DE102014005562A1

DE102014005562A1 - Schneiden zylindrischer Hohlkörper

Info

Publication number: DE102014005562A1
Application number: DE102014005562.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Seefeldt; Tobias Götte
Original assignee: H&T Marsberg GmbH and Co KG
Current assignee: H&T Marsberg GmbH and Co KG
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2015-10-15
Also published as: CN105992667A; JP2017515677A; US20170021458A1; EP3038787A1; KR20160143637A; WO2015158356A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs von einem zylindrischen, dünnwandigen Hohlkörper insbesondere einem tiefgezogenen, becherförmigen Hohlkörper, wobei der zylindrische Hohlkörper um seine Zylinderachse gedreht wird und während der mehrfachen Drehung ein Laserstrahl auf die Schnittstelle so lange gerichtet wird, bis der Randbereich vom übrigen Hohlkörper gelöst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs von einem zylindrischen, dünnwandigen Hohlkörper insbesondere von einem tiefgezogenen, becherförmigen Hohlkörper.
Beim Herstellen von tiefgezogenen becherförmigen Hohlkörpern aus Metall ist der die Becheröffnung umgebende Rand stets ungleichmäßig und/oder weist einen störenden Flansch auf, so dass der Rand abgetrennt werden muss. Hierzu ist es bekannt, den ringförmigen Randbereich mechanisch durch diverse Verfahren des Scherschneidens abzuschneiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs von einem zylindrischen, dünnwandigen metallenen Hohlkörper zu schaffen, bei dem eine glatte, saubere Schnittkante bei hoher Stückzahl erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zylindrische Hohlkörper um seine Zylinderachse gedreht und während der mehrfachen Drehung ein Laserstrahl auf die Schnittstelle so lange gerichtet wird, bis der Randbereich vom übrigen Hohlkörper gelöst ist.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird kein sofortiges Durchschneiden der Hohlkörperwand bei nur einer Umdrehung durch den Laserstrahl erreicht, sondern es erfolgt ein Abtragen des Metalls während mehrerer Umdrehungen, so dass zuerst nur eine ringförmige Kerbe in das Metall eingebracht wird, die von Umdrehung zu Umdrehung tiefer wird, bis der ringförmige Randbereich abgetrennt ist. Hierbei wird eine sehr hohe Umdrehungszahl gewählt, so dass eine kürzere Schnittzeit erzielt wird als bei den bekannten Verfahren. Bei beispielsweise 10000 Umdrehungen pro Minute ist der ringförmige Randbereich bereits nach 5 bis 7 Umdrehungen und damit nach ca. 50 Millisekunden abgetrennt, so dass eine hohe Stückzahl erreicht wird. Dabei wird eine sehr saubere und glatte Schnittkante erzielt.
Optimale Ergebnisse werden erreicht,

– wenn der metallene zylindrische Hohlkörper einen Innendurchmesser von 5 bis 100 mm, vorzugsweise von 7 bis 70 mm und eine Wandstärke von 0,05 bis 1,0 mm vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm aufweist,
– wenn der Hohlkörper während des Laserschneidens mit 1000 bis 20000 vorzugsweise 5000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute gedreht wird,
– wenn nach 3 bis 10 vorzugsweise 5 bis 7 Umdrehungen des Hohlkörpers die Hohlkörperwand durchtrennt ist.

Hierbei ist der zylindrische Hohlkörper ein tiefgezogener Becher aus Stahl, Aluminium oder Messing. Vorzugsweise ist der zylindrische Hohlkörper ein Batteriebecher, eine Patronenhülse, eine metallische Verpackung, ein Druckbehälter oder ein Getränkebehälter.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, dem Beschneiderand unterschiedliche Konturen zu geben. Hierzu wird der Laserstrahl durch eine geeignete Vorrichtung beweglich zur Zylinderachse des Hohlkörpers montiert, so dass er zur Zylinderachse des Hohlkörpers eingestellt werden kann. Dabei kann zur Bearbeitung des Beschneiderands des Hohlkörpers der Laserstrahl in seiner Richtung auf die Trennstelle verfahrbar sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während des Trennens ein hohler Dorn insbesondere eine Düse in den Hohlkörper insbesondere koaxial zur Hohlkörperachse hineinragt, durch das ein Gas insbesondere Luft in das Innere des Hohlkörpers geblasen wird, um vom Laserstrahl abgetragene Metallteilchen und/oder die Schmelze aus dem Hohlkörperinneren heraus zu befördern.
Hierdurch wird auch ermöglicht, dass durch das Gas/die Luft der Hohlkörper zumindest während des Trennens mit seinem der Schnittstelle abgewandten Ende insbesondere dem Boden des Bechers gegen einen festen Anschlag gedrückt wird, um eine exakte Positionierung des Hohlkörpers zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil des Gas- oder Luftstroms besteht auch darin, dass der abgetrennte ringförmige Randbereich wegbefördert wird. Hierbei kann durch den Gas- oder Luftstrom der abgetrennte ringförmige Randbereich auf dem hohlen Dorn insbesondere die Düse gefördert werden, um danach von dort entfernt zu werden.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass zur Überwachung eine Kamera auf die Schnittstelle gerichtet ist.
Eine sehr schnelle und sichere Arbeitsweise ist gegeben, wenn während der Drehung des Hohlkörpers dieser auf Räder oder Walzen gelagert ist und auf der den Rädern oder Walzen gegenüberliegenden Seiten am Hohlkörper mindestens ein Antriebsrad oder eine Antriebswalze an der Außenfläche des Hohlkörpers anliegt, um diesen um seine Achse zu drehen.
Für eine Vorrichtung zum Ausüben des obengenannten Verfahrens wird vorgeschlagen, dass ein Revolverrand mit Indexgetriebe vorgesehen ist, der mehrere Lagerstellen zur jeweiligen Aufnahme eines zu bearbeitenden Hohlkörpers aufweist und dass die Lagerstelle zu einer Arbeitsstation verfahrbar sind, an der ein Laser und ein Antriebsrad oder eine Antriebswalze angeordnet sind, durch die der Hohlkörper gedreht und geschnitten wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen axialen Schnitt durch einen Hohlkörper innerhalb einer Laserschneidvorrichtung, nachdem der Randbereich abgetrennt ist;
2 eine Ansicht auf ein Revolverrad oder eine Karussellscheibe mit einer Vielzahl von Lagerstellen zur Aufnahme von Hohlkörpern und mit einer oberen Bearbeitungsstation,
3 Schnitte durch verschieden geformte Schnittflächen des Hohlkörpers, nachdem der Randbereich entfernt wurde.
Um an einem Ende eines metallenen zylindrischen. Hohlkörpers 1 einen ringförmigen Randbereich 2 abzutrennen, wird auf die zylindrische Außenfläche (Mantel) des Hohlkörpers ein Laserstrahl 3 insbesondere in radialer Richtung gerichtet, wobei der Hohlkörper 1 hierbei um seine Zylinderachse 4 gedreht wird, so dass die Zylinderachse gleichzeitig die Drehachse bildet. Hierbei rotiert der Hohlkörper 1 um seine Achse mit einer solch hohen Umdrehungszahl, dass bei nur einer Drehung ein sofortiges Durchschneiden der Hohlkörperwand nicht erreicht wird, sondern es erfolgt ein Abtragen des Metalls während mehrerer Umdrehungen, so dass zuerst nur eine geringfügige Kerbe in das Material eingebracht wird, die von Umdrehung zu Umdrehung tiefer wird, bis der ringförmige Randbereich abgetrennt ist. Hierbei wird eine sehr hohe Umdrehungszahl gewählt, so dass eine sehr kurze Zeit für das vollständige Abtrennen erreicht wird. Bei 5000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute wird bereits nach 5 bis 7 Umdrehungen der Randbereich 2 vollständig vom Hohlkörper 1 abgetrennt.
Der Hohlkörper 1 ist ein zylindrisches Rohr oder ein tiefgezogener Becher aus Stahl, Aluminium oder Messing. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren bei Batteriebechern, Patronenhülsen, metallischen, Druckbehältern und Getränkebehältern einsetzbar. Hierbei weist der metallene zylindrische Hohlkörper einen Innendurchmesser von 5 bis 100 mm vorzugsweise von 7 bis 70 mm und eine Wanddicke bzw. Wandstärke von 0,05 bis 1,0 mm vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm auf. Der Bereich der Rotationsdrehzahlen liegt vorzugsweise zwischen 1000 und 20000 Umdrehungen pro Minute.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs 2 von einem zylindrischen dünnwandigen Hohlkörper 1 in Form eines Bechers schematisch dargestellt. Der Hohlkörper 1 ist auf Räder oder Walzen 5 gelagert, deren Achsen parallel zur Zylinderachse 4 angeordnet sind. Auf der den Rädern oder Walzen gegenüberliegenden Seite liegt am Hohlkörper mindestens ein Antriebsrad 6 oder eine Antriebswalze an der Außenfläche des Hohlkörpers an, um diesen um seine Achse mit hoher Drehzahl rotieren zu lassen. Hierbei ist auf die Schnittstelle eine Laserdüse 7 mit ihrem Laserstrahl 3 gerichtet, um pro Umdrehung Metallteilchen 8 abzutragen. Sobald die Wand des Hohlkörpers durchtrennt ist, wird der Randbereich 2 vom Hohlkörper entfernt.
In 1 ist die Laserdüse und damit der Laserstrahl 3 in einem Winkel α von 90 Grad auf die Außenfläche (Mantelfläche) des Hohlkörpers 1 ausgerichtet. Um aber die Schnittstelle des Hohlkörpers zu bearbeiten, wird in einer weiteren Ausführung die Laserdüse 7 mit ihrem Laserstrahl 3 verschwenkt, um bestimmte Formen der Schnittstelle 15 zu erreichen, wie sie in 3 dargestellt sind. Dieses Bearbeiten der Schnittstelle erfolgt während und/oder nach dem Schneiden.
Das erfindungsgemäße Trennverfahren ist besonders vorteilhaft ausführbar, wenn, wie in 1 dargestellt, ein Dorn (Düse) 9 während des Schneidens in dem Hohlkörper 1 koaxial einliegt, wobei die zylindrische Außenfläche des Dorns einen Durchmesser D2 aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser D1 des Hohlkörpers, so dass zwischen der Außenfläche des Dorns und der Innenseite des Hohlkörpers 1 ein koaxialer Ringbereich 10 besteht. Durch den Längshohlraum 11 des Dorns 9 (bzw. der Düse) wird ein Gas insbesondere Luft in das Innere des Hohlkörpers 1 gedrückt, wodurch mehrere Vorteile erzielt werden. Zum einen werden durch dieses eingeführte Gas, das durch den Ringbereich 10 nach außen tritt, vom Laserstrahl abgetragene Metallteilchen und/oder die Schmelze aus dem Inneren des Hohlkörpers herausbefördert. Zum anderen erfolgt eine Kühlung. Ferner wird durch dieses Gas der Hohlkörper zumindest während des Trennens mit seinem der Schnittstelle abgewandten Ende insbesondere dem Boden des Bechers in axialer Richtung gegen einen festen Anschlag 14 gedrückt und dadurch eine exakte Positionierung des Hohlkörpers 1 während des Schneidens erreicht.
Auch wird durch den Gasstrom der Randbereich 2 sofort nach seinem Abtrennen wegbefördert, insbesondere auf den hohlen Dorn gefördert, wie dies 1 zeigt.
Ein sehr schnelles Zuführen von Hohlkörpern 1 zur Arbeitsstation wird erreicht, wenn ein Revolverrad 12 oder eine Karussellscheibe verwendet wird, auf der sich eine größere Zahl von Lagerstellen 13 befindet, die jeweils einen Hohlkörper 1 aufnehmen. Sobald ein Hohlkörper 1 die Arbeitsstation mit der Laserdüse 7 erreicht hat, wird der Hohlkörper 1 durch das Antriebsrad 6 um seine Achse in Drehung versetzt, wobei jede Lagerstelle 13 zwischen zwei oder mehreren lagernden Rädern 5 sich befindet, die auf dem Revolverrad 12 bzw. der Karussellscheibe drehbar angeordnet sind.
Auf die Schnittstelle ist eine Kamera gerichtet, durch die das Schneiden überwacht wird. Diese Kamera ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Claims

Verfahren zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs (2) von einem zylindrischen, dünnwandigen Hohlkörper (1) insbesondere von einem tiefgezogenen, becherförmigen Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (1) um seine Zylinderachse (4) gedreht und während der mehrfachen Drehung ein Laserstrahl (3) auf die Schnittstelle so lange gerichtet wird, bis der Randbereich (2) vom übrigen Hohlkörper gelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallene zylindrische Hohlkörper (1) einen Innendurchmesser von 5 bis 100 mm, vorzugsweise von 7 bis 70 mm und eine Wandstärke von 0,05 bis 1,0 mm vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) während des Laserschneidens mit 1000 bis 20000 vorzugsweise 5000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach 3 bis 10 vorzugsweise 5 bis 7 Umdrehungen des Hohlkörpers (1) die Hohlkörperwand durchtrennt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (1) ein tiefgezogener Becher aus Stahl, Aluminium oder Messing ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Hohlkörper (1) ein Batteriebecher, eine Patronenhülse, eine metallische Verpackung, ein Druckbehälter oder ein Getränkebehälter ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bearbeiten der Schnittstelle (15) des Hohlkörpers (1) der Laserstrahl (3) schräg zur Längsrichtung insbesondere zur Zylinderachse (4) des Hohlkörpers angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bearbeiten der Schnittstelle (15) des Hohlkörpers (1) der Laserstrahl (3) in seiner Richtung (Winkelstellung α) auf die Schnittstelle verfahrbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Trennens ein hohler Dorn (9) insbesondere eine Düse in den Hohlkörper (1) insbesondere koaxial zur Hohlkörperachse (4) hineinragt, durch das ein Gas insbesondere Luft in das Innere des Hohlkörpers (1) geblasen wird, um vom Laserstrahl (3) abgetragene Metallteilchen (8) und/oder die Schmelze aus dem Hohlkörperinneren heraus zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gas/die Luft der Hohlkörper (1) zumindest während des Trennens mit seinem der Schnittstelle abgewandten Ende insbesondere dem Boden des Bechers gegen einen festen Anschlag (14) gedrückt wird, um eine exakte Positionierung des Hohlkörpers (1) zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Gas- oder Luftstrom der abgetrennte ringförmige Randbereich (2) wegbefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Gas- oder Luftstrom der abgetrennte ringförmige Randbereich (2) auf dem hohlen Dorn (9) insbesondere die Düse gefördert wird, um danach von dort entfernt zu werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung eine Kamera auf die Schnittstelle gerichtet ist.
Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1) auf Räder oder Walzen (5) gelagert ist und auf der den Rädern oder Walzen gegenüberliegenden Seite am Hohlkörper (1) mindestens ein Antriebsrad (6) oder eine Antriebswalze an der Außenfläche des Hohlkörpers anliegt, um diesen um seine Achse zu drehen.
Vorrichtung zum Ausüben des Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Revolverrad (12) oder eine Karussellscheibe vorgesehen ist, der/die mehrere Lagerstellen (13) zur jeweiligen Aufnahme eines zu bearbeitenden Hohlkörpers (1) aufweist und dass die Lagerstellen zu einer Arbeitsstation verfahrbar sind, an der ein Laser und ein Antriebsrad oder eine Antriebswalze angeordnet sind, durch die der Hohlkörper (1) gedreht und geschnitten wird.