DE102005049010B4 - Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl - Google Patents

Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl Download PDF

Info

Publication number
DE102005049010B4
DE102005049010B4 DE102005049010A DE102005049010A DE102005049010B4 DE 102005049010 B4 DE102005049010 B4 DE 102005049010B4 DE 102005049010 A DE102005049010 A DE 102005049010A DE 102005049010 A DE102005049010 A DE 102005049010A DE 102005049010 B4 DE102005049010 B4 DE 102005049010B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cutting
gas
laser beam
workpiece
jet
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102005049010A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102005049010A1 (de
Inventor
Rüdiger Prof. Dr.-Ing. Rothe
Peter Dipl.-Ing. Prendel
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.)
FACHHOCHSCHULE OLDENBURG OSTFR
FACHHOCHSCHULE OLDENBURG/OSTFRIESLAND/WILHELMSHAVEN
Original Assignee
FACHHOCHSCHULE OLDENBURG OSTFR
FACHHOCHSCHULE OLDENBURG/OSTFRIESLAND/WILHELMSHAVEN
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 FACHHOCHSCHULE OLDENBURG OSTFR, FACHHOCHSCHULE OLDENBURG/OSTFRIESLAND/WILHELMSHAVEN filed Critical FACHHOCHSCHULE OLDENBURG OSTFR
Priority to DE102005049010A priority Critical patent/DE102005049010B4/de
Publication of DE102005049010A1 publication Critical patent/DE102005049010A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102005049010B4 publication Critical patent/DE102005049010B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working 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
    • B23K26/142Working 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 for the removal of by-products

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Verfahren zum Schneiden von Werkstücken, bei dem ein Laserstrahl auf ein Werkstück gerichtet wird, der das Werkstückmaterial in den fluiden Zustand überführt, wobei das fluide Material zur Fugenbildung durch einen Schneidstrahl aus einem Gas bzw. Gasgemisch ausgetragen wird, wobei das Gas oder Gasgemisch des Schneidstrahls (40, 48) vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück (42) mittels einer Modulationseinrichtung insbesondere periodisch druckmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls (40, 48) mittels aus einer Schallquelle stammender Schallwellen druckmoduliert wird oder mittels einer insbesondere periodischen, elektrischen Gasentladung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von Werkstücken, bei dem ein Laserstrahl auf ein Werkstück gerichtet wird, der das Werkstückmaterial in den fluiden Zustand überführt, wobei das fluide Material zur Fugenbildung durch einen Schneidstrahl aus einem Gas bzw. Gasgemisch ausgetragen wird und wobei das Gas oder Gasgemisch des Schneidstrahls vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück mittels einer Modulationseinrichtung insbesondere periodisch druckmoduliert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Laserstrahlschneidvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie einen Schneidkopf, der für eine derartige Laserstrahlschneidvorrichtung geeignet ist.
  • Das oben genannte Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mittels eines Laserstrahls sowie eines Schneidstrahls aus einem Gas oder Gasgemisch wird im Stand der Technik auch als Laserstrahlschneiden bezeichnet. Beim Laserstrahlschneiden sind insbesondere zwei Teilprozesse wichtig, nämlich zum einen das Erwärmen des zu schneidenden Materials durch den Laserstrahl sowie zum anderen das Austragen des fluiden Materials durch den Schneidstrahl aus Gas, der unter einem geeigneten Druck auf das auszutragende Material gerichtet wird. Dabei kann das Gas inert sein oder mit dem zu schneidenden Material reagieren. Der Teilprozess des Austragens des Fugenmaterials mittels Schneidstrahl beeinflusst die zu erreichende Schnittgüte sehr stark.
  • Bei heutigen Laserstrahlschneidverfahren werden der Schneidstrahl und der Laserstrahl üblicherweise unter koaxialem Verlauf auf das Werkstück gerichtet. Dabei werden sowohl der Laserstrahl, als auch der Schneidstrahl zunächst einer gemeinsamen Düse zugeführt, aus deren endständiger Öffnung dann beide Strahlen koaxial austreten. Abschließend treffen sie auf das zu schneidende Werkstück. Diese Verfahren weisen einen hohen Gas verbrauch auf. Bei der gewünschten koaxialen Anordnung zwischen Laserstrahl und Schneidstrahl gibt der Laserstrahl den Durchmesser der Düsenöffnung vor, da der Laserstrahlfokus deutlich unterhalb der Düsenöffnung liegt und der Laserstrahl daher auf Höhe der Düsenöffnung einen entsprechend größeren Durchmesser aufweist. Der Schneidstrahl wiederum, der ebenfalls durch die vorgegebene Düsenöffnung geführt wird, weist infolge dessen einen Durchmesser auf, der größer ist, als dies bezogen auf die eigentliche Schnittfugenbreite notwendig wäre. Zu einem hohen Gasverbrauch trägt des Weiteren bei, dass hohe Vordrücke verwendet werden müssen, um einem Ablösen des Schneidstrahls von der Schneidfront entgegenzuwirken.
  • Aus der US 5,367,142 ist bekannt, den Schneidstrahl vor dem Auftreffen auf das Werkstück druckzumodulieren. Dazu wird der Schneidstrahl aus einer Druckquelle kommend über eine Expansionskammer einem Magnetventil zugeführt, dass hochfrequent geschaltet wird.
  • Es ist ausgehend von diesem Stand der Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laserstrahlschneidverfahren anzugeben, bei dem das Austragen des Fugenmaterials besonders effektiv bewirkt werden kann. Des Weiteren ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserstrahlschneidvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die gemäß dem verbesserten Verfahren betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
  • Demnach wird bei einem Verfahren zum Schneiden von Werkstücken der eingangs genannten Art das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück mittels einer Modulationseinrichtung, insbesondere periodisch, druckmoduliert.
  • Dabei wird das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls entweder mittels aus einer Schallquelle stammender Schallwellen druckmoduliert. Der Schneidstrahl bzw. das Schneidgas wird demnach zu irgendeinem Zeitpunkt im Prozess vor dem Auftreffen desselben auf das Werkstück durch eine oder mehrere Schallquellen zu den Druckänderungen angeregt. Letztlich werden in dem Gas/Gasgemisch sich fortpflanzende Druckwellen erzeugt, die sich bis in den Teil des Schneidstrahls fortpflanzen, der auf das Werkstück trifft.
  • Alternativ erfolgt die Druckmodulation des Gas/Gasgemischs des Schneidstrahls mittels einer insbesondere periodischen, elektrischen Gasentladung. Dazu können im Bereich des Gas-/Gasgemischstroms des Schneidstrahls insbesondere zwei Elektroden derart angeordnet und positioniert sein, dass nach Anlegen einer elektrischen Spannung geeigneter Stärke ein elektrischer Gasdurchbruch bzw. eine elektrische Gasentladung erfolgt. Zwischen den Elektroden bildet sich daher dabei eine aus der Physik bekannte Gasentladung aus. Diese plötzliche Gasentladung führt zu einem enormen Temperaturanstieg innerhalb des Gasentladungsgebietes, d. h. insbesondere zwischen den Elektroden. Diese Temperaturerhöhung führt dann zu einer zunächst lokal begrenzten Druckerhöhung. Nachfolgend wird ebenfalls insbesondere periodisch die Spannung zwischen den Elektroden abgesenkt werden, und zwar unterhalb einer minimalen Durchbruchspannung, bei der die Gasentladung unter den gegebenen Verhältnissen einsetzt. Durch das Absenken der Spannung erlischt die Gasentladung, es kommt zu einer Temperaturerniedrigung und nachfolgend einer Druckerniedrigung. Indem periodisch oder gegebenenfalls in unregelmäßigen zeitlichen Abständen ein Gasdurchbruch bewirkt wird und anschließend der Gasdurchbruch zum Erlöschen gebracht wird, entstehen im Schneidgas Druckänderungen, insbesondere Druckwellen.
  • Die Druckmodulation des Schneidstrahlgases, also die Druck- bzw. Schnelleänderungen innerhalb des Schneidgases, führen dazu, dass das Eindringen des Schneidstrahls in die Schnittfuge deutlich verbessert wird. Zum einen wird die Einkopplung in den Spalt durch die Druck- bzw. Schnelleänderungen verbessert. Zum anderen ist der Strömungsverlauf des modulierten Schneidstrahls auch in größeren Tiefen, d. h. in größeren Abständen von der Oberfläche des Werkstückes, verbessert, so dass auch in diesen größeren Tiefen ausreichende Kräfte auf das fluide Fugenmaterial einwirken. Auch bei größeren Schnittdicken kann demnach das Fugenmaterial optimal ausgetragen werden. Im Schnittspalt werden darüber hinaus akustische Resonanzen aufgebaut bzw. angeregt, die ebenfalls den Austrag des Fugenmaterials verbessern.
  • Unabhängig davon, wie die Druckmodulation bewirkt wird (indem Schallquellen eingesetzt werden oder indem eine elektrische Gasentladung im Gasstrom induziert wird), wird vorteilhafterweise die Frequenz der aus der Schallquelle stammenden Schallwellen und/oder der der Gasentladung entstammenden Druckwellen derart gewählt, dass in der Schnittfuge Resonanzen erzeugt werden, die die Austragung des Fugenmaterials unterstützen. Vorzugweise tritt der Schneidstrahl aus einer an einer Düse angeordneten Düsenöffnung aus, wobei der Abstand der Düsenöffnung von der Werkstückoberfläche derart gewählt ist, dass in der Schnittfuge Resonanzen erzeugt werden, die die Austragung des Fugen materials unterstützen. Besonders bevorzugt wird der Abstand der Düsenöffnung von der Werkstückoberfläche derart gewählt, dass die Schneidstrahlströmung möglichst weit in die Schneidfront bzw. die Schnittfuge eindringt.
  • Die Schallquelle selbst kann insbesondere ein Piezoelement aufweisen, eine Lochsirene, eine Galtonpfeife oder ein magnetostriktives Element. Hier sind viele Varianten denkbar.
  • Um einen längeren Schnitt zu erzeugen, werden der Laserstrahl und der Schneidstrahl relativ zu dem Werkstück und/oder das Werkstück relativ zu dem Laserstrahl und dem Schneidstrahl bewegt. Die konstruktiven Ausgestaltungen, um dies zu bewirken, sind bekannt und werden daher nicht näher erläutert.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Laserstrahl und der Schneidstrahl koaxial auf das Werkstück geleitet, d. h. sie verlaufen zumindest unmittelbar vor dem Auftreffen auf das Werkstück koaxial. Alternativ dazu kann der Schneidstrahl dem Laserstrahl nachlaufen, und zwar bezogen auf die Vorschubrichtung, in der der Schnitt in das Werkstück eingebracht wird, wobei vorzugsweise der Schneidstrahl stechend unter einem Winkel zum Laserstrahl verläuft. In einer anderen Ausführungsform der folgenden Erfindung wird der modulierte Schneidstrahl aus mehreren, sich in einem Bereich oder an einem Ort vereinigenden, modulierten Teilschneidstrahlen gebildet. Die Modulationsfrequenz des Schneidstrahls kann dabei als Summen- oder Differenzfrequenz der Teilschneidstrahlen gebildet sein.
  • Eine Laserstrahlschneidvorrichtung, die gemäß den oben beschriebenen Verfahren betrieben werden kann, weist die Merkmale des Anspruches 12 auf.
  • Danach ist zumindest ein Laser vorgesehen, dessen Laserstrahl auf das Werkstück leitbar ist, eine Düse, aus der ein Schneidstrahl aus einem Gas oder Gasgemisch austreten kann, sowie eine Modulationseinrichtung, mittels derer das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück insbesondere periodisch druckmoduliert werden kann.
  • Vorzugsweise ist ein Schneidkopf vorgesehen, aus dem der Laserstrahl und der Schneidstrahl austreten, wobei vorzugsweise auch die Modulationseinrichtung Teil des Schneidkopfes ist. Grundsätzlich kann ein Laser, dessen Laserstrahl auf das Werkstück leitbar ist, auch unmittelbar Teil der Schneidkopfes sein.
  • Der Schneidkopf kann dann in der oben beschriebenen Weise relativ zu dem Werkstück bewegt werden bzw. das Werkstück relativ zu dem Schneidkopf. Der Schneidkopf selbst oder eine Gaszuführungsleitung zu dem Schneidkopf kann einen Schneidgasleitungsabschnitt aufweisen mit zumindest zwei mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden, wobei die Elektroden mit einer Spannungsquelle der Laserstrahlschneidvorrichtung verbindbar sind, so dass eine Gasentladung zwischen den Elektroden induzierbar ist. Der Schneidgasleitungsabschnitt kann dabei rohrförmig ausgebildet sein, wobei eine Außenelektrode an der Innenseite des Abschnittes angeordnet ist und wobei eine Innenelektrode insbesondere zentral im Inneren des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist, derart, dass das Schneidgas zwischen der Innen- und der Außenelektrode hindurch entlang des rohrförmigen Abschnitts fließen kann.
  • Alternativ zu einer derartigen Laserstrahlschneidvorrichtung, bei der die Druckmodulation über eine Gasentladungsvorrichtung bewirkt wird, kann der Schneidkopf, insbesondere die Düse, einen Druckraum aufweisen, in den sowohl das Schneidgas als auch Schall einleitbar ist. In diesem Druckraum wird dann durch den Schall die Modulation des Schneidstrahles bewirkt. Der Schall kann in diesen Druckraum eingeleitet werden entweder durch eine von dem Schneidkopf getrennte Schallquelle oder eine Schallquelle, die an dem Schneidkopf angeordnet ist. Vorzugweise ist die Schallquelle innerhalb des Schneidkopfes angeordnet. Was die Düse betrifft, so kann sie unmittelbar am Schneidkopf angeordnet sein und der Laserstrahl sowie der modulierte Schneidstrahl können durch die Düsenöffnung der Düse nach außen geleitet werden.
  • Für einen Schneidkopf, der für eine Laserschneidstrahlvorrichtung der oben beschriebenen Art geeignet ist, wird ein eigenständiger Schutz gemäß Patentanspruch 20 beansprucht.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Unteransprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
  • 1 einen Ausschnitt eines Schneidkopfes einer erfindungsgemäßen Laserstrahlschneidvorrichtung im Längsschnitt,
  • 2 einen rohrförmigen Abschnitt einer Schneidgaszuführleitung im Längsschnitt,
  • 3 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Laserstrahlschneidvorrichtung in Seitenansicht, und
  • 4 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Laserstrahlschneidvorrichtung in Vorderansicht.
  • 1 zeigt einen Teilausschnitt eines Schneidkopfes 10 einer Laserstrahlschneidvorrichtung. Der Schneidkopf 10 weist einen Druckraum 12 auf, an dessen unterem Ende eine Düsenöffnung 14 angeordnet ist. In dem Druckraum 12 wird von oben ein Laserstrahl 16 eingeleitet, der diesen durch die Düsenöffnung 14 nach unten verlässt. Der Laserstrahl 16 wird durch eine Fokussierlinse 18, die den Druckraum 12 nach oben abschließt, auf ein nicht dargestelltes Werkstück fokussiert.
  • In den Druckraum 12 wird das Schneidgas aus einer Gaszuführleitung 22 eingeleitet. Die Gaszuführleitung mündet in diesen Druckraum 12. Nicht dargestellt ist eine Druckgasquelle, die Teil der Laserstrahlschneidvorrichtung sein kann ist. Das dem Druckraum 12 zugeführte Gas tritt koaxial zu dem Laserstrahl 16 aus der Düsenöffnung 14 nach unten aus und trifft zusammen mit dem Laserstrahl 16 auf das Werkstück. Der Laserstrahl 16 bringt das Werkstückmaterial zunächst in den fluiden Zustand. Dieses fluide Material wird daraufhin von dem unter Druck aus der Düse austretenden Gas des Schneidstrahles zur Fugenbildung aus dem Werkstück ausgetrieben, wodurch eine Schnittfuge gebildet wird.
  • Bevor das Gas des Schneidstrahls auf das Werkstück trifft, wird das Gas druckmoduliert. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Einige davon sind in der 1 dargestellt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das in den Druckraum 12 eingeleitete Gas durch eine Schallquelle bzw. einen Schallwandler 24 moduliert wird, der an dem Schneidkopf 10 angeordnet ist. Der Schallwandler 24 ist innerhalb eines rohrförmigen Ansatzes 25 des Schneidkopfes 10 positioniert, der sich in Querrichtung zum Druckraum 12 erstreckt und mit diesem in kommunizierender Verbindung steht.
  • Eine andere Alternative zur Druckmodulation des Schneidgases ist, über einen in den Druckraum 12 mündenden Schallleiter 26 Schall von einer von dem Schneidkopf 10 separierten Schallquelle in den Druckraum 12 zu leiten. Weiter ist es natürlich möglich, den Gasstrom durch die Gaszuführleitung 22 in den Schneidkopf 10 einzuleiten, wenn eine Modulation bereits im Vorfeld, d. h. separat von dem Schneidkopf 10, stattgefunden hat. Die Modulation des Gasstromes des Schneidstrahles kann dabei im Vorfeld ebenfalls durch eine Schallquelle bewirkt worden sein, oder aber beispielsweise durch eine Gasentladung.
  • Eine Gasentladung, die eine Modulation des Schneidstrahls bewirken kann, kann mittels einer in 2 dargestellten Vorrichtung erzeugt werden. 2 zeigt einen rohrförmigen Abschnitt 28 einer Gaszuführleitung, die beispielsweise Teil eines Schneidkopfes sein kann oder auch Teil einer separaten Zuführleitung zu einer Düse. Der rohrförmige Abschnitt 28 weist eine Wandung 32 auf. Das Gas fließt in Pfeilrichtung durch den rohrförmigen Abschnitt 28.
  • Zentral im Inneren des rohrförmigen Abschnitts 28 ist eine Innenelektrode 30 angeordnet. Diese Innenelektrode weist endständig einen konischen Abschnitt 36 auf. Die Innenelektrode 30 ist koaxial zum rohrförmigen Abschnitt 28 ausgerichtet. In etwa auf Höhe des konischen Abschnittes 36 der Innenelektrode 30 ist an der Wandung 32 des rohrförmigen Abschnittes 28 umlaufend eine in etwa ringförmige Außenelektrode 34 angeordnet. Die Anordnung von Innenelektrode und Außenelektrode erfolgt derart, dass in Umfangsrichtung zwischen dem konischen Abschnitt 36 der Innenelektrode und der umlaufenden Außenelektrode 34 ein ringförmiger Spalt besteht. Dazu ist bei dieser Ausführungsform der größte Durchmesser des konischen Abschnitts 36 so gewählt, dass er kleiner ist als der Innendurchmesser der Außenelektrode 34.
  • Durch Anlegen entgegengesetzter Spannung an die Innenelektrode 30 einerseits und die Außenelektrode 34 andererseits kann zwischen diesen eine Gasentladung bewirkt werden, sobald die Spannung gleich oder größer einer minimalen Durchbruchspannung gewählt wird. Die Durchbruchspannung hängt in bekannter physikalischer Weise von verschiedenen Einflussfaktoren, wie etwa Gasart, Elektrodenabstand und dergleichen ab. Sobald eine Gasentladung bzw. ein Gasdurchbruch bewirkt wurde, erwärmt sich das Gas zwischen den Elektroden schlagartig, was zu plötzlichen Druckanstiegen im Gasstrom führt. Als nächstes wird die Spannung an den Elektroden abgesenkt, und zwar unterhalb der minimalen Gasdurchbruchspannung. Entsprechend kühlt sich das Schneidgas ab, was Druckerniedrigungen zur Folge hat. Durch entweder periodisches oder in unregelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgendes Erzeugen einer Gasentladung und Erlöschen der Gasentladung werden demnach periodische bzw. unregelmäßige Druckänderungen innerhalb des Gases erzeugt.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Gegensatz zur Ausführungsform der 1 ein Laserstrahl 38 und ein Schneidstrahl 40 nicht koaxial zu einander angeordnet sind. Der winklig zu dem Laserstrahl 38 angeordnete Schneidstrahl 40 trifft mit diesem auf einem Werkstück 42 zusammen, auf dem die Fugenbildung erfolgt. Ein Pfeil in der Zeichnung zeigt die Vorschubrichtung an, in der die Gesamtkonstruktion aus Laserstrahl 38, der im Übrigen über einen Spiegel 44 auf das Werkstück 42 geleitet wird, und einer den Schneidstrahl 40 erzeugenden Düse 46 relativ zu dem Werkstück 42 bewegt wird. Bezogen auf diese Vorschubrichtung läuft die Düse 46 dem Laserstrahl 38 nach.
  • 4 zeigt schließlich eine Ausführungsform bei der mehrere Teilschneidstrahlen, nämlich zwei Teilschneidstrahlen 50, 52 winklig zueinander und zu einem Laserstrahl 49 verlaufen. Die beiden Teilschneidstrahl 50, 52 vereinigen sich zu einem Gesamtschneidstrahl 48. Die Teilschneidstrahlen 50, 52, die aus Düsen 54, 56 austreten, sind jeweils druckmoduliert, wobei die Druckmodulation des Gesamtstrahles 48 eine Überlagerung der beiden Einzelteilschneidstrahlen 50, 52 ist. Der Gesamtschneidstrahl 48 und der Laserstrahl 49 laufen nach Vereinigung der Teilschneidstrahlen 50, 52 koaxial auf ein nicht dargestelltes Werkstück zu.
  • 10
    Schneidkopf
    12
    Druckraum
    14
    Düsenöffnung
    16
    Laserstrahl
    18
    Fokussierlinse
    22
    Gaszuführleitung
    24
    Schallwandler
    25
    rohrförmiger Ansatz
    26
    Schallleiter
    28
    rohrförmiger Abschnitt
    30
    Innenelektrode
    32
    Wandung
    34
    Außenelektrode
    36
    konischer Abschnitt
    37
    ringförmiger Spalt
    38
    Laserstrahl
    40
    Schneidstrahl
    42
    Werkstück
    44
    Spiegel
    46
    Düse
    48
    Schneidstrahl
    49
    Laserstrahl
    50
    Einzelschneidstrahl
    52
    Einzelschneidstrahl
    54
    Düse
    56
    Düse

Claims (20)

  1. Verfahren zum Schneiden von Werkstücken, bei dem ein Laserstrahl auf ein Werkstück gerichtet wird, der das Werkstückmaterial in den fluiden Zustand überführt, wobei das fluide Material zur Fugenbildung durch einen Schneidstrahl aus einem Gas bzw. Gasgemisch ausgetragen wird, wobei das Gas oder Gasgemisch des Schneidstrahls (40, 48) vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück (42) mittels einer Modulationseinrichtung insbesondere periodisch druckmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls (40, 48) mittels aus einer Schallquelle stammender Schallwellen druckmoduliert wird oder mittels einer insbesondere periodischen, elektrischen Gasentladung.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Gas-/Gasgemischstroms des Schneidstrahls (40, 48) insbesondere zwei Elektroden (30, 34) derart angeordnet und positioniert sind, dass nach Anlegen einer elektrischen Spannung geeigneter Stärke ein elektrischer Gasdurchbruch bzw. eine elektrische Gasentladung erfolgt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (30, 34) derart positioniert und dimensioniert sind, dass die Gasentladung nach Absenken der Spannung unterhalb einer minimalen Durchbruchspannung, bei der die Gasentladung erfolgt, möglichst schnell erlischt.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der aus der Schallquelle stammenden Schallwellen und/oder der der Gasentladung entstammenden Druckwellen derart gewählt ist, insbesondere an die Schnittdicke angepasst ist, dass in der Schnittfuge Resonanzen erzeugt werden, die die Austragung des Fugenmate rials unterstützen.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidstrahl aus einer Düsenöffnung austritt, wobei der Abstand der Düsenöffnung von der Werkstückoberfläche derart gewählt ist, dass in der Schnittfuge Resonanzen erzeugt werden, die die Austragung des Fugenmaterials unterstützen.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidstrahl aus einer Düsenöffnung austritt, wobei der Abstand der Düsenöffnung von der Werkstückoberfläche derart gewählt ist, dass die Schneidstrahlströmung möglichst weit in die Schneidfront bzw. die Schnittfuge eindringt.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallquelle ein Piezoelement, eine Lochsirene, eine Galtonpfeife oder ein magnetostriktives Element aufweist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (16, 38, 49) und der Schneidstrahl (40, 48) koaxial auf das Werkstück (40) geleitet werden.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Laserstrahl (16, 38, 49) und Schneidstrahl (40, 48) relativ zu dem Werkstück (42) und/oder das Werkstück (42) relativ zu dem Laserstrahl (16, 38, 49) und dem Schneidstrahl (40, 48) bewegt werden, wobei vorzugsweise der Schneidstrahl (40, 48) bezogen auf die Vorschubrichtung, in der der Schnitt in das Werkstück (42) eingebracht wird, dem Laserstrahl (16, 38, 49) nachläuft, wobei vorzugsweise der Schneidstrahl (40, 48) winklig stechend zum Laserstrahl (16, 38, 49) verläuft.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidstrahl (40, 48) durch mehrere sich in einem Bereich oder an einem Ort vereinigende, modulierte Teilschneidstrahlen (50, 52) gebildet wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz des Schneidstrahls (40, 48) als Summen- oder Differenzfrequenz der Teilschneidstrahlen (50, 52) gebildet wird.
  12. Laserstrahlschneidvorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einem Laser, dessen Laserstrahl (16, 38, 49) auf das Werkstück leitbar ist, mit einer Düse, durch die ein Schneidstrahl (40, 48) aus einem Gas oder Gasgemisch auf das Werkstück (42) leitbar ist und mit einer Modulationseinrichtung mittels derer das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls (40, 48) vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück (42) insbesondere periodisch druckmodulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationseinrichtung zur Druckmodulation des Schneidstrahls eine Schallquelle aufweist oder Elektroden, zwischen denen eine die Druckmodulation bewirkende Gasentladung induzierbar ist.
  13. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidkopf vorgesehen ist, aus dem der Laserstrahl (16, 38, 49) und der Schneidstrahl (40, 48) austreten können, wobei vorzugsweise auch die Modulationseinrichtung Teil des Schneidkopfes (10) ist.
  14. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser Teil des Schneidkopfes (10) ist oder getrennt von diesem ist.
  15. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (10) oder eine separate Schneidgaszuführungsleitung einen Schneidgasleitungsabschnitt mit zumindest zwei mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden (30, 34) aufweist, wobei die Elektroden (30, 34) mit einer Spannungsquelle der Laserstrahlschneidvorrichtung verbindbar sind, so dass eine Gasentladung zwischen den Elektroden (30, 34) induzierbar ist.
  16. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidgasleitungsabschnitt rohrförmig ausgebildet ist, wobei eine Außenelektrode (34) an der Innenseite des Abschnitts angeordnet ist und wobei eine Innenelektrode (30) insbesondere zentral im Inneren des rohrförmigen Abschnitts (28) angeordnet ist, derart, dass das Schneidgas zwischen der Innen- und der Außenelektrode (30, 34) hindurch entlang des rohrförmigen Abschnitts (28) fließen kann.
  17. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Düsenöffnung (14) aufweisende Düse an dem Schneidkopf (10) angeordnet ist, wobei der Laserstrahl (16, 38, 49) sowie der modulierte Schneidstrahl (40, 48) durch die Düsenöffnung (14) der Düse nach außen leitbar sind.
  18. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (10) einen Druckraum (20) aufweist, in den sowohl das Schneidgas als auch Schall einleitbar ist.
  19. Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (10) eine Schallquelle aufweist, über die Schall in den Druckraum (20) leitbar ist, oder dass eine von dem Schneidkopf (10) getrennte Schallquelle vorgesehen ist, deren Schall in den Druckraum (20) leitbar ist.
  20. Schneidkopf für eine Laserstrahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 12, mit einer Düse, durch die ein Schneidstrahl (40, 48) aus einem Gas oder Gasgemisch auf das Werkstück (42) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (10) eine Modulationseinrichtung aufweist, mittels derer das Gas/Gasgemisch des Schneidstrahls (40, 48) vor dem Auftreffen des Schneidstrahls auf das Werkstück (42) insbesondere periodisch druckmodulierbar ist, wobei die Modulationseinrichtung zur Druckmodulation des Schneidstrahls eine Schallquelle aufweist oder Elektroden, zwischen denen eine die Druckmodulation bewirkende Gasentladung induzierbar ist.
DE102005049010A 2005-10-11 2005-10-11 Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl Expired - Fee Related DE102005049010B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005049010A DE102005049010B4 (de) 2005-10-11 2005-10-11 Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005049010A DE102005049010B4 (de) 2005-10-11 2005-10-11 Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102005049010A1 DE102005049010A1 (de) 2007-04-19
DE102005049010B4 true DE102005049010B4 (de) 2009-06-10

Family

ID=37896344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005049010A Expired - Fee Related DE102005049010B4 (de) 2005-10-11 2005-10-11 Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005049010B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3986661B1 (de) * 2019-06-18 2023-08-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum bohren oder schneiden durch abtragen von schmelzfähigem oder verdampfungsfähigem material eines werkstücks

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007035403A1 (de) * 2007-07-26 2009-01-29 Linde Ag Verfahren zum thermischen Trennen
DE102007035395A1 (de) 2007-07-26 2009-01-29 Linde Ag Verfahren zum Plasmaschneiden
DE102007035393A1 (de) 2007-07-26 2009-01-29 Linde Ag Verfahren zum thermischen Schneiden
DE102008057415B3 (de) * 2008-11-14 2010-06-17 Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh Maschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
JP6811697B2 (ja) * 2017-09-22 2021-01-13 三菱重工業株式会社 レーザー切断装置及びレーザー切断方法
CN113798694B (zh) * 2021-09-10 2023-08-25 奔腾激光(浙江)股份有限公司 一种2万瓦的低气压切割工艺

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5367142A (en) * 1991-09-18 1994-11-22 Boc Group Plc Apparatus for the themic cutting of materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5367142A (en) * 1991-09-18 1994-11-22 Boc Group Plc Apparatus for the themic cutting of materials

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3986661B1 (de) * 2019-06-18 2023-08-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum bohren oder schneiden durch abtragen von schmelzfähigem oder verdampfungsfähigem material eines werkstücks

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005049010A1 (de) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005049010B4 (de) Verfahren zum Schneiden von Werkstücken mit einem Laserstrahl
EP2189057B1 (de) Verfahren zum Herstellen von Tropfbewässerungsrohren
DE2342648C3 (de) Schweißbrenner und Verfahren zum Unterwasserschweißen
EP2219813B1 (de) Aerostatisches lager und verfahren zu dessen herstellung
DE102006052824B4 (de) Verfahren und Vorrichtung beim Laserstrahlschneiden eines metallischen Bauteils
EP2613913B1 (de) Lanze mit strahldüse zum entgraten und/oder reinigen von werkstücken
DE10138866A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Löchern in Werkstücke mittels Laserstrahlen
WO2012171523A2 (de) Schweisswerkzeug mit drehender sonde, schweissverfahren sowie werkstück
WO2017178580A1 (de) Vorrichtung zur bearbeitung einer oberfläche eines werkstücks mit einem laserstrahl und verfahren zum betrieb der vorrichtung
DE2712340A1 (de) Verfahren zum eindringen in einen werkstoff mittels eines energiereichen stroemungsmittelstrahls und duesenbaugruppe zur durchfuehrung dieses verfahrens
DE102012217082A1 (de) Laserbearbeitungskopf und Ringdüse für einen Laserbearbeitungskopf
DE102016106960A1 (de) Vorrichtung zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Werkstücks mit einem Laserstrahl und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
EP0116687A1 (de) Vorrichtung zur Gasbeflutung von zwei miteinander zu verschweissenden insbesondere kleinkalibrigen Rohren
WO2004060603A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum laserbohren_unter einer prozessgasatmosphäre
EP1916048A1 (de) Düse zur industriellen Bearbeitung
WO2018099969A1 (de) Düsenvorrichtung zur ausgabe von zwei sich annähernden strahlen eines abgabemediums
DE10226359A1 (de) Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung, insbesondere zum Schneiden eines Werkstücks mittels Laserstrahl
DE102019211860A1 (de) Werkzeuganordnung für den Herstellprozess von Fixierpunkten
DE1918964A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bohren von Loechern in festen Koerpern mit einer Flammenstrahlvorrichtung
DE102005010269A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus zumindest zwei Bauelementen
DE102012025627A1 (de) Ringdüse für einen Laserbearbeitungskopf und Laserbearbeitungskopf damit
EP2857136B1 (de) Elektrodenhalter für einen Schweißbrenner sowie entsprechender Schweißbrenner
DE3312274A1 (de) Spritzkopf fuer die verteilung fluessiger oder dickfluessiger materialien innerhalb von kastenartigen metallprofilteilen
DE102015013847A1 (de) Laserschweißeinrichtung
DE10203452B4 (de) Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120501