EP2373455A1 - Method and apparatus for producing pipe sections using a laser beam movable by a scanning device, and corresponding pipe section - Google Patents

Method and apparatus for producing pipe sections using a laser beam movable by a scanning device, and corresponding pipe section

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Publication number
EP2373455A1
EP2373455A1 EP09760460A EP09760460A EP2373455A1 EP 2373455 A1 EP2373455 A1 EP 2373455A1 EP 09760460 A EP09760460 A EP 09760460A EP 09760460 A EP09760460 A EP 09760460A EP 2373455 A1 EP2373455 A1 EP 2373455A1
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EP
European Patent Office
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laser beam
optical element
section
pipe
tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09760460A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Boltshauser
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.)
COSMOCAN Tech AG
Original Assignee
COSMOCAN Tech AG
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Filing date
Publication date
Application filed by COSMOCAN Tech AG filed Critical COSMOCAN Tech AG
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    • B23K2101/12—Vessels
    • B23K2101/125—Cans

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, to a device according to the preamble of claim 13 and to pipe sections according to the preamble of claim 21.
  • a flat strip material can be continuously formed into the closed mold.
  • the two lateral edges are brought together around a longitudinal axis and connected to each other by a weld.
  • the desired pipe sections or shell sections are separated.
  • the pipe sections can be used as pipe parts or further processed to desired parts.
  • WO 2006/074570 a method is known, in which the longitudinal seam is formed as a pressed seam on a flattened emerging pipe. After forming the longitudinal seam, the resulting tube is expanded into a round cross-section and it pipe sections are separated.
  • a support edge is provided inside the tube.
  • the support edge is closed substantially circular, extending in a normal plane to the longitudinal axis of the tube and is located directly on the inside of the pipe wall.
  • This support edge is associated with a cutting tool, which is rotated during cutting along the support edge, so that a cutting area in the tube circumferential direction once along the pipe circumference rotates, thereby separating a pipe section.
  • the supporting edge and the cutting element move with the wall material.
  • Pipe sections made according to the method described above may be used as can jackets for cans, with each jacket having a longitudinal weld. The bottom and / or top are attached to the can jacket. From WO2005 / 000498 A1 embodiments of can bodies are known in which an upper end part is connected by means of laser welding to the can jacket.
  • Can bodies are to be understood as meaning all vessels, in particular aerosol cans, beverage cans but also tubes and vessel-shaped intermediate products.
  • a rapid cutting process can be used particularly advantageously in the production of can coats because there the sections are relatively short and only a short cutting cycles are possible at a high production speed.
  • the supporting edge If the supporting edge is held by the open end of the resulting tube, it must be inserted from the open side opposite to the advancing direction of the sheath band in the jacket section to be separated and moved there in the correct position with the tube. During the cutting process, the supporting edge should bear against the wall material in a position coordinated with the position of the cutting tool. After cutting, the pipe section must be pulled away from the support edge or from the part with the support edge and the support edge must be reinserted into the pipe. The movements of the supporting edge must be carried out quickly and with correspondingly large acceleration forces, so that the pipe length formed during the separation of a section is smaller than the length of the separated section.
  • Rapid separation is important if the pipe sections are to be used, for example, for can production with production throughputs of 300 to 600 cans per minute.
  • the known mechanical separation processes are complex, because relatively large masses have to be accelerated and the separation cycles can not be shortened even further.
  • WO 2008/065063 A1 describes a device for trimming the open can end of plastic cans.
  • Several cans to be trimmed are used in brackets of a turntable.
  • a scan laser is assigned to the can end to be trimmed.
  • Scanning means allow the guidance of the laser beam along a predetermined cutting path.
  • the laser beam passes over a cone surface with an axis lying on the axis of the can to be trimmed.
  • the at the cutting point relative to the can axis slightly outwardly directed laser beam achieves an adapted to the orientation of the conical surface oblique interface, which is formed edge-free or rounded due to the melting plastic.
  • This cutting method is limited to used in holders finished cans, with only the cutter facing the free end can be cut and also there the cutting surface is not substantially radially, but is aligned conically with an acute angle to the can axis.
  • US Pat. No. 6,541,732 B2 describes a laser scanning device in which the laser beam can be moved on a circular path in parallel alignment to form a bore with a cylindrical boundary.
  • WO 2007/079760 A1 describes a scanner head which provides a spatially freely orientable laser axis on a robot arm.
  • DE 10 2005 033 605 A1 describes the optics of a scanning laser with a gimbal-type scanner mirror which can be moved about two axes. To be able to set the focal point at a desired distance to the scanner mirror is a displaceable - A -
  • Concave lens provided.
  • the scanner laser is attached to a robot arm and thus brought to the desired job.
  • US Pat. No. 6,355,907 B1 describes a laser drilling device in which a plane-parallel transparent element, transparent wedge elements and a transparent dove prism are used to move the beam axis. By each specific orientation of such prism-shaped elements, the axis of the outgoing beam relative to the axis of the incoming laser beam can be offset in parallel and only slightly inclined.
  • a laser welding head for internal pipe welding comprises a deflecting mirror which deflects a laser beam fed in parallel to the tube axis radially outward.
  • the welding head is inserted into the pipe and turned around its axis at the desired location. Roller bearings with a pressing device ensure a constant focus positioning.
  • This machining head is not suitable for separating pipe sections on an emerging pipe, because in short separation cycles large acceleration forces would have to be applied and the separated pipe sections could only be taken from the welding head with further large movements.
  • the known from the prior art scanning laser would have to be moved with a robot arm to the resulting tube to perform a cut at a distance of the desired pipe section with a laser beam as possible radially aligned laser beam.
  • the robot assembly is extremely expensive to move around the pipe circumference.
  • the cutting position would have to be carried along with the resulting tube.
  • the movements of a robot arm are not suitable for the separation of pipe sections, or for a circular movement around the pipe.
  • the present invention has for its object to find a solution with a quick and easy separation of pipe sections is achieved by a continuously produced pipe.
  • a closed dividing line is formed around the section axis along the circumference of the pipe. formed, which is spaced by a section length from the free end of the tube.
  • a laser beam supplied by a laser scanning device is guided at least once around the entire circumference of the resulting pipe and thereby transversely to the section axis
  • Dividing line is directed, wherein a substantially focused contact area of the laser beam in the resulting tube in the continuous with the resulting tube dividing plane is completely guided along the closed parting line and thereby the pipe section is separated from the resulting tube.
  • a laser beam generated by a laser scanning device is guided at least once along the entire circumference of a first circularly closed around the section axis optical element, the laser beam along the entire circumference of the first annularly closed optical element always transverse to Section axis is deflected to the dividing line.
  • At least one rotatably mounted optical deflecting element is rotated about the section axis in the region of the dividing plane continuously advanced with the resulting tube, and the laser beam is deflected at least over partial regions of this rotating optical deflecting element to the dividing line transversely to the section axis.
  • a rotating optical deflection element preferably a flat mirror surface is used. It goes without saying that a focusing rotating deflection element, in particular a concave mirror surface can be used.
  • the rotating optical deflecting element can be arranged inside or outside the resulting tube.
  • the rotating optical deflecting element can be moved in the direction of the section axis or the laser beam impinging on the rotating optical deflecting element changes the orientation and / or position relative to the rotating optical Deflection element so that in combination with the rotational movement of the deflection element, the desired movement of the focused contact region of the laser beam is ensured along the parting line.
  • the focusing device is designed such that it always adapts the focal length in all variants to the corresponding beam length up to the dividing line.
  • strip-shaped flat material is fed continuously at a feed speed, transversely formed to the belt axis in a closed mold and formed with the welding of a longitudinal seam to a nem emerging pipe.
  • tube sections are separated, wherein a pipe section to be separated extends over a section length along a section axis, when separating a closed dividing line is formed around the section axis along the circumference of the pipe and the dividing line is in a continuous with the resulting tube dividing plane, which is a Section length is spaced from the free end of the pipe.
  • a laser beam generated by a laser scanning device is guided and focused so that a substantially focused contact area of the laser beam in the resulting tube moves completely along the closed dividing line, while the pipe section is separated from the resulting tube.
  • Different processing optics can be used for material processing with laser beams. They all use optical elements in the form of lenses and / or mirrors to focus the laser beam.
  • optical elements for the beam guidance and transparent optical elements can be used in which the beam direction is changed due to the refraction on the surfaces of the elements. These elements include elements with plane-parallel surfaces and prisms with surfaces that run at certain angles to each other.
  • further tasks have to be solved for successful material processing. For cutting it is common that additives are supplied.
  • Opti- cal elements that overheat during material processing must be cooled. This also applies, for example, to highly reflective mirrors which absorb between 0.5 and 2% of the laser power.
  • protective devices in particular with gas streams, dirt and dust are kept away from the optical elements.
  • the type of polarization of the laser light can be optimized for the respective application.
  • linearly polarized laser be advantageously used, wherein the polarization direction preferably coincides with the cutting direction.
  • the laser beam melts the material continuously and the melt is usually blown out of the kerf by a gas flow.
  • Flame cutting is a standard method of cutting steel using oxygen as a cutting gas.
  • nitrogen is usually used as the cutting gas, but argon is used in the processing of titanium.
  • Compressed air can also be used to cut thin sheets, which is advantageous due to the lower costs. Compressed air at 5 to 6 bar is enough to blow the melt out of the kerf. Because the air must be dried and de-oiled prior to compression, the cost advantage relative to nitrogen.
  • the suction of the melt can also be provided by arranging a suction device in the region of the parting line.
  • the blowing and sucking can also be used in combination.
  • the laser should evaporate the material with as little melt as possible, which can be achieved with high laser powers and smaller cutting speeds. Frequently, a pulsed laser is used.
  • a plasma cloud of ionized metal vapor and ionized cutting gas forms in the kerf.
  • the plasma cloud causes more energy to enter the material. This allows higher cutting speeds.
  • the plasma cloud may not be up from the
  • Plasma-assisted fusion cutting is very advantageous for thin sheets because it enables very high cutting speeds. With a sheet thickness of 1 millimeter, a speed of 40 meters per minute can be achieved.
  • the degree of absorption depends on laser wavelength, the laser polarization, the angle of incidence of the laser beam, the tube material, the temperature, as well as the geometry and the nature of the surface. The higher the degree of absorption, the more energy is available for processing.
  • the thermal conductivity of the pipe material influences the machining process, the lower it is, the better the processing can be done with lower energy.
  • the power density corresponds to the power applied per area.
  • the power density and the exposure time determine which energy per surface is introduced into the machined material.
  • the power density can be controlled via the laser power and the focusing.
  • the exposure time can be adjusted by pulsed lasers over the pulse duration and in the moving state via the feed rate. For cutting power densities from 10 kW / mm 2 and exposure times in the range of milliseconds can be used.
  • the laser beam should hit the surface to be processed in such a way that the energy required for cutting is absorbed.
  • the size of the depth of field also has an influence on the cutting process.
  • the depth of field defines an extent in the direction of the laser axis within which the beam cross-section is widened to twice the focus area. If a jet passes flat on the material to be processed, the depth of field may not extend too far into the material to make a cut through the material.
  • a closed dividing line is formed around the section axis along the circumference of the pipe, wherein the parting line preferably lies in a parting plane which is continuously advanced with the resulting pipe and perpendicular to the section axis.
  • the laser beam is aligned with the tube axis and between the parting plane and the axis of the impinging on the tube beam section is an angle which is less than 45 °, preferably less than 30 ° and in particular is less than 15 °.
  • the first annularly closed optical element extends in a circle around the section axis, and a surface extending in longitudinal planes through the section axis to the section axis inclined, in particular conical or concave and the laser scanning device is aligned substantially in the direction of the section axis on the resulting tube, wherein the focusing effect of the first annularly closed optical element and the focus configuration of the received on the first optical element Ensuring the beam necessary for the cutting focus on the contact area.
  • the laser scanning device is arranged stationary and when separating the alignment of the laser beam on the continuously advanced dividing line achieved in that the position of the laser beam on the portion directly in front of the first annularly closed optical element relative to the section axis during movement of the laser beam is changed along the circumference of the first annularly closed optical element.
  • the position of the laser beam is matched to the deflection characteristic of the first optical element, the position of the impact position along the circumference of the first, annularly closed optical element and the feed rate of the resulting tube, which are dependent on the radial impact position of the laser beam on the first annularly closed optical element.
  • the laser scanning device comprises at least one movable mirror and in particular an adjustable focusing element.
  • the first annularly closed optical element is arranged around the resulting tube and therefore the laser beam is directed from the outside of the resulting tube forth on the dividing line.
  • the position of the first optical element must always be maintained very accurately during operation, so that the dividing line is executed correctly. This exact position can be ensured more easily with a first optical element arranged on the outside of the tube than with a first optical element arranged inside the tube, which element would have to be held over a large distance from the feed side of the strip material.
  • a further advantage of the first optical element arranged on the outside is that due to the deflection of the laser beam in one direction with a portion radially inward, the beam is slightly focused in its extension tangentially to the parting line.
  • the deflection to the outside would lead to slight defocusing, which means that the supplied beam would have to be more focused, thus the desired focus would be achieved with the tube.
  • the space remains free for a dispenser for dispensing separated tube sections.
  • a dispenser can hold the pipe section during the cutting process and, if necessary, ensure that the pipe section is acted on by a force in the direction of the pipe advance. After complete separation, the dispenser can ensure, with a tilting motion, that the tube section is removed without contact with the exteriorly disposed first optical element.
  • the laser scanning device comprises a transverse to the section axis outwardly deflecting optical element which is rotatably mounted about the section axis and of which the laser beam in an adjustable Distance is directed to the section axis substantially parallel to the section axis on the first annularly closed optical element.
  • the outwardly deflecting optical element is formed, for example, as a laser-breaking element with two plane-parallel surfaces. If this preferably cylindrical element leads away from the section axis at an adjustable angle, then a laser beam aligned along the section axis can enter the deflecting optical element through one of the plane-parallel surfaces and emerge again from the section axis through the other of the plane-parallel surfaces. In this case, the exiting beam is continued parallel to the incoming beam.
  • the distance between these two beam sections depends on the distance between the two plane-parallel surfaces of the deflecting optical element and the angle between the section axis and the plane-parallel surfaces. It goes without saying that the deflecting optical element, for example, can also be formed from two interacting prisms with an adjustable distance.
  • Another simple entrainment of the laser cutting point in the axial direction with the tube movement can be achieved if another annularly closed used optical element and a laser beam generated by the laser scanning device is guided at least once along the entire circumference of the first and the further annularly closed optical element, wherein the beam is guided via the further annularly closed optical element to the first annularly closed optical element ,
  • the construction of the first and the further optical element is particularly simple if the beam from the laser scanning device passes radially outward to the further optical element substantially perpendicular to the section axis. It would be possible for a laser beam rotating about the section axis to be deflected from a static, rotationally symmetric element to the further optical element, whereby the laser beam would be somewhat defocused at least in the beam extension perpendicular to the section axis due to a convex portion of the convex deflection surface.
  • a planar or possibly concave optical element rotating around the section axis and deflecting radially outwards is used.
  • This rotating element can be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism.
  • the laser beam is directed coaxially to the section axis on the radially outwardly deflecting optical element.
  • the first and the further annularly closed optical element are both preferably each designed as conical mirrors with opening angles of 45 °.
  • the rotating optical element of the laser scanning device is also designed to be displaceable along the section axis.
  • the entrainment of the laser cutting point in the axial direction with the tube movement can also be achieved by a movement of the first optical element.
  • the laser scanning device can be arranged stationary. When separating the alignment of the laser beam is achieved on the continuously advanced dividing line, that the first annularly closed optical element is moved during separation with the resulting tube. If necessary, the alignment of the laser beam must also be adjusted.
  • focusing elements such as lenses and concave mirrors can be arranged at different locations and formed differently.
  • an annular focusing element is optionally used, which also the plane in planes with the section axis (ie perpendicular for tangential focusing).
  • the first optical element is formed by a mirror, the focusing in planes with the section axis can be ensured by a corresponding curvature of the mirror in sections with these planes.
  • the focusing in the planes with the section axis is achieved by an annular lens, which is preferably arranged between the first optical element and the tube. Because the focusing achievable by the first optical element is directed not tangentially to the pipe surface but to the section axis, the laser beam emerging from the laser scanning device is preferably already slightly focused in order to ensure a focus on the pipe surface at the end of the beam guidance.
  • the present invention is not limited to the separation of pipe sections of a circular cross-section pipe. If the tube has a different cross-section, for example an oval or optionally a substantially rectangular cross-section, then the first ring-shaped closed around the section axis optical element is formed accordingly and adapted the leadership of the laser beam to the first optical element on the geometry thereof. It is a major advantage of the new and innovative solution that now pipes with any Cross sections can be edited. When changing from one cross-sectional size and shape to another, at least the first optical element must be replaced. In addition, the control of the laser scanning device must be adapted. In the case of solutions with a further annular optical element and / or an optical element deflecting outwards transversely to the section axis and / or with annular focusing elements, at least one of these elements may also have to be exchanged.
  • a further annular optical element and / or an optical element deflecting outwards transversely to the section axis and / or with annular focusing elements at least one of these elements
  • the solution according to the invention for separating pipe sections from the pipe continuously produced by means of a longitudinal weld seam can be used particularly advantageously for the production of can jackets, because their wall thickness is so small that laser cutting is particularly efficient. If the strip material is provided with a decorative film and / or an inner film, then the film can be separated directly on separation of the jacket sections together with the stability-giving part of the tube or of the jacket strip. This can be dispensed with a separate separation of thin film pieces.
  • a laser beam generated by a laser scanning device is guided along the circumference of an optical element annularly closed around the section axis and thereby deflected transversely to the section axis onto the parting line, only the area to which the laser beam strikes is required for the deflection. It is therefore possible to use an optical deflecting element with a substantially smaller deflecting surface, wherein this smaller deflecting surface has to be rotated about the section axis such that the laser beam always strikes the rotating deflecting surface.
  • the smaller element can be formed so that the laser beam maintains a rotationally symmetrical focusing during the deflection.
  • plane or optionally beam-centered concave mirrors are used.
  • At least one rotatably mounted, rotationally symmetrically deflecting optical deflecting element is rotated about the section axis in the region of the dividing plane continuously advanced with the resulting tube, and the laser beam is deflected at least over partial regions of this rotating optical deflecting element to the dividing line transversely to the section axis.
  • the rotating optical deflecting element can be moved in the direction of the section axis.
  • the deflection surface of the rotating optical deflection element can be made sufficiently large radially to the section axis, so that the movement of the focused contact region of the laser beam with the separation plane by a movement of the laser beam on the deflection surface of the rotating optical deflection element can be achieved with a radial movement component to the section axis.
  • the entire movement of the laser beam impinging on the deflection surface is composed of a portion of a movement about the section axis and a portion radial to the section axis.
  • the inventive embodiments make it possible to carry the focused contact region of the laser beam in the resulting tube in the continuous with the resulting tube dividing plane and the rotation of the focused contact area around the tube. If parts of the separating device used for this purpose have to be accelerated, they are designed with the smallest possible mass, so that the acceleration forces remain small. In the circumferential direction can be dispensed with an acceleration of mass, when the at least one optical element, which deflects the laser beam supplied by a laser scanning device transversely to the section axis on the dividing line, immovable or rotating at a constant rotational speed about the section axis is used.
  • the minimum acceleration forces are particularly easy to achieve when the laser beam is supplied to the laser scanning device from the open leading end side of the resulting tube, preferably coaxially or at an acute angle to the section axis.
  • the laser scanning device does not have to be moved in the direction of the section axis.
  • a free space is provided at least temporarily and at least in one direction radially to the section axis, through which the pipe section can be led away.
  • FIG. 1 is a perspective view of the tube during the expansion and separation of pipe sections
  • Fig. 2 is an end view of the tube when closing, welding and widening
  • Fig. 3 is a perspective view of a widening element for expanding the
  • FIG. 4a shows a schematic longitudinal section through the laser cutting device with a concave first annular optical element
  • FIG. 4b shows a schematic longitudinal section through the laser cutting device with a convex first annular optical element
  • FIG. 5 shows a schematic longitudinal section through the laser cutting device with a concave first annular optical element and with a rotatable and pivotable outwardly deflecting optical element
  • Fig. 6 is a schematic longitudinal section through the laser cutting device with two annular conical mirrors and a order 7 shows a schematic longitudinal section through a laser cutting device with three flat mirrors rotating about the cutting axis, one of which is displaceable along the section axis
  • FIG. 8 shows a schematic longitudinal section through a laser cutting device with three flat mirrors rotating about the cut-off axis, all of which are displaceable along the section axis
  • FIG. 9 shows a schematic longitudinal section through a laser cutting device with a flat mirror rotating around the section axis in the interior of the tube.
  • Figures 1 to 6 describe solutions for separating pipe sections which are particularly advantageous for providing can jackets for can making. With these solutions, it is possible to separate short pipe sections from the resulting pipe in short cutting cycles.
  • FIG. 1 to 3 show schematically how a flat pressed closed metal strip 1 is formed in a widening region 2 with a widening element 3 in the interior of the closed metal strip in a circular cross-section tube 4. From the resulting tube 4 pipe sections 5 are separated.
  • the widening element 3 is held by support rods 6, which are arranged in the two curved regions 7 of the flattened metal strip 1 and according to FIG. 2 from the widening element 3 to a holder 8 in a region extend, in which the band-shaped sheet 9 is not yet closed. It has been found that it is advantageous for the further processing if the radius of curvature of the curvature regions 7 is selected larger than shown in the drawing, so that the middle flat region extends over a shorter cross-sectional dimension than the two curvature regions 7 together. It is advantageous if all curvatures occurring in cross section have the greatest possible radii of curvature.
  • a sealing bead 10 is arranged on the flat material 9.
  • the flat material is converted into the flattened closed mold with rollers, not shown, and welded to the laser beam guided through a laser feed 11. Subsequently, if necessary, the sealing bead 10 is brought by means of a melting process on the inside of the longitudinal seam. Then the tube arrives
  • supply lines 12 can be arranged.
  • a supply line 12 is provided by a support rod 6 by way of example.
  • the feed lines 12 are used, for example, for actuating a dispensing device described with reference to FIG. 5 for dispensing severed pipe sections 5.
  • gas for the laser cutting is guided through such feed lines 12 into the tube interior.
  • a corresponding drive device is provided for a hydraulic or pneumatic actuation of the dispensing device.
  • FIG. 4 a shows an embodiment of the laser cutting device with a first annularly closed optical element 14 in the form of a mirror whose reflective surface is concave in the illustrated sectional plane.
  • the first optical element 14 is at the parting line 16 around the pipe section to be separated
  • the reflective surface is conical, in which case both an adapted beam guidance and an adapted focusing must be selected.
  • the first optical element could also be designed as a totally reflecting prism, for example in the form of an annular penetrant with curved entrance and exit surfaces in sectional planes which comprise the section axis. Even a combination of annular mirrors, prisms and lenses would be possible.
  • the dividing line 16 is shown obliquely to the section axis 15, because it is a representation of the formation of the dividing line on the advanced pipe 4.
  • the free end face 4a, 4b and 4c of the tube 4 is also shown in three positions, namely at the beginning 4a, in the middle 4b and at the end 4c of the cutting process.
  • a laser scanning device 18 is aligned substantially in the direction of the section axis 15 on the resulting tube 4 and can direct a laser beam 17 along the entire circumference of the first optical element 14 on this.
  • the focus area of a portion 17a of the laser beam 17 directed to the tube 4 is at the starting point 16a of the dividing line 16.
  • the laser beam 17 is directed by the laser scanning device 18 onto a starting area 14a of the first annularly closed optical element 14.
  • the starting region 14a is aligned and concavely curved such that the laser beam 17 strikes the starting point 16a of the parting line 16 after the deflection at the first optical element 14 with the desired focus.
  • the laser beam 17 is moved by the laser scanning device 18 about the section axis 15, wherein the angle between the section axis and the axis of the laser beam 17 is continuously increased.
  • the focus area of the tube 4 directed portion 17a of the laser beam 17 is at the central location 16b of the separation line 16, the laser beam 17 being deflected at a central area 14b of the first closed loop optical element 14.
  • the focus area of the portion 17a of the laser beam 17 directed to the tube 4 is at the terminal 16c of the separation line 16, the laser beam 17 being deflected at an end portion 14c of the first annularly closed optical element 14.
  • the laser beam 17 emanating from the laser scanning device 18 is shown as a beam with a parallel beam boundary. It goes without saying that preferably already the laser beam 17 will be somewhat focused at least in its extension tangential to the dividing line 16, so that the desired focus is given at the parting line 16. Because the length of the beam sections 17 and 17a varies along the dividing line 16, the focusing is preferably also continuously adjusted during the cutting process.
  • the curvature of the concave mirror surface of the first optical element 14 shown in FIG. 4 shows that the curvature is similar to a parabola. The stronger curvature in the areas which are closer to the tube, allows for differently oriented laser beams 17 both a desired focus as well as a steep alignments of the pipe 4 directed to the sections 17 a.
  • the focusing effect of the first annularly closed optical element 14 and the focus configuration of the laser beam reaching the first optical element 14 ensure the necessary focusing of the contact area at the parting line 16.
  • the parting line 16 lies in the parting plane. Between the dividing plane and the axis of the jet section 17a impinging on the tube, an angle is formed, which is always smaller than 45 °, preferably smaller than 30 ° and in particular smaller than 15 °, along the entire dividing line.
  • the first optical element is preferably cooled.
  • an annular gas feed 19 is assigned to the first optical element. From the gas supply 19 flows through a correspondingly shaped outlet opening 19a, the desired cutting gas, possibly compressed air, to the dividing line 16. If necessary, a negative pressure is generated in the interior of the pipe section 5 in order to lead away the molten material better.
  • the first optical element 14 can also be displaced in the direction of the section axis 15 in order to ensure entrainment with the pipe feed.
  • FIG. 4 b shows an embodiment in which the first annularly closed optical element 14 is formed by a conical mirror surface inside the tube 4.
  • a sectional plane is shown, which includes the section axis 15.
  • the laser beam 17 is deflected by the reflection at the conical mirror surface only to the starting point 16a of the parting line 16.
  • the focusing of the laser beam 17 is selected in this sectional plane so that the focus of the laser beam is at the starting point 16a.
  • suction device generates a negative pressure in the region of the parting line in order to better lead away the molten material.
  • the focusing of the laser beam is shown perpendicular to the above-mentioned sectional plane, or tangentially to the conical mirror surface. Because the conical mirror surface deflects defocusing in this beam extension, the supplied laser beam 17 must be more focused in this beam extension, so that the focus in this beam extension after the deflection is likewise at the starting point 16a of the parting line 16.
  • the laser scanning device 18 must therefore provide along with the beam guide along the annular mirror surface and a beam shape with different beam width and focusing in the two main directions of the beam cross-section, the main directions must be rotated when turning the beam, so that the larger extent upon impact of the laser beam 17th on the conical mirror surface to this is always aligned tangentially. It goes without saying that the mirror surface in the sectional plane could also be convex or concave, but then the formation of the laser beam 17 would have to be selected accordingly.
  • the laser scanning device 18 comprises a laser source 18a and an optical element 18b deflecting transversely to the section axis, which is rotatably mounted about the section axis 15 and the distance of the laser beam 17 from the section axis can adjust.
  • the outwardly deflecting optical element 18b is formed, for example, as a laser-breaking element with two plane-parallel surfaces 20. If now this element leads away from the section axis 15 at an adjustable angle 19, then a laser beam section 17b supplied along the section axis 15 can pass through one of the plane-parallel surfaces 20 enter the deflecting optical element 18b and spaced from the section axis 15 again through the other of the plane-parallel surfaces 20 exit. In this case, the exiting laser beam 17 is continued parallel to the entering laser beam section 17b.
  • the distance between these two beam sections depends on the distance between the two plane-parallel surfaces 20 of the deflecting optical element 18b and the angle 19 between the section axis 15 and the plane-parallel surfaces 20.
  • the deflecting optical element 18b for example, can also be formed from two interacting prisms with an adjustable distance, wherein the adjustment of the distance between the two prisms then replaces the adjustment of the angle 19.
  • the deflecting mirror surface may be formed spherical surface similar, so that the focusing effect of the mirror surface in the cross section of the laser beam is substantially equal in all directions.
  • a dispenser 21 for dispensing severed tube sections 5.
  • a dispenser 21 may hold the tube section 5 during the cutting operation and after complete separation, the dispenser may ensure with a tilting movement that the tube section is out of contact with the exterior arranged first optical element 14 is guided away.
  • the dispensing device 21 is arranged on a mandrel 22 of the tube forming device and comprises a holding part 23, a pivot connection 24 and an actuating element 25.
  • the actuating element is designed as a movable in the direction of the section axis 15 piston, which on a guide 26 of the holding part 23rd is fixed so that, together with the pivotal connection, the desired tilting movement of the holding part 23 can be achieved.
  • a flexible compressed air supply 27 and in the holding part 23, an annular outlet nozzle 28 is formed.
  • the exiting through the outlet nozzle 28 air acts on the pipe section 5 with a force in the feed direction, which can be used against the end of the formation of the cutting line and the dispensing of the pipe section 5 advantageous.
  • the holding member 23 is tilted with the free end down. So that the resulting Pipe 4 is also present on the tilted holding member 23 is nowhere, a recess 23 a is provided in the holding part 23.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the first optical element 14 comprises a conical mirror surface 29. Because now the deflection on the first optical element 14 in planes with the section axis 15 does not focus, a laser beam is used, which is already focused in these planes, which is represented by the converging lateral beam boundaries. With a schematically illustrated lens element 30, an additional focusing can be achieved in the planes with the section axis 15, which is preferably chosen to be tangential to the parting line in accordance with the focusing. If, therefore, the focusing is substantially the same due to the radially inwardly deflecting conical mirror surface 29 and the lens element 30, a rotationally symmetric laser beam 17 can be deflected into a rotationally symmetrical laser beam section 17a.
  • the laser beam 17 aligned parallel to the section axis 15 comes from a further annularly closed optical element 31, which preferably comprises a conical mirror surface 32. If the opening angles of the two mirror surfaces 29 and 32 are substantially 45 ° relative to the section axis 15 and the mirror surfaces 29 and 32 are aligned with one another, an axial displacement can take place with a beam section 17c which can be displaced radially in the direction of the section axis 15 and radially onto the further optical element 31 of the radially incident on the tube laser beam portion 17a can be achieved.
  • annularly closed prisms can be used, for example, in the form of an annular pentaprism, the inlet and outlet surfaces being aligned in section planes with the section axis 15 at an angle of 90 ° to one another.
  • the laser scanning device 18 comprises a planar or optionally concave optical element 33 which rotates radially outward about the section axis 15.
  • This rotating radially outwardly deflecting optical element 33 can be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism.
  • a supplied laser beam section 17b extends along the section axis 15 to the radially deflecting optical element 33.
  • the laser scanning device comprises both a feed device 34 with a guide 35 and a drive 36.
  • the feed of the feed device 34 be matched exactly to the feed of the tube 4.
  • a rotating device 37 with storage and drive is inserted between the advanceable part 38 and the radially deflecting optical element 33.
  • the radially deflecting optical element 33 comprises a mirror 33 a and a Spiegelhalte- tion 33 b, which is connected to the rotating part of the rotary device 37.
  • the supplied laser beam 17b is irradiated to it exactly during one revolution of the continuously rotating mirror 33a.
  • the mirror 33a is in the position A and the laser beam is guided via the deflection regions 31a and 14a of the two annular optical elements 31 and 14 to the starting point 16a on the parting line 16.
  • the mirror 33a is in the position B and the laser beam is guided via the deflection regions 31b and 14b of the two annular optical elements 31 and 14 to the middle point 16b on the parting line 16.
  • the mirror 33a is in the position C and the laser beam is guided on the parting line 16 via the deflection regions 31c and 14c of the two annular optical elements 31 and 14 to the terminal 16c.
  • the deflection of the radially outwardly leading laser beam 17c on the further annular optical element 31 in the extension of the beam tangent to the circumference of the further annular optical element 31 is only substantially parallel or only slightly defocused, if the radial beam section is in the shape of one of the section axis outgoing expanded beam has. Accordingly, the beam on a plane mirror 33a perpendicular to the section plane shown must have a narrow shape which widens with increasing distance from the section axis 15.
  • a beam-shaping optical element 39 for example a special lens arrangement, is fastened to the rotating part of the rotary device 37 together with the mirror 33a.
  • the two annular optical elements 14 and 31 are of symmetrical construction, it is easiest if the tangential beam focusing in the area of the mirror 33a corresponds to the desired focusing in the region of the dividing line.
  • the desired configuration of the radial beam section may optionally also be achieved by that the mirror 33 is not formed flat but with a concave and convex portion, convex over the section axis and concave underneath.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which at least one rotatably mounted optical deflecting element 40 is rotated about the section axis 15 in the area of the dividing plane continuously advanced with the resulting tube 4, and the laser beam 17 over portions of this rotating optical deflecting element 40 transverse to the section axis 15 on the dividing line 16 is diverted.
  • the rotating optical deflection element 40 is preferably designed as a plane mirror surface, but optionally as a prism, for example as a pentaprism, and arranged on a rotating device 41.
  • the rotating device 41 is connected via a pivot bearing 42 and a drive device 43 with a frame part 44.
  • the drive device 43 drives the rotary device 41 via a drive transmission 45.
  • the laser scanning device 18 generates a radially outwardly leading around the section axis 15 rotating laser beam portion 17c and includes one to the
  • Section section 15 rotating radially outwardly deflecting optical element 33 This rotating radially outwardly deflecting optical element 33 may be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism. From the laser source 18a, a supplied laser beam section 17b extends along the section axis 15 to the radially deflecting optical element 33.
  • the laser scanning device comprises a feed device 34 with a guide 35 and a drive 36.
  • the feed of the feed device 34 be matched exactly to the feed of the tube 4.
  • a rotating device 37 is inserted between the advancing part 38 and the radially deflecting optical element 33.
  • the radially deflecting optical element 33 includes a mirror 33 a and a mirror mount 33 b connected to the rotating part of the rotary device 37.
  • a further rotatably mounted optical deflection element 40 is arranged and the laser beam section 17c is deflected over partial areas of this rotating optical deflection element 40 parallel to the section axis 15 to the rotatably mounted optical deflection element 40 at the parting plane.
  • the further rotating optical deflecting element 40 is also arranged on a further rotating device 41, which is connected to the frame part 44 via a further rotary bearing 42 and the drive device 43.
  • the drive device 43 drives the rotary device 41 via the drive transmission 45.
  • the two rotatably mounted optical deflection elements 40 are rotated synchronously about the section axis.
  • a rotary coupling 46 transmits the rotation of the further rotary device 41 to the radially deflecting optical element 33 or to the mirror mount 33b.
  • the rotational coupling 46 is ensured, for example, by means of a form-fitting engagement in the circumferential direction but displaceable in the axial direction.
  • the two rotating devices 41 are arranged fixed in the direction of the section axis. Therefore, only acceleration forces for the axial movement of the radially deflecting opti- see element 33 is necessary. Because this can be built very easily, it is small forces.
  • the rotating parts are rotated at a constant speed.
  • the supplied laser beam 17b is irradiated to it exactly during one revolution of the continuously rotating mirror 33a.
  • the mirror 33a is in the position A and the laser beam 17 is guided over the deflection regions 40a of the two rotating optical deflection elements 40 to the starting point 16a on the parting line 16.
  • the mirror 33a is in the position C and the laser beam 17 is guided via the deflection regions 40c to the end point 16c on the parting line 16.
  • the beam is already focused at the exit from the laser source 18a, which is associated with an undesirably large focal length.
  • a focusing device 48 which is drawn in the rotary device 37, can also be arranged on one of the rotating devices 41 or also on the mirror holder 33b in the laser beam and then the laser beam between the laser source 18a and the focusing lens is designed as a parallel steel.
  • the Focusing device 48 adjusts the beam focus required at the parting line 16 in each case in accordance with the changing length of the laser beam 17 from the focusing device to the parting line.
  • the free end faces 4a, 4b and 4c of the resulting tube 4 are shown in three positions, namely at the beginning 4a, in the middle 4b and at the end 4c of the cutting process.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which two rotatably mounted optical deflection elements 40 are arranged together with a radially outwardly deflecting optical element 33 in a closed housing 47.
  • the rotational mounting for the rotation of these optical elements 40, 33 about the section axis 15 is formed as part of the laser scanning device 18.
  • the laser scanning device 18 includes a feed device 34 with a guide 35 and a drive 36. At Cutting the feed of the feed device 34 must be matched exactly to the feed of the tube 4.
  • a rotating device 37 is inserted between the advancing part 38 and the radially deflecting optical element 33.
  • the radially deflecting optical element 33 comprises a mirror 33 a and is connected via the housing 47 with the rotating part of the rotary device 37.
  • a drive device 43 drives the housing 47 via a drive transmission 45.
  • the drive transmission 45 comprises, for example, two sprockets 45a which are displaceable relative to one another in the axial direction, one of which is connected to the drive shaft 45b and the other to the housing 47.
  • An optical deflecting element 40 moves about the section axis 15 in the region of the separating plane which is continuously advanced with the resulting tube 4, so that the laser beam 17 is deflected transversely to the section axis 15 onto the dividing line 16 via this rotating optical deflecting element 40.
  • the rotating optical deflection element 40 is preferably formed as a plane mirror surface, but optionally as a prism, for example as a pentaprism.
  • the focus area of a section 17a of the laser beam 17 directed onto the pipe 4 lies at the starting point 16a of the dividing line 16 and at the end of the cutting process at the terminal 16c.
  • the laser scanning device 18 generates with the outwardly deflecting optical element 33 a radially outwardly leading to the section axis 15 rotating laser beam section 17c.
  • This rotating radially outwardly deflecting optical element 33 can be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism.
  • a supplied laser beam section 17b extends along the section axis 15 to the radially deflecting optical element 33 and from there via the two deflection elements 40 to the tube 4.
  • the laser beam 17 is not focused at the exit from the laser source 18a.
  • a focusing device 48 for example a lens, can be arranged at an optimum position in the housing 47 and then the laser beam is formed between the laser source 18a and the focusing lens as parallel steel and then focused.
  • the length of the laser beam 17 does not change from the focusing device to the parting line 16, so that no adjustment of the position of the focus is necessary.
  • the free end faces 4a, 4b and 4c of the resulting tube 4 are shown in three positions, namely at the beginning 4a, in the middle 4b and at the end 4c of the cutting process.
  • gas can be supplied to the cutting area to blow molten material from the kerf during laser cutting.
  • the gas passes for example via a feed 49 in the region of the laser source 18a into the interior of the housing 47.
  • an outlet nozzle 50 is inserted on the housing.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the rotatably mounted optical deflecting elements 40 are arranged inside the tube 4 in the region of the dividing plane which is continuously advanced with the resulting tube 4.
  • the rotary actuator is located in an inner part 51 and sets the deflecting element 40 via a shaft 52 in motion.
  • the laser beam 17 supplied by the laser scanning device 18 is blasted onto the latter at least during one revolution of the continuously rotating deflection element.
  • the alignment of the laser scan device 18 must be adjusted coordinated beam with the rotation of the deflecting element 40 are changed, so that the deflection for the points 16 a, 16 b and 16 c takes place at the areas 40 a, 40 b and 40 c.
  • the laser scanning device 18 does not only have to rotate the beam 17 about the section axis 15, but, additionally superimposed with this movement, must also move radially to the section axis.
  • the beam focus required at the parting line is set by the laser scanning device 18 in each case in accordance with the changing length of the laser beam 17.
  • a focusing device adjusts the beam focus required at the parting line in each case in accordance with the changing length of the laser beam from the focusing device to the parting line.

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Abstract

When severing pipe sections (5) from a pipe (4) that is continuously produced, a closed separating line (16) is formed around the section axis (15) along the pipe circumference, said axis being disposed by a section length from the free pipe end. In order to sever a pipe section (5), a laser beam (17) generated by a laser scanning device (18) is deflected along the entire circumference of the pipe (4) being produced to the separating line, always transversely to the section axis (15), such that a substantially focused contact region of the laser beam (17a) on the pipe (4) being produced is guided completely along the closed separating line (16) and, in the process, the pipe section (5) is severed from the pipe (4) being produced.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM HERSTELLEN VON ROHRABSCHNITTEN UNTER VERWENDUNG EINES DURCH EINE SCANEINRICHTUNG BEWEGBAREN LASERSTRAHLES METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING RAW-SCALE INTERFACES USING A LASER BEAM THROUGH A SCANNING DEVICE
ENTSPRECHENDER ROHRABSCHNITTCORRECTIVE RAW CUTTING
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 , auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 13 und auf Rohrabschnitte nach dem Oberbegriff des Anspruches 21.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1, to a device according to the preamble of claim 13 and to pipe sections according to the preamble of claim 21.
Beim Herstellen von metallischen Teilen mit einem in Umfangsrichtung geschlossenen Mantel kann ein flaches Bandmaterial kontinuierlich in die geschlossene Form umgeformt wer- den. Dazu werden die beiden seitlichen Ränder um eine Längsachse zusammengeführt und durch eine Schweissnaht miteinander verbunden. Vom entstehenden Rohrstück werden die gewünschten Rohrabschnitte bzw. Mantelabschnitte abgetrennt. Die Rohrabschnitte können als Rohrteile verwendet oder zu gewünschten Teilen weiterverarbeitet werden.When producing metallic parts with a circumferentially closed jacket, a flat strip material can be continuously formed into the closed mold. For this purpose, the two lateral edges are brought together around a longitudinal axis and connected to each other by a weld. From the resulting pipe section the desired pipe sections or shell sections are separated. The pipe sections can be used as pipe parts or further processed to desired parts.
Aus der WO 2006/074570 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Längsnaht als gestos- sene Naht an einem flachgedrückten entstehenden Rohr ausgebildet wird. Nach dem Ausbilden der Längsnaht wird das entstehende Rohr in einen runden Querschnitt aufgeweitet und es werden Rohrabschnitte abgetrennt. Zum Abtrennen wird im Innern des Rohres eine Stützkante bereitgestellt. Die Stützkante ist im Wesentlichen kreisförmig geschlossen, verläuft in einer Normalebene zur Längsachse des Rohres und liegt direkt an der Innenseite der Rohrwand an. Dieser Stützkante ist ein Schneidwerkzeug zugeordnet, welches beim Schneiden entlang der Stützkante gedreht wird, so dass sich ein Schneidbereich in Rohrumfangsrichtung einmal entlang des Rohrumfangs dreht und dabei einen Rohrabschnitt abtrennt. Während des Schneidvorganges bewegen sich die Stützkante und das Schneidelement mit dem Wandmaterial mit. Nach dem Schneidvorgang wird das Schneidelement, relativ zur Stützkante und zum Rohr in eine berührungsfreie Lage bewegt und in Richtung der Längsachse gegen die Bewegung des entstehenden Rohrs zurück zur Ausgangslage vor dem Schneidvorgang gebracht um an- schliessend einen weiteren Schneidvorgang durchzuführen. Das Schneidelement muss im richtigen Takt radial und axial bewegt werden. Die für diese beiden Bewegungen nötigen Antriebe müssen bei einer hohen Rohr-Vorschubgeschwindigkeit in axialer Richtung mit grossen Beschleunigungskräften bewegt werden, was mit einem grossen Aufwand verbunden ist. Rohrabschnitte, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt sind, können als Dosen-Mäntel für Dosen verwendet werden, wobei jeder Mantel eine Längs-Schweissnaht aufweist. Der Boden und/oder der obere Abschluss sind am Dosenmantel befestigt. Aus der WO2005/000498 A1 sind Ausführungsformen von Dosenkörpern bekannt, bei denen ein oberer Abschlussteil mittels Laserschweissen mit dem Dosenmantel verbunden wird.From WO 2006/074570 a method is known, in which the longitudinal seam is formed as a pressed seam on a flattened emerging pipe. After forming the longitudinal seam, the resulting tube is expanded into a round cross-section and it pipe sections are separated. For separating a support edge is provided inside the tube. The support edge is closed substantially circular, extending in a normal plane to the longitudinal axis of the tube and is located directly on the inside of the pipe wall. This support edge is associated with a cutting tool, which is rotated during cutting along the support edge, so that a cutting area in the tube circumferential direction once along the pipe circumference rotates, thereby separating a pipe section. During the cutting process, the supporting edge and the cutting element move with the wall material. After the cutting operation, the cutting element is moved relative to the support edge and the tube in a contact-free position and brought in the direction of the longitudinal axis against the movement of the resulting tube back to the starting position before the cutting operation to subsequently perform a further cutting operation. The cutting element must be moved radially and axially at the correct cycle. The necessary for these two movements drives must be moved at a high pipe feed speed in the axial direction with large acceleration forces, which is associated with great expense. Pipe sections made according to the method described above may be used as can jackets for cans, with each jacket having a longitudinal weld. The bottom and / or top are attached to the can jacket. From WO2005 / 000498 A1 embodiments of can bodies are known in which an upper end part is connected by means of laser welding to the can jacket.
Unter Dosenkörpern sollen alle Gefässe, insbesondere Aerosoldosen, Getränkedosen aber auch Tuben und gefässförmige Zwischenprodukte verstanden werden. Ein schnelles Schneidverfahren kann bei der Herstellung von Dosenmänteln besonders vorteilhaft eingesetzt werden, weil dort die Abschnitte relativ kurz sind und bei einer hohen Produktionsgeschwindigkeit nur kurze Schneidzyklen möglich sind.Can bodies are to be understood as meaning all vessels, in particular aerosol cans, beverage cans but also tubes and vessel-shaped intermediate products. A rapid cutting process can be used particularly advantageously in the production of can coats because there the sections are relatively short and only a short cutting cycles are possible at a high production speed.
Bei der Dosenherstellung ist es besonders vorteilhaft, wenn dünnes Blech eingesetzt werden kann, weil dadurch das pro Dose verbrauchte Material und damit auch die Kos- ten minimiert werden. Das mechanische Schneiden von besonders dünnen Blechen ist schwierig, weil der Abstand zwischen Stützkante und Schneidwerkzeug in einem äus- serst engen Toleranzbereich liegen muss. Wenn die Stützkante von der Zuführseite der Rohrherstellung her gehalten wird, also von dort wo das Rohr noch nicht geschlossen ist, so liegen zwischen der Stützkante und ihrer Befestigung lange Verbindungsteile, die zu Positionsungenauigkeiten führen können.In can production, it is particularly advantageous if thin sheet metal can be used, because this minimizes the material consumed per can and thus also the costs. The mechanical cutting of particularly thin sheets is difficult because the distance between the supporting edge and cutting tool must be within a very narrow tolerance range. If the supporting edge is held by the supply side of the pipe production, ie from where the pipe is not yet closed, so are between the support edge and its attachment long connecting parts, which can lead to position inaccuracies.
Wenn die Stützkante vom offenen Ende des entstehenden Rohres her gehalten wird, so muss sie von der offenen Seite her entgegen der Vorschubrichtung des Mantel-Bandes in den abzutrennenden Mantelabschnitt eingeführt und dort in der richtigen Position mit dem Rohr mitbewegt werden. Beim Schneidvorgang soll die Stützkante in einer mit der Position des Schneidwerkzeugs koordinierten Lage innen am Wandmaterial anliegen. Nach dem Schneiden muss der Rohrabschnitt von der Stützkante bzw. von dem Teil mit der Stützkante weggezogen und die Stützkante wieder ins Rohr eingeführt werden. Die Bewegungen der Stützkante müssen schnell und mit entsprechend grossen Beschleu- nigungskräften durchgeführt werden, damit die während des Abtrennens eines Abschnittes entstehende Rohrlänge kleiner ist als die Länge des abgetrennten Abschnitts.If the supporting edge is held by the open end of the resulting tube, it must be inserted from the open side opposite to the advancing direction of the sheath band in the jacket section to be separated and moved there in the correct position with the tube. During the cutting process, the supporting edge should bear against the wall material in a position coordinated with the position of the cutting tool. After cutting, the pipe section must be pulled away from the support edge or from the part with the support edge and the support edge must be reinserted into the pipe. The movements of the supporting edge must be carried out quickly and with correspondingly large acceleration forces, so that the pipe length formed during the separation of a section is smaller than the length of the separated section.
Ein schnelles Abtrennen ist wichtig, wenn die Rohrabschnitte beispielsweise für eine Dosenherstellung mit Produktionsdurchsätzen von 300 bis 600 Dosen pro Minuten ver- wendet werden sollen. Die bekannten mechanischen Trennverfahren sind aufwändig, weil relativ grosse Massen beschleunigt werden müssen und die Trennzyklen nicht noch weiter verkürzt werden können.Rapid separation is important if the pipe sections are to be used, for example, for can production with production throughputs of 300 to 600 cans per minute. The known mechanical separation processes are complex, because relatively large masses have to be accelerated and the separation cycles can not be shortened even further.
Im Bereich der Dosenherstellung sind Trennschritte bekannt, die unter Verwendung von Laserstrahlen durchgeführt werden. US 4 539 463 beschreibt beispielsweise das Abtrennen eines zum Formen benötigten Anschlussteiles eines Kunststoff-Behälters mit einem Laserstrahl. Der Kunststoffbehälter wird dabei in einer Halterung um die eigene Achse gedreht, so dass eine Umfangslinie am Laserstrahl-Austrittskopf vorbei bewegt wird. Der Dosenmantel besteht aus einem mehrschichtigen Kunststofflaminat, von dem der Laserstrahl alle Schichten durchtrennt. Die beschriebene Lösung eignet sich nur für das Abtrennen von Teilen einer einzelnen Dose. Die Drehhalterung und das Drehen während des Abtrennens ist nicht geeignet für das Abtrennen von Rohrabschnitten eines kontinuierlich entstehenden Rohres.In the field of can manufacturing, separation steps are known that are carried out using laser beams. US Pat. No. 4,539,463, for example, describes the separation of a connection part of a plastic container required for molding with a laser beam. The plastic container is rotated in a holder about its own axis, so that a circumferential line is moved past the laser beam exit head. The can jacket consists of a multilayer plastic laminate from which the laser beam cuts through all layers. The solution described is suitable only for the separation of parts of a single can. The rotary support and rotation during the separation is not suitable for the separation of pipe sections of a continuously formed pipe.
WO 2008/065063 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Beschneiden des offenen Dosenendes von Kunststoffdosen. Mehrere zu beschneidende Dosen werden in Halterungen eines Drehtellers eingesetzt. An einer Drehtellerposition ist dem zu beschneidenden Dosenende ein Scanlaser zugeordnet. Scann-Mittel ermöglichen die Führung des Laserstrahls entlang eines vorgegebenen Schneidweges. Beim Schneiden überstreicht der Laserstrahl eine Konusfläche mit einer Achse die auf der Achse der zu beschneidenden Dose liegt. Der bei der Schneidstelle relativ zur Dosenachse etwas nach aussen gerichtete Laserstrahl erzielt eine an die Ausrichtung der Konusfläche angepasste schräge Schnittstelle, die aufgrund des schmelzenden Kunststoffs kantenfrei bzw. abgerundet ausgeformt ist. Dieses Schneidverfahren ist auf in Halterungen eingesetzte fertige Dosen beschränkt, wobei nur das der Schneideinrichtung zugewandte freie Ende beschnitten werden kann und auch dort die Schneidfläche nicht im Wesentlichen radial, sondern konisch mit einem spitzen Winkel zur Dosenachse ausgerichtet ist.WO 2008/065063 A1 describes a device for trimming the open can end of plastic cans. Several cans to be trimmed are used in brackets of a turntable. At a turntable position, a scan laser is assigned to the can end to be trimmed. Scanning means allow the guidance of the laser beam along a predetermined cutting path. When cutting, the laser beam passes over a cone surface with an axis lying on the axis of the can to be trimmed. The at the cutting point relative to the can axis slightly outwardly directed laser beam achieves an adapted to the orientation of the conical surface oblique interface, which is formed edge-free or rounded due to the melting plastic. This cutting method is limited to used in holders finished cans, with only the cutter facing the free end can be cut and also there the cutting surface is not substantially radially, but is aligned conically with an acute angle to the can axis.
Aus dem Stande der Technik sind verschiedene Laser-Bearbeitungsvorrichtungen be- kannt. US 6 541 732 B2 beschreit eine Laser-Scanvorrichtung, bei welcher der Laserstrahl zum Ausbilden einer Bohrung mit zylindrischer Berandung in paralleler Ausrichtung auf einer Kreisbahn bewegt werden kann. WO 2007/079760 A1 beschreibt einen Scannerkopf, der an einem Roboterarm eine räumlich frei orientierbare Laserachse bereitstellt. DE 10 2005 033 605 A1 beschreibt die Optik eines Scanlasers mit einem um zwei Achsen kardanisch bewegbaren Scanner-Spiegeln. Um den Fokuspunkt in einem gewünschten Abstand zum Scannerspiegel einstellen zu können, ist eine verschiebbare - A -From the prior art, various laser processing devices are known. US Pat. No. 6,541,732 B2 describes a laser scanning device in which the laser beam can be moved on a circular path in parallel alignment to form a bore with a cylindrical boundary. WO 2007/079760 A1 describes a scanner head which provides a spatially freely orientable laser axis on a robot arm. DE 10 2005 033 605 A1 describes the optics of a scanning laser with a gimbal-type scanner mirror which can be moved about two axes. To be able to set the focal point at a desired distance to the scanner mirror is a displaceable - A -
Konkavlinse vorgesehen. Der Scannerlaser wird an einem Roboterarm befestigt und damit an die gewünschte Arbeitsstelle gebracht. US 6 355 907 B1 beschreibt eine Laser-Bohrvorrichtung bei der zur Bewegung der Strahlachse ein planparalleles transparentes Element, transparente Keilelemente und eine transparentes Dove Prisma einge- setzt werden. Durch die jeweils spezifische Ausrichtung solcher prismaförmiger Elemente kann die Achse des austretenden Strahls relativ zur Achse des eintretenden Laserstrahls parallel versetzt und nur wenig geneigt werden.Concave lens provided. The scanner laser is attached to a robot arm and thus brought to the desired job. US Pat. No. 6,355,907 B1 describes a laser drilling device in which a plane-parallel transparent element, transparent wedge elements and a transparent dove prism are used to move the beam axis. By each specific orientation of such prism-shaped elements, the axis of the outgoing beam relative to the axis of the incoming laser beam can be offset in parallel and only slightly inclined.
Aus der DE 198 44 760 A1 ist ein Laser-Schweisskopf zur Innenrohrschweissung be- kannt. Dieser Schweisskopf umfasst einen Umlenkspiegel, der einen parallel zur Rohrachse zugeführten Laserstrahl radial nach aussen umlenkt. Zum Schweissen im Innern eines Rohres wird der Schweisskopf in das Rohr eingeführt und an der gewünschten Stelle um seine Achse gedreht. Rollenlager mit einer Anpresseinrichtung gewährleisten eine konstante Fokuspositionierung. Dieser Bearbeitungskopf ist nicht geeignet zum Abtrennen von Rohrabschnitten an einem entstehenden Rohr, weil bei kurzen Trennzyklen grosse Beschleunigungskräfte aufgebracht werden müssten und die abgetrennten Rohrstücke nur mit weiteren grossen Bewegungen vom Schweisskopf genommen werden könnten.From DE 198 44 760 A1, a laser welding head for internal pipe welding is known. This welding head comprises a deflecting mirror which deflects a laser beam fed in parallel to the tube axis radially outward. For welding inside a pipe, the welding head is inserted into the pipe and turned around its axis at the desired location. Roller bearings with a pressing device ensure a constant focus positioning. This machining head is not suitable for separating pipe sections on an emerging pipe, because in short separation cycles large acceleration forces would have to be applied and the separated pipe sections could only be taken from the welding head with further large movements.
Die aus dem Stande der Technik bekannten Scann-Laser müssten mit einem Roboterarm um das entstehende Rohr bewegt werden, um im Abstand des gewünschten Rohrabschnittes mit einem zum Rohr möglichst radial ausgerichteten Laserstrahl einen Schnitt durchzuführen. Die Roboteranordnung ist für eine Bewegung um den Rohrumfang äusserst aufwändig. Zudem müsste die Schneidposition mit dem entstehenden Rohr mitgeführt werden. Die Bewegungen eines Roboterarms sind für das Abtrennen von Rohrabschnitten, bzw. für eine Kreisbewegung um das Rohr nicht geeignet.The known from the prior art scanning laser would have to be moved with a robot arm to the resulting tube to perform a cut at a distance of the desired pipe section with a laser beam as possible radially aligned laser beam. The robot assembly is extremely expensive to move around the pipe circumference. In addition, the cutting position would have to be carried along with the resulting tube. The movements of a robot arm are not suitable for the separation of pipe sections, or for a circular movement around the pipe.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden mit der ein schnelles und einfaches Abtrennen von Rohrabschnitten von einem kontinuierlich herge- stellten Rohr erzielt wird.The present invention has for its object to find a solution with a quick and easy separation of pipe sections is achieved by a continuously produced pipe.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. 13 bzw. 21 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte bzw. alternative Ausführungsformen.This object is solved by the features of claim 1 or 13 and 21, respectively. The dependent claims describe preferred or alternative embodiments.
Beim Abtrennen von Rohrabschnitten von einem kontinuierlich entstehenden Rohr wird eine geschlossene Trennlinie um die Abschnittsachse entlang des Rohrumfangs aus- gebildet, welche um eine Abschnittslänge vom freien Rohrende beabstandet ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde in einem erfinderischen Schritt erkannt, dass zum Abtrennen des vorstehenden Rohrabschnitts ein von einer Laser- Scaneinrichtung zugeführter Laserstrahl zumindest einmal um den gesamten Umfang des entstehenden Rohrs geführt wird und dabei quer zur Abschnittsachse auf dieWhen separating pipe sections from a continuously formed pipe, a closed dividing line is formed around the section axis along the circumference of the pipe. formed, which is spaced by a section length from the free end of the tube. In the context of the present invention, it has been recognized in an inventive step that for separating the projecting pipe section, a laser beam supplied by a laser scanning device is guided at least once around the entire circumference of the resulting pipe and thereby transversely to the section axis
Trennlinie gerichtet ist, wobei ein im Wesentlichen fokussierter Kontaktbereich des Laserstrahls beim entstehenden Rohr in der mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene vollständig entlang der geschlossenen Trennlinie geführt wird und dabei der Rohrabschnitt vom entstehenden Rohr abgetrennt wird.Dividing line is directed, wherein a substantially focused contact area of the laser beam in the resulting tube in the continuous with the resulting tube dividing plane is completely guided along the closed parting line and thereby the pipe section is separated from the resulting tube.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsvariante wird zum Abtrennen eines Rohrabschnittes ein von einer Laser-Scaneinrichtung erzeugter Laserstrahl zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs eines ersten um die Abschnittsachse ringförmig geschlossenen optischen Elements geführt, wobei der Laserstrahl entlang des gesamten Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes immer quer zur Abschnittsachse auf die Trennlinie umgelenkt wird.According to a preferred embodiment, for separating a pipe section, a laser beam generated by a laser scanning device is guided at least once along the entire circumference of a first circularly closed around the section axis optical element, the laser beam along the entire circumference of the first annularly closed optical element always transverse to Section axis is deflected to the dividing line.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird mindestens ein drehbar gelagertes optisches Umlenkelement im Bereich der mit dem entstehenden Rohr konti- nuierlich vorgeschobenen Trennebene um die Abschnittsachse gedreht und der Laserstrahl zumindest über Teilbereiche dieses drehenden optischen Umlenkelements quer zur Abschnittsachse auf die Trennlinie umgelenkt. Als drehendes optisches Umlenkelement wird vorzugsweise eine ebene Spiegelfläche verwendet. Es versteht sich von selbst, dass auch ein fokussierendes drehendes Umlenkelement, insbesondere eine konkave Spiegelfläche eingesetzt werden kann.According to a further preferred embodiment variant, at least one rotatably mounted optical deflecting element is rotated about the section axis in the region of the dividing plane continuously advanced with the resulting tube, and the laser beam is deflected at least over partial regions of this rotating optical deflecting element to the dividing line transversely to the section axis. As a rotating optical deflection element preferably a flat mirror surface is used. It goes without saying that a focusing rotating deflection element, in particular a concave mirror surface can be used.
Das drehende optische Umlenkelement kann innerhalb oder ausserhalb des entstehenden Rohres angeordnet werden. Um den fokussierten Kontaktbereich des Laserstrahls in der mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene mitzu- bewegen, kann das drehende optische Umlenkelement in Richtung der Abschnittsachse bewegt werden oder der auf das drehende optische Umlenkelement treffende Laserstrahl ändert die Ausrichtung und/oder Lage relativ zum drehenden optischen Umlenkelement so, dass in Kombination mit der Drehbewegung des Umlenkelements die gewünschte Bewegung des fokussierten Kontaktbereichs des Laserstrahls entlang der Trennlinie gewährleistet ist. Weil sich bei der Bewegung des fokussierten Kontaktbereichs des Laserstrahls entlang der Trennlinie die Länge des Laserstrahls von einer Fokussiereinrichtung bis zur Trennlinie ändert, wird die Fokussiereinrichtung so ausgebildet, dass sie die Fokusslänge bei allen Ausführungsvarianten immer an die entsprechende Strahllänge bis zur Trennlinie anpasst.The rotating optical deflecting element can be arranged inside or outside the resulting tube. In order to move the focused contact area of the laser beam in the parting plane continuously advanced with the resulting tube, the rotating optical deflecting element can be moved in the direction of the section axis or the laser beam impinging on the rotating optical deflecting element changes the orientation and / or position relative to the rotating optical Deflection element so that in combination with the rotational movement of the deflection element, the desired movement of the focused contact region of the laser beam is ensured along the parting line. Because the length of the laser beam changes from a focusing device to the separating line during the movement of the focused contact region of the laser beam along the dividing line, the focusing device is designed such that it always adapts the focal length in all variants to the corresponding beam length up to the dividing line.
Beim erfinderischen Herstellen von Rohrabschnitten wird bandförmiges Flachmaterial mit einer Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich vorgeschoben, quer zur Bandachse in eine geschlossene Form umgeformt und mit dem Schweissen einer Längsnaht zu ei- nem entstehenden Rohr gebildet. Am freien Rohrende werden Rohrabschnitte abgetrennt, wobei sich ein abzutrennender Rohrabschnitt über eine Abschnittslänge entlang einer Abschnittsachse erstreckt, beim Abtrennen eine geschlossene Trennlinie um die Abschnittsachse entlang des Rohrumfangs ausgebildet wird und die Trennlinie in einer mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene liegt, die um eine Abschnittslänge vom freien Rohrende beabstandet ist. Zum Abtrennen wird ein von einer Laser-Scaneinrichtung erzeugter Laserstrahl so geführt und fokussiert, dass sich ein im Wesentlichen fokussierter Kontaktbereich des Laserstrahls beim entstehenden Rohr vollständig entlang der geschlossenen Trennlinie bewegt und dabei der Rohrabschnitt vom entstehenden Rohr abgetrennt wird.In the inventive production of pipe sections strip-shaped flat material is fed continuously at a feed speed, transversely formed to the belt axis in a closed mold and formed with the welding of a longitudinal seam to a nem emerging pipe. At the free end of the tube, tube sections are separated, wherein a pipe section to be separated extends over a section length along a section axis, when separating a closed dividing line is formed around the section axis along the circumference of the pipe and the dividing line is in a continuous with the resulting tube dividing plane, which is a Section length is spaced from the free end of the pipe. For separating a laser beam generated by a laser scanning device is guided and focused so that a substantially focused contact area of the laser beam in the resulting tube moves completely along the closed dividing line, while the pipe section is separated from the resulting tube.
Für die Materialbearbeitung mit Laserstrahlen können verschiedene Bearbeitungsoptiken eingesetzt werden. Sie alle nutzen optische Elemente in der Form von Linsen und/oder Spiegeln, um den Laserstrahl zu fokussieren. Für die Strahlführung können auch transparente optische Elemente eingesetzt werden, bei denen die Strahlrichtung aufgrund der Brechung an den Oberflächen der Elemente geändert wird. Zu diesen Elementen gehören Elemente mit planparallelen Oberflächen sowie Prismen mit Oberflächen, die unter bestimmten Winkeln zueinander verlaufen. Nebst der Strahlführung und dem Fokussieren sind für die erfolgreiche Materialbearbeitung noch weitere Aufgaben zu lösen. Zum Schneiden ist es gängig, dass Zusatzstoffe zugeführt werden. Opti- sehe Elemente, die sich bei der Materialbearbeitung zu stark erwärmen, müssen gekühlt werden. Dies gilt beispielsweise auch für hochreflektierende Spiegel, die zwischen 0.5 und 2% der Laserleistung absorbieren. Mit Schutzvorrichtungen, insbesondere mit Gasströmen, werden Schmutz und Staub von den optischen Elementen ferngehalten. Mit Sensoren werden gegebenenfalls wichtige Prozessparameter überwacht. Die Art der Polarisierung des Laserlichtes kann für die jeweilige Anwendung optimiert werden. Bei Anwendungen mit nur einer Bearbeitungsrichtung kann linear polarisiertes Laser- licht vorteilhaft eingesetzt werden, wobei die Polarisationsrichtung vorzugsweise mit der Schnittrichtung übereinstimmt.Different processing optics can be used for material processing with laser beams. They all use optical elements in the form of lenses and / or mirrors to focus the laser beam. For the beam guidance and transparent optical elements can be used in which the beam direction is changed due to the refraction on the surfaces of the elements. These elements include elements with plane-parallel surfaces and prisms with surfaces that run at certain angles to each other. In addition to beam guidance and focusing, further tasks have to be solved for successful material processing. For cutting it is common that additives are supplied. Opti- cal elements that overheat during material processing must be cooled. This also applies, for example, to highly reflective mirrors which absorb between 0.5 and 2% of the laser power. With protective devices, in particular with gas streams, dirt and dust are kept away from the optical elements. If necessary, important process parameters are monitored with sensors. The type of polarization of the laser light can be optimized for the respective application. For applications with only one machining direction, linearly polarized laser be advantageously used, wherein the polarization direction preferably coincides with the cutting direction.
Beim Laser-Schneiden schmilzt der Laserstrahl das Material fortlaufend auf und die Schmelze wird meist von einem Gasstrom aus der Schnittfuge geblasen. Von den bekannten Schneidverfahren kann jeweils das am meisten geeignete eingesetzt werden. Brennschneiden ist ein Standardverfahren zum Schneiden von Stahl, wobei Sauerstoff als Schneidgas eingesetzt wird. Beim Schmelzschneiden wird als Schneidgas meist Stickstoff - bei der Bearbeitung von Titan aber Argon - eingesetzt. Zum Schneiden dün- ner Bleche kann auch Druckluft eingesetzt werden, was aufgrund der tieferen Kosten vorteilhaft ist. Druckluft mit 5 bis 6 bar genügt, um die Schmelze aus dem Schnittspalt zu blasen. Weil die Luft vor dem Komprimieren getrocknet und entölt werden muss, relativiert sich der Kostenvorteil gegenüber Stickstoff. Mit 5 Kilowatt Laserleistung und 6 bar Luftdruck lässt sich bereits Blech mit einer Dicke von 2 Millimeter gratfrei schnei- den. Es versteht sich von selbst, dass anstelle des Ausblasens der Schmelze auch das Absaugen der Schmelze vorgesehen werden kann, indem im Bereich der Trennlinie eine Absaugeinrichtung angeordnet wird. Das Blasen und Saugen kann auch kombiniert eingesetzt werden. Beim Sublimierschneiden soll der Laser das Material möglichst schmelzarm verdampfen, was mit hohen Laserleistungen und kleineren Schneidge- schwindigkeiten erzielt werden kann. Häufig wird dazu ein gepulster Laser eingesetzt.During laser cutting, the laser beam melts the material continuously and the melt is usually blown out of the kerf by a gas flow. Of the known cutting methods, the most suitable one can be used in each case. Flame cutting is a standard method of cutting steel using oxygen as a cutting gas. In the case of fusion cutting, nitrogen is usually used as the cutting gas, but argon is used in the processing of titanium. Compressed air can also be used to cut thin sheets, which is advantageous due to the lower costs. Compressed air at 5 to 6 bar is enough to blow the melt out of the kerf. Because the air must be dried and de-oiled prior to compression, the cost advantage relative to nitrogen. With 5 kilowatts of laser power and 6 bar air pressure, sheet metal with a thickness of 2 millimeters can be cut burr-free. It goes without saying that instead of blowing out the melt, the suction of the melt can also be provided by arranging a suction device in the region of the parting line. The blowing and sucking can also be used in combination. In sublime cutting, the laser should evaporate the material with as little melt as possible, which can be achieved with high laser powers and smaller cutting speeds. Frequently, a pulsed laser is used.
Beim plasmaunterstützten Schmelzschneiden mit CO2-Lasern bildet sich im Schnittspalt eine Plasmawolke aus ionisiertem Metalldampf und ionisiertem Schneidgas. Die Plasmawolke bewirkt, dass mehr Energie ins Material gelangt. Dies erlaubt höhere Schneidgeschwindigkeiten. Die Plasmawolke darf aber nicht nach oben aus demIn plasma-assisted fusion cutting with CO 2 lasers, a plasma cloud of ionized metal vapor and ionized cutting gas forms in the kerf. The plasma cloud causes more energy to enter the material. This allows higher cutting speeds. The plasma cloud may not be up from the
Schnittspalt austreten, sonst schirmt sie den Laserstrahl von der Materialoberfläche ab. Das plasmaunterstützte Schmelzschneiden ist bei dünnen Blechen sehr vorteilhaft, weil es sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten ermöglicht. Bei einer Blechdicke von 1 Millimeter kann eine Geschwindigkeit von 40 Meter pro Minute erreicht werden.Otherwise, it shields the laser beam from the material surface. Plasma-assisted fusion cutting is very advantageous for thin sheets because it enables very high cutting speeds. With a sheet thickness of 1 millimeter, a speed of 40 meters per minute can be achieved.
Von einem auf das metallische Rohr treffenden Strahl wird ein Teil der Energie absorbiert und ein Teil reflektiert. Der Absorptionsgrad hängt von Laser-Wellenlänge, der Laser-Polarisation, dem Auftreffwinkel der Laserstrahls, vom Rohrmaterial, von der Temperatur, sowie von der Geometrie und der Beschaffenheit der Oberfläche ab. Je höher der Absorptionsgrad, desto mehr Energie steht für die Bearbeitung zur Verfügung. Die Wärmeleitfähigkeit des Rohrmaterials beeinflusst den Bearbeitungsprozess, je niedriger sie ist, umso besser kann die Bearbeitung auch mit tieferer Energie durchgeführt werden. Die Leistungsdichte entspricht der pro Fläche eingebrachten Leistung. Die Leistungsdichte und die Einwirkzeit bestimmen, welche Energie pro Fläche in das bearbeitete Material eingebracht wird. Die Leistungsdichte lässt sich über die Laserleis- tung und die Fokussierung steuern. Die Einwirkzeit lässt sich bei gepulsten Lasern über die Pulsdauer und im bewegten Zustand über die Vorschubgeschwindigkeit anpassen. Für das Schneiden können Leistungsdichten ab 10 kW/mm2 und Einwirkzeiten im Bereich von Millisekunden eingesetzt werden.From a beam striking the metallic tube, a part of the energy is absorbed and a part is reflected. The degree of absorption depends on laser wavelength, the laser polarization, the angle of incidence of the laser beam, the tube material, the temperature, as well as the geometry and the nature of the surface. The higher the degree of absorption, the more energy is available for processing. The thermal conductivity of the pipe material influences the machining process, the lower it is, the better the processing can be done with lower energy. The power density corresponds to the power applied per area. The power density and the exposure time determine which energy per surface is introduced into the machined material. The power density can be controlled via the laser power and the focusing. The exposure time can be adjusted by pulsed lasers over the pulse duration and in the moving state via the feed rate. For cutting power densities from 10 kW / mm 2 and exposure times in the range of milliseconds can be used.
Um ein möglichst effizientes Laserschneiden zu erzielen, soll der Laserstrahl so auf die zu bearbeitende Fläche auftreffen, dass die für das Schneiden nötige Energie absorbiert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass nebst dem Fokus auch die Grosse der Schärfentiefe einen Einfluss auf den Schneidvorgang hat. Die Schärfentiefe definiert eine Ausdehnung in Richtung der Laserachse innerhalb welcher der Strahlquerschnitt auf die doppelte Fokusfläche aufgeweitet ist. Wenn ein Strahl flach auf das zu bearbeitende Material gelangt, so erstreckt sich die Schärfentiefe gegebenenfalls zu wenig tief ins Material um einen Schnitt durch das Material auszuführen.In order to achieve the most efficient laser cutting possible, the laser beam should hit the surface to be processed in such a way that the energy required for cutting is absorbed. It should be noted that besides the focus, the size of the depth of field also has an influence on the cutting process. The depth of field defines an extent in the direction of the laser axis within which the beam cross-section is widened to twice the focus area. If a jet passes flat on the material to be processed, the depth of field may not extend too far into the material to make a cut through the material.
Beim Abtrennen von Rohrabschnitten wird um die Abschnittsachse entlang des Rohrumfangs eine geschlossene Trennlinie ausgebildet, wobei die Trennlinie vorzugsweise in einer mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen senkrecht zur Abschnittsachse stehenden Trennebene liegt. Bei der Bearbeitung eines im Querschnitt kreisförmigen Rohres ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahl auf die Rohrachse ausgerichtet ist und zwischen der Trennebene und der Achse des auf das Rohr treffenden Strahlabschnitts ein Winkel ausgebildet ist, der kleiner als 45° vorzugsweise kleiner als 30° und insbesondere kleiner als 15° ist.When separating pipe sections, a closed dividing line is formed around the section axis along the circumference of the pipe, wherein the parting line preferably lies in a parting plane which is continuously advanced with the resulting pipe and perpendicular to the section axis. In the processing of a circular cross-section tube, it is advantageous if the laser beam is aligned with the tube axis and between the parting plane and the axis of the impinging on the tube beam section is an angle which is less than 45 °, preferably less than 30 ° and in particular is less than 15 °.
Bei Ausführungen mit einem ringförmig geschlossenen optischen Element und einem Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ist es vorteilhaft wenn das erste ringförmig ge- schlossene optische Element kreisförmig um die Abschnittsachse verläuft, sowie eine in Längsebenen durch die Abschnittsachse zur Abschnittsachse geneigt verlaufende, insbesondere konische oder konkave, Oberfläche aufweist und die Laser-Scaneinrichtung im Wesentlichen in Richtung der Abschnittsachse auf das entstehende Rohr ausgerichtet ist, wobei die fokussierende Wirkung des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes und die Fokus-Ausgestaltung des auf das erste optische Element gelangen- den Strahls die für das Schneiden nötige Fokussierung des Kontaktbereichs gewährleisten.In embodiments having an annularly closed optical element and a tube with a circular cross-section, it is advantageous if the first annularly closed optical element extends in a circle around the section axis, and a surface extending in longitudinal planes through the section axis to the section axis inclined, in particular conical or concave and the laser scanning device is aligned substantially in the direction of the section axis on the resulting tube, wherein the focusing effect of the first annularly closed optical element and the focus configuration of the received on the first optical element Ensuring the beam necessary for the cutting focus on the contact area.
Um Bewegungen von Massen zu minimieren wird die Laser-Scaneinrichtung ortsfest angeordnet und beim Abtrennen die Ausrichtung des Laserstrahls auf die kontinuierlich vorgeschobene Trennlinie dadurch erzielt, dass die Lage des Laserstrahls auf dessen Abschnitt direkt vor dem ersten ringförmig geschlossenen optischen Element relativ zur Abschnittsachse während der Bewegung des Laserstrahls entlang des Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements geändert wird. Die Lage des La- serstrahls wird auf die von der radialen Auftreffposition des Laserstrahls auf dem ersten ringförmig geschlossenen optischen Element abhängige Umlenkeigenschaft des ersten optischen Elements, die Lage der Auftreffposition entlang des Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements und die Vorschubgeschwindigkeit des entstehenden Rohres abgestimmt. Das heisst, dass der Strahl bei der Bewegung entlang des Umfangs des ersten optischen Elementes zusätzlich so in radialer Richtung bewegt wird, dass sich der Schneidpunkt in axialer Richtung mit der Vorschubgeschwindigkeit des entstehenden Rohres bewegt. Zudem wird fortlaufend gewährleistet, dass die Fokussierung auf die vom Laserstrahl getroffene Stelle der Trennlinie abgestimmt ist. Dazu umfasst die Laser-Scaneinrichtung zumindest einen bewegbaren Spiegel und insbe- sondere ein verstellbares Fokussierelement.In order to minimize movements of masses, the laser scanning device is arranged stationary and when separating the alignment of the laser beam on the continuously advanced dividing line achieved in that the position of the laser beam on the portion directly in front of the first annularly closed optical element relative to the section axis during movement of the laser beam is changed along the circumference of the first annularly closed optical element. The position of the laser beam is matched to the deflection characteristic of the first optical element, the position of the impact position along the circumference of the first, annularly closed optical element and the feed rate of the resulting tube, which are dependent on the radial impact position of the laser beam on the first annularly closed optical element. This means that the beam is additionally moved in the radial direction during the movement along the circumference of the first optical element in such a way that the cutting point moves in the axial direction at the feed rate of the resulting tube. In addition, it is continuously ensured that the focus is matched to the location of the separating line hit by the laser beam. For this purpose, the laser scanning device comprises at least one movable mirror and in particular an adjustable focusing element.
Um eine genaue Führung des Laserstrahls und bei der Schneidstelle eine möglichst optimale Fokussierung zu erzielen, ist es vorteilhaft wenn das erste ringförmig geschlossene optische Element um das entstehende Rohr angeordnet ist und daher der Laserstrahl vom Äussern des entstehenden Rohres her auf die Trennlinie gerichtet wird. Die Lage des ersten optischen Elementes muss während des Betriebes immer sehr genau beibehalten werden, damit die Trennlinie richtig ausgeführt wird. Diese genaue Position kann mit einem aussen am Rohr angeordneten ersten optischen Element einfacher gewährleistet werden als mit einem im Rohrinnern angeordneten ersten opti- sehen Element, das ja über einen grossen Abstand von der Zuführseite des Bandmate- rials her gehalten werden müsste. Ein weiterer Vorteil des aussen angeordneten ersten optischen Elementes besteht darin, dass durch die Umlenkung des Laserstrahls in eine Richtung mit einem Anteil radial nach innen der Strahl in seiner Ausdehnung tangential zur Trennlinie etwas fokussiert wird. Bei einem im Rohrinneren angeordneten ersten optischen Element würde die Umlenkung nach aussen zu einer leichten Defokussierung führen, was bedeutet, dass der zugeführte Strahl stärker fokussiert sein müsste, damit beim Rohr die gewünschte Fokussierung erzielt würde. Wenn im Rohrinnern kein optisches Element angeordnet ist, so bleibt der Platz frei für eine Abgabevorrichtung zum Abgeben von abgetrennten Rohrabschnitten. Eine solche Abgabevorrichtung kann den Rohrabschnitt während des Schneidvorgangs halten und gegebenenfalls gewährleisten, dass der Rohrabschnitt mit einer Kraft in der Richtung des Rohrvorschubs beaufschlagt wird. Nach dem vollständigen Abtrennen kann die Abgabevorrichtung mit einer Kippbewegung sicherstellen, dass der Rohrabschnitt ohne Kontakt zum aussen angeordneten ersten optischen Element weggeführt wird.In order to achieve an accurate guidance of the laser beam and the best possible focusing at the cutting point, it is advantageous if the first annularly closed optical element is arranged around the resulting tube and therefore the laser beam is directed from the outside of the resulting tube forth on the dividing line. The position of the first optical element must always be maintained very accurately during operation, so that the dividing line is executed correctly. This exact position can be ensured more easily with a first optical element arranged on the outside of the tube than with a first optical element arranged inside the tube, which element would have to be held over a large distance from the feed side of the strip material. A further advantage of the first optical element arranged on the outside is that due to the deflection of the laser beam in one direction with a portion radially inward, the beam is slightly focused in its extension tangentially to the parting line. In the case of a first optical element arranged inside the tube, the deflection to the outside would lead to slight defocusing, which means that the supplied beam would have to be more focused, thus the desired focus would be achieved with the tube. If no optical element is arranged inside the tube, the space remains free for a dispenser for dispensing separated tube sections. Such a dispenser can hold the pipe section during the cutting process and, if necessary, ensure that the pipe section is acted on by a force in the direction of the pipe advance. After complete separation, the dispenser can ensure, with a tilting motion, that the tube section is removed without contact with the exteriorly disposed first optical element.
Eine besonders einfache Mitführung des Laser-Schneidpunktes in axialer Richtung mit der Rohrbewegung kann dann erzielt werden, wenn die Laser-Scaneinrichtung ein quer zur Abschnittsachse nach aussen umlenkendes optisches Element umfasst, welches um die Abschnittsachse drehbar gelagert ist und von dem der Laserstrahl in einem verstellbaren Abstand zur Abschnittsachse im Wesentlichen parallel zur Abschnittsachse auf das erste ringförmig geschlossene optische Element gerichtet wird. Mit einer zur Abschnittsachse parallelen Verschiebung des auf das erste optische Element gerichteten Laserstrahl-Abschnitts wird eine gewünschte Bewegung des auf das entstehende Rohr treffenden Laserstrahls bewirkt, was eine einfache Mitführung des das Rohr treffenden Laserstrahls mit der Bewegung des entstehenden Rohres ermöglicht.A particularly simple entrainment of the laser cutting point in the axial direction with the tube movement can be achieved if the laser scanning device comprises a transverse to the section axis outwardly deflecting optical element which is rotatably mounted about the section axis and of which the laser beam in an adjustable Distance is directed to the section axis substantially parallel to the section axis on the first annularly closed optical element. With a parallel to the section axis displacement of the directed to the first optical element laser beam portion, a desired movement of the incident on the resulting tube laser beam is effected, which allows easy entrainment of the tube striking laser beam with the movement of the resulting tube.
Das nach aussen umlenkende optische Element wird beispielsweise als laserbrechendes Element mit zwei planparallelen Oberflächen ausgebildet. Wenn nun dieses vorzugsweise zylindrische Element unter einem verstellbaren Winkel von der Abschnittsachse wegführt, so kann ein entlang der Abschnittsachse ausgerichteter Laser- strahl durch eine der planparallelen Oberflächen in das umlenkende optische Element eintreten und von der Abschnittsachse beabstandet wieder durch die andere der planparallelen Oberflächen austreten. Dabei wird der austretende Strahl parallel zum eintretenden Strahl weitergeführt. Der Abstand zwischen diesen beiden Strahlabschnitten hängt vom Abstand der beiden planparallelen Oberflächen des umlenkenden optischen Elementes und dem Winkel zwischen der Abschnittsachse und den planparallelen Oberflächen ab. Es versteht sich von selbst, dass das umlenkende optische Element beispielswiese auch aus zwei zusammenwirkenden Prismen mit verstellbarem Abstand gebildet werden kann.The outwardly deflecting optical element is formed, for example, as a laser-breaking element with two plane-parallel surfaces. If this preferably cylindrical element leads away from the section axis at an adjustable angle, then a laser beam aligned along the section axis can enter the deflecting optical element through one of the plane-parallel surfaces and emerge again from the section axis through the other of the plane-parallel surfaces. In this case, the exiting beam is continued parallel to the incoming beam. The distance between these two beam sections depends on the distance between the two plane-parallel surfaces of the deflecting optical element and the angle between the section axis and the plane-parallel surfaces. It goes without saying that the deflecting optical element, for example, can also be formed from two interacting prisms with an adjustable distance.
Eine weitere einfache Mitführung des Laser-Schneidpunktes in axialer Richtung mit der Rohrbewegung kann dann erzielt werden, wenn ein weiteres ringförmig geschlossenes optisches Element eingesetzt und ein von der Laser-Scaneinrichtung erzeugter Laserstrahl zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs des ersten und des weiteren ringförmig geschlossenen optischen Elements geführt wird, wobei der Strahl über das weitere ringförmig geschlossene optische Element zum ersten ringförmig geschlosse- nen optischen Elements geführt wird.Another simple entrainment of the laser cutting point in the axial direction with the tube movement can be achieved if another annularly closed used optical element and a laser beam generated by the laser scanning device is guided at least once along the entire circumference of the first and the further annularly closed optical element, wherein the beam is guided via the further annularly closed optical element to the first annularly closed optical element ,
Bei der Verwendung eines weiteren ringförmigen optischen Elementes ist der Aufbau des ersten und des weiteren optischen Elementes dann besonders einfach, wenn der Strahl von der Laser-Scaneinrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Abschnittsachse radial nach aussen zum weiteren optischen Element gelangt. Es wäre möglich, dass ein um die Abschnittsachse rotierender Laserstrahl von einem statischen rotationssymmetrischen Element zum weiteren optischen Element umgelenkt würde, wobei dann aufgrund eines konvexen Anteils der konvexen Umlenkfläche der Laserstrahl zumindest in der Strahlausdehnung senkrecht zur Abschnittsachse etwas defokussiert würde.When using a further annular optical element, the construction of the first and the further optical element is particularly simple if the beam from the laser scanning device passes radially outward to the further optical element substantially perpendicular to the section axis. It would be possible for a laser beam rotating about the section axis to be deflected from a static, rotationally symmetric element to the further optical element, whereby the laser beam would be somewhat defocused at least in the beam extension perpendicular to the section axis due to a convex portion of the convex deflection surface.
Um eine unerwünschte Defokussierung zu vermeiden, wird ein ebenes oder gegebenenfalls konkaves um die Abschnittsachse rotierendes radial nach aussen umlenkendes optisches Element eingesetzt. Dieses rotierende Element kann mit einem Spiegel oder gegebenenfalls mit mindestens einem Prisma, beispielsweise einem Pentaprisma, aus- gebildet werden. Der Laserstrahl wird koaxial zur Abschnittsachse auf das radial nach aussen umlenkende optische Element gerichtet. Das erste und das weitere ringförmig geschlossene optische Element sind beide vorzugsweise je als konische Spiegel mit Öffnungswinkeln von 45° ausgebildet. Dadurch wird ein senkrecht zur Abschnittsachse radial nach aussen auf das weitere optische Element treffender Laserstrahl parallel zur Abschnittsachse auf das erste optische Element geführt. Beim ersten optischen Element wird der Laserstrahl radial nach innen auf das entstehende Rohr gerichtet. Mit einer Verschiebung des radial nach aussen gerichteten Laserstrahls in Richtung der Abschnittsachse wird eine gewünschte Bewegung des radial auf das entstehende Rohr treffenden Laserstrahls erzielt, was eine einfache Mitführung des das Rohr treffenden Laserstrahls mit der Bewegung des entstehenden Rohres ermöglicht. Um diese Mitführung zu ermöglichen wird das rotierende optische Element der Laser-Scaneinrichtung auch entlang der Abschnittsachse verschiebbar ausgebildet.In order to avoid unwanted defocusing, a planar or possibly concave optical element rotating around the section axis and deflecting radially outwards is used. This rotating element can be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism. The laser beam is directed coaxially to the section axis on the radially outwardly deflecting optical element. The first and the further annularly closed optical element are both preferably each designed as conical mirrors with opening angles of 45 °. As a result, a laser beam that hits the further optical element perpendicular to the section axis is guided parallel to the section axis onto the first optical element. In the first optical element, the laser beam is directed radially inwards onto the resulting tube. With a displacement of the radially outwardly directed laser beam in the direction of the section axis, a desired movement of the radially incident on the resulting tube laser beam is achieved, which allows easy entrainment of the tube striking laser beam with the movement of the resulting tube. In order to enable this entrainment, the rotating optical element of the laser scanning device is also designed to be displaceable along the section axis.
Wenn der Laserstrahl nicht parallel zur Abschnittsachse auf das erste optische Element gelang, so kann die Mitführung des Laser-Schneidpunktes in axialer Richtung mit der Rohrbewegung auch durch eine Bewegung des ersten optischen Elementes erzielt wer- den. Die Laser-Scaneinrichtung kann ortsfest angeordnet werden. Beim Abtrennen wird die Ausrichtung des Laserstrahls auf die kontinuierlich vorgeschobene Trennlinie dadurch erzielt, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element beim Trennen mit dem entstehenden Rohr mitbewegt wird. Gegebenenfalls muss zusätzlich die Ausrichtung des Laserstrahls angepasst werden.If the laser beam did not succeed the first optical element parallel to the section axis, the entrainment of the laser cutting point in the axial direction with the tube movement can also be achieved by a movement of the first optical element. the. The laser scanning device can be arranged stationary. When separating the alignment of the laser beam is achieved on the continuously advanced dividing line, that the first annularly closed optical element is moved during separation with the resulting tube. If necessary, the alignment of the laser beam must also be adjusted.
Zur Fokussierung können die aus dem Stande der Technik bekannten fokussierenden Elemente wie Linsen und konkave Spiegel an verschiedenen Stellen angeordnet und verschieden ausgebildet werden. Weil das erste ringförmig geschlossenen optischen Element bei der Umlenkung des Laserstrahls in eine Richtung mit einem Anteil radial nach innen den Strahl in seiner Ausdehnung tangential zur Trennlinie etwas fokussiert wird gegebenenfalls ein ringförmiges Fokussierelement eingesetzt, das den Strahl auch in Ebenen mit der Abschnittsachse (also senkrecht zur tangentialen Fokussierung) gleich fokussiert. Wenn das erste optische Element von einem Spiegel gebildet wird, so kann die Fokussierung in Ebenen mit der Abschnittsachse durch eine entsprechende Krümmung des Spiegels in Schnitten mit diesen Ebenen gewährleistet werden.For focusing the known from the prior art focusing elements such as lenses and concave mirrors can be arranged at different locations and formed differently. Because the first annularly closed optical element is slightly focused during the deflection of the laser beam in one direction with a portion radially inward the beam in its extension tangential to the dividing line, an annular focusing element is optionally used, which also the plane in planes with the section axis (ie perpendicular for tangential focusing). When the first optical element is formed by a mirror, the focusing in planes with the section axis can be ensured by a corresponding curvature of the mirror in sections with these planes.
Gegebenenfalls wird aber zumindest ein Teil der Fokussierung in den Ebenen mit der Abschnittsachse durch eine ringförmige Linse erzielt, die vorzugsweise zwischen dem ersten optischen Element und dem Rohr angeordnet ist. Weil die vom ersten optischen Element erzielbare Fokussierung tangential zur Trennlinie nicht auf die Rohroberfläche sondern auf die Abschnittsachse gerichtet ist, wird der aus der Laser-Scaneinrichtung austretende Laserstrahl vorzugsweise bereits etwas fokussiert sein, um am Ende der Strahlführung einen Fokus auf der Rohroberfläche zu gewährleisten.Optionally, however, at least part of the focusing in the planes with the section axis is achieved by an annular lens, which is preferably arranged between the first optical element and the tube. Because the focusing achievable by the first optical element is directed not tangentially to the pipe surface but to the section axis, the laser beam emerging from the laser scanning device is preferably already slightly focused in order to ensure a focus on the pipe surface at the end of the beam guidance.
Es versteht sich von selbst, dass zur Führung des Laserstrahls zusätzlich zum ersten um die Abschnittsachse ringförmig geschlossenen optischen Element alle aus dem Stande der Technik bekannten optischen Elemente eingesetzt werden können.It goes without saying that, in addition to the first optical element annularly closed around the section axis, all optical elements known from the prior art can be used to guide the laser beam.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Abtrennen von Rohrabschnitten eines im Querschnitt kreisförmigen Rohres eingeschränkt. Wenn das Rohr einen anderen Querschnitt aufweist, beispielsweise einen ovalen oder gegebenenfalls einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, so wird das erste um die Abschnittsachse ringförmig geschlossene optische Element entsprechend ausgebildet und die Führung des Laser- Strahls zum ersten optischen Element an dessen Geometrie angepasst. Es ist ein wesentlicher Vorteil der neuen und erfinderischen Lösung, dass nun Rohre mit beliebigen Querschnitten bearbeitet werden können. Beim Wechsel von einer Querschnittsgrösse und -form zu einer anderen, muss zumindest das erste optische Element ausgetauscht werden. Zudem muss die Steuerung der Laser-Scaneinrichtung angepasst werden. Bei Lösungen mit einem weiteren ringförmigen optischen Element und/oder einem quer zur Abschnittsachse nach aussen umlenkenden optischen Element und/oder mit ringförmigen fokussierenden Elementen muss gegebenenfalls zumindest auch eines dieser Elemente ausgewechselt werden.The present invention is not limited to the separation of pipe sections of a circular cross-section pipe. If the tube has a different cross-section, for example an oval or optionally a substantially rectangular cross-section, then the first ring-shaped closed around the section axis optical element is formed accordingly and adapted the leadership of the laser beam to the first optical element on the geometry thereof. It is a major advantage of the new and innovative solution that now pipes with any Cross sections can be edited. When changing from one cross-sectional size and shape to another, at least the first optical element must be replaced. In addition, the control of the laser scanning device must be adapted. In the case of solutions with a further annular optical element and / or an optical element deflecting outwards transversely to the section axis and / or with annular focusing elements, at least one of these elements may also have to be exchanged.
Die erfindungsgemässe Lösung zum Abtrennen von Rohrabschnitten vom kontinuierlich mittels einer Längsschweissnaht hergestellten Rohr kann besonders vorteilhaft für die Herstellung von Dosenmänteln eingesetzt werden, weil deren Wandstärke so klein ist, dass das Laserschneiden besonders effizient ist. Wenn das Bandmaterial mit einer Dekorfolie und/oder einer Innenfolie versehen ist, so kann die Folie beim Abtrennen der Mantelabschnitte direkt zusammen mit dem Stabilitätsgebenden Teil des Rohres bzw. des Mantelbandes abgetrennt werden. Dadurch kann auf ein separates Abtrennen von dünnen Folienstücken verzichtet werden.The solution according to the invention for separating pipe sections from the pipe continuously produced by means of a longitudinal weld seam can be used particularly advantageously for the production of can jackets, because their wall thickness is so small that laser cutting is particularly efficient. If the strip material is provided with a decorative film and / or an inner film, then the film can be separated directly on separation of the jacket sections together with the stability-giving part of the tube or of the jacket strip. This can be dispensed with a separate separation of thin film pieces.
Wenn ein von einer Laser-Scaneinrichtung erzeugter Laserstrahl entlang des Umfangs eines um die Abschnittsachse ringförmig geschlossenen optischen Elements geführt und dabei quer zur Abschnittsachse auf die Trennlinie umgelenkt wird, so wird für die Umlenkung immer nur der Bereich benötig, auf den der Laserstrahl trifft. Es ist daher möglich ein optisches Umlenkelement mit einer wesentlich kleineren Umlenkfläche zu verwenden, wobei diese kleinere Umlenkfläche so um die Abschnittsachse gedreht werden muss, dass der Laserstrahl immer auf die drehende Umlenkfläche trifft. Das kleinere Element kann so ausgebildet werden, dass der Laserstrahl bei der Umlenkung eine rotationssymmetrische Fokussierung beibehält. Vorzugsweise werden ebene oder gegebenenfalls Strahl zentrierte konkave Spiegel eingesetzt.If a laser beam generated by a laser scanning device is guided along the circumference of an optical element annularly closed around the section axis and thereby deflected transversely to the section axis onto the parting line, only the area to which the laser beam strikes is required for the deflection. It is therefore possible to use an optical deflecting element with a substantially smaller deflecting surface, wherein this smaller deflecting surface has to be rotated about the section axis such that the laser beam always strikes the rotating deflecting surface. The smaller element can be formed so that the laser beam maintains a rotationally symmetrical focusing during the deflection. Preferably, plane or optionally beam-centered concave mirrors are used.
In der weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird mindestens ein drehbar gelager- tes, rotationssymmetrisch umlenkendes optisches Umlenkelement im Bereich der mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene um die Abschnittsachse gedreht und der Laserstrahl zumindest über Teilbereiche dieses drehenden optischen Umlenkelements quer zur Abschnittsachse auf die Trennlinie umgelenkt.In the further preferred embodiment variant, at least one rotatably mounted, rotationally symmetrically deflecting optical deflecting element is rotated about the section axis in the region of the dividing plane continuously advanced with the resulting tube, and the laser beam is deflected at least over partial regions of this rotating optical deflecting element to the dividing line transversely to the section axis.
Um den im Wesentlichen fokussierten Kontaktbereich des Laserstrahls beim entstehenden Rohr in der mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen Trenn- ebene zu halten, kann das drehende optische Umlenkelement in Richtung der Abschnittsachse bewegt werden. Um auf die Bewegung in Richtung der Abschnittsachse zu verzichten, kann die Umlenkfläche des drehenden optischen Umlenkelements radial zur Abschnittsachse genügend gross ausgebildet werden, so dass die Bewegung des fokussierten Kontaktbereichs des Laserstrahls mit der Trennebene durch eine Bewegung des Laserstrahls auf der Umlenkfläche des drehenden optischen Umlenkelements mit einem radialen Bewegungsanteil zur Abschnittsachse erzielbar ist. Die gesamte Bewegung des auf die Umlenkfläche treffenden Laserstrahls setzt sich aus einem Anteil einer Bewegung um die Abschnittsachse und einem Anteil radial zur Abschnittsachse zusammen.In order to maintain the essentially focused contact region of the laser beam in the resulting tube in the separating tube which is continuously advanced with the resulting tube. level, the rotating optical deflecting element can be moved in the direction of the section axis. In order to dispense with the movement in the direction of the section axis, the deflection surface of the rotating optical deflection element can be made sufficiently large radially to the section axis, so that the movement of the focused contact region of the laser beam with the separation plane by a movement of the laser beam on the deflection surface of the rotating optical deflection element can be achieved with a radial movement component to the section axis. The entire movement of the laser beam impinging on the deflection surface is composed of a portion of a movement about the section axis and a portion radial to the section axis.
Die erfinderischen Ausführungsvarianten ermöglichen das Mitführen des fokussierten Kontaktbereichs des Laserstrahls beim entstehenden Rohr in der mit dem entstehenden Rohr kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene und das Drehen des fokussierten Kon- taktbereichs rund um das Rohr. Wenn Teile der dafür eingesetzten Abtrennvorrichtung beschleunigt werden müssen, so sind diese mit möglichst kleiner Masse ausgeführt, damit die Beschleunigungskräfte klein bleiben. In Umfangsrichtung kann auf eine Beschleunigung von Masse verzichtet werden, wenn das mindestens eine optischen Element, welches den von einer Laser-Scaneinrichtung zugeführten Laserstrahl quer zur Abschnittsachse auf die Trennlinie umlenkt, unbeweglich oder mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit um die Abschnittsachse drehend eingesetzt wird. Die minimalen Beschleunigungskräfte sind dann besonders einfach zu erzielen, wenn der Laserstrahl der Laser-Scaneinrichtung von der offenen vorausgehenden Stirnseite des entstehenden Rohrs her zugeführt wird, vorzugsweise koaxial oder unter einem spitzen Winkel zur Abschnittsachse. Bei dieser axialen Anordnung muss die Laser-Scaneinrichtung nicht in Richtung der Abschnittsachse bewegt werden. Im Bereich zwischen der Trennebene und der offenen Stirnseite des abgetrennten Rohrabschnitts wird zumindest zeitweise und zumindest in einer Richtung radial zur Abschnittsachse ein Freiraum bereit gestellt, durch den der Rohrabschnitt weggeführt werden kann.The inventive embodiments make it possible to carry the focused contact region of the laser beam in the resulting tube in the continuous with the resulting tube dividing plane and the rotation of the focused contact area around the tube. If parts of the separating device used for this purpose have to be accelerated, they are designed with the smallest possible mass, so that the acceleration forces remain small. In the circumferential direction can be dispensed with an acceleration of mass, when the at least one optical element, which deflects the laser beam supplied by a laser scanning device transversely to the section axis on the dividing line, immovable or rotating at a constant rotational speed about the section axis is used. The minimum acceleration forces are particularly easy to achieve when the laser beam is supplied to the laser scanning device from the open leading end side of the resulting tube, preferably coaxially or at an acute angle to the section axis. In this axial arrangement, the laser scanning device does not have to be moved in the direction of the section axis. In the area between the parting plane and the open end face of the severed pipe section, a free space is provided at least temporarily and at least in one direction radially to the section axis, through which the pipe section can be led away.
Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemässe Lösung anhand von drei Ausführungsbeispielen. Dabei zeigtThe drawings explain the inventive solution based on three embodiments. It shows
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Rohres beim Aufweiten und Abtrennen von Rohrabschnitten, Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht des Rohres beim Schliessen, Schweissen und Aufweiten, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Aufweitungselementes zum Aufweiten des1 is a perspective view of the tube during the expansion and separation of pipe sections, Fig. 2 is an end view of the tube when closing, welding and widening, Fig. 3 is a perspective view of a widening element for expanding the
Rohres, Fig. 4a einen schematischen Längsschnitt durch die Laser-Schneideinrichtung mit einem konkaven ersten ringförmigen optischen Element, Fig. 4b einen schematischen Längsschnitt durch die Laser-Schneideinrichtung mit einem konvexen ersten ringförmigen optischen Element,4a shows a schematic longitudinal section through the laser cutting device with a concave first annular optical element, FIG. 4b shows a schematic longitudinal section through the laser cutting device with a convex first annular optical element,
Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch die Laser-Schneideinrichtung mit einem konkaven ersten ringförmigen optischen Element und mit einem dreh- und schwenkbaren nach aussen umlenkenden optischen Element, Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch die Laser-Schneideinrichtung mit zwei ringförmigen konischen Spiegeln und einem um die Abschnittsachse drehbaren und entlang der Abschnittsachse verschiebbaren Spiegel, Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch eine Laser-Schneideinrichtung mit drei um die Abhschnittachse drehenden ebenen Spiegeln, von denen einer entlang der Abschnittsachse verschiebbar ist, Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt durch eine Laser-Schneideinrichtung mit drei um die Abhschnittachse drehenden ebenen Spiegeln, von denen alle zu- sammen entlang der Abschnittsachse verschiebbar sind, und5 shows a schematic longitudinal section through the laser cutting device with a concave first annular optical element and with a rotatable and pivotable outwardly deflecting optical element, Fig. 6 is a schematic longitudinal section through the laser cutting device with two annular conical mirrors and a order 7 shows a schematic longitudinal section through a laser cutting device with three flat mirrors rotating about the cutting axis, one of which is displaceable along the section axis, FIG. 8 shows a schematic longitudinal section through a laser cutting device with three flat mirrors rotating about the cut-off axis, all of which are displaceable along the section axis, and
Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt durch eine Laser-Schneideinrichtung mit einem im Rohrinnem um die Abschnittsachse drehenden ebenen Spiegel.9 shows a schematic longitudinal section through a laser cutting device with a flat mirror rotating around the section axis in the interior of the tube.
Die Fig. 1 bis 6 beschreiben Lösungen zum Abtrennen von Rohrabschnitten, die zum Bereitstellen von Dosenmänteln für die Dosenherstellung besonders vorteilhaft sind. Mit diesen Lösungen ist es möglich vom entstehenden Rohr kurze Rohrabschnitte in kurzen Schneidzyklen abzutrennen.Figures 1 to 6 describe solutions for separating pipe sections which are particularly advantageous for providing can jackets for can making. With these solutions, it is possible to separate short pipe sections from the resulting pipe in short cutting cycles.
Fig. 1 bis 3 zeigt schematisch, wie ein flach gedrücktes geschlossenes Metallband 1 in einem Aufweitungsbereich 2 mit einem Aufweitungselement 3 im Innern des geschlossenes Metallbandes in ein im Querschnitt kreisförmiges Rohr 4 umgeformt wird. Vom entstehenden Rohr 4 werden Rohrabschnitte 5 abgetrennt.1 to 3 show schematically how a flat pressed closed metal strip 1 is formed in a widening region 2 with a widening element 3 in the interior of the closed metal strip in a circular cross-section tube 4. From the resulting tube 4 pipe sections 5 are separated.
Das Aufweitungselement 3 wird von Haltestangen 6 gehalten, welche in den beiden Krümmungsbereichen 7 des flachgedrückten Metallbandes 1 angeordnet sind und sich gemäss Fig. 2 vom Aufweitungselement 3 bis zu einer Halterung 8 in einem Bereich erstrecken, in dem das bandförmige Flachmaterial 9 noch nicht geschlossen ist. Es hat sich gezeigt, dass es für die weitere Bearbeitung vorteilhaft ist, wenn der Krümmungsradius der Krümmungsbereiche 7 grösser gewählt wird als in der Zeichnung dargestellt, so dass sich der mittlere flache Bereich über eine kürzere Querschnitts-Ausdehnung erstreckt als die beiden Krümmungsbereiche 7 zusammen. Es ist vorteilhaft, wenn alle im Querschnitt auftretenden Krümmungen möglichst grosse Krümmungsradien haben.The widening element 3 is held by support rods 6, which are arranged in the two curved regions 7 of the flattened metal strip 1 and according to FIG. 2 from the widening element 3 to a holder 8 in a region extend, in which the band-shaped sheet 9 is not yet closed. It has been found that it is advantageous for the further processing if the radius of curvature of the curvature regions 7 is selected larger than shown in the drawing, so that the middle flat region extends over a shorter cross-sectional dimension than the two curvature regions 7 together. It is advantageous if all curvatures occurring in cross section have the greatest possible radii of curvature.
Am Flachmaterial 9 ist gegebenenfalls eine Dichtungswulst 10 angeordnet. Das Flachmaterial wird mit nicht dargestellten Rollen in die flachgedrückte geschlossene Form umgeformt und mit dem durch eine Laserzuführung 11 geführten Laserstrahl ge- schweisst. Anschliessend wird gegebenenfalls die Dichtungswulst 10 mittels eines Schmelzvorganges auf die Innenseite der Längsnaht gebracht. Dann gelangt das RohrIf appropriate, a sealing bead 10 is arranged on the flat material 9. The flat material is converted into the flattened closed mold with rollers, not shown, and welded to the laser beam guided through a laser feed 11. Subsequently, if necessary, the sealing bead 10 is brought by means of a melting process on the inside of the longitudinal seam. Then the tube arrives
4 in den Aufweitungsbereich 2 und erhält schliesslich den kreisförmigen Querschnitt.4 in the expansion area 2 and finally receives the circular cross-section.
In den beiden Krümmungsbereichen 7 können Zuführungsleitungen 12 angeordnet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist beispielhaft eine Zuführleitung 12 durch eine Haltestange 6 vorgesehen. Die Zuführleitungen 12 werden beispielsweise zum Betätigen einer anhand der Fig. 5 beschriebenen Abgabevorrichtung zum Abgeben von abgetrennten Rohrabschnitten 5 eingesetzt. Gegebenenfalls wird aber auch Gas für das Laserschneiden durch eine solche Zuführleitungen 12 ins Rohrinnere geführt. Für eine hydraulische oder pneumatische Betätigung der Abgabevorrichtung wird eine entsprechende Antriebseinrichtung vorgesehen.In the two curved regions 7 supply lines 12 can be arranged. In the illustrated embodiment, a supply line 12 is provided by a support rod 6 by way of example. The feed lines 12 are used, for example, for actuating a dispensing device described with reference to FIG. 5 for dispensing severed pipe sections 5. Optionally, however, gas for the laser cutting is guided through such feed lines 12 into the tube interior. For a hydraulic or pneumatic actuation of the dispensing device, a corresponding drive device is provided.
Fig. 4a zeigt eine Ausführungsform der Laserschneid-Einrichtung mit einem ersten ring- förmig geschlossenen optischen Element 14 in der Form eines Spiegels, dessen reflektierende Oberfläche in der dargestellten Schnittebene konkav geformt ist. Das erste optische Element 14 ist bei der Trennlinie 16 um den abzutrennenden RohrabschnittesFIG. 4 a shows an embodiment of the laser cutting device with a first annularly closed optical element 14 in the form of a mirror whose reflective surface is concave in the illustrated sectional plane. The first optical element 14 is at the parting line 16 around the pipe section to be separated
5 angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass auch Ausführungsformen möglich sind, bei denen die reflektierende Oberfläche konisch ausgebildet ist, wobei dann sowohl eine angepasste Strahlführung als auch eine angepasste Fokussierung gewählt werden muss. Anstelle einer reflektierenden Oberfläche könnte das erste optische Element auch als totalreflektierendes Prisma beispielsweise in der Form eines ringförmigen Pen- taprismas mit in Schnittebenen, welche die Abschnittsachse umfassen, gekrümmter Ein- und Austrittsfläche. Selbst eine Kombinationen von ringförmigen Spiegeln, Prismen und Linsen wäre möglich. In der Figur ist die Trennlinie 16 schief zur Abschnittsachse 15 dargestellt, weil es sich um eine Darstellung der Entstehung der Trennlinie am vorgeschobenen Rohr 4 handelt. Entsprechend ist auch die freie Stirnseite 4a, 4b und 4c des Rohres 4 in drei Positionen dargestellt, nämlich am Anfang 4a, in der Mitte 4b und am Ende 4c des Schneidvorgan- ges.5 arranged. It goes without saying that embodiments are also possible in which the reflective surface is conical, in which case both an adapted beam guidance and an adapted focusing must be selected. Instead of a reflecting surface, the first optical element could also be designed as a totally reflecting prism, for example in the form of an annular penetrant with curved entrance and exit surfaces in sectional planes which comprise the section axis. Even a combination of annular mirrors, prisms and lenses would be possible. In the figure, the dividing line 16 is shown obliquely to the section axis 15, because it is a representation of the formation of the dividing line on the advanced pipe 4. Correspondingly, the free end face 4a, 4b and 4c of the tube 4 is also shown in three positions, namely at the beginning 4a, in the middle 4b and at the end 4c of the cutting process.
Eine Laser-Scaneinrichtung 18 ist im Wesentlichen in Richtung der Abschnittsachse 15 auf das entstehende Rohr 4 ausgerichtet und kann einen Laserstrahl 17 entlang des gesamten Umfangs des ersten optischen Elements 14 auf dieses richten. Am Anfang des Schneidvorgangs liegt der Fokusbereich eines auf das Rohr 4 gerichteten Abschnitts 17a des Laserstrahls 17 bei der Startstelle 16a der Trennlinie 16. Der Laserstrahl 17 wird von der Laser-Scaneinrichtung 18 auf einen Startbereich 14a des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements 14 gerichtet. Der Startbereich 14a ist so ausgerichtet und konkav gewölbt, dass der Laserstrahl 17 nach der Umlenkung am ers- ten optischen Element 14 mit der gewünschten Fokussierung auf die Startstelle 16a der Trennlinie 16 trifft. Der Laserstrahl 17 wird von der Laser-Scaneinrichtung 18 um die Abschnittsachse 15 bewegt, wobei der Winkel zwischen der Abschnittsachse und der Achse des Laserstrahls 17 kontinuierlich vergrössert wird.A laser scanning device 18 is aligned substantially in the direction of the section axis 15 on the resulting tube 4 and can direct a laser beam 17 along the entire circumference of the first optical element 14 on this. At the beginning of the cutting process, the focus area of a portion 17a of the laser beam 17 directed to the tube 4 is at the starting point 16a of the dividing line 16. The laser beam 17 is directed by the laser scanning device 18 onto a starting area 14a of the first annularly closed optical element 14. The starting region 14a is aligned and concavely curved such that the laser beam 17 strikes the starting point 16a of the parting line 16 after the deflection at the first optical element 14 with the desired focus. The laser beam 17 is moved by the laser scanning device 18 about the section axis 15, wherein the angle between the section axis and the axis of the laser beam 17 is continuously increased.
In der Mitte des Schneidvorgangs liegt der Fokusbereich des auf das Rohr 4 gerichteten Abschnitts 17a des Laserstrahls 17 bei der mittleren Stelle 16b der Trennlinie 16, wobei der Laserstrahl 17 an einem mittleren Bereich 14b des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements 14 umgelenkt wird. Am Ende des Schneidvorgangs liegt der Fokusbereich des auf das Rohr 4 gerichteten Abschnitts 17a des Laserstrahls 17 bei der Endstelle 16c der Trennlinie 16, wobei der Laserstrahl 17 an einem Endbereich 14c des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements 14 umgelenkt wird.In the middle of the cutting operation, the focus area of the tube 4 directed portion 17a of the laser beam 17 is at the central location 16b of the separation line 16, the laser beam 17 being deflected at a central area 14b of the first closed loop optical element 14. At the end of the cutting operation, the focus area of the portion 17a of the laser beam 17 directed to the tube 4 is at the terminal 16c of the separation line 16, the laser beam 17 being deflected at an end portion 14c of the first annularly closed optical element 14.
In der schematischen Darstellung ist der von der Laser-Scaneinrichtung 18 ausgehende Laserstrahl 17 als Strahl mit paralleler Strahlberandung dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass vorzugsweise bereits der Laserstrahl 17 zumindest in seiner Ausdehnung tangential zur Trennlinie 16 etwas fokussiert sein wird, damit bei der Trennlinie 16 die gewünschte Fokussierung gegeben ist. Weil sich die Länge der Strahlabschnitte 17 und 17a entlang der Trennlinie 16 ändert, wird die Fokussierung vorzugsweise auch während des Schneidvorgangs kontinuierlich angepasst. Die in der Fig. 4 dargestellte Krümmung der konkaven Spiegelfläche des ersten optischen Elementes 14 zeigt, dass die Krümmung ähnlich ist zu einer Parabel. Die stärkere Krümmung in den Bereichen, die näher beim Rohr liegen, ermöglicht bei unterschiedlich ausgerichteten Laserstrahlen 17 sowohl eine gewünschte Fokussierung als auch eine steile Ausrichtungen der auf das Rohr 4 gerichteten Abschnitte 17a.In the schematic illustration, the laser beam 17 emanating from the laser scanning device 18 is shown as a beam with a parallel beam boundary. It goes without saying that preferably already the laser beam 17 will be somewhat focused at least in its extension tangential to the dividing line 16, so that the desired focus is given at the parting line 16. Because the length of the beam sections 17 and 17a varies along the dividing line 16, the focusing is preferably also continuously adjusted during the cutting process. The curvature of the concave mirror surface of the first optical element 14 shown in FIG. 4 shows that the curvature is similar to a parabola. The stronger curvature in the areas which are closer to the tube, allows for differently oriented laser beams 17 both a desired focus as well as a steep alignments of the pipe 4 directed to the sections 17 a.
Die fokussierende Wirkung des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes 14 und die Fokus-Ausgestaltung des auf das erste optische Element 14 gelangenden Laserstrahls gewährleisten die für das Schneiden nötige Fokussierung des Kontaktbereichs bei der Trennlinie 16. Die Trennlinie 16 liegt in der Trennebene. Zwischen der Trennebene und der Achse des auf das Rohr treffenden Strahlabschnitts 17a ist ein Winkel ausgebildet ist, der entlang der gesamten Trennlinie immer kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 30° und insbesondere kleiner als 15° ist.The focusing effect of the first annularly closed optical element 14 and the focus configuration of the laser beam reaching the first optical element 14 ensure the necessary focusing of the contact area at the parting line 16. The parting line 16 lies in the parting plane. Between the dividing plane and the axis of the jet section 17a impinging on the tube, an angle is formed, which is always smaller than 45 °, preferably smaller than 30 ° and in particular smaller than 15 °, along the entire dividing line.
Weil bei der Umlenkung des Laserstrahls am ersten optischen Element 14 aufgrund des absorbierten Energieanteils Wärme entsteht, wird das erste optische Element vor- zugsweise gekühlt.Because heat is generated during the deflection of the laser beam on the first optical element 14 due to the absorbed energy component, the first optical element is preferably cooled.
Um das beim Laser-Schneiden freigesetzte Material bzw. die Schmelzteile mit einem Gasstrom aus der Schnittfuge blasen zu können, wird dem ersten optischen Element eine ringförmige Gaszuführung 19 zugeordnet. Von der Gaszuführung 19 strömt durch eine entsprechend geformte Austrittsöffnung 19a das gewünschte Schneidgas, gegebenenfalls Druckluft, zur Trennlinie 16. Gegebenenfalls wird im Innern des Rohrabschnitts 5 ein Unterdruck erzeugt, um das geschmolzene Material besser wegführen zu können.In order to be able to blow out the material released during laser cutting or the melted parts with a gas stream from the kerf, an annular gas feed 19 is assigned to the first optical element. From the gas supply 19 flows through a correspondingly shaped outlet opening 19a, the desired cutting gas, possibly compressed air, to the dividing line 16. If necessary, a negative pressure is generated in the interior of the pipe section 5 in order to lead away the molten material better.
Es versteht sich von selbst, dass anstelle der Veränderung des Winkels zwischen dem Laserstrahl 17 und der Abschnittsachse 15 auch das erste optische Element 14 in Richtung der Abschnittsachse 15 verschoben werden kann, um die Mitführung mit dem Rohrvorschub zu gewährleisten.It goes without saying that instead of changing the angle between the laser beam 17 and the section axis 15, the first optical element 14 can also be displaced in the direction of the section axis 15 in order to ensure entrainment with the pipe feed.
Fig. 4b zeigt eine Ausführungsform bei der das erste ringförmig geschlossenen optische Element 14 von einer konischen Spiegelfläche innerhalb des Rohres 4 gebildet wird. Im oberen Bereich der Fig.4b ist eine Schnittebene dargestellt, welche die Abschnittsachse 15 umfasst. In dieser Schnittebene wird der Laserstrahl 17 durch die Re- flektion an der konischen Spiegelfläche lediglich zur Startstelle 16a der Trennlinie 16 umgelenkt. Die Fokussierung des Laserstrahls 17 ist in dieser Schnittebene so gewählt, dass der Fokus des Laserstrahls bei der Startstelle 16a liegt. Gegebenenfalls wird mit einer manschettenartig um den Rohrabschnitt 5 angeordneten Absaugeinrichtung im Bereich der Trennlinie ein Unterdruck erzeugt, um das geschmolzene Material besser wegführen zu können.FIG. 4 b shows an embodiment in which the first annularly closed optical element 14 is formed by a conical mirror surface inside the tube 4. In the upper part of FIG. 4 b, a sectional plane is shown, which includes the section axis 15. In this sectional plane, the laser beam 17 is deflected by the reflection at the conical mirror surface only to the starting point 16a of the parting line 16. The focusing of the laser beam 17 is selected in this sectional plane so that the focus of the laser beam is at the starting point 16a. Optionally, with a vacuum arranged around the pipe section 5 suction device generates a negative pressure in the region of the parting line in order to better lead away the molten material.
Im unteren Bereich der Fig. 4b ist die Fokussierung des Laserstrahls senkrecht zur oben erwähnten Schnittebene, bzw. tangential zur konischen Spiegelfläche, dargestellt. Weil die konische Spiegelfläche in dieser Strahlausdehnung defokussierend umlenkt, muss der zugeführte Laserstrahl 17 in dieser Strahlausdehnung stärker fokussiert sein, damit der Fokus in dieser Strahlausdehnung nach der Umlenkung ebenfalls bei der Startstelle 16a der Trennlinie 16 liegt.In the lower area of FIG. 4b, the focusing of the laser beam is shown perpendicular to the above-mentioned sectional plane, or tangentially to the conical mirror surface. Because the conical mirror surface deflects defocusing in this beam extension, the supplied laser beam 17 must be more focused in this beam extension, so that the focus in this beam extension after the deflection is likewise at the starting point 16a of the parting line 16.
Die Laser-Scaneinrichtung 18 muss daher nebst der Strahlführung entlang der ringförmigen Spiegelfläche auch eine Strahlform mit unterschiedlicher Strahlbreite und Fokussierung in den zwei Hauptrichtungen des Strahlquerschnitts bereitstellen, wobei die Hauptrichtungen beim Drehen des Strahls mitgedreht werden müssen, damit die grossere Ausdehnung beim Auftreffen des Laserstrahls 17 auf die konische Spiegelfläche zu dieser immer tangential ausgerichtet ist. Es versteht sich von selbst, dass die Spiegelfläche in der Schnittebene auch konvex oder konkav ausgebildet sein könnte, wobei dann aber die Ausbildung des Laserstrahls 17 entsprechend gewählt werden müsste.The laser scanning device 18 must therefore provide along with the beam guide along the annular mirror surface and a beam shape with different beam width and focusing in the two main directions of the beam cross-section, the main directions must be rotated when turning the beam, so that the larger extent upon impact of the laser beam 17th on the conical mirror surface to this is always aligned tangentially. It goes without saying that the mirror surface in the sectional plane could also be convex or concave, but then the formation of the laser beam 17 would have to be selected accordingly.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform bei welcher der Laserstrahl 17 im Wesentlichen parallel zur Abschnittsachse 15 mit einem verstellbaren Abstand zur Abschnittsachse 15 auf das erste ringförmig geschlossene optische Element 14 gerichtet wird. Mit einer zur Abschnittsachse 15 parallelen Verschiebung des auf das erste optische Element 14 gerichteten Laserstrahls 17 wird eine gewünschte Bewegung des auf das entstehende Rohr treffenden Laserstrahlabschnitts 17a bewirkt, was eine einfache Mitführung mit der Bewegung des entstehenden Rohres ermöglicht. Um den Laserstrahl 17 parallel zur Abschnittsachse 15 bewegen zu können umfasst die Laser-Scaneinrichtung 18 eine Laserquelle 18a und ein quer zur Abschnittsachse nach aussen umlenkendes optisches Element 18b, welches um die Abschnittsachse 15 drehbar gelagert ist und das den Abstand des Laserstrahls 17 von der Abschnittsachse verstellen kann.5 shows an embodiment in which the laser beam 17 is directed substantially parallel to the section axis 15 at an adjustable distance to the section axis 15 on the first annularly closed optical element 14. With a parallel to the section axis 15 displacement of the directed onto the first optical element 14 laser beam 17, a desired movement of the incident on the resulting tube laser beam portion 17a is effected, allowing easy entrainment with the movement of the resulting tube. In order to be able to move the laser beam 17 parallel to the section axis 15, the laser scanning device 18 comprises a laser source 18a and an optical element 18b deflecting transversely to the section axis, which is rotatably mounted about the section axis 15 and the distance of the laser beam 17 from the section axis can adjust.
Das nach aussen umlenkende optische Element 18b wird beispielsweise als laserbrechendes Element mit zwei planparallelen Oberflächen 20 ausgebildet. Wenn nun dieses Element unter einem verstellbaren Winkel 19 von der Abschnittsachse 15 wegführt, so kann ein entlang der Abschnittsachse 15 zugeführter Laserstrahlabschnitt 17b durch eine der planparallelen Oberflächen 20 in das umlenkende optische Element 18b eintreten und von der Abschnittsachse 15 beabstandet wieder durch die andere der planparallelen Oberflächen 20 austreten. Dabei wird der austretende Laserstrahl 17 parallel zum eintretenden Laserstrahlabschnitt 17b weitergeführt. Der Abstand zwischen diesen beiden Strahlabschnitten hängt vom Abstand der beiden planparallelen Oberflächen 20 des umlenkenden optischen Elementes 18b und dem Winkel 19 zwischen der Abschnittsachse 15 und den planparallelen Oberflächen 20 ab. Es versteht sich von selbst, dass das umlenkende optische Element 18b beispielswiese auch aus zwei zusammenwirkenden Prismen mit verstellbarem Abstand gebildet werden kann, wobei dann die Verstellung des Abstands zwischen den beiden Prismen an die Stelle der Verstellung des Winkels 19 tritt.The outwardly deflecting optical element 18b is formed, for example, as a laser-breaking element with two plane-parallel surfaces 20. If now this element leads away from the section axis 15 at an adjustable angle 19, then a laser beam section 17b supplied along the section axis 15 can pass through one of the plane-parallel surfaces 20 enter the deflecting optical element 18b and spaced from the section axis 15 again through the other of the plane-parallel surfaces 20 exit. In this case, the exiting laser beam 17 is continued parallel to the entering laser beam section 17b. The distance between these two beam sections depends on the distance between the two plane-parallel surfaces 20 of the deflecting optical element 18b and the angle 19 between the section axis 15 and the plane-parallel surfaces 20. It goes without saying that the deflecting optical element 18b, for example, can also be formed from two interacting prisms with an adjustable distance, wherein the adjustment of the distance between the two prisms then replaces the adjustment of the angle 19.
Weil der Laserstrahl 17 immer parallel zur Abschnittsachse 15 ausgerichtet ist, wenn er auf das erste optische Element 14 trifft, kann die umlenkende Spiegelfläche kugelflä- chenähnlich ausgebildet werden, so dass die Fokussierungswirkung der Spiegelfläche im Querschnitt des Laserstrahls im Wesentlichen in alle Richtungen gleich ist.Since the laser beam 17 is always aligned parallel to the section axis 15 when it strikes the first optical element 14, the deflecting mirror surface may be formed spherical surface similar, so that the focusing effect of the mirror surface in the cross section of the laser beam is substantially equal in all directions.
Im Innern des entstehenden Rohrs 4 befindet sich eine Abgabevorrichtung 21 zum Abgeben von abgetrennten Rohrabschnitten 5. Eine solche Abgabevorrichtung 21 kann den Rohrabschnitt 5 während des Schneidvorgangs halten und nach dem vollständigen Abtrennen kann die Abgabevorrichtung mit einer Kippbewegung sicherstellen, dass der Rohrabschnitt ohne Kontakt zum aussen angeordneten ersten optischen Element 14 weggeführt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist die Abgabevorrichtung 21 an einem Dorn 22 der Rohrformeinrichtung angeordnet und umfasst einen Halteteil 23, eine Schwenkverbindung 24 sowie ein Betätigungselement 25. Das Betätigungselement ist als in Richtung der Abschnittsachse 15 bewegbarer Kolben ausgebildet, der an einer Führung 26 des Halteteils 23 so befestigt ist, dass zusammen mit der Schwenkverbindung die gewünschte Kippbewegung des Halteteils 23 erzielbar ist.Inside the resulting tube 4 is a dispenser 21 for dispensing severed tube sections 5. Such a dispenser 21 may hold the tube section 5 during the cutting operation and after complete separation, the dispenser may ensure with a tilting movement that the tube section is out of contact with the exterior arranged first optical element 14 is guided away. In the illustrated embodiment, the dispensing device 21 is arranged on a mandrel 22 of the tube forming device and comprises a holding part 23, a pivot connection 24 and an actuating element 25. The actuating element is designed as a movable in the direction of the section axis 15 piston, which on a guide 26 of the holding part 23rd is fixed so that, together with the pivotal connection, the desired tilting movement of the holding part 23 can be achieved.
Um den Rohrabschnitt 5 mit einer Kraft in der Richtung des Rohrvorschubs beaufschlagen zu können, ist eine flexible Druckluftzuführung 27 und im Halteteil 23 eine ringförmige Austrittsdüse 28 ausgebildet. Die durch die Austrittsdüse 28 austretende Luft beaufschlagt den Rohrabschnitt 5 mit einer Kraft in Vorschubrichtung, was gegen das Ende der Ausbildung der Schneidlinie und beim Abgeben des Rohrabschnittes 5 vorteilhaft eingesetzt werden kann. Um das Abgeben in einer kontrollierten Weise durchzuführen, wird der Halteteil 23 mit dem freien Ende nach unten gekippt. Damit das entstehende Rohr 4 auch am gekipptem Halteteil 23 nirgends ansteht, ist im Halteteil 23 eine Ausnehmung 23a vorgesehen.To be able to act on the pipe section 5 with a force in the direction of the pipe feed, a flexible compressed air supply 27 and in the holding part 23, an annular outlet nozzle 28 is formed. The exiting through the outlet nozzle 28 air acts on the pipe section 5 with a force in the feed direction, which can be used against the end of the formation of the cutting line and the dispensing of the pipe section 5 advantageous. To perform the dispensing in a controlled manner, the holding member 23 is tilted with the free end down. So that the resulting Pipe 4 is also present on the tilted holding member 23 is nowhere, a recess 23 a is provided in the holding part 23.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform bei der das erste optische Element 14 eine konische Spiegelfläche 29 umfasst. Weil nun die Umlenkung am ersten optischen Element 14 in Ebenen mit der Abschnittsachse 15 nicht fokussierend wirkt, wird ein Laserstrahl verwendet, der in diesen Ebenen bereits fokussiert ist, was durch die zusammenlaufenden seitlichen Strahlberandungen dargestellt ist. Mit einem schematisch dargestellten Linsenelement 30 kann in den Ebenen mit der Abschnittsachse 15 eine zusätzliche Fokus- sierung erzielt werden, die vorzugsweise entsprechend der Fokussierung tangential zur Trennlinie gewählt wird. Wenn nun also die Fokussierung aufgrund der radial nach innen umlenkenden konische Spiegelfläche 29 und des Linsenelements 30 im Wesentlichen gleich ist, kann ein rotationssymmeterischer Laserstrahl 17 in einen rotationssymmetrischen Laserstrahlabschnitt 17a umgelenkt werden.FIG. 6 shows an embodiment in which the first optical element 14 comprises a conical mirror surface 29. Because now the deflection on the first optical element 14 in planes with the section axis 15 does not focus, a laser beam is used, which is already focused in these planes, which is represented by the converging lateral beam boundaries. With a schematically illustrated lens element 30, an additional focusing can be achieved in the planes with the section axis 15, which is preferably chosen to be tangential to the parting line in accordance with the focusing. If, therefore, the focusing is substantially the same due to the radially inwardly deflecting conical mirror surface 29 and the lens element 30, a rotationally symmetric laser beam 17 can be deflected into a rotationally symmetrical laser beam section 17a.
Der parallel zur Abschnittsachse 15 ausgerichtete Laserstrahl 17 kommt von einem weiteren ringförmig geschlossenen optischen Element 31 , das vorzugsweise eine konische Spiegelfläche 32 umfasst. Wenn die Öffnungswinkel der beiden Spiegelflächen 29 und 32 zur Abschnittsachse 15 im Wesentlichen 45° betragen und die Spiegelflächen 29 und 32 gegeneinander ausgerichtet sind, so kann mit einem in Richtung der Abschnittsachse 15 verschiebbaren radial auf das weitere optische Element 31 gerichteten Strahlabschnitt 17c eine axiale Verschiebung des radial auf das Rohr treffenden Laserstrahlabschnitts 17a erzielt werden. Anstelle von konischen Spiegelflächen 29 und 32 können gegebenenfalls totalreflektierende ringförmig geschlossene Prismen beispiels- weise in der Form eines ringförmigen Pentaprismas eingesetzt werden, wobei die Ein- und die Austrittsfläche in Schnittebenen mit der Abschnittsachse 15 unter einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet wären.The laser beam 17 aligned parallel to the section axis 15 comes from a further annularly closed optical element 31, which preferably comprises a conical mirror surface 32. If the opening angles of the two mirror surfaces 29 and 32 are substantially 45 ° relative to the section axis 15 and the mirror surfaces 29 and 32 are aligned with one another, an axial displacement can take place with a beam section 17c which can be displaced radially in the direction of the section axis 15 and radially onto the further optical element 31 of the radially incident on the tube laser beam portion 17a can be achieved. Instead of conical mirror surfaces 29 and 32, if desired, totally reflecting annularly closed prisms can be used, for example, in the form of an annular pentaprism, the inlet and outlet surfaces being aligned in section planes with the section axis 15 at an angle of 90 ° to one another.
Um den radial nach aussen führenden um die Abschnittsachse rotierenden Laserstrahl- abschnitt 17c zu erzeugen, umfasst die Laser-Scaneinrichtung 18 ein ebenes oder gegebenenfalls konkaves um die Abschnittsachse 15 rotierendes radial nach aussen umlenkendes optisches Element 33. Dieses rotierende radial nach aussen umlenkende optische Element 33 kann mit einem Spiegel oder gegebenenfalls mit mindestens einem Prisma, beispielsweise einem Pentaprisma, ausgebildet werden. Von der Laser- quelle 18a erstreckt sich ein zugeführter Laserstrahlabschnitt 17b entlang der Abschnittsachse 15 zum radial umlenkenden optischen Element 33. Um das radial umlenkende optische Element 33 um die Abschnittsachse 15 drehbar zu lagern und in Richtung der Abschnittsachse 15 verschieben zu können umfasst die Laser-Scaneinrichtung sowohl eine Vorschubvorrichtung 34 mit einer Führung 35 und ei- nem Antrieb 36. Beim Schneiden muss der Vorschub der Vorschubvorrichtung 34 genau auf den Vorschub des Rohres 4 abgestimmt sein. Eine Drehvorrichtung 37 mit Lagerung und Antrieb ist zwischen dem vorschiebbaren Teil 38 und dem radial umlenkenden optischen Element 33 eingesetzt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das radial umlenkende optische Element 33 einen Spiegel 33a und eine Spiegelhalte- rung 33b, die mit dem drehenden Teil der Drehvorrichtung 37 verbunden ist.In order to generate the radially outwardly leading laser beam section 17c rotating about the section axis, the laser scanning device 18 comprises a planar or optionally concave optical element 33 which rotates radially outward about the section axis 15. This rotating radially outwardly deflecting optical element 33 can be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism. From the laser source 18a, a supplied laser beam section 17b extends along the section axis 15 to the radially deflecting optical element 33. In order to support the radially deflecting optical element 33 rotatable about the section axis 15 and to be able to move in the direction of the section axis 15, the laser scanning device comprises both a feed device 34 with a guide 35 and a drive 36. During cutting, the feed of the feed device 34 be matched exactly to the feed of the tube 4. A rotating device 37 with storage and drive is inserted between the advanceable part 38 and the radially deflecting optical element 33. In the illustrated embodiment, the radially deflecting optical element 33 comprises a mirror 33 a and a Spiegelhalte- tion 33 b, which is connected to the rotating part of the rotary device 37.
Der zugeführte Laserstrahl 17b wird genau während einer Umdrehung des kontinuierlich drehenden Spiegels 33a auf diesen gestrahlt. Am Anfang dieser Umdrehung ist der Spiegel 33a in der Position A und der Laserstrahl wird über die Umlenkbereiche 31a und 14a der beiden ringförmigen optischen Elemente 31 und 14 zur Startstelle 16a auf der Trennlinie 16 geführt. In der Mitte des Schneidvorgangs ist der Spiegel 33a in der Position B und der Laserstrahl wird über die Umlenkbereiche 31 b und 14b der beiden ringförmigen optischen Elemente 31 und 14 zur mittleren Stelle 16b auf der Trennlinie 16 geführt. Am Ende des Schneidvorgangs ist der Spiegel 33a in der Position C und der Laserstrahl wird über die Umlenkbereiche 31 c und 14c der beiden ringförmigen optischen Elemente 31 und 14 zur Endstelle 16c auf der Trennlinie 16 geführt.The supplied laser beam 17b is irradiated to it exactly during one revolution of the continuously rotating mirror 33a. At the beginning of this revolution, the mirror 33a is in the position A and the laser beam is guided via the deflection regions 31a and 14a of the two annular optical elements 31 and 14 to the starting point 16a on the parting line 16. In the middle of the cutting operation, the mirror 33a is in the position B and the laser beam is guided via the deflection regions 31b and 14b of the two annular optical elements 31 and 14 to the middle point 16b on the parting line 16. At the end of the cutting process, the mirror 33a is in the position C and the laser beam is guided on the parting line 16 via the deflection regions 31c and 14c of the two annular optical elements 31 and 14 to the terminal 16c.
Die Umlenkung des radial nach aussen führenden Laserstrahls 17c am weiteren ringförmigen optischen Element 31 in der Ausdehnung des Strahls tangential zum Umfang des weiteren ringförmigen optischen Elements 31 erfolgt nur dann im Wesentlichen parallel oder nur wenig defokussiert, wenn der radiale Strahlabschnitt die Form eines von der Abschnittsachse ausgehenden aufgeweiteten Strahls hat. Entsprechend muss der Strahl auf einem ebenen Spiegel 33a senkrecht zur dargestellten Schnittebne eine schmale Form haben, die mit zunehmendem Abstand von der Abschnittsachse 15 brei- ter wird. Um eine entsprechende Strahlform auf den Spiegel 33a zu bringen, wird ein strahlformendes optisches Element 39, beispielsweise eine spezielle Linsenanordnung, zusammen mit dem Spiegel 33a am drehenden Teil der Drehvorrichtung 37 befestigt. Weil die beiden ringförmigen optischen Elemente 14 und 31 symmetrisch aufgebaut sind, ist es am einfachsten, wenn die tangentiale Strahl-Fokussierung im Bereich des Spiegels 33a der gewünschten Fokussierung im Bereich der Trennlinie entspricht. Die gewünschte Ausgestaltung des radialen Strahlabschnitt kann gegebenenfalls auch da- durch erzielt werden, dass der Spiegel 33 nicht eben sondern mit einem konkaven und konvexen Bereich ausgebildet wird, über der Abschnittsachse konvex und darunter konkav.The deflection of the radially outwardly leading laser beam 17c on the further annular optical element 31 in the extension of the beam tangent to the circumference of the further annular optical element 31 is only substantially parallel or only slightly defocused, if the radial beam section is in the shape of one of the section axis outgoing expanded beam has. Accordingly, the beam on a plane mirror 33a perpendicular to the section plane shown must have a narrow shape which widens with increasing distance from the section axis 15. In order to impart a corresponding beam shape to the mirror 33a, a beam-shaping optical element 39, for example a special lens arrangement, is fastened to the rotating part of the rotary device 37 together with the mirror 33a. Since the two annular optical elements 14 and 31 are of symmetrical construction, it is easiest if the tangential beam focusing in the area of the mirror 33a corresponds to the desired focusing in the region of the dividing line. The desired configuration of the radial beam section may optionally also be achieved by that the mirror 33 is not formed flat but with a concave and convex portion, convex over the section axis and concave underneath.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform bei der mindestens ein drehbar gelagertes optisches Umlenkelement 40 im Bereich der mit dem entstehenden Rohr 4 kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene um die Abschnittsachse 15 gedreht und der Laserstrahl 17 über Teilbereiche dieses drehenden optischen Umlenkelements 40 quer zur Abschnittsachse 15 auf die Trennlinie 16 umgelenkt wird. Das drehende optische Umlenkelement 40 wird vorzugsweise als ebene Spiegelfläche, gegebenenfalls aber als Prisma, beispielsweise als Pentaprisma ausgebildet und an einer Dreheinrichtung 41 angeordnet. Die Dreheinrichtung 41 ist über ein Drehlager 42 und eine Antriebsvorrichtung 43 mit einem Rahmenteil 44 verbunden. Die Antriebsvorrichtung 43 treibt die Dreheinrichtung 41 über eine Antriebsübertragung 45 an. Am Anfang des Schneidvorgangs liegt der Fokusbe- reich eines auf das Rohr 4 gerichteten Abschnitts 17a des Laserstrahls 17 bei der7 shows an embodiment in which at least one rotatably mounted optical deflecting element 40 is rotated about the section axis 15 in the area of the dividing plane continuously advanced with the resulting tube 4, and the laser beam 17 over portions of this rotating optical deflecting element 40 transverse to the section axis 15 on the dividing line 16 is diverted. The rotating optical deflection element 40 is preferably designed as a plane mirror surface, but optionally as a prism, for example as a pentaprism, and arranged on a rotating device 41. The rotating device 41 is connected via a pivot bearing 42 and a drive device 43 with a frame part 44. The drive device 43 drives the rotary device 41 via a drive transmission 45. At the beginning of the cutting process, the focus area of a portion 17a of the laser beam 17 directed at the tube 4 is at
Startstelle 16a der Trennlinie 16 und am Ende des Schneidvorgangs bei der Endstelle 16c.Starting point 16a of the dividing line 16 and at the end of the cutting process at the terminal 16c.
Die Laser-Scaneinrichtung 18 erzeugt einen radial nach aussen führenden um die Ab- schnittsachse 15 rotierenden Laserstrahlabschnitt 17c und umfasst dazu ein um dieThe laser scanning device 18 generates a radially outwardly leading around the section axis 15 rotating laser beam portion 17c and includes one to the
Abschnittsachse 15 rotierendes radial nach aussen umlenkendes optisches Element 33. Dieses rotierende radial nach aussen umlenkende optische Element 33 kann mit einem Spiegel oder gegebenenfalls mit mindestens einem Prisma, beispielsweise einem Pentaprisma, ausgebildet werden. Von der Laserquelle 18a erstreckt sich ein zugeführter Laserstrahlabschnitt 17b entlang der Abschnittsachse 15 zum radial umlenkenden optischen Element 33.Section section 15 rotating radially outwardly deflecting optical element 33. This rotating radially outwardly deflecting optical element 33 may be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism. From the laser source 18a, a supplied laser beam section 17b extends along the section axis 15 to the radially deflecting optical element 33.
Um das radial umlenkende optische Element 33 um die Abschnittsachse 15 drehbar zu lagern und in Richtung der Abschnittsachse 15 verschieben zu können umfasst die La- ser-Scaneinrichtung eine Vorschubvorrichtung 34 mit einer Führung 35 und einen Antrieb 36. Beim Schneiden muss der Vorschub der Vorschubvorrichtung 34 genau auf den Vorschub des Rohres 4 abgestimmt sein. Eine Drehvorrichtung 37 ist zwischen dem vorschiebbaren Teil 38 und dem radial umlenkenden optischen Element 33 eingesetzt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das radial umlenkende optische Element 33 einen Spiegel 33a und eine Spiegelhalterung 33b, die mit dem drehenden Teil der Drehvorrichtung 37 verbunden ist. Radial ausserhalb des rotierenden nach aussen umlenkenden optischen Elements 33 ist ein weiteres drehbar gelagertes optisches Umlenkelement 40 angeordnet und der Laserstrahlabschnitt 17c wird über Teilbereiche dieses drehenden optischen Umlenk- elements 40 parallel zur Abschnittsachse 15 zum drehbar gelagerten optischen Umlenkelement 40 bei der Trennebene umgelenkt. Auch das weitere drehende optische Umlenkelement 40 wird an einer weiteren Dreheinrichtung 41 angeordnet, die über ein weiteres Drehlager 42 und die Antriebsvorrichtung 43 mit dem Rahmenteil 44 verbunden ist. Die Antriebsvorrichtung 43 treibt die Dreheinrichtung 41 über die Antriebsüber- tragung 45 an. Die beiden drehbar gelagerten optischen Umlenkelemente 40 werden synchron um die Abschnittsachse gedreht.In order to support the radially deflecting optical element 33 rotatable about the section axis 15 and to be able to move in the direction of the section axis 15, the laser scanning device comprises a feed device 34 with a guide 35 and a drive 36. During cutting, the feed of the feed device 34 be matched exactly to the feed of the tube 4. A rotating device 37 is inserted between the advancing part 38 and the radially deflecting optical element 33. In the illustrated embodiment, the radially deflecting optical element 33 includes a mirror 33 a and a mirror mount 33 b connected to the rotating part of the rotary device 37. Radially outside the rotating outwardly deflecting optical element 33, a further rotatably mounted optical deflection element 40 is arranged and the laser beam section 17c is deflected over partial areas of this rotating optical deflection element 40 parallel to the section axis 15 to the rotatably mounted optical deflection element 40 at the parting plane. The further rotating optical deflecting element 40 is also arranged on a further rotating device 41, which is connected to the frame part 44 via a further rotary bearing 42 and the drive device 43. The drive device 43 drives the rotary device 41 via the drive transmission 45. The two rotatably mounted optical deflection elements 40 are rotated synchronously about the section axis.
Eine Drehkoppelung 46 überträgt die Drehung der weiteren Dreheinrichtung 41 auf das radial umlenkende optische Element 33 bzw. auf die Spiegelhalterung 33b. Damit das radial umlenkende optische Element 33 in Richtung der Abschnittsachse 15 bewegbar bleibt, ist die Drehkoppelung 46 beispielsweise über einen in Umfangsrichtung formschlüssigen in Achsrichtung aber verschiebbaren Eingriff gewährleistet. Die beiden Dreheinrichtungen 41 sind in Richtung der Abschnittsachse fix angeordnet. Daher sind lediglich Beschleunigungskräfte für die axiale Bewegung des radial umlenkenden opti- sehen Elements 33 nötig. Weil dieses sehr leicht gebaut werden kann, handelt es sich um kleine Kräfte. Die drehenden Teile werden mit einer konstanten Drehzahl gedreht.A rotary coupling 46 transmits the rotation of the further rotary device 41 to the radially deflecting optical element 33 or to the mirror mount 33b. In order for the radially deflecting optical element 33 to remain movable in the direction of the section axis 15, the rotational coupling 46 is ensured, for example, by means of a form-fitting engagement in the circumferential direction but displaceable in the axial direction. The two rotating devices 41 are arranged fixed in the direction of the section axis. Therefore, only acceleration forces for the axial movement of the radially deflecting opti- see element 33 is necessary. Because this can be built very easily, it is small forces. The rotating parts are rotated at a constant speed.
Der zugeführte Laserstrahl 17b wird genau während einer Umdrehung des kontinuierlich drehenden Spiegels 33a auf diesen gestrahlt. Am Anfang dieser Umdrehung ist der Spiegel 33a in der Position A und der Laserstrahl 17 wird über die Umlenkbereiche 40a der beiden drehenden optischen Umlenkelemente 40 zur Startstelle 16a auf der Trennlinie 16 geführt. Am Ende des Schneidvorgangs ist der Spiegel 33a in der Position C und der Laserstrahl 17 wird über die Umlenkbereiche 40c zur Endstelle 16c auf der Trennlinie 16 geführt.The supplied laser beam 17b is irradiated to it exactly during one revolution of the continuously rotating mirror 33a. At the beginning of this revolution, the mirror 33a is in the position A and the laser beam 17 is guided over the deflection regions 40a of the two rotating optical deflection elements 40 to the starting point 16a on the parting line 16. At the end of the cutting process, the mirror 33a is in the position C and the laser beam 17 is guided via the deflection regions 40c to the end point 16c on the parting line 16.
In der dargestellten Ausführung ist der Strahl bereits beim Austritt aus der Laserquelle 18a fokussiert, was mit einer unerwünscht grossen Fokusslänge verbunden ist. Es versteht sich von selbst, dass eine Fokussiereinrichtung 48, die bei der Drehvorrichtung 37 eingezeichndt ist, auch an einer der Dreheinrichtungen 41 oder auch an der Spiegelhal- terung 33b im Laserstrahl angeordnet werden kann und dann der Laserstrahl zwischen der Laserquelle 18a und der Fokussier Linse als paralleler Stahl ausgebildet wird. Die Fokussiereinrichtung 48 stellt den bei der Trennlinie 16 benötigten Strahlfokus jeweils entsprechend der sich ändernden Länge des Laserstrahl 17 von der Fokussiereinrich- tung bis zur Trennlinie ein.In the illustrated embodiment, the beam is already focused at the exit from the laser source 18a, which is associated with an undesirably large focal length. It goes without saying that a focusing device 48, which is drawn in the rotary device 37, can also be arranged on one of the rotating devices 41 or also on the mirror holder 33b in the laser beam and then the laser beam between the laser source 18a and the focusing lens is designed as a parallel steel. The Focusing device 48 adjusts the beam focus required at the parting line 16 in each case in accordance with the changing length of the laser beam 17 from the focusing device to the parting line.
Die freien Stirnseiten 4a, 4b und 4c des entstehenden Rohres 4 sind in drei Positionen dargestellt, nämlich am Anfang 4a, in der Mitte 4b und am Ende 4c des Schneidvorganges. Wenn der Rohrabschnitt 5 vollständig abgetrennt ist, kann er zwischen den beiden Dreheinrichtung 41 nach unten weggeführt werden.The free end faces 4a, 4b and 4c of the resulting tube 4 are shown in three positions, namely at the beginning 4a, in the middle 4b and at the end 4c of the cutting process. When the tube section 5 is completely separated, it can be led away downwards between the two rotary devices 41.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform bei der zwei drehbar gelagerte optische Umlenkelemente 40 zusammen mit einem radial nach aussen umlenkenden optischen Element 33 in einem geschlossenen Gehäuse 47 angeordnet sind. Die Drehlagerung für die Drehung dieser optischen Elemente 40, 33 um die Abschnittsachse 15 ist als Teil der Laser-Scanneinrichtung 18 ausgebildet. Um das radial umlenkende optische Element 33 und damit auch die beiden Umlenkelemente 40 um die Abschnittsachse 15 drehbar zu lagern und in Richtung der Abschnittsachse 15 verschieben zu können, umfasst die Laser-Scaneinrichtung 18 eine Vorschubvorrichtung 34 mit einer Führung 35 und einen Antrieb 36. Beim Schneiden muss der Vorschub der Vorschubvorrichtung 34 genau auf den Vorschub des Rohres 4 abgestimmt sein. Eine Drehvorrichtung 37 ist zwischen dem vorschiebbaren Teil 38 und dem radial umlenkenden optischen Element 33 eingesetzt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das radial umlenkende optische Element 33 einen Spiegel 33a und ist über das Gehäuse 47 mit dem drehenden Teil der Drehvorrichtung 37 verbunden. Eine Antriebsvorrichtung 43 treibt das Gehäuse 47 über eine Antriebsübertragung 45 an. Damit die Gehäusebewegung in Richtung der Ab- schnittsachse möglich ist, umfasst die Antriebsübertragung 45 beispielsweise zwei in Achsrichtung zueinander verschiebbare Ritzel 45a, von denen eines mit der Antriebswelle 45b und das andere mit dem Gehäuse 47 verbunden ist.FIG. 8 shows an embodiment in which two rotatably mounted optical deflection elements 40 are arranged together with a radially outwardly deflecting optical element 33 in a closed housing 47. The rotational mounting for the rotation of these optical elements 40, 33 about the section axis 15 is formed as part of the laser scanning device 18. In order to store the radially deflecting optical element 33 and thus also the two deflecting elements 40 about the section axis 15 and to move in the direction of the section axis 15, the laser scanning device 18 includes a feed device 34 with a guide 35 and a drive 36. At Cutting the feed of the feed device 34 must be matched exactly to the feed of the tube 4. A rotating device 37 is inserted between the advancing part 38 and the radially deflecting optical element 33. In the illustrated embodiment, the radially deflecting optical element 33 comprises a mirror 33 a and is connected via the housing 47 with the rotating part of the rotary device 37. A drive device 43 drives the housing 47 via a drive transmission 45. In order for the movement of the housing in the direction of the section axis to be possible, the drive transmission 45 comprises, for example, two sprockets 45a which are displaceable relative to one another in the axial direction, one of which is connected to the drive shaft 45b and the other to the housing 47.
Im Bereich der mit dem entstehenden Rohr 4 kontinuierlich vorgeschobenen Trennebe- ne bewegt sich ein optisches Umlenkelemente 40 um die Abschnittsachse 15, so dass der Laserstrahl 17 über dieses drehende optische Umlenkelement 40 quer zur Abschnittsachse 15 auf die Trennlinie 16 umgelenkt wird. Das drehende optische Umlenkelement 40 wird vorzugsweise als ebene Spiegelfläche, gegebenenfalls aber als Prisma, beispielsweise als Pentaprisma ausgebildet. Am Anfang des Schneidvorgangs liegt der Fokusbereich eines auf das Rohr 4 gerichteten Abschnitts 17a des Laserstrahls 17 bei der Startstelle 16a der Trennlinie 16 und am Ende des Schneidvorgangs bei der Endstelle 16c.An optical deflecting element 40 moves about the section axis 15 in the region of the separating plane which is continuously advanced with the resulting tube 4, so that the laser beam 17 is deflected transversely to the section axis 15 onto the dividing line 16 via this rotating optical deflecting element 40. The rotating optical deflection element 40 is preferably formed as a plane mirror surface, but optionally as a prism, for example as a pentaprism. At the beginning of the cutting process, the focus area of a section 17a of the laser beam 17 directed onto the pipe 4 lies at the starting point 16a of the dividing line 16 and at the end of the cutting process at the terminal 16c.
Die Laser-Scaneinrichtung 18 erzeugt mit dem nach aussen umlenkenden optischen Element 33 einen radial nach aussen führenden um die Abschnittsachse 15 rotierenden Laserstrahlabschnitt 17c. Dieses rotierende radial nach aussen umlenkende optische Element 33 kann mit einem Spiegel oder gegebenenfalls mit mindestens einem Prisma, beispielsweise einem Pentaprisma, ausgebildet werden. Von der Laserquelle 18a erstreckt sich ein zugeführter Laserstrahlabschnitt 17b entlang der Abschnittsachse 15 zum radial umlenkenden optischen Element 33 und von diesem über die beiden Umlenkelemente 40 zum Rohr 4.The laser scanning device 18 generates with the outwardly deflecting optical element 33 a radially outwardly leading to the section axis 15 rotating laser beam section 17c. This rotating radially outwardly deflecting optical element 33 can be formed with a mirror or optionally with at least one prism, for example a pentaprism. From the laser source 18a, a supplied laser beam section 17b extends along the section axis 15 to the radially deflecting optical element 33 and from there via the two deflection elements 40 to the tube 4.
In der dargestellten Ausführung ist der Laserstrahl 17 beim Austritt aus der Laserquelle 18a nicht fokussiert. Es versteht sich von selbst, dass eine Fokussiereinrichtung 48, beispielsweise eine Linse, an einer optimalen Stelle im Gehäuse 47 angeordnet werden kann und dann der Laserstrahl zwischen der Laserquelle 18a und der Fokussierlinse als paralleler Stahl und anschliessend fokussiert ausgebildet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform ändert sich die Länge des Laserstrahl 17 von der Fokussiereinrichtung bis zur Trennlinie 16 nicht, so dass auch keine Verstellung der Lage des Fokus nötig ist.In the illustrated embodiment, the laser beam 17 is not focused at the exit from the laser source 18a. It goes without saying that a focusing device 48, for example a lens, can be arranged at an optimum position in the housing 47 and then the laser beam is formed between the laser source 18a and the focusing lens as parallel steel and then focused. In the illustrated embodiment, the length of the laser beam 17 does not change from the focusing device to the parting line 16, so that no adjustment of the position of the focus is necessary.
Die freien Stirnseiten 4a, 4b und 4c des entstehenden Rohres 4 sind in drei Positionen dargestellt, nämlich am Anfang 4a, in der Mitte 4b und am Ende 4c des Schneidvorganges. Wenn der Rohrabschnitt 5 vollständig abgetrennt ist, kann er nach unten wegge- führt werden, während eines Drehbereichs in dem das Gehäuse 47 nicht unter dem Rohrabschnitt liegt.The free end faces 4a, 4b and 4c of the resulting tube 4 are shown in three positions, namely at the beginning 4a, in the middle 4b and at the end 4c of the cutting process. When the pipe section 5 is completely separated, it can be guided downwards during a rotation range in which the housing 47 is not under the pipe section.
Im Gehäuse 47 kann Gas zum Schneidbereich zugeführt werden um beim Laser- Schneiden geschmolzenes Material aus der Schnittfuge zu blasen. Das Gas gelangt beispielsweise über eine Zuführung 49 im Bereich der der Laserquelle 18a ins Innere des Gehäuses 47. Für die gezielte Ausrichtung des Gasstroms auf die Schneidstelle ist eine Austrittsdüse 50 am Gehäuse eingesetzt.In the housing 47, gas can be supplied to the cutting area to blow molten material from the kerf during laser cutting. The gas passes for example via a feed 49 in the region of the laser source 18a into the interior of the housing 47. For the targeted alignment of the gas flow to the cutting point, an outlet nozzle 50 is inserted on the housing.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform bei der das drehbar gelagerte optische Umlenkele- mente 40 innerhalb des Rohres 4 im Bereich der mit dem entstehenden Rohr 4 kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene angeordnet ist. Der Drehantrieb befindet sich in einem Innenteil 51 und setzt das Umlenkelement 40 über eine Welle 52 in Bewegung. Der von der Laser-Scaneinrichtung 18 zugeführte Laserstrahl 17 wird zumindest während einer Umdrehung des kontinuierlich drehenden Umlenkelements 40 auf dieses gestrahlt. Damit der quer zur Abschnittsachse 15 nach aussen umgelenkte Laserstrahl 17 am Anfang des Schneidvorgangs zur Startstelle 16a, in der Mitte des Schneidvorgangs zur mittleren Stelle 16b und am Ende zur Endstelle 16c der Trennlinie 16 umgelenkt wird, muss die Ausrichtung des von der Laser-Scaneinrichtung 18 kommenden Strahls koordiniert mit der Drehung des Umlenkelements 40 geändert werden, so dass die Umlenkung für die Stellen 16a, 16b und 16c an den Bereichen 40a, 40b und 40c erfolgt. Dazu muss die Laser-Scaneinrichtung 18 den Strahl 17 nicht nur um die Abschnittsachse 15 drehen, sondern mit dieser Bewegung überlagert zusätzlich auch noch radial zur Abschnittsachse bewegen. Der bei der Trennlinie benötigte Strahlfokus wird von der Laser-Scaneinrichtung 18 jeweils entsprechend der sich ändernden Länge des Laserstrahls 17 eingestellt.FIG. 9 shows an embodiment in which the rotatably mounted optical deflecting elements 40 are arranged inside the tube 4 in the region of the dividing plane which is continuously advanced with the resulting tube 4. The rotary actuator is located in an inner part 51 and sets the deflecting element 40 via a shaft 52 in motion. The laser beam 17 supplied by the laser scanning device 18 is blasted onto the latter at least during one revolution of the continuously rotating deflection element. In order for the laser beam 17, which is deflected outwards transversely to the section axis 15, to be deflected to the starting point 16a at the beginning of the cutting process, to the middle point 16b in the middle of the cutting process and to the end point 16c of the separation line 16 at the end, the alignment of the laser scan device 18 must be adjusted coordinated beam with the rotation of the deflecting element 40 are changed, so that the deflection for the points 16 a, 16 b and 16 c takes place at the areas 40 a, 40 b and 40 c. For this purpose, the laser scanning device 18 does not only have to rotate the beam 17 about the section axis 15, but, additionally superimposed with this movement, must also move radially to the section axis. The beam focus required at the parting line is set by the laser scanning device 18 in each case in accordance with the changing length of the laser beam 17.
Gegebenenfalls wird mit einer manschettenartig um den Rohrabschnitt 5 angeordneten Absaugeinrichtung 52 im Bereich der Trennlinie 16 ein Unterdruck erzeugt, um das geschmolzene Material besser wegführen zu können. Zwischen der Absaugeinrichtung 52 und der Laser-Scaneinrichtung 18 ist ein Freibereich ausgebildet, durch den der Rohr- abschnitt 5 radial zur Abschnittsachse 15 weggeführt werden kann.Optionally, with a cuff-like arranged around the pipe section 5 suction device 52 in the region of the dividing line 16, a negative pressure generated in order to lead away the molten material better. Between the suction device 52 and the laser scanning device 18, an open area is formed, through which the pipe section 5 can be led away radially to the section axis 15.
Es versteht sich von selbst, dass Elemente, die anhand einer Ausführungsform beschrieben sind, auch in einer andern Ausführungsform vorteilhaft einsetzbar sind. Beispielsweise ist die anhand der Fig. 5 beschriebene Abgabevorrichtung in jeder Ausfüh- rungsform vorteilhaft einsetzbar. Es versteht sich von selbst, dass eine Fokussierein- richtung den bei der Trennlinie benötigten Strahlfokus jeweils entsprechend der sich ändernden Länge des Laserstrahl von der Fokussiereinrichtung bis zur Trennlinie einstellt. It goes without saying that elements which are described with reference to an embodiment can also be used advantageously in another embodiment. For example, the dispensing device described with reference to FIG. 5 can be advantageously used in any embodiment. It goes without saying that a focusing device adjusts the beam focus required at the parting line in each case in accordance with the changing length of the laser beam from the focusing device to the parting line.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen von Rohrabschnitten (5), bei welchem Verfahren bandför- miges Flachmaterial (9) mit einer Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich vorgeschoben, quer zur Bandachse in eine geschlossene Form umgeformt und mit dem Schweissen einer Längsnaht zu einem entstehenden Rohr (4) gebildet wird, von dem am freien Rohrende Rohrabschnitte (5) abgetrennt werden, wobei sich ein abzutrennender Rohrabschnitt (5) über eine Abschnittslänge entlang einer Ab- schnittsachse (15) erstreckt, beim Abtrennen eine geschlossene Trennlinie (16) um die Abschnittsachse (15) entlang des Rohrumfangs ausgebildet wird und die Trennlinie (16) in einer mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene liegt, die um eine Abschnittslänge vom freien Rohrende beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen eines Rohrabschnittes (5) ein von einer Laser-Scaneinrichtung (18) zugeführter Laserstrahl (17) zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs des entstehenden Rohrs (4) geführt wird und dabei von einem optischen Element quer zur Abschnittsachse (15) auf die Trennlinie (16) gerichtet wird, wobei ein im Wesentlichen fokussierter Kontaktbereich des Laserstrahls (17a) beim entstehenden Rohr (4) in der mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene vollständig entlang der geschlossenen Trennlinie (16) geführt wird und dabei der Rohrabschnitt (5) vom entstehenden Rohr (4) abgetrennt wird.1. A method for producing pipe sections (5), in which process strip-shaped flat material (9) continuously advanced at a feed rate, transversely formed to the belt axis in a closed mold and with the welding of a longitudinal seam to a resulting tube (4) is formed from which pipe sections (5) are cut off at the free pipe end, wherein a pipe section (5) to be separated extends over a section length along a section axis (15), during separation a closed parting line (16) around the section axis (15) along the section Pipe circumference is formed and the dividing line (16) in a with the resulting tube (4) continuously advanced dividing plane, which is spaced by a section length from the free end of the tube, characterized in that for separating a pipe section (5) from a laser scanning device (18) supplied laser beam (17) at least once along the entire circumference of the resulting Tube (4) is guided and thereby directed by an optical element transversely to the section axis (15) on the parting line (16), wherein a substantially focused contact region of the laser beam (17a) in the resulting tube (4) in the resulting tube (4) continuously advanced dividing plane is guided completely along the closed dividing line (16) and while the pipe section (5) from the resulting pipe (4) is separated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (17) zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs eines ersten um die Abschnittsachse (15) ringförmig geschlossenen optischen Elements (14) geführt wird und der Laserstrahl (17) entlang des gesamten Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes von diesem quer zur Abschnittsachse (15) auf die Trennlinie (16) gerichtet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam (17) at least once along the entire circumference of a first around the section axis (15) annularly closed optical element (14) is guided and the laser beam (17) along the entire circumference of first annularly closed optical element thereof is directed transversely to the section axis (15) on the parting line (16).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein abzutrennender Rohrabschnitt (5) einen um die Abschnittsachse (15) verlaufenden kreisförmigen Querschnitt aufweist, das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) kreisförmig um die Abschnittsachse (15) verläuft, sowie eine in Längsebenen durch die Abschnittsachse (15) zur Abschnittsachse (15) geneigt verlaufende, insbeson- dere konische oder konkave, Oberfläche aufweist und die Laser-Scaneinrichtung (18) im Wesentlichen in Richtung der Abschnittsachse (15) auf das entstehende Rohr (4) ausgerichtet ist, wobei die fokussierende Wirkung des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes (14) und die Fokus-Ausgestaltung des auf das erste optische Element (14) gelangenden Laserstrahls (17) die für das Schneiden nötige Fokussierung des Kontaktbereichs gewährleisten und zwischen der Trennebene und der Achse des auf das Rohr (4) treffenden Strahlabschnitts (17a) ein Winkel ausgebildet ist, der kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 30° und insbesondere kleiner als 15° ist.3. The method according to claim 2, characterized in that a tube section (5) to be separated has a circular section extending around the section axis (15), the first annularly closed optical element (14) runs in a circle around the section axis (15), and an in Longitudinal planes through the section axis (15) to the section axis (15) inclined, in particular the conical or concave surface, and the laser scanning device (18) is aligned substantially in the direction of the section axis (15) on the resulting tube (4), wherein the focusing effect of the first annularly closed optical element (14) and the focus -Establishment of the first optical element (14) reaching laser beam (17) ensure the necessary for cutting focusing the contact area and between the parting plane and the axis of the tube (4) striking the beam portion (17 a) is formed an angle which is less than 45 °, preferably less than 30 ° and in particular less than 15 °.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser- Scaneinrichtung (18) ortsfest angeordnet ist und beim Abtrennen die Ausrichtung des Laserstrahls (17) auf die kontinuierlich vorgeschobene Trennlinie (16) dadurch erzielt wird, dass die Lage des Laserstrahls (17) auf dessen Abschnitt direkt vor dem ersten ringförmig geschlossenen optischen Element (14) relativ zur Abschnittsachse (15) während der Bewegung des Laserstrahls (17) entlang des Um- fangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements (14) geändert wird, wobei die Lage des Laserstrahls (17) auf die von der radialen Auftreffposition des Laserstrahls auf dem ersten ringförmig geschlossenen optischen Element (14) ab- hängige Umlenkeigenschaft des ersten optischen Elements (14), die Lage der Auftreffposition entlang des Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements (14) und die Vorschubgeschwindigkeit des entstehenden Rohres (4) abgestimmt ist, sowie die Fokussierung auf die vom Laserstrahl getroffene Stelle der Trennlinie fortlaufend gewährleistet wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the laser scanning device (18) is arranged stationary and the separation of the alignment of the laser beam (17) on the continuously advanced dividing line (16) is achieved in that the position of the laser beam (17) is changed to its portion just before the first annularly closed optical element (14) relative to the section axis (15) during the movement of the laser beam (17) along the circumference of the first annularly closed optical element (14) Position of the laser beam (17) on the deflecting characteristic of the first optical element (14) depending on the radial impact position of the laser beam on the first annularly closed optical element (14), the position of the impact position along the circumference of the first annularly closed optical element (14). 14) and the feed rate of the resulting tube (4) is tuned, and the focus on d The location of the parting line hit by the laser beam is continuously ensured.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) um das entstehende Rohr (4) angeordnet ist und der Laserstrahl (17) vom Äussern des entstehenden Rohres (4) her auf die Trennlinie (16) gerichtet wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the first annularly closed optical element (14) to the resulting tube (4) is arranged and the laser beam (17) from the appearance of the resulting tube (4) forth on the Dividing line (16) is directed.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) innerhalb des entstehenden Rohrs (4) angeordnet ist und der Laserstrahl (17) vom Innern des entstehenden Rohres (4) her auf die Trennlinie (16) gerichtet wird. 6. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the first annularly closed optical element (14) within the resulting tube (4) is arranged and the laser beam (17) from the interior of the resulting tube (4) forth on the Dividing line (16) is directed.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser-Scaneinrichtung (18) ein quer zur Abschnittsachse (15) nach aussen umlenkendes optisches Element (18b) umfasst, welches um die Abschnittsachse (15) drehbar gelagert ist und von dem der Laserstrahl (17) in einem verstellbaren Ab- stand zur Abschnittsachse (15) im Wesentlichen parallel zur Abschnittsachse (15) auf das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) gerichtet wird, und mit einer zur Abschnittsachse (15) parallelen Verschiebung des auf das erste optische Element (14) gerichteten Laserstrahl-Abschnitts (17) eine gewünschte Bewegung des auf das entstehende Rohr (4) treffenden Laserstrahls (17a) bewirkt wird, was eine einfache Mitführung des das Rohr (4) treffenden Laserstrahls (17a) mit der7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the laser scanning device (18) comprises a transverse to the section axis (15) outwardly deflecting optical element (18b) which is rotatably mounted about the section axis (15) and of which the laser beam (17) is directed at an adjustable distance to the section axis (15) substantially parallel to the section axis (15) on the first annularly closed optical element (14) and with a displacement parallel to the section axis (15) on the first optical element (14) directed laser beam portion (17) a desired movement of the resulting tube (4) striking laser beam (17a) is effected, which a simple entrainment of the tube (4) striking laser beam (17a) of the
Bewegung des entstehenden Rohres (4) ermöglicht.Movement of the resulting tube (4) allows.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres ringförmig geschlossenes optisches Element (31) eingesetzt ist und ein von der Laser-Scaneinrichtung (18) erzeugter Laserstrahl zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs des ersten und des weiteren ringförmig geschlossenen optischen Elements (14, 31) geführt wird, wobei der Laserstrahl über das weitere ringförmig geschlossene optische Element (31) zum ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements (14) geführt wird.8. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that a further annular closed optical element (31) is inserted and one of the laser scanning device (18) generated laser beam at least once along the entire circumference of the first and the other annular closed optical element (14, 31) is guided, wherein the laser beam over the further annularly closed optical element (31) to the first annularly closed optical element (14) is guided.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser- Scaneinrichtung (18) ein relativ zur Abschnittsachse (15) radial nach aussen umlenkendes optisches Element (33) umfasst, der Laserstrahl (17c) von diesem radial nach aussen umlenkenden optischen Element (33) auf das weitere ringförmig ge- schlossene optische Element (31) umgeleitet wird und von diesem auf das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) gerichtet wird, wobei das erste und das weitere ringförmig geschlossene optische Element (14, 31) vorzugsweise je als konische Spiegel mit Öffnungswinkeln von 45° ausgebildet sind, so dass ein radial nach aussen auf das weitere optische Element (31) treffender Laserstrahl (17c) beim ersten optischen Element (14) radial nach innen auf das entstehende Rohr (4) gerichtet ist und mit einer Verschiebung des radial nach aussen gerichteten Laserstrahls (17c) in Richtung der Abschnittsachse (15) eine gewünschte Bewegung des radial auf das entstehende Rohr (4) treffenden Laserstrahls (17a) bewirkt wird, was eine einfache Mitführung des das Rohr (4) treffenden Laserstrahls (17a) mit der Bewegung des entstehenden Rohres (4) ermöglicht. 9. The method according to claim 8, characterized in that the laser scanning device (18) comprises a relative to the section axis (15) radially outwardly deflecting optical element (33), the laser beam (17c) from this radially outwardly deflecting optical element ( 33) is redirected to the further annularly closed optical element (31) and is directed by the same to the first annularly closed optical element (14), wherein the first and the further annularly closed optical element (14, 31) preferably each as conical mirror with opening angles of 45 ° are formed, so that a radially outward on the further optical element (31) striking laser beam (17c) at the first optical element (14) is directed radially inwardly to the resulting tube (4) and with a displacement of the radially outwardly directed laser beam (17c) in the direction of the section axis (15) a desired movement of the radially on the resulting tube (4) tre Opening laser beam (17a) is effected, which allows easy entrainment of the tube (4) striking laser beam (17a) with the movement of the resulting tube (4).
10. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser- Scaneinrichtung (18) ortsfest angeordnet ist und beim Abtrennen die Ausrichtung des Laserstrahls (17) auf die kontinuierlich vorgeschobene Trennlinie (16) dadurch erzielt wird, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) beim10. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the laser scanning device (18) is arranged stationary and the separation of the alignment of the laser beam (17) on the continuously advanced dividing line (16) is achieved in that the first annular closed optical element (14) during
Trennen mit dem entstehenden Rohr (4) mitbewegt wird.Separating with the resulting tube (4) is moved.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drehbar gelagertes optisches Umlenkelement (40) im Bereich der mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene um die11. The method according to claim 1, characterized in that at least one rotatably mounted optical deflecting element (40) in the region of the resulting tube (4) continuously advanced dividing plane to the
Abschnittsachse (15) gedreht und der Laserstrahl (17) zumindest über Teilbereiche dieses drehenden optischen Umlenkelements (40) quer zur Abschnittsachse (15) auf die Trennlinie (16) umgelenkt wird, wobei als drehendes optisches Umlenkelement (40) vorzugsweise eine ebene Spiegelfläche, gegebenenfalls aber ein fokussierendes Umlenkelement verwendet wird.Section axis (15) is rotated and the laser beam (17) at least over portions of this rotating optical deflection element (40) transversely to the section axis (15) on the parting line (16) is deflected, wherein as a rotating optical deflection element (40) preferably a flat mirror surface, optionally but a focusing deflecting element is used.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine drehbar gelagerte optische Umlenkelement (40) im Bereich der mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene in Rich- tung der Abschnittsachse (15) vor und zurück bewegt wird oder dass der auf das Umlenkelement (40) treffende Laserstrahl (17) eine kombinierte Bewegung mit Anteilen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung zur Abschnittsachse ausführt.12. The method according to claim 11, characterized in that the at least one rotatably mounted optical deflecting element (40) is moved back and forth in the region of the separating tube (4) continuously advanced separation plane in the direction of the section axis (15) or that the laser beam (17) striking the deflection element (40) performs a combined movement with proportions in the circumferential direction and in the radial direction to the section axis.
13. Vorrichtung zum Herstellen von Rohrabschnitten (5) mit Einrichtungen zum kontinuierlich Vorschieben bandförmigen Flachmaterials (9), zum Umformen des bandförmigen Flachmaterials (9) quer zur Bandachse in eine geschlossene Form, zum Schweissen einer Längsnaht an einem entstehenden Rohr (4) und zum Abtrennen von Rohrabschnitten (5) am freien Rohrende, wobei sich ein abzutrennender Rohr- abschnitt (5) über eine Abschnittslänge entlang einer Abschnittsachse (15) erstreckt, beim Abtrennen eine geschlossene Trennlinie (16) um die Abschnittsachse (15) entlang des Rohrumfangs ausgebildet wird und die Trennlinie (16) in einer mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene liegt, die um eine Abschnittslänge vom freien Rohrende beabstandet ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Einrichtung zum Abtrennen eines Rohrabschnittes (5) eine Laser-Scaneinrichtung (18) umfasst, wobei die Laser-Scaneinrichtung (18) einen Laserstrahl (17) zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs des entstehenden Rohrs (4) führbar macht und diesen dabei quer zur Abschnittsachse (15) auf die Trennlinie (16) richtet und einen im Wesentlichen fokussierter Kontaktbereich des13. Apparatus for producing pipe sections (5) with means for continuously advancing strip-shaped flat material (9), for forming the strip-shaped flat material (9) transversely to the belt axis in a closed mold, for welding a longitudinal seam to a pipe (4) and to Separating pipe sections (5) at the free pipe end, wherein a pipe section (5) to be separated extends over a section length along a section axis (15), during separation a closed parting line (16) is formed around the section axis (15) along the circumference of the pipe and the dividing line (16) lies in a dividing plane which is continuously advanced with the resulting tube (4) and which is separated by a section length from the free tube end, characterized characterized in that the means for severing a pipe section (5) comprises a laser scanning device (18), wherein the laser scanning device (18) makes a laser beam (17) feasible at least once along the entire circumference of the resulting pipe (4) thereby directed transversely to the section axis (15) on the parting line (16) and a substantially focused contact area of
Laserstrahls (17a) beim entstehenden Rohr (4) in der mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene vollständig entlang der geschlossenen Trennlinie (16) führbar macht.Laser beam (17a) in the resulting tube (4) in the continuous with the resulting tube (4) continuously advanced dividing plane along the closed parting line (16) feasible.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Abtrennen eines Rohrabschnittes (5) ein erstes um die Abschnittsachse (15) ringförmig geschlossenes optisches Element (14) umfasst, wobei die Laser- Scaneinrichtung (18) einen Laserstrahl (17) zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs des ersten optischen Elements (14) führbar macht und das erste opti- sehe Element (14) so ausgebildet ist, dass der Laserstrahl (17) entlang des gesamten Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes (14) immer quer zur Abschnittsachse (15) auf die Trennlinie (16) gerichtet wird.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the means for separating a pipe section (5) comprises a first about the section axis (15) annularly closed optical element (14), wherein the laser scanning device (18) comprises a laser beam (17). at least once along the entire circumference of the first optical element (14) makes feasible and the first opti see element (14) is formed so that the laser beam (17) along the entire circumference of the first annularly closed optical element (14) always transversely is directed to the section axis (15) on the parting line (16).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) kreisförmig um die Abschnittsachse (15) verläuft, sowie eine in Längsebenen durch die Abschnittsachse (15) zur Abschnittsachse (15) geneigt verlaufende, insbesondere konische oder konkave, Oberfläche aufweist und die Laser-Scaneinrichtung (18) im Wesentlichen in Richtung der Abschnittsachse (15) auf das entstehende Rohr (4) ausgerichtet ist, wobei die fokussierende Wirkung des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elementes (14) und die Laser-Scaneinrichtung (18) eine Fokus-Ausgestaltung des auf das erste optische Element (14) gelangenden Laserstrahls (17) gewährleistet, welche die für das Schneiden nötige Fokussierung des Kontaktbereichs erzielt und zwischen der Trennebene und der Achse des auf das Rohr (4) treffenden Strahlab- Schnitts (17a) ein Winkel ausgebildet ist, der kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 30° und insbesondere kleiner als 15° ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the first annularly closed optical element (14) extends in a circle around the section axis (15), and in longitudinal planes through the section axis (15) to the section axis (15) inclined, in particular conical or concave surface and the laser scanning device (18) is aligned substantially in the direction of the section axis (15) on the resulting tube (4), wherein the focusing effect of the first annularly closed optical element (14) and the laser scanning device ( 18) ensures a focus configuration of the laser beam (17) reaching the first optical element (14), which achieves the focusing necessary for the cutting of the contact area and between the parting plane and the axis of the beam section impinging on the tube (4) (17a) an angle is formed which is smaller than 45 °, preferably smaller than 30 ° and in particular smaller than 15 ° is.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser- Scaneinrichtung (18) ortsfest angeordnet ist und beim Abtrennen die Ausrichtung des Laserstrahls (17) auf die kontinuierlich vorgeschobene Trennlinie (16) dadurch erzielt, dass die Lage des Laserstrahls (17) auf dessen Abschnitt direkt vor dem ersten ringförmig geschlossenen optischen Element (14) relativ zur Abschnittsachse (15) während der Bewegung des Laserstrahls (17) entlang des Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements (14) geändert wird, wobei die Lage des Laserstrahls (17) auf die von der radialen Auftreffposition des Laserstrahls auf dem ersten ringförmig geschlossenen optischen Element (14) abhängige Umlenkeigenschaft des ersten optischen Elements (14), die Lage der Auftreffposition entlang des Umfangs des ersten ringförmig geschlossenen optischen Elements (14) und die Vorschubgeschwindigkeit des entstehenden Rohres (4) abgestimmt ist, sowie die Fokussierung auf die vom Laserstrahl getroffene Stelle der Trennlinie fortlaufend gewährleistet wird.16. The apparatus of claim 14 or 15, characterized in that the laser scanning device (18) is arranged stationary and the separation of the alignment of the laser beam (17) on the continuously advanced dividing line (16) characterized achieves that the position of the laser beam (17) on the portion thereof directly in front of the first annularly closed optical element (14) relative to the section axis (15) during the movement of the laser beam (17) along the circumference of the first annularly closed optical element (14) wherein the position of the laser beam (17) is dependent on the deflecting characteristic of the first optical element (14), which is dependent on the radial impact position of the laser beam on the first annularly closed optical element (14), the position of the impact position along the circumference of the first annularly closed one optical element (14) and the feed rate of the resulting tube (4) is tuned, and the focus is continuously ensured on the struck by the laser beam point of the dividing line.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) um das entstehende Rohr (4) angeordnet ist und der Laserstrahl (17) vom Äussern des entstehenden Rohres17. The device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the first annularly closed optical element (14) to the resulting tube (4) is arranged and the laser beam (17) from the outside of the resulting tube
(4) her auf die Trennlinie (16) gerichtet wird.(4) is directed to the dividing line (16).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmig geschlossene optische Element (14) innerhalb des entstehen- den Rohrs (4) angeordnet ist und der Laserstrahl (17) vom Innern des entstehenden Rohres (4) her auf die Trennlinie (16) gerichtet wird.18. Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the first annularly closed optical element (14) within the resulting tube (4) is arranged and the laser beam (17) from the interior of the resulting tube (4) forth is directed to the dividing line (16).
19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drehbar gelagertes optisches Umlenkelement (40) im Bereich der mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene um die19. The apparatus according to claim 13, characterized in that at least one rotatably mounted optical deflecting element (40) in the region of the resulting pipe (4) continuously advanced dividing plane to the
Abschnittsachse (15) drehbar angeordnet und der Laserstrahl zumindest über Teilbereiche dieses drehbaren optischen Umlenkelements (40) quer zur Abschnittsachse (15) auf die Trennlinie (16) umgelenkt wird, wobei das drehbare optisches Umlenkelement (40) vorzugsweise als ebene Spiegelflä- che, gegebenenfalls aber als fokussierendes Umlenkelement ausgebildet ist.Section axis (15) rotatably arranged and the laser beam at least over portions of this rotatable optical deflecting element (40) transversely to the section axis (15) on the parting line (16) is deflected, wherein the rotatable optical deflecting element (40) preferably as a plane Spiegelflä- surface, optionally but is designed as a focusing deflecting element.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine drehbar gelagerte optische Umlenkelement (40) im Bereich der mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen Trennebene in Rieh- tung der Abschnittsachse (15) vor und zurück bewegbar ist oder dass der auf das Umlenkelement (40) treffende Laserstrahl (17) eine kombinierte Bewegung mit Anteilen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung zur Abschnittsachse ausführbar macht.20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the at least one rotatably mounted optical deflecting element (40) in the region of the resulting pipe (4) continuously advanced dividing plane in Rieh- tion of the section axis (15) is movable back and forth or that on the deflection element (40) striking laser beam (17) makes a combined movement with shares in the circumferential direction and in the radial direction to the section axis executable.
21. Rohrabschnitt mit einer Längsnaht, wobei der Rohrabschnitt von einem kontinuierlich entstehenden Rohr (4) abgetrennt ist, bei der Herstellung des Rohrabschnittes bandförmiges Flachmaterial (9) mit einer Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich vorgeschoben, quer zur Bandachse in eine geschlossene Form umgeformt und mit dem Schweissen einer Längsnaht zu einem entstehenden Rohr (4) gebildet wird, von dem am freien Rohrende Rohrabschnitte (5) abgetrennt werden, wobei sich ein abzutrennender Rohrabschnitt (5) über eine Abschnittslänge entlang einer Abschnittsachse (15) erstreckt, beim Abtrennen eine geschlossene Trennlinie (16) um die Abschnittsachse (15) entlang des Rohrumfangs ausgebildet wird und die Trenn- linie (16) in einer mit dem entstehenden Rohr (4) kontinuierlich vorgeschobenen21 pipe section with a longitudinal seam, wherein the pipe section is separated from a continuously formed tube (4), in the manufacture of the pipe section strip-shaped flat material (9) continuously advanced at a feed speed, formed transversely to the belt axis in a closed mold and with the welding of a Longitudinal seam to a resulting tube (4) is formed, are separated from the pipe at the free end pipe sections (5), wherein a abzutrennender pipe section (5) over a section length along a section axis (15), when separating a closed dividing line (16) is formed around the section axis (15) along the circumference of the pipe and the dividing line (16) in a continuous with the resulting tube (4)
Trennebene liegt, die um eine Abschnittslänge vom freien Rohrende beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen des Rohrabschnittes (5) ein von einer Laser-Scaneinrichtung (18) erzeugter Laserstrahl (17) zumindest einmal entlang des gesamten Umfangs des entstehenden Rohrs (4) geführt ist, so dass ein im Wesentlichen fokussierter Kontaktbereich des Laserstrahls (17a) beim entstehenden Rohr (4) vollständig entlang der geschlossenen Trennlinie (16) geführt ist und dabei der Rohrabschnitt (5) vom entstehenden Rohr (4) abgetrennt ist. Dividing plane is located, which is spaced by a section length from the free end of the tube, characterized in that for separating the tube section (5) by a laser scanning device (18) generated laser beam (17) at least once along the entire circumference of the resulting tube (4) is guided, so that a substantially focused contact region of the laser beam (17a) in the resulting tube (4) is guided completely along the closed dividing line (16) and while the pipe section (5) from the resulting tube (4) is separated.
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