WO2015158356A1 - Schneiden zylindrischer hohlkörper - Google Patents

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WO2015158356A1
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Volker Seefeldt
Tobias Götte
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H&T Marsberg Gmbh & Co. Kg
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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for separating an annular edge region from a cylindrical, thin-walled hollow body, in particular from a deep-drawn, cup-shaped hollow body.
  • the edge surrounding the cup opening is always uneven and / or has an interfering flange, so that the edge has to be cut off.
  • the annular edge region mechanically by diverse
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for separating an annular edge region of a cylindrical, thin-walled metal hollow body, in which a smooth, clean cut edge is achieved in large quantities.
  • This object is achieved in that the cylindrical hollow body is rotated about its cylinder axis and during the multiple
  • Rotation a laser beam is directed to the interface until the edge area is detached from the rest of the hollow body.
  • the metal cylindrical hollow body has an inner diameter of 5 to 100 mm, preferably from 7 to 70 mm and a wall thickness of 0.05 to 1, 0 mm preferably from 0.1 to 0.5 mm,
  • the cylindrical hollow body is a deep-drawn cup made of steel, aluminum or brass.
  • the cylindrical hollow body is a battery can, a cartridge case, a metallic packaging, a
  • Pressure vessel or a beverage container
  • the laser beam is mounted by a suitable device movable to the cylinder axis of the hollow body, so that it can be adjusted to the cylinder axis of the hollow body. It can be moved in its direction to the separation point for processing the Beschneiderands the hollow body of the laser beam.
  • a hollow mandrel in particular a nozzle
  • a hollow body in particular coaxially with it
  • Hollow body axis protrudes, through which a gas, in particular air is blown into the interior of the hollow body to carry away from the laser beam ablated metal particles and / or the melt out of the hollow body inside out.
  • a gas in particular air
  • This also makes it possible that is pressed by the gas / air of the hollow body, at least during the separation with its end facing away from the interface in particular the bottom of the cup against a fixed stop to achieve an exact positioning of the hollow body.
  • Another advantage of the gas or air flow is also that the separated annular edge region is carried away.
  • the nozzle can be conveyed by the gas or air flow of the separated annular edge region on the hollow mandrel, in order to be removed from there thereafter.
  • a camera is directed to the interface for monitoring.
  • a very fast and safe operation is given when it is mounted on wheels or rollers during the rotation of the hollow body and on the wheels or rollers opposite sides of the hollow body at least one drive wheel or a drive roller rests against the outer surface of the hollow body to this around his Turn axis.
  • a turret edge is provided with index gear, the more bearing points for each recording of a machined
  • Hollow body and that the bearing point can be moved to a workstation on which a laser and a drive wheel or a drive roller are arranged, through which the hollow body is rotated and cut.
  • Fig. 1 shows an axial section through a hollow body within a
  • Laser cutting device after the edge region is separated; 2 is a view of a turret wheel or a carousel disc with a plurality of bearing points for receiving hollow bodies and with an upper processing station,
  • FIG 3 shows sections through differently shaped cut surfaces of the hollow body after the edge area has been removed.
  • a laser beam 3 is directed onto the cylindrical outer surface (shell) of the hollow body, in particular in the radial direction, whereby the hollow body 1 is rotated about its cylinder axis 4, so that the cylinder axis simultaneously forms the axis of rotation.
  • the hollow body 1 rotates about its axis with such a high number of revolutions that with only one rotation an immediate cutting of the hollow body wall is not achieved, but there is a removal of the metal during several revolutions, so that at first only a slight notch introduced into the material becomes, which is from turn to turn deeper, until the annular edge region is separated. This is a very high
  • the hollow body 1 is a cylindrical tube or a deep-drawn cup made of steel, aluminum or brass.
  • the method can be used particularly advantageously for battery cups, cartridge cases, metallic packaging, pressure containers and beverage containers.
  • the metal cylindrical hollow body has an inner diameter of 5 to 100 mm, preferably from 7 to 70 mm and a wall thickness or wall thickness of 0.05 to 1, 0 mm, preferably from 0.1 to 0.5 mm.
  • the range of rotational speeds is preferably between 1000 and 20,000 revolutions per minute.
  • Fig. 1 is a device for separating an annular edge portion 2 of a cylindrical thin-walled hollow body 1 in the form of a cup shown schematically.
  • the hollow body 1 is mounted on wheels or rollers 5, whose axes are arranged parallel to the cylinder axis 4.
  • On the side opposite the wheels or rollers at least one drive wheel 6 or a drive roller abuts against the outer surface of the hollow body on the hollow body in order to allow it to rotate about its axis at high speed.
  • a laser nozzle 7 is directed with its laser beam 3 on the interface to remove metal particles per revolution 8. Once the wall of the hollow body is severed, the edge region 2 is removed from the hollow body.
  • the laser nozzle and thus the laser beam 3 at an angle ⁇ of 90 degrees on the outer surface (lateral surface) of the hollow body 1 is aligned.
  • the laser nozzle 7 is pivoted with its laser beam 3 in order to achieve certain shapes of the interface 15, as shown in FIG.
  • This editing of the interface occurs during and / or after the
  • the separation process according to the invention can be carried out particularly advantageously if, as shown in FIG. 1, a mandrel 9 coaxially rests in the hollow body 1 during cutting, the cylindrical outer surface of the mandrel having a diameter D2 slightly smaller than that
  • Inner diameter D1 of the hollow body so that between the outer surface of the mandrel and the inside of the hollow body 1 is a coaxial annular region 10.
  • a gas in particular air is forced into the interior of the hollow body 1, whereby several advantages can be achieved.
  • this introduced gas which passes through the annular region 10 to the outside, ablated by the laser beam
  • the edge portion 2 is carried away immediately after its separation by the gas flow, in particular promoted to the hollow mandrel, as shown in FIG. 1.
  • a very fast feeding of hollow bodies 1 to the workstation is achieved when a turret wheel 2 or a carousel disc is used, on which a larger number of bearings 13 is located, each receiving a hollow body 1.
  • Carousel disc are rotatably arranged.
  • a camera is aimed at the interface, which monitors the cutting. This camera is not shown in the drawings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs (2) von einem zylindrischen, dünnwandigen Hohlkörper (1) insbesondere einem tiefgezogenen, becherförmigen Hohlkörper (1), wobei der zylindrische Hohlkörper (1) um seine Zylinderachse (4) gedreht wird und während der mehrfachen Drehung ein Laserstrahl auf die Schnittstelle so lange gerichtet wird, bis der Randbereich (2) vom übrigen Hohlkörper gelöst ist.

Description

Schneiden zylindrischer Hohlkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs von einem zylindrischen, dünnwandigen Hohlkörper insbesondere von einem tiefgezogenen, becherförmigen Hohlkörper.
Beim Herstellen von tiefgezogenen becherförmigen Hohlkörpern aus Metall ist der die Becheröffnung umgebende Rand stets ungleichmäßig und/oder weist einen störenden Flansch auf, so dass der Rand abgetrennt werden muss. Hierzu ist es bekannt, den ringförmigen Randbereich mechanisch durch diverse
Verfahren des Scherschneidens abzuschneiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs von einem zylindrischen, dünnwandigen metallenen Hohlkörper zu schaffen, bei dem eine glatte, saubere Schnittkante bei hoher Stückzahl erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zylindrische Hohlkörper um seine Zylinderachse gedreht und während der mehrfachen
Drehung ein Laserstrahl auf die Schnittstelle so lange gerichtet wird, bis der Randbereich vom übrigen Hohlkörper gelöst ist.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird kein sofortiges Durchschneiden der Hohlkörperwand bei nur einer Umdrehung durch den Laserstrahl erreicht, sondern es erfolgt ein Abtragen des Metalls während mehrerer Umdrehungen, so dass zuerst nur eine ringförmige Kerbe in das Metall eingebracht wird, die von Umdrehung zu Umdrehung tiefer wird, bis der ringförmige Randbereich abgetrennt ist. Hierbei wird eine sehr hohe Umdrehungszahl gewählt, so dass eine kürzere Schnittzeit erzielt wird als bei den bekannten Verfahren. Bei beispielsweise 10000 Umdrehungen pro Minute ist der ringförmige Randbereich bereits nach 5 bis 7 Umdrehungen und damit nach ca. 50 Millisekunden abgetrennt, so dass eine hohe Stückzahl erreicht wird. Dabei wird eine sehr saubere und glatte Schnittkante erzielt.
Optimale Ergebnisse werden erreicht,
- wenn der metallene zylindrische Hohlkörper einen Innendurchmesser von 5 bis 100 mm, vorzugsweise von 7 bis 70 mm und eine Wandstärke von 0,05 bis 1 ,0 mm vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm aufweist,
- wenn der Hohlkörper während des Laserschneidens mit 1000 bis 20000
vorzugsweise 5000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute gedreht wird,
- wenn nach 3 bis 10 vorzugsweise 5 bis 7 Umdrehungen des Hohlkörpers die Hohlkörperwand durchtrennt ist.
Hierbei ist der zylindrische Hohlkörper ein tiefgezogener Becher aus Stahl, Aluminium oder Messing. Vorzugsweise ist der zylindrische Hohlkörper ein Batteriebecher, eine Patronenhülse, eine metallische Verpackung, ein
Druckbehälter oder ein Getränkebehälter.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, dem Beschneiderand unterschiedliche Konturen zu geben. Hierzu wird der Laserstrahl durch eine geeignete Vorrichtung beweglich zur Zylinderachse des Hohlkörpers montiert, so dass er zur Zylinderachse des Hohlkörpers eingestellt werden kann. Dabei kann zur Bearbeitung des Beschneiderands des Hohlkörpers der Laserstrahl in seiner Richtung auf die Trennstelle verfahrbar sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während des Trennens ein hohler Dorn insbesondere eine Düse in den Hohlkörper insbesondere koaxial zur
Hohlkörperachse hineinragt, durch das ein Gas insbesondere Luft in das Innere des Hohlkörpers geblasen wird, um vom Laserstrahl abgetragene Metallteilchen und/oder die Schmelze aus dem Hohlkörperinneren heraus zu befördern. Hierdurch wird auch ermöglicht, dass durch das Gas/die Luft der Hohlkörper zumindest während des Trennens mit seinem der Schnittstelle abgewandten Ende insbesondere dem Boden des Bechers gegen einen festen Anschlag gedrückt wird, um eine exakte Positionierung des Hohlkörpers zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil des Gas- oder Luftstroms besteht auch darin, dass der abgetrennte ringförmige Randbereich wegbefördert wird. Hierbei kann durch den Gas- oder Luftstrom der abgetrennte ringförmige Randbereich auf dem hohlen Dorn insbesondere die Düse gefördert werden, um danach von dort entfernt zu werden.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass zur Überwachung eine Kamera auf die Schnittstelle gerichtet ist.
Eine sehr schnelle und sichere Arbeitsweise ist gegeben, wenn während der Drehung des Hohlkörpers dieser auf Räder oder Walzen gelagert ist und auf der den Rädern oder Walzen gegenüberliegenden Seiten am Hohlkörper mindestens ein Antriebsrad oder eine Antriebswalze an der Außenfläche des Hohlkörpers anliegt, um diesen um seine Achse zu drehen.
Für eine Vorrichtung zum Ausüben des obengenannten Verfahrens wird vorgeschlagen, dass ein Revolverrand mit Indexgetriebe vorgesehen ist, der mehrere Lagerstellen zur jeweiligen Aufnahme eines zu bearbeitenden
Hohlkörpers aufweist und dass die Lagerstelle zu einer Arbeitsstation verfahrbar sind, an der ein Laser und ein Antriebsrad oder eine Antriebswalze angeordnet sind, durch die der Hohlkörper gedreht und geschnitten wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Hohlkörper innerhalb einer
Laserschneidvorrichtung, nachdem der Randbereich abgetrennt ist; Fig. 2 eine Ansicht auf ein Revolverrad oder eine Karussellscheibe mit einer Vielzahl von Lagerstellen zur Aufnahme von Hohlkörpern und mit einer oberen Bearbeitungsstation,
Fig. 3 Schnitte durch verschieden geformte Schnittflächen des Hohlkörpers, nachdem der Randbereich entfernt wurde.
Um an einem Ende eines metallenen zylindrischen Hohlkörpers 1 einen ringförmigen Randbereich 2 abzutrennen, wird auf die zylindrische Außenfläche (Mantel) des Hohlkörpers ein Laserstrahl 3 insbesondere in radialer Richtung gerichtet, wobei der Hohlkörper 1 hierbei um seine Zylinderachse 4 gedreht wird, so dass die Zylinderachse gleichzeitig die Drehachse bildet. Hierbei rotiert der Hohlkörper 1 um seine Achse mit einer solch hohen Umdrehungszahl, dass bei nur einer Drehung ein sofortiges Durchschneiden der Hohlkörperwand nicht erreicht wird, sondern es erfolgt ein Abtragen des Metalls während mehrerer Umdrehungen, so dass zuerst nur eine geringfügige Kerbe in das Material eingebracht wird, die von Umdrehung zu Umdrehung tiefer wird, bis der ringförmige Randbereich abgetrennt ist. Hierbei wird eine sehr hohe
Umdrehungszahl gewählt, so dass eine sehr kurze Zeit für das vollständige Abtrennen erreicht wird. Bei 5000 bis 10000 Umdrehungen pro Minute wird bereits nach 5 bis 7 Umdrehungen der Randbereich 2 vollständig vom
Hohlkörper 1 abgetrennt.
Der Hohlkörper 1 ist ein zylindrisches Rohr oder ein tiefgezogener Becher aus Stahl, Aluminium oder Messing. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren bei Batteriebechern, Patronenhülsen, metallischen Verpackungen, Druckbehältern und Getränkebehältern einsetzbar. Hierbei weist der metallene zylindrische Hohlkörper einen Innendurchmesser von 5 bis 100 mm vorzugsweise von 7 bis 70 mm und eine Wanddicke bzw. Wandstärke von 0,05 bis 1 ,0 mm vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 mm auf. Der Bereich der Rotationsdrehzahlen liegt vorzugsweise zwischen 1000 und 20000 Umdrehungen pro Minute.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Abtrennen eines ringförmigen Randbereichs 2 von einem zylindrischen dünnwandigen Hohlkörper 1 in Form eines Bechers schematisch dargestellt. Der Hohlkörper 1 ist auf Räder oder Walzen 5 gelagert, deren Achsen parallel zur Zylinderachse 4 angeordnet sind. Auf der den Rädern oder Walzen gegenüberliegenden Seite liegt am Hohlkörper mindestens ein Antriebsrad 6 oder eine Antriebswalze an der Außenfläche des Hohlkörpers an, um diesen um seine Achse mit hoher Drehzahl rotieren zu lassen. Hierbei ist auf die Schnittstelle eine Laserdüse 7 mit ihrem Laserstrahl 3 gerichtet, um pro Umdrehung Metallteilchen 8 abzutragen. Sobald die Wand des Hohlkörpers durchtrennt ist, wird der Randbereich 2 vom Hohlkörper entfernt.
In Fig. 1 ist die Laserdüse und damit der Laserstrahl 3 in einem Winkel α von 90 Grad auf die Außenfläche (Mantelfläche) des Hohlkörpers 1 ausgerichtet. Um aber die Schnittstelle des Hohlkörpers zu bearbeiten, wird in einer weiteren Ausführung die Laserdüse 7 mit ihrem Laserstrahl 3 verschwenkt, um bestimmte Formen der Schnittstelle 15 zu erreichen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.
Dieses Bearbeiten der Schnittstelle erfolgt während und/oder nach dem
Schneiden.
Das erfindungsgemäße Trennverfahren ist besonders vorteilhaft ausführbar, wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Dorn (Düse) 9 während des Schneidens in dem Hohlkörper 1 koaxial einliegt, wobei die zylindrische Außenfläche des Dorns einen Durchmesser D2 aufweist, der geringfügig kleiner ist als der
Innendurchmesser D1 des Hohlkörpers, so dass zwischen der Außenfläche des Dorns und der Innenseite des Hohlkörpers 1 ein koaxialer Ringbereich 10 besteht. Durch den Längshohlraum 1 des Dorns 9 (bzw. der Düse) wird ein Gas insbesondere Luft in das Innere des Hohlkörpers 1 gedrückt, wodurch mehrere Vorteile erzielt werden. Zum einen werden durch dieses eingeführte Gas, das durch den Ringbereich 10 nach außen tritt, vom Laserstrahl abgetragene
Metallteilchen und/oder die Schmelze aus dem Inneren des Hohlkörpers herausbefördert. Zum anderen erfolgt eine Kühlung. Ferner wird durch dieses Gas der Hohlkörper zumindest während des Trennens mit seinem der
Schnittstelle abgewandten Ende insbesondere dem Boden des Bechers in axialer Richtung gegen einen festen Anschlag 14 gedrückt und dadurch eine exakte Positionierung des Hohlkörpers 1 während des Schneidens erreicht. Auch wird durch den Gasstrom der Randbereich 2 sofort nach seinem Abtrennen wegbefördert, insbesondere auf den hohlen Dorn gefördert, wie dies Fig. 1 zeigt.
Ein sehr schnelles Zuführen von Hohlkörpern 1 zur Arbeitsstation wird erreicht, wenn ein Revolverrad 2 oder eine Karussellscheibe verwendet wird, auf der sich eine größere Zahl von Lagerstellen 13 befindet, die jeweils einen Hohlkörper 1 aufnehmen. Sobald ein Hohlkörper 1 die Arbeitsstation mit der Laserdüse 7 erreicht hat, wird der Hohlkörper 1 durch das Antriebsrad 6 um seine Achse in Drehung versetzt, wobei jede Lagerstelle 3 zwischen zwei oder mehreren lagernden Rädern 5 sich befindet, die auf dem Revolverrad 12 bzw. der
Karussellscheibe drehbar angeordnet sind.
Auf die Schnittstelle ist eine Kamera gerichtet, durch die das Schneiden überwacht wird. Diese Kamera ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Claims

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