DE4235863C1 - Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden von dünnschichtigem Material mittels fliegender Optik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden von dünnschichtigem Material, das vom Coil abgewickelt wird, mittels fliegender Optik, insbesondere von Metallbändern, Geweben, Kunststoffen, Papier, Karton und Verbundwerkstoffen, bei der an einer winklig zur Laufrichtung des Materials angeordneten Traverse mindestens ein über eine Führung verschiebbarer Schneidkopf mit Düse angeordnet ist.

Zum Querteilen von Bändern werden im allgemeinen mechanische Trennvorrichtungen verwendet. Diese Scheren haben jedoch den Nachteil, daß während des eigentlichen Schneidvorgangs das Band angehalten werden muß. Dadurch werden die Leerlaufzeiten der Scheren groß, was sich dann negativ auf die Kosten eines jeweils geschnittenen Bandteilstücks auswirkt.

Es gibt jedoch auch zum Schneiden von Blechen Anlagen,bei denen "fliegende Scheren" verwendet werden, die ein Quertrennen von bandförmigem Material ermöglichen, ohne daß das Bandmaterial angehalten werden muß. Bei solchen fliegenden Scheren müssen jedoch relativ große Massen beschleunigt und verzögert werden, so daß hohe Bandgeschwindigkeiten kaum möglich sind.

Es sind aber auch schon erfolgreiche Versuche zum Längs schneiden von Feinblechen mittels Laserstrahl unternommen worden, bei denen sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten erreicht wurden.

Aus der DE 25 14 027 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zu einem anderen Zweck, nämlich zum Abschneiden oder Formschneiden von Nahrungsmitteln, insbesondere zum Abschneiden eines aus einem Backofen kontinuierlich austretenden Backwarenstranges bekannt, mit einer quer zum Backwarenvorschub bewegbaren Führungseinrichtung, an der mindestens der Schneidkopf einer Lasereinrichtung befestigt ist.

Die DE 24 58 656 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Querschneiden von endlosen Papierbahnen auf vorgegebene Formate mit einer während des Schnittvorganges synchron mit der Papierbahngeschwindigkeit laufenden Schnittvorrichtung, mit einer einen schneidenden Laserstrahl gleichzeitig in Bahnrichtung mit Bahngeschwindigkeit von einem festliegenden Anfangspunkt zu einem Endpunkt über die Papierbahn führende Laseroptik, mit selbsttätiger Rückführung des Strahles zum Anfangspunkt. Diese Einrichtung ist lediglich dafür geeignet, Materialien zu schneiden, bei denen nur geringe Intensitäten des Laserstrahls gefordert sind. Zum Schneiden von Metallbändern usw. ist diese Einrichtung ungeeignet.

Nach einem älteren Vorschlag gemäß EP 0 516 199 A1 wird eine Papierbahn mit einem Laserstrahl geschnitten, der, von einer ortsfest angeordneten Einrichtung zur Erzeugung des Laserstrahls ausgehend, durch einen Spiegel auf die sich bewegende Papierbahn über eine Linse gerichtet wird, wobei die aus Spiegel und Linse bestehende Optik auf einer schräg zur Bewegungsrichtung der Papierbahn angeordneten Führung mittels Spindel oder Endlosband bewegbar ist. Obwohl auch das Vorsehen mehrerer Laseroptiken in dieser Druckschrift erwähnt ist, wäre es nicht möglich, diese Laseroptiken getrennt zu steuern.

Aus JP 62-238 090 A in "Pat. abst. of Japan", 1988, Vol. 12/No. 109 Sec. M-682 ist ein Laserschneidkopf bekannt, der voneinander abgewandt angeordnete Laserdüsen für unterschiedliche Verfahrenszwecke aufweist, wobei diese Düsen um einen den Laserstrahl auf einen Spiegel übertragenen ortsfesten Hohlzylinder drehbar gelagert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß auch kurze Bandteilstücke mit einer hohen Schnittgeschwindigkeit getrennt werden können und daß eine hohe Qualität und Schnittgenauigkeit der Schnittkanten beliebiger und variabler Konturen erreicht werden, ohne daß die Anlage bzw. das Band angehalten werden muß und ohne daß große Massen bewegt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein genaues programmgesteuertes Querteilen (Ablängen) von Werkstoffbahnen möglich, ohne daß die Anlage zum Schneiden der Teilstücke angehalten werden muß, wobei auch die Geschwindigkeiten sehr hoch sein können, da im Bereich der Traverse für das Verfahren der Laser-Schneidköpfe auch keine hohen Massen bewegt werden müssen. Die Geschwindigkeiten richten sich allerdings auch nach dem Winkel der schräg zur Laufrichtung des Bandes bzw. der Werkstoffbahn angeordneten Traverse.

Durch die Programmsteuerung sind viele beliebige Schnittkonturen in Längs- und Querrichtung möglich. Die Laserstrahlung gewährleistet gratarme bis sogar gratfreie Schnittkanten. Es tritt keinerlei mechanische Kraftaufwendung an den Schnittkanten auf und nur äußerst geringe Deformationen bzw. Änderungen der kristallinen Struktur im Schnittkantenbereich. Durch die konstante Position zwischen Band und Gehäuse werden auch sehr hohe Genauigkeiten erreicht.

Weiter sind keine Werkzeugwechsel , wie beispielsweise der Messerwechsel bei mechanischen Scheren, erforderlich. Durch die programmgesteuerte und automatische Einstellung der Laser- Schneidköpfe werden die Rüstzeiten auf ein Minimum reduziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht der Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in Betriebsstellung und

Fig. 3 ein Ablaufschema des Ausführungsbeispiels.

Eine Vorrichtung 1 zum fliegenden Schneiden von dünnschichtigem Material, das vom Coil abgewickelt wird, ist an einer Quer- und Längstrennanlage angeordnet. Die Trennung des Materials, wie beispielsweise Metallbänder, Gewebe, Kunststoffe, Papier, Karton und Verbundwerkstoffen geschieht durch Laserstrahlung.

Die Vorrichtung 1 besteht, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, aus einer winklig zur Laufrichtung a des Bandes 2 angeordneten Traverse 3, die um ihre Längsmittelachse 4 schwenkbar gelagert und angetrieben ist. Parallel zur Längsmittelachse 4 der Traverse 3 sind sich gegenüberliegende Führungen 5 für zwei getrennt betreibbare Laser-Schneidköpfe 6 mit Düsen 7 befestigt. Die Laser-Schneidköpfe 6 sind über die Führungen 5 jeweils getrennt bzw. einzeln vorwärts oder rückwärts verfahrbar, wobei die Düsen 7 der beiden Laser-Schneidköpfe 6 voneinander abgewandt, d. h. um 180° versetzt, angeordnet sind. Dabei ragen die Laser-Schneidköpfe 6 mit ihren Düsen 7 durch in Längsrichtung b verlaufende Schlitze 8 in einem Außengehäuse 9 der Traverse 3, damit der Laserstrahl 10 nahe genug an das Schneidgut bzw. das Band 2 herangeführt werden kann.

In der Traverse 3 der Vorrichtung 1 können auch mehr als zwei getrennt betreibbare Laser-Schneidköpfe 6 mit Düsen 7 in gleichen Winkelabständen um die Längsmittelachse 4 der Traverse 3 herum angeordnet sein (nicht dargestellt). Die Winkelabstände betragen beispielsweise bei drei Laser-Schneidköpfen 6 120° und bei vier Laser-Schneidköpfen 6 90°. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Geschwindigkeit weiter zu erhöhen, da für eine Drehung von 120° oder sogar 90° weniger Zeit notwendig ist, als für eine Drehung von 180°. Die Laser-Schneidköpfe 6 sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel über die Führungen 5 jeweils getrennt bzw. einzeln vorwärts und rückwärts verfahrbar und die Düsen 7 der Laser-Schneidköpfe 6 ragen ebenfalls durch entsprechend angeordnete, in Längsrichtung b verlaufende Schlitze 8 im Außengehäuse 9 der Traverse 3.

Auch können auf jeder Führung 5 mehrere Laser-Schneidköpfe 6 mit Düsen 7 angeordnet sein, die in Längsrichtung b der Traverse 3 jeweils getrennt bzw. einzeln vorwärts und rückwärts verfahrbar sind (nicht dargestellt).

Die Vorrichtung 1 weist einseitig einen Ständer 11 auf, an dem die Traverse 3 zur Einstellung des Winkels α zwischen Traverse 3 und Laufrichtung a des Bandes 2 schwenkbar gelagert ist. Der Verstellbereich 12 des Winkels α liegt zweckmäßig zwischen 90° und 45° zur Laufrichtung a des Bandes. Die Wahl eines größeren Winkels α ist nicht zweckmäßig, da der Weg, den der jeweilige Laser-Schneidkopf 6 beschreiten muß, dadurch zu lang und somit die Arbeitsgeschwindigkeit wieder herabgesetzt würde. Der jeweilig zu wählende Winkel α ist den Erfordernissen beim Schneiden anzupassen, d. h. er ist von der Größe (Länge L × Breite B) des Schneidgutes und von der eingestellten Vorschubgeschwindigkeit des Bandes 2 abhängig.

Die Vorrichtung 1 kann auf der dem Ständer 11 gegenüberliegenden Seite des Bandes 2 für die Traverse 3 eine zusätzliche Stütze 13 aufweisen, die mit der Traverse 3 verstellbar gelagert ist. Bei einem fest eingestellten Winkel α ist die Stütze 13 fest montiert.

In Fig. 3 ist ein Ablaufschema des Ausführungsbeispiels dargestellt. Dabei fährt während des Schnittes der untere Laser-Schneidkopf 6′ direkt oberhalb des Schneidgutes bzw. des Bandes 2 und trennt dieses. Gleichzeitig wird der obere Laser­ schneidkopf 6′′ in die Startposition 14 gefahren. Nach Beendigung des Trennvorganges wird der Laserstrahl 10 aus dem unteren Laser-Schneidkopf 6′′ ausgekoppelt, die Gasversorgung umgeschaltet, und die Traverse 3 dreht sich, so daß der obere Laser-Schneidkopf 6′′ in die Arbeitsposition gelangt. Anschließend kann sofort ein neuer Schneidvorgang beginnen.

Die Lage der Schnittkante 15 ist eine Resultierende 16 aus den Bewegungen des Schneidgutes bzw. des Bandes 2 und des in Arbeitsposition befindlichen Laser-Schneidkopfes 6. Hierbei übernimmt eine der Achsen, d. h. der Bandlauf oder der Laser- Lauf die Master-Funktion, bei der die Geschwindigkeit variabel wählbar ist, und die andere die Slave-Funktion, die der Master- Funktion automatisch angepaßt wird und dieser folgen muß. Ergänzend kann der Winkel α der Traverse 3 verändert werden.

Durch Änderung bzw. Anpassung der Parameter Vorschubgeschwindigkeit Schneidgut bzw. Band 2, Vorschubgeschwindigkeit Laser-Schneidkopf 6 und Winkel α der Traverse zum Schneidgut bzw. Band 2 können Abschnittlänge und Kontur eines oder mehrerer Bandteilstücke 17 bestimmt werden.

Für das Längsteilen der Bänder 2 kann ein Schneidgerüst (nicht dargestellt) in Laufrichtung a des Bandes 2 vor der Vorrichtung 1 angeordnet sein, wobei im Schneidgerüst eine der Schnittzahl entsprechende Anzahl von Laser-Schneidköpfen 6 vorgesehen ist. Durch programmierbare Stellantriebe der Laser- Schneidköpfe 6 kann hierdurch jede gewünschte Bandbreite und Kontur hergestellt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden von dünnschichtigem Material, das vom Coil abgewickelt wird, mittels fliegender Optik, insbesondere von Metallbändern, Geweben, Kunststoffen, Papier, Karton und Verbundwerkstoffen, bei der an einer winklig zur Laufrichtung des Materials angeordneten Traverse mindestens ein über eine Führung verschiebbarer Schneidkopf mit Düse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse (3) als Gehäuse (9) ausgebildet ist, das um seine Längsmittelachse (4) drehbar gelagert und angetrieben ist, in welchem mindestens zwei getrennt voneinander verschiebbare Laser-Schneidköpfe (6) angeordnet sind, deren Düsen (7) voneinander abgewandt sind und durch Schlitze (8) im Gehäuse (9) nach außen ragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehr als zwei getrennt betreibbare Laser-Schneidköpfe (6) mit Düsen (7), die in gleichen Winkelabständen um die Längsmittelachse (4) der Traverse (3) herum angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Führung (5) mehrere Laser- Schneidköpfe (6) mit Düsen (7) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einseitig einen Ständer (11) aufweist, an dem die Traverse (3) zur Einstellung des Winkels (α) zwischen Traverse (3) und Laufrichtung (a) des Bandes (2) schwenkbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellbereich (12) des Winkels (α) zwischen 90 Grad und 45 Grad liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Traverse (3) auf der dem Ständer (11) gegenüberliegenden Seite des Bandes (2) eine zusätzliche Stütze (13) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze (13) mit der Traverse (3) verstellbar gelagert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einem Schneidgerüst zum Längsteilen nachgeschaltet ist, das eine der Schnittzahl entsprechende Anzahl von Laser-Schneidköpfen 6 aufweist.