressure of 0.02 bar.
  • a second cutting line 26 is cut into the workpiece 10 using the laser beam 14.
  • a second starting point 28 of the second cutting line 26 coincides with the first end point 24 of the first cutting line 20. This means that the second cutting line 26 adjoins the first cutting line 20.
  • the processing head 32 of the laser device 12 is moved back to a second starting position, from which the second cutting line 26 has been cut by means of the processing head 32.
  • This moving back of the processing head 32 after cutting the second cutting line 26 to the second starting position is a non-processing step in which the workpiece 10 is not processed using the laser device 12.
  • the nozzle 16 is actively cooled using cooling gas by passing the cooling gas through the nozzle channel.
  • the cooling gas is flowed into the nozzle channel at a pressure of more than 10 bar, in particular at a pressure of more than 20 bar.
  • the cooling gas thus flows through the nozzle channel with a particularly high volume flow, as a result of which the nozzle 16 is cooled particularly quickly and particularly strongly by means of the cooling gas during the non-processing step.
  • the cutting contour 18 is successively cut in the form of several adjoining cutting lines and edges created during cutting are then rounded in respective processing steps after respective cutting steps.
  • nitrogen gas flows through the nozzle channel of the nozzle 16 both as a cutting gas and as a cooling gas.
  • the nozzle 16 can be actively cooled using water during the respective processing steps.
  • the water is guided through at least one cooling channel of the nozzle 16 that is different from the nozzle channel.
  • the nozzle 16 Since higher cutting gas pressures are used for cutting the workpiece 10 than for edge rounding, the nozzle 16 is cooled more strongly during cutting by means of the cutting gas flowing through the nozzle channel than during edge rounding. The nozzle 16 therefore heats up less when cutting than when rounding edges.
  • the processing head 32 is only moved above the cutting contour 18 when moving back to the respective starting position.
  • At least one processing step is carried out in which the workpiece 10 is processed using the laser device 12, whereby the nozzle 16 heats up.
  • an edge rounding or chamfering of an edge of the workpiece 10 can take place.
  • at least one non-processing step following the at least one processing step is provided, in which the workpiece 10 is not processed using the laser device 12 and in which the nozzle 16 is actively cooled using cooling gas by passing the cooling gas through the nozzle channel.
  • the method described is based on the knowledge that a laser radiation reflected from the workpiece 10 hits the laser cutting nozzle and thus the nozzle 16 as well as the laser cutting head and thus the processing head 32 of the laser device 12, which is why these components heat up very strongly. If the effective time of the laser radiation is too long These components can damage the laser cutting unit and thus the laser device 12. To make matters worse, gas pressures of less than 0.3 bar, typically even 0.02 bar, are used for edge rounding. As a result, there is no or very little nozzle cooling by means of convection by the cutting gas. In order to protect the nozzle 16 against excessive heating, coatings can be applied to a nozzle body of the nozzle 16. Chrome coatings are particularly suitable for this.
  • Another way to reduce the temperature of the nozzle 16 is to use a cooling strategy during the machining process.
  • this cooling strategy the nozzle 16 is cooled after a certain time by a strong nitrogen gas pressure.
  • the processing looks like this: First, a part of the cutting contour 18, which is approximately 300 millimeters long, is cut with the laser beam 14. The laser cutting head is then positioned back to the start of the cut and the rounding process is started at less than 0.3 bar gas pressure, whereby the gas pressure refers to the cutting gas. Now the 300 millimeter long edge is rounded. The nozzle 16 heats up strongly. The laser beam 14 is then used to cut again, approximately 300 millimeters long.
  • the laser device 12 is switched off and the laser beam 14 is no longer provided and the laser cutting head is positioned back to the start of the cut.
  • the nozzle 16 is cooled with maximum nitrogen gas pressure, in particular with a gas pressure of over 20 bar.
  • the rounding process starts again. This process is repeated until all edges on a component to be cut from the workpiece 10 have been rounded.
  • a combination of the cooling strategy described and the use of a chrome-plated nozzle 16 offers particularly good protection against nozzle heating of the nozzle 16.
  • the nozzle 16 is cooled with high nitrogen gas pressure at certain time intervals after rounding.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (10) mittels einer Lasereinrichtung (12), welche eine Düse (16) mit einem Düsenkanal aufweist, durch welchen ein Laserstrahl (14) für das Bearbeiten des Werkstücks (10) hindurchstrahlt und mittels welchem beim Bearbeiten des Werkstücks (10) auf das Werkstück (10) zu richtendes Schneidgas geführt wird, bei welchem das Werkstück (10) in einem Bearbeitungsschritt mittels der Lasereinrichtung (12) bearbeitet wird, wodurch sich die Düse (16) aufheizt, und in einem an den Bearbeitungsschritt anschließenden Nicht-Bearbeitungsschritt, in welchem ein Bearbeiten des Werkstücks (10) mittels der Lasereinrichtung (12) unterbleibt, die Düse (16) mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird.

Description

VERFAHREN ZUM BEARBEITEN EINES WERKSTÜCKS MITTELS EINER
LASEREINRICHTUNG SOWIE LASEREINRICHTUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer Lasereinrichtung sowie eine Lasereinrichtung.
Beim Kantenformen mit einer 2D-Laserschneidmaschine entstehen starke Reflexionen eines Laserstrahls an einer Verrundungsoberfläche eines Werkstücks, dessen Kanten verrundet werden. Die reflektierte Laserstrahlung trifft eine Laserschneiddüse der Laserschneidmaschine bzw. einen die Laserschneiddüse aufweisenden Laserschneidkopf der Laserschneidmaschine, weshalb sich diese Komponenten sehr stark erhitzen. Bei einer zu langen Wirkzeit dieser Strahlung auf die Bauteile kann eine Laserschneideinheit der Laserschneidmaschine beschädigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mittels welcher eine Beschädigung einer Lasereinrichtung durch zu starke Erhitzung infolge von Absorption reflektierter Laserstrahlung vermieden werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer Lasereinrichtung. Bei dem Werkstück handelt es sich insbesondere um ein Blech, welches mittels der Lasereinrichtung bearbeitet wird. Insbesondere wird das Werkstück mittels der Lasereinrichtung bearbeitet, indem von der Lasereinrichtung ein Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet wird, wodurch das Werkstück infolge des Kontakts mit dem Laserstrahl in seiner Beschaffenheit beziehungsweise in seiner Kontur verändert wird. Die Lasereinrichtung weist eine Düse mit einem Düsenkanal auf. Durch den Düsenkanal strahlt beim Bearbeiten des Werkstücks der Laserstrahl für das Bearbeiten des Werkstücks hindurch. Weiterhin wird mittels des Düsenkanals beim Bearbeiten des Werkstücks ein auf das Werkstück zu richtendes Schneidgas geführt. Die Düse ist somit dazu eingerichtet, beim Bearbeiten des Werkstücks den Laserstrahl und das Schneidgas auf das Werkstück zu richten. Infolge von durch das Werkstück reflektierten Anteilen des Laserstrahls kann sich die Düse erhitzen. Erhitzt sich die Düse infolge des Absorbierens der reflektierten Anteile des Laserstrahls zu sehr, dann kann dies zu einer Beschädigung der Düse und Schneideinheit führen.
Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Werkstück in einem Bearbeitungsschritt mittels der Lasereinrichtung bearbeitet wird. Infolgedessen kann sich die Düse aufheizen. Um eine Beschädigung der Düse infolge eines zu starken Erhitzens der Düse zu vermeiden, ist es bei dem Verfahren weiterhin vorgesehen, dass in einem an den Bearbeitungsschritt anschließenden Nichtbearbeitungsschritt die Düse mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird. In dem Nichtbearbeitungsschritt unterbleibt ein Bearbeiten des Werkstücks mittels der Lasereinrichtung. Infolgedessen, dass das Bearbeiten des Werkstücks mittels der Lasereinrichtung in dem Nichtbearbeitungsschritt unterbleibt, wird in dem Nichtbearbeitungsschritt der Laserstrahl nicht von dem Werkstück in Richtung der Düse reflektiert, sodass eine weitere Absorption von Laserstrahlung mittels der Düse in dem Nichtbearbeitungsschritt unterbleibt. In dem Nichtbearbeitungsschritt erfolgt somit kein weiteres Aufheizen der Düse. Stattdessen wird die Düse in dem Nichtbearbeitungsschritt mittels Kühlgas aktiv gekühlt, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird. Insbesondere strömt bei dem aktiven Kühlen der Düse das Kühlgas mit einem hohen Volumenstrom durch den Düsenkanal, wodurch der Düsenkanal besonders schnell und stark abgekühlt wird. Eine Temperatur der Düse kann somit während des Nichtbearbeitungsschritts besonders schnell besonders stark gesenkt werden, wodurch die Düse wieder für einen weiteren Bearbeitungsschritt zur Verfügung steht. Insbesondere wird die Düse zwischen zwei jeweiligen Bearbeitungsschritten in dem Nichtbearbeitungsschritt aktiv mittels des Kühlgases gekühlt, wodurch einer Beschädigung der Düse infolge einer zu hohen Temperatur der Düse entgegengewirkt werden kann.
Als Kühlgas kann ein Gas verwendet werden, welches ebenso als Schneidgas in dem Bearbeitungsschritt verwendet wird. Alternativ können als Schneidgas und als Kühlgas unterschiedliche Gase bei dem Verfahren verwendet werden. Bei dem Bearbeiten des Werkstücks wird zwar das Schneidgas durch den Düsenkanal geführt, eine Kühlwirkung des Schneidgases reicht jedoch nicht aus, um zu vermeiden, dass sich die Düse derart stark erhitzt, dass diese infolge einer hohen Temperatur beschädigt wird. Insbesondere strömt das Kühlgas während des Nichtbearbeitungsschritts mit einem höheren Druck durch die Düse als das Schneidgas bei dem Bearbeitungsschritt durch den Düsenkanal strömt. Mittels des Kühlgases kann somit eine höhere Kühlwirkung im Vergleich zum Schneidgas erzielt werden.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Düse während eines Verfahrens eines die Düse aufweisenden Bearbeitungskopfs der Lasereinrichtung aktiv mittels des Kühlgases gekühlt wird. Das bedeutet, dass die Düse dann aktiv mittels des Kühlgases gekühlt wird, wenn der Bearbeitungskopf von einer ersten Position zu einer zu der ersten Position unterschiedlichen zweiten Position bewegt wird. Es kann somit eine Verstellzeit für das Ändern der Position des Bearbeitungskopfs dazu genutzt werden, die Düse mittels des Kühlgases herunterzukühlen. Insbesondere wird der Bearbeitungskopf zwischen zwei jeweiligen Bearbeitungsschritten verfahren und somit in seiner Position geändert. Die Zeit, welche für das Bewegen des Bearbeitungskopfs benötigt wird, kann somit besonders gut dafür genutzt werden, eine Temperatur der Düse durch das aktive Kühlen zu reduzieren. Die Düse steht somit besonders schnell nach dem Bewegen des Bearbeitungskopfs der Lasereinrichtung wieder für einen weiteren Bearbeitungsschritt zur Verfügung. Es wird somit ermöglicht, dass besonders viele Bearbeitungsschritte nacheinander mittels der Düse durchgeführt werden können.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Bearbeitungsschritts das Schneidgas mit einem Druck von weniger als 0,3 bar, insbesondere mit einem Druck von unter 0,05 bar, durch den Düsenkanal strömt. Bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen, bei welchen das Werkstück mittels der Lasereinrichtung bearbeitet wird, ist es für ein Bearbeitungsergebnis von Vorteil, wenn besonders geringe Schneidgasdrücke verwendet werden. Wird im Rahmen des Bearbeitungsschritts ein derart geringer Schneidgasdruck verwendet, dann ist es besonders wichtig, dass in dem Nichtbearbeitungsschritt die Düse mittels des Kühlgases aktiv gekühlt wird, um eine Überhitzung der Düse zu vermeiden. Durch die geringen Schneidgasdrücke können somit besonders gute Bearbeitungsergebnisse des Werkstücks nach dem Bearbeitungsschritt erreicht werden, wobei aufgrund des aktiven Kühlens der Düse mittels Kühlgas in dem Nichtbearbeitungsschritt einer Beschädigung der Düse infolge von Überhitzung vorgebeugt werden kann. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Nichtbearbeitungsschritts das Kühlgas mit einem Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mit einem Druck von mehr als 20 bar, durch den Düsenkanal strömt. Das Kühlgas strömt somit mit einem besonders hohen Volumenstrom aufgrund des hohen Kühlgasdrucks durch den Düsenkanal, wodurch beim Durchströmen des Düsenkanals mittels des Kühlgases besonders viel Wärme von der Düse aufgenommen werden kann. Infolgedessen kann die Düse besonders schnell und besonders stark mittels des durch den Düsenkanal strömenden Kühlgases abgekühlt werden. Eine Gefahr einer Überhitzung der Düse bei einem weiteren Bearbeitungsschritt, welcher auf den Nichtbearbeitungsschritt folgt, kann somit aufgrund des besonders schnellen und starken Abkühlens der Düse mittels des Kühlgases besonders geringgehalten werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Schneidgas mittels einer verchromten Düse auf das Werkstück gerichtet wird. Mit anderen Worten ist die Düse der Lasereinrichtung mit einem Chromüberzug versehen. Dieser Chromüberzug der Düse führt dazu, dass ein besonders großer Anteil an von dem Werkstück in Richtung der Düse reflektierten Laserstrahlen wiederum an der Düse reflektiert werden, und somit gar keine beziehungsweise lediglich besonders wenig der reflektierten Laserstrahlung von der Düse absorbiert wird. Infolgedessen kann eine Wärmeentwicklung in der Düse aufgrund von Laserstrahlenabsorption besonders geringgehalten werden. Unter der verchromten Ausgestaltung der Düse ist zu verstehen, dass die Düse zumindest an ihrer beim Bearbeiten des Werkstücks der Werkstückoberfläche zugewandten Außenoberfläche mit dem Chromüberzug versehen ist. Das Verwenden der verchromten Düse für den Bearbeitungsschritt stellt somit sicher, dass die Düse sich in dem Bearbeitungsschritt bereits lediglich besonders wenig erhitzt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei dem Bearbeitungsschritt eine Kante des Werkstücks mittels eines defokussierten Laserstrahls verrundet wird. Bei dem Bearbeitungsschritt wird insbesondere eine vorher mittels der Lasereinrichtung geschnittene Kante des Werkstücks verrundet. Für das Verrunden wird mittels der Lasereinrichtung der defokussierte Laserstrahl auf die zu verrundende Kante des Werkstücks gerichtet. Beim Kantenverrunden mit einer 2D-Laserschneidmaschine entstehen starke Reflexionen des Laserstrahls an einer Verrundungsoberfläche des Werkstücks, da das Kantenverrunden ein Schweißprozess, insbesondere ein Wärmeleitschweißprozess, ist. Bei diesem Prozess wird defokussiert die zu verrundende Bauteilkante des Werkstücks umgeschmolzen und hierdurch verrundet. Dabei werden bis zu 95 Prozent, beispielsweise etwa 70 Prozent, der Laserleistung von dem Werkstück reflektiert und nur ein kleiner Teil (ab ca. 5 Prozent), vorzugsweise bis zu etwa 30 Prozent absorbiert. Der von dem Werkstück reflektierte Anteil der Laserleistung kann wiederum auf die Düse auftreffen und hierdurch durch Absorption einer Düse die Erwärmung der Düse verursachen. Das Verfahren ermöglicht, dass im Rahmen des Bearbeitungsschritts die Kante des Werkstücks mittels des defokussierten Laserstrahls verrundet werden kann und im Anschluss daran durch das aktive Kühlen der Düse im Nichtbearbeitungsschritt die Temperatur der Düse stark reduziert werden kann, um einen weiteren Bearbeitungsschritt, insbesondere ein weiteres Kantenverrunden, mittels der Düse zu ermöglichen, wobei eine Gefahr einer Beschädigung der Düse infolge einer Überhitzung besonders gering gehalten wird.
In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens die folgenden Verfahrensschritte a) bis f) durchgeführt werden, wobei es sich um konsekutive Verfahrensschritte handelt, welche somit in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden. Bei dem Verfahren kann in einem ersten Verfahrensschritt a) in einem Schneidschritt eine erste Schneidlinie in das Werkstück mittels des Laserstrahls geschnitten werden. Dieser Schneidschritt erfolgt insbesondere vor dem Bearbeitungsschritt und damit vor dem Kantenverrunden. Im Rahmen des Schneidschritts wird somit das Werkstück mittels der Lasereinrichtung geschnitten. In einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt b) wird der Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung von einem Endpunkt der ersten Schneidlinie zu einem Ausgangspunkt der ersten Schneidlinie zurückverfahren. Das bedeutet, dass der Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung hinsichtlich seiner Position von dem Endpunkt der ersten Schneidlinie zu dem Ausgangspunkt der ersten Schneidlinie zurückbewegt wird. Hierbei kann der Bearbeitungskopf insbesondere entlang der ersten Schneidlinie von dem Endpunkt zu dem Ausgangspunkt zurückbewegt werden. Das bedeutet, dass der Bearbeitungskopf während des Bewegens von dem Endpunkt der ersten Schneidlinie zu dem Anfangspunkt der ersten Schneidlinie durchgängig oberhalb der ersten Schneidlinie bei der Bewegung angeordnet ist. Hierdurch kann eine Gefahr dafür, dass mittels aus der Düse ausströmenden Gases, egal ob Schneidgas oder Kühlgas, bereits vollständig ausgeschnittene Abschnitte des Werkstücks durch Anblasen mit dem Gas verkippt werden, besonders geringgehalten werden. Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt c) der Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, in welchem eine bei dem Schneiden entstandene Kante der ersten Schneidlinie des Werkstücks verrundet wird. Es wird somit in dem Bearbeitungsschritt die Kante, welche aufgrund des Schneidschritts im Werkstück entstanden ist, verrundet. Hierfür kann in dem Bearbeitungsschritt der defokussierte Laserstrahl auf die zu verrundende Kante des Werkstücks gerichtet werden.
In einem an den Bearbeitungsschritt anschließenden vierten Verfahrensschritt d) wird in einem weiteren Schneidschritt eine zweite Schneidlinie in das Werkstück mittels des Laserstrahls geschnitten. Insbesondere fällt der Ausgangspunkt der zweiten Schneidlinie mit dem Endpunkt der ersten Schneidlinie zusammen. Es wird somit in dem weiteren Schneidschnitt ausgehend von der ersten Schneidlinie in dem Werkstück weitergeschnitten. Anschließend wird in einem fünften Verfahrensschritt e) der Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung von dem Endpunkt der zweiten Schneidlinie zu dem Ausgangspunkt der zweiten Schneidlinie zurückverfahren, während die Düse in diesem Nichtbearbeitungsschritt mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird. In dem Nichtbearbeitungsschritt, bei welchem der Bearbeitungskopf von dem Endpunkt der zweiten Schneidlinie zu dem Ausgangspunkt der zweiten Schneidlinie zurückbewegt wird und welcher auf den Bearbeitungsschritt folgt, wird somit die Düse aktiv gekühlt, um die Temperatur zu reduzieren und eine Beschädigung der Düse infolge einer zu hohen Temperaturentwicklung in der Düse zu vermeiden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass in den jeweiligen Schneidschritten höhere Schneidgasdrücke verwendet werden als in den jeweiligen Bearbeitungsschritten, in welchen jeweilige Kanten des Werkstücks verrundet werden. Infolgedessen heizt sich die Düse während der jeweiligen Schneidschritte weniger stark auf als während des Bearbeitungsschritts. Infolgedessen ist ein aktives Kühlen der Düse unmittelbar nach den jeweiligen Schneidschritten nur erforderlich, wenn zusätzlich der Bearbeitungsschritt durchgeführt worden ist. Sind lediglich Schneidschritte und keine Bearbeitungsschritte mit dem geringen Schneidgasdruck durchgeführt worden, dann kann die aktive Kühlung der Düse mittels des Kühlgases entfallen.
Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass in einem sechsten Verfahrensschritt f) ein weiterer Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, bei welchem eine beim Schneiden entstandene Kante der zweiten Schneidlinie des Werkstücks verrundet wird. Der weitere Bearbeitungsschritt kann insbesondere mit denselben Bearbeitungsparametern durchgeführt werden wie der im Rahmen des dritten Verfahrensschritts c) durchgeführte Bearbeitungsschritt. Es erfolgt somit ein sukzessives Schneiden und Verrunden einer gesamten vorgegebenen Schneidkontur.
Im Folgenden wird ein konkretes Ablaufbeispiel für das Verfahren erläutert. Für das Ablaufbeispiel kann als Werkstück ein zwei Millimeter dickes Blech aus CrNi-Stahl mit einer Lasereinrichtung mit 8 Kilowatt Leistung verarbeitet werden. Insbesondere kann die Lasereinrichtung verwendet werden, welche die verchromte Düse aufweist. Hierdurch wird die vom Werkstück reflektierte und zur Düse gelenkte Laserstrahlung von der Düse reflektiert.
Bei dem Verfahren wird zuerst mit dem Laser und somit mittels des von der Lasereinrichtung bereitgestellten Laserstrahls ein Teil der Kontur geschnitten, insbesondere zirka 100 bis 500 Millimeter, insbesondere 200 bis 400 Millimeter, vorzugsweise 300 Millimeter. Danach wird der Schneidkopf der Lasereinrichtung und somit der Bearbeitungskopf zum Anfang des Schnitts zurückpositioniert und es wird mit dem Verrundungsprozess bei 0,02 bar Gasdruck des Schneidgases gestartet. Mit dem defokussierten Laserstrahl wird nun die Kante verrundet. Hierbei erhitzt sich die Düse stark. Danach wird wieder mit dem Laser geschnitten, insbesondere zirka 100 bis 500 Millimeter, insbesondere 200 bis 400 Millimeter, vorzugsweise 300 Millimeter. Nach dem Schneiden wird der Laser ausgeschaltet, worunter zu verstehen ist, dass der Laserstrahl nicht bereitgestellt wird, und der Laserschneidkopf, bei welchem es sich um den Bearbeitungskopf handelt, an den Schnittanfang zurückpositioniert. Während des Zurückfahrens wird die Düse mit maximalem Gasdruck gekühlt, insbesondere mit einem Gasdruck von mehr als 20 bar. Als nächstes wird wieder mit dem Verrundungsprozess gestartet. Dieser Ablauf wiederholt sich so lange, bis alle Kanten am Werkstück verrundet sind.
Die Kühlwirkung kann mit einer reduzierten Verrundungsstrecke an der Kontur erhöht werden. Eine optimale Verrundungslänge an der Kontur sind zirka 100 bis 500 Millimeter, insbesondere 200 bis 400 Millimeter, vorzugsweise 300 Millimeter. Das bedeutet, dass der Vorschnitt beispielsweise 300 Millimeter lang ist. Danach wird der Laserschneidkopf mit maximalem Gasdruck um die 300 Millimeter zurückpositioniert und die Düse kann gekühlt werden. Im nächsten Schritt werden die 300 Millimeter verrundet, worunter zu verstehen ist, dass die beim Vorschnitt entstandene Kante über deren gesamte Länge verrundet wird. Die Düse erhitzt sich dabei wieder. Die Kühlwirkung kann dadurch erhöht werden, dass der Vorschnitt beispielsweise auf die Hälfte, in diesem Fall 150 Millimeter, verkürzt wird. Dadurch erfolgt die Rückfahrt zum Kühlen der Düse früher beziehungsweise eine Anzahl der Intervalle zum Kühlen der Düse wird erhöht und eine Länge jeweiliger Verrundungsstrecken, bei denen sich die Düse aufheizt, wird verkürzt. Die Düsenkühlung wird während der Positionierfahrt des Bearbeitungskopfs vom Vorschnitt zur Startposition der Verrundung durchgeführt. Es ist möglich, dass eine Verrundung unterbrochen wird, wenn die Düse zu heiß wird. Während dieser Unterbrechung der Verrundung kann die Düse mit hohem Gasdruck gekühlt werden. Das bedeutet, dass die Düse gekühlt wird, indem als Kühlgas, beispielsweise Stickstoff, mit einem hohen Gasdruck, insbesondere einem Druck von mehr als 20 bar, in den Düsenkanal strömt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Schneidgas und/oder als Kühlgas Stickstoff bzw. Stickstoffgas durch den Düsenkanal geführt wird. Insbesondere kann das Stickstoffgas sowohl als Schneidgas als auch als Kühlgas verwendet werden. Alternativ kann entweder als Schneidgas oder als Kühlgas das Stickstoffgas verwendet werden und für die jeweils andere Anwendung ein zum Stickstoffgas unterschiedliches weiteres Gas verwendet werden. Bei Stickstoffgas handelt es sich um ein besonders kostengünstiges und besonders umweltverträgliches Gas. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Stickstoff können beispielsweise Argon oder Druckluft als Schneidgas und/oder als Kühlgas verwendet werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Düse während des Bearbeitungsschritts aktiv mittels Wasser gekühlt wird. Hierdurch kann einer Beschädigung der Düse infolge einer starken Erwärmung der Düse beim Bearbeitungsschritt entgegengewirkt werden. Um eine Erwärmung der Düse beim Verrundungsprozess zu begrenzen, kann somit während des Verrundungsprozesses eine aktive Düsenkühlung mit Wasser umgesetzt werden. Hierbei kann das Wasser in speziellen Kühlkanälen der Düse geführt werden, welche insbesondere zu dem Düsenkanal unterschiedlich sind. Bei den Kühlkanälen kann es sich um geschlossene Kühlkanäle mit Vorlauf und Rücklauf handeln. Zusätzlich oder alternativ zu der Wasserkühlung kann die Düse auch durch eine weitere Gaskühlung, beispielsweise mittels Druckluft, gekühlt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lasereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Werkstück in einem Verfahren, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks beschrieben worden ist, zu bearbeiten. Insbesondere kann die Lasereinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Kante des Werkstücks im Rahmen des Bearbeitungsschritts zu verrunden oder mit einer Fase zu versehen. Die Lasereinrichtung umfasst einen Bearbeitungskopf, welcher dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl für das Bearbeiten des Werkstücks auf das Werkstück zu richten. Dieser Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung umfasst wiederum eine Düse, mittels welcher der Laserstrahl auf das Werkstück ausgerichtet werden kann und welche einen von einem Schneidgas durchströmbaren Düsenkanal aufweist. Mittels der Düse ist das Schneidgas auf das Werkstück ausrichtbar. Um eine Erwärmung der Düse aufgrund von Laserstrahlabsorption von durch das Werkstück reflektierten Laserstrahlen zu begrenzen, kann die Düse verchromt ausgebildet sein.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines mittels einer Lasereinrichtung bearbeiteten Werkstücks.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht ein Werkstück 10 gezeigt, welches mittels einer Lasereinrichtung 12 bearbeitet wird. Die Lasereinrichtung 12 ist vorliegend dazu eingerichtet, das Werkstück 10 zu schneiden sowie entstandene Schneidkanten am Werkstück 10 zu verrunden. Für das Bearbeiten des Werkstücks 10 kann die Lasereinrichtung 12 einen Laserstrahl 14 bereitstellen und auf das Werkstück 10 richten. Je nach eingestellten Parametern des Laserstrahls 14 wie Leistung, Fokuslage sowie Fokusdurchmesser wird das Werkstück 10 mittels des Laserstrahls 14 geschnitten oder eine Kante des Werkstücks 10 mittels des Laserstrahls 14 verrundet.
Die Lasereinrichtung 12 umfasst einen Bearbeitungskopf 32 mit einer Düse 16. Die Düse 16 umfasst einen in Fig. 1 nicht gezeigten Düsenkanal, durch welchen der Laserstrahl 14 für das Bearbeiten des Werkstücks 10 hindurchstrahlt und mittels welchem beim Bearbeiten des Werkstücks 10 Schneidgas auf das Werkstück 10 gerichtet werden kann. Insbesondere verläuft der Düsenkanal mittig durch die Düse 16 hindurch. Vorliegend handelt es sich bei der Düse 16 um eine verchromte Düse.
Im Folgenden wird ein Beispielprozess für das Bearbeiten des Werkstücks 10 mittels der Lasereinrichtung 12 beschrieben. Es ist vorgesehen, dass mittels der Lasereinrichtung 12 eine Schneidkontur 18 in das Werkstück 10 eingebracht wird, wobei jeweilige Kanten der Schneidkontur 18 verrundet werden sollen. Um eine zu starke Überhitzung der Düse 16 infolge einer Absorption von Laserstrahlung zu vermeiden, wobei die Laserstrahlung von dem Werkstück 10 reflektiert worden ist, ist es vorgesehen, dass die Schneidkontur 18 sukzessive und somit stückweise in das Werkstück 10 eingebracht wird. Hierfür wird in einem ersten Schneidschritt eine erste Schneidlinie 20 in das Werkstück 10 mittels des Laserstrahls 14 geschnitten. Diese erste Schneidlinie 20 verläuft von einem ersten Ausgangspunkt 22 bis zu einem ersten Endpunkt 24. Nach dem Schneiden der ersten Schneidlinie 20 in das Werkstück 10 wird der den Laserstrahl 14 bereitstellende Bearbeitungskopf 32 der Lasereinrichtung 12 zu einer ersten Ausgangsposition zurückverfahren, um zu ermöglichen, dass der Laserstrahl 14 von dem Bearbeitungskopf 32 wieder auf den ersten Ausgangspunkt 22 ausgerichtet werden kann. Im Anschluss daran erfolgt ein erster Bearbeitungsschritt, bei welchem die beim Schneiden entstandene Kante entlang der ersten Schneidlinie 20 verrundet wird. Hierbei wird die Kante mittels eines defokussierten Laserstrahls bei einem Schneidgasdruck von weniger als 0,3 bar, insbesondere mit einem Schneidgasdruck von unter 0,05 bar, insbesondere mit einem Schneidgasdruck von 0,02 bar, verrundet.
Im Anschluss daran wird in einem zweiten Schneidschritt eine zweite Schneidlinie 26 in das Werkstück 10 mittels des Laserstrahls 14 geschnitten. Ein zweiter Ausgangspunkt 28 der zweiten Schneidlinie 26 fällt mit dem ersten Endpunkt 24 der ersten Schneidlinie 20 zusammen. Das bedeutet, dass die zweite Schneidlinie 26 an die erste Schneidlinie 20 anschließt. Nach dem Schneiden der zweiten Schneidlinie 26 wird der Bearbeitungskopf 32 der Lasereinrichtung 12 zu einer zweiten Ausgangsposition zurückbewegt, ausgehend von welcher mittels des Bearbeitungskopfs 32 die zweite Schneidlinie 26 geschnitten worden ist. Bei diesem Zurückbewegen des Bearbeitungskopfs 32 nach dem Schneiden der zweiten Schneidlinie 26 zu der zweiten Ausgangsposition handelt es sich um einen Nichtbearbeitungsschritt, bei welchem ein Bearbeiten des Werkstücks 10 mittels der Lasereinrichtung 12 unterbleibt. Während dieses Nichtbearbeitungsschritts wird die Düse 16 aktiv mittels Kühlgas gekühlt, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird. Das Kühlgas wird vorliegend mit einem Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mit einem Druck von mehr als 20 bar, in den Düsenkanal eingeströmt. Das Kühlgas strömt somit mit einem besonders hohen Volumenstrom durch den Düsenkanal, wodurch die Düse 16 besonders schnell besonders stark mittels des Kühlgases während des Nichtbearbeitungsschritts gekühlt wird. Nachdem der Bearbeitungskopf 32 an der zweiten Ausgangsposition angeordnet worden ist, kann in einem zweiten Bearbeitungsschritt die beim Schneiden der zweiten Schneidlinie 26 entstandene Kante verrundet werden, indem der Laserstrahl 14 erneut entlang der zweiten Schneidlinie 26 geführt wird. An einen zweiten Endpunkt 30 der zweiten Schneidlinie 26 anschließend kann eine weitere Schneidlinie geschnitten werden. Die Schneidkontur 18 wird sukzessive in Form mehrerer aneinander anschließender Schneidlinien geschnitten und beim Schneiden entstehende Kanten werden an jeweilige Schneidschritte anschließend in jeweiligen Bearbeitungsschritten verrundet. Vorliegend wird sowohl als Schneidgas als auch als Kühlgas Stickstoffgas durch den Düsenkanal der Düse 16 geströmt.
Um eine Erwärmung der Düse 16 während der jeweiligen Bearbeitungsschritte zu begrenzen beziehungsweise zumindest einzudämmen, kann die Düse 16 während der jeweiligen Bearbeitungsschritte aktiv mittels Wasser gekühlt werden. Hierbei wird das Wasser durch wenigstens einen zu dem Düsenkanal unterschiedlichen Kühlkanal der Düse 16 geführt.
Da für das Schneiden des Werkstücks 10 höhere Schneidgasdrücke verwendet werden als für das Kantenverrunden, wird die Düse 16 während des Schneidens mittels des durch den Düsenkanal strömenden Schneidgases stärker gekühlt als beim Kantenverrunden. Die Düse 16 erwärmt sich somit beim Schneiden geringer als beim Kantenverrunden.
Zur Vermeidung einer Kollision mit aus dem Werkstück 10 ausgeschnittenen Bauteilen kann es vorgesehen sein, dass der Bearbeitungskopf 32 beim Zurückbewegen in die jeweilige Ausgangsposition lediglich oberhalb der Schneidkontur 18 bewegt wird.
Zusammenfassend wird im Rahmen des Verfahrens zum Bearbeiten des Werkstücks 10 wenigstens ein Bearbeitungsschritt durchgeführt, bei welchem das Werkstück 10 mittels der Lasereinrichtung 12 bearbeitet wird, wodurch sich die Düse 16 aufheizt. Im Rahmen des Bearbeitungsschritts kann eine Kantenverrundung oder ein Abfasen einer Kante des Werkstücks 10 erfolgen. Weiterhin ist bei dem Verfahren wenigstens ein an den wenigstens einen Bearbeitungsschritt anschließende Nichtbearbeitungsschritt vorgesehen, in welchem ein Bearbeiten des Werkstücks 10 mittels der Lasereinrichtung 12 unterbleibt und in welchem die Düse 16 mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine vom Werkstück 10 reflektierte Laserstrahlung die Laserschneiddüse und somit die Düse 16 sowie den Laserschneidkopf und damit den Bearbeitungskopf 32 der Lasereinrichtung 12 trifft, weshalb sich diese Komponenten sehr stark erhitzen. Bei einer zu langen Wirkzeit der Laserstrahlung auf diese Komponenten kann die Laserschneideinheit und somit die Lasereinrichtung 12 beschädigt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass für das Kantenverrunden Gasdrücke von unter 0,3 bar verwendet werden, typischerweise sogar von 0,02 bar. Dadurch findet keine bzw. lediglich sehr geringe Düsenkühlung mittels Konvektion durch das Schneidgas statt. Um die Düse 16 gegen zu starke Erwärmung zu schützen, können Beschichtungen auf einen Düsenkörper der Düse 16 aufgebracht werden. Hierfür eignen sich Chrombeschichtungen besonders gut. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Temperatur der Düse 16 ist, eine Kühlstrategie während des Bearbeitungsprozesses zu nutzen. Bei dieser Kühlstrategie wird die Düse 16 nach einer gewissen Zeit durch einen starken Stickstoffgasdruck gekühlt. Die Abarbeitung sieht wie folgt aus: Zuerst wird mit dem Laserstrahl 14 ein Teil der Schneidkontur 18 geschnitten, welcher zirka 300 Millimeter lang ist. Danach wird der Laserschneidkopf zurückpositioniert zum Anfang des Schnitts und es wird mit dem Verrundungsprozess bei weniger als 0,3 bar Gasdruck gestartet, wobei sich der Gasdruck auf das Schneidgas bezieht. Nun wird die 300 Millimeter lange Kante verrundet. Hierbei erhitzt sich die Düse 16 stark. Danach wird wieder mit dem Laserstrahl 14 geschnitten, zirka 300 Millimeter lang. Nach dem Schneiden wird die Lasereinrichtung 12 ausgeschaltet und somit der Laserstrahl 14 nicht weiter bereitgestellt und der Laserschneidkopf an den Schnittanfang zurückpositioniert. Während des Zurückfahrens wird die Düse 16 mit maximalem Stickstoffgasdruck gekühlt, insbesondere mit einem Gasdruck von über 20 bar. Als nächstes wird wieder mit dem Verrundungsprozess gestartet. Dieser Ablauf wiederholt sich so lange, bis alle Kanten an einem aus dem Werkstück 10 zu schneidenden Bauteil verrundet sind. Einen besonders guten Schutz vor Düsenerwärmung der Düse 16 bietet eine Kombination aus der beschriebenen Kühlstrategie sowie der Verwendung einer verchromten Düse 16. Bei dem Verfahren wird mit hohem Stickstoffgasdruck in gewissen Zeitabständen nach dem Verrunden die Düse 16 gekühlt.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine Düsenkühlung beim Kantenverrunden umgesetzt werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Werkstück
12 Lasereinrichtung 14 Laserstrahl
16 Düse
18 Schneidkontur
20 erste Schneidlinie
22 erster Ausgangspunkt 24 erster Endpunkt
26 zweite Schneidlinie
28 zweiter Ausgangspunkt
30 zweiter Endpunkt
32 Bearbeitungskopf

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (10) mittels einer Lasereinrichtung (12), welche eine Düse (16) mit einem Düsenkanal aufweist, durch welchen ein Laserstrahl (14) für das Bearbeiten des Werkstücks (10) hindurchstrahlt und mittels welchem beim Bearbeiten des Werkstücks (10) auf das Werkstück (10) zu richtendes Schneidgas geführt wird, bei welchem das Werkstück (10) in einem Bearbeitungsschritt mittels der Lasereinrichtung (12) bearbeitet wird, wodurch sich die Düse (16) aufheizt, in einem an den Bearbeitungsschritt anschließenden Nichtbearbeitungsschritt, in welchem ein Bearbeiten des Werkstücks (10) mittels der Lasereinrichtung (12) unterbleibt, die Düse (16) mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (16) während eines Verfahrens eines die Düse (16) aufweisenden Bearbeitungskopfs (32) der Lasereinrichtung (12) aktiv mittels des Kühlgases gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bearbeitungsschritts das Schneidgas mit einem Druck von weniger als 0,3 bar, insbesondere mit einem Druck von unter 0,05 bar, durch den Düsenkanal strömt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Nichtbearbeitungsschritts das Kühlgas mit einem Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mit einem Druck von mehr als 20 bar, durch den Düsenkanal strömt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidgas mittels einer verchromten Düse (16) auf das Werkstück (10) gerichtet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Bearbeitungsschritt eine Kante des Werkstücks (10) mittels eines defokussierten Laserstrahls (14) verrundet wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem Schneidschritt eine erste Schneidlinie (20) in das Werkstück (10) mittels des Laserstrahls (14) geschnitten wird, b) der Bearbeitungskopf (32) der Lasereinrichtung (12) zu einem Ausgangspunkt (22) der ersten Schneidlinie (20) zurück verfahren wird, c) in dem Bearbeitungsschritt eine beim Schneiden entstandene Kante der ersten Schneidlinie (20) des Werkstücks (10) verrundet wird, d) in einem weiteren Schneidschritt eine zweite Schneidlinie (26) in das Werkstück (10) mittels des Laserstrahls (14) geschnitten wird, e) der Bearbeitungskopf (32) der Lasereinrichtung (12) zu einem Ausgangspunkt (28) der zweiten Schneidlinie (26) zurück verfahren wird, während die Düse (16) in diesem Nicht-Bearbeitungsschritt mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird, f) in einem weiteren Bearbeitungsschritt eine beim Schneiden entstandene Kante der zweiten Schneidlinie (26) des Werkstücks (10) verrundet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schneidgas und/oder als Kühlgas Stickstoffgas durch den Düsenkanal geführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (16) während des Bearbeitungsschritts aktiv mittels Wasser gekühlt wird. Lasereinrichtung (12), welche dazu eingerichtet ist, ein Werkstück (10) in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu bearbeiten.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6444296A (en) * 1987-08-12 1989-02-16 Fanuc Ltd Assist gas control system
FR2671503B1 (fr) * 1991-01-11 1993-07-30 Framatome Sa Procede et tete de travail au laser.
WO2020173970A1 (de) * 2019-02-25 2020-09-03 Wsoptics Technologies Gmbh Prozess zur strahlbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen werkstücks

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