DE19756703A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bear­ beiten von Werkstücken mit Laserstrahlung, die mit einem zum Werkstück relativ nicht bewegten Laserstrahl auf eine zu be­ arbeitende Werkstückfläche fokussiert wird.

Das vorgenannte Verfahren ist aus der DE-A-33 44 709 be­ kannt. Mit diesem Verfahren werden Werkstücke entgratet. Der Laserstrahl steht still. Sein Fokusdurchmesser ist so groß gewählt, daß der gesamte Gratbereich überdeckt ist. Der größte Teil der Strahlenergie fällt jedoch zur Gratentfernung ungenutzt auf nicht zu entgratende Bereiche oder auf Be­ reiche, in denen überhaupt kein Werkstück vorhanden ist, z. B. auf Löcher des Werkstücks. Dementsprechend ist ein großer Energieanteil der Laserstrahlung ungenutzt und je nach Ausge­ staltung des Werkstücks müssen sogar besondere Maßnahmen ge­ troffen werden, daß die nichtgenutzte Laserstrahlung für nicht zu entgratende Bereiche des Werkstücks oder neben dem Werkstück liegende Bereiche nicht schädlich für die Umgebung ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs genannten Verfahrensschritten so zu verbessern, daß mit einem relativ zum Werkstück still­ stehenden Laserstrahl eine vom punktförmigen abweichende Werkstückfläche bearbeitet werden kann, ohne daß die zur Ver­ fügung gestellte Energie der Laserstrahlung ungenutzt ver­ loren geht.

Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Laserstrahl linienähnlich fokussiert wird und sein Strahl­ fleck voll flächig praktisch ausschließlich der zu bearbeiten­ den Werkstückfläche entspricht.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß der Strahlfleck des Laserstrahls derart linienartig fokussiert wird, daß mög­ lichst genau die zu bearbeitende Werkstückfläche bestrahlt wird, und zwar vollflächig. Infolgedessen wird auch die ge­ samte zu bearbeitende Werkstückfläche gleichzeitig erhitzt und es treten die durch die Erhitzung gewünschten Vorgänge im Werkstück gleichzeitig auf, z. B. ein Aufschmelzen einer Trennlinie oder einer Fügelinie. Es ist aber auch möglich, Werkstücke größerflächig zu bearbeiten, sofern der Laser­ strahl linienähnlich vollflächig arbeitet, beispielsweise bei Werkstoffumwandlungen auf Härtespuren.

Es kann so verfahren werden, daß eine über ihre gesamte Länge gleich schmale fokussierte Linie verwendet wird. Derar­ tige gleich schmale Linien eignen sich besonders für massen­ fertigungsgerechte Füge- und Trennverfahren. Die schmale fo­ kussierte Linie kann so ausgebildet werden, daß mit den ver­ fügbaren Laserquellen hohe Energiedichten zu erreichen sind, wie sie beim Fügen oder Trennen erforderlich sind. Beispiels­ weise können Fein- oder Feinstblechbänder oder Metallfolien quergeteilt werden. Derartige schmal fokussierte Linien sind auch dann vorteilhaft, wenn eine mechanische Bearbeitung des Materials wegen Verschleiß des Werkzeugs und/oder unzuläs­ siger mechanischer Beanspruchung des Bandmaterials problema­ tisch ist. Derartige Trennverfahren werden zweckmäßiger Weise so durchgeführt, daß mit linienförmiger Laserstrahlung die gesamte Breite einer Platte oder eines laufenden Bandes im­ pulsartig getrennt wird.

Mit dem vorbeschriebenen Verfahren lassen sich formen- und bahnenmäßig vielzählige Bearbeitungen durchführen. Zweck­ mäßig ist es, wenn so verfahren wird, daß die Linie sich über die gesamte Werkstückbreite erstreckt und/oder einen Umriß mit unbestrahlter Mitte bildet und/oder einen beliebig vorbe­ stimmten Linienverlauf hat und/oder im Verlauf ungleiche Linienbreite aufweist. Sich über die gesamte Werkstückbreite erstreckende Linien sind insbesondere bei einem Trennen oder bei einem Fügen von Werkstücken vorteilhaft. Wird mit einer Linie ein Umriß mit unbestrahlter Mitte gebildet, so können dem Umriß entsprechende Ausnehmungen des Werkstücks herge­ stellt werden. Dabei ist die Form der Linie im Grundsatz ohne Belang. Die Linie kann einen beliebig vorbestimmten Linien­ verlauf haben, beispielsweise Krümmungen aufweisen. Die im Verlauf ungleiche Linienbreite kann vorteilhaft sein, wenn auf die Form einer Trenn- oder Fügelinie oder Ausnehmung Ein­ fluß genommen werden soll.

Falls die zur Verfügung stehenden Laserquellen begrenzte Leistung haben, kann es zweckmäßig sein, das Verfahren so durchzuführen, daß eine Linie aus Linienteillängen verwendet wird, die die gesamte Linienlänge zeitgleich oder taktweise nacheinander abdecken. Es wird dann so verfahren, daß vor­ zugsweise aus mehreren Laserquellen stammende Laserstrahlung verwendet wird, die aus lückenlos aufgereihten Einzelstrahlen oder Gruppen von Einzelstrahlen besteht, die die gesamte Linienlänge oder eine Teillänge zeitgleich abdecken. Bei zeitgleicher Bestrahlung der gesamten Linienlänge können also mehrere Laserquellen zum Einsatz kommen. Ein einziger Laser reicht aus, wenn die gesamte Linienlänge taktweise nach­ einander abgearbeitet wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Laserstrahlung mit Diodenlaser-Barren und/oder Diodenlaser-Stacks erzeugt wird. Diodenlaser-Barren und Diodenlaser-Stacks benutzen je­ weils eine Vielzahl von Laserdioden. Deren Laserstrahlung kann durch geeigneten Aufbau der Barren oder Stacks linien­ förmig ausgerichtet und fokussiert werden. Sie sind besonders geeignet um den Laserstrahl, der dann aus einer Vielzahl von Teilstrahlen der einzelnen Laserdioden besteht, linienähnlich zu fokussieren und vollflächig auf die gesamte zu bear­ beitende Werkstückfläche strahlen zu lassen.

Das Verfahren kann so durchgeführt werden, daß die Laserstrahlung zum Trennen eingesetzt wird. Es erfolgt eine scherenähnliche Bearbeitung, denn das Werkstück wird impuls­ artig bestrahlt und in seine Trennstücke zerlegt. Es liegt ein berührungsloses Schneidverfahren vor, das die erheblichen Nachteile mechanischer, mit Messern durchgeführter Trennver­ fahren nicht aufweist. Insbesondere werden mechanische Werk­ stückverformungen vermieden.

Für den praktischen Einsatz sind die vorbeschriebenen Verfahren besonders dann vorteilhaft, wenn eine Laserstrah­ lungsquelle und/oder zumindest ein die Laserstrahlung abge­ bender Bearbeitungskopf mit einem bewegten Werkstück während dessen Bestrahlung gleich schnell mitbewegt wird. Die Mitbe­ wegung der Laserstrahlungsquelle mit einem bewegten Werkstück ermöglicht den Einsatz des Verfahrens insbesondere zum Quer­ teilen von Folien- oder Bandmaterial. Die zur Zeit am häufigsten verwendete Methode zum Querteilen von Bandmaterial besteht im Einsatz von mechanischen Mitteln, sogenannten "fliegenden Scheren" oder "Exzenterscheren". Hierbei wird ein quer zum Band angeordnetes Messer oder eine Schlagschere auf einer kurzen Strecke mit dem laufenden Band mitbewegt. Der gleichzeitige Ablauf von Messerhub und Mitbewegung mit dem Band muß derart durchgeführt werden, daß das Messer während des Eintauchens in das Bandmaterial exakt mit dem Band mit­ fährt und danach gegen die Bandlaufrichtung zurückschwenkt. Die dazu erforderlichen Antriebe, beispielsweise Exzenteran­ triebe, sollen möglichst hohe Taktraten erreichen. Hier sind aber aus mechanischen Gründen Grenzen gesetzt, insbesondere wenn die Messer- oder Antriebsmassen ein größeres Gewicht ha­ ben und die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskräfte dement­ sprechend groß werden. Insbesondere führt das dazu, daß der Exzenter eine Einlauf- und eine Auslaufzeit benötigt, wie auch im Hinblick auf die hohen auftretenden Kräfte ein sehr aufwendiges stabiles Maschinengerüst. Der Schneidprozeß indu­ ziert mechanische Spannungen im Werkstoff des Werkstücks und kann im Schnittkantenbereich zu Gratbildung und Kaltverfesti­ gung führen. Die vorbeschriebenen Trennverfahren besitzen die Nachteile der bekannten mechanischen Trenneinrichtungen nicht. Insbesondere beim Einsatz von Diodenlaser-Barren oder Diodenlaser-Stacks ist die zu bewegende Masse vergleichsweise gering. Ihre Verfahrgeschwindigkeit bzw. die Verfahrgeschwin­ digkeit der Laserschneidköpfe kann daher bedeutend höher sein, als die Bandlaufgeschwindigkeit. Es lassen sich hohe Taktraten bzw. kurze Bandabschnitte zwischen zwei Bear­ beitungsvorgängen erzeugen, wenn am laufenden Werkstück bear­ beitet wird. Die Baulängen der bewegten Teile sind in Förder­ richtung relativ klein und dementsprechend ist auch die Stellfläche für das Schneidgerüst relativ klein.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß während der Bestrahlung des Werkstücks dessen Trennen der Trennstücke bewirkende mechanische oder magnetische Mittel verwendet werden. Mit Hilfe der mechanischen oder magneti­ schen Mittel wird von Schmelze freier Zwischenraum zwischen den Trennteilen erzeugt. Es ist dann nicht nötig, die bear­ beitete Werkstückfläche weiterhin zu bestrahlen, um ein vor­ zeitiges Erstarren des aufgeschmolzenen Werkstoffs vor dem Trennen der Trennteile voneinander zu verhindern. Mit Hilfe der magnetischen Mittel, beispielsweise eines auf die Schmel­ ze einwirkenden Magnetfeldes, kann mechanisch berührungsfrei vorgegangen werden. Die mechanischen Mittel werden zweckmäßig ausgewählt.

Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn als mechanische Mittel Schmelze aus dem aufgeschmolzenen Werkstückbereich austreibende Gasdüsen zur Anwendung kommen. Mit Hilfe der Gasdüsen können Gasstrahlen zum Einsatz kommen, deren Druck­ wirkung die Schmelze austreibt.

Das Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, daß als mechanische Mittel eine die Trennstücke des Werkstücks voneinander entfernende Trennkraftquelle eingesetzt wird. Im allgemeinsten Fall sind dies an den Trennstücken angreifende Greifer, die die Trennstücke auseinanderziehen.

Wenn eine kontinuierliche Bearbeitung durchgeführt werden soll, kann so verfahren werden, daß das Werkstück mit von­ einander distanzierten Transportmitteln gefördert wird, zwischen denen die Bearbeitung mit Laserstrahlung erfolgt und die als Trennkraftquellen dienen. Die Transportmittel garan­ tieren die kontinuierliche Förderung des Werkstücks und er­ sparen zugleich von ihnen separate mechanische Trennmittel.

Das vorbeschriebene Verfahren kann in besonders ein­ facher Weise dadurch erreicht werden, daß als Transportmittel Treibrollenpaare mit zur Trennstücktrennung unterschiedlich gesteuerten Fördergeschwindigkeiten verwendet werden. Treib­ rollenpaare sind in der Fördertechnik bewährte Transport­ mittel und es ist mit vergleichsweise geringem Aufwand mög­ lich, sie mit unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten zu betreiben, so daß infolgedessen eine Trennung der Trennstücke des Werkstücks erreicht werden kann.

Die vorbeschriebenen Verfahrensschritte können zum Teil auch für andere Bearbeitungsverfahren angewendet werden, bei denen Hochenergiestrahlung zum Einsatz kommt. Genannt seien beispielsweise das Härten oder das Löten. Vor allen Dingen ist es aber vorteilhaft, wenn die linienartige Laserstrahlung zum Linienfügen eingesetzt wird. Das Linienfügen ist insbe­ sondere in Massenfertigungsprozessen vorteilhaft, wo es das Punktschweißen verbessern kann, indem größere Linien- bzw. Flächenbereiche bei gleichem zeitlichem Aufwand miteinander verbunden werden und so die Verbindungsfestigkeit erheblich zu steigern ist.

Das Verfahren kann auf Werkstücke unterschiedlichster Werkstoffe und unterschiedlicher Materialien angewendet wer­ den. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn ein Werkstück aus Fein­ blech, Folien oder Kunststoff-Formteilen verwendet wird. Feinbleche bestehen aus Metall und können auch bei geringeren Strahlungsintensitäten einer Linienbearbeitung unterworfen werden, ebenso wie aus Metall oder Kunststoff bestehende Folien oder Kunststoff-Formteile.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vor­ richtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung oder dergleichen Hochenergiestrahlung, die mit einem zum Werkstück relativ nicht bewegten Laserstrahl auf eine zu be­ arbeitende Werkstückfläche fokussiert ist.

Bei einer solchen Vorrichtung können die eingangs be­ schriebenen Nachteile vermieden und die angegebenen Vorteile erreicht werden, wenn der Laserstrahl linienartig fokussiert ist und sein Strahlfleck vollflächig praktisch ausschließlich der zu bearbeitenden Werkstückfläche entspricht.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Laserstrahl mit einem linienartigen Strahlfleck die ge­ samte Länge einer auf dem Werkstück vorbestimmten Trennlinie abdeckt und das Trennmittel zur Trennung der Trennstücke des Werkstücks während dessen Bestrahlung vorhanden sind, ist be­ sonders zum Teilen von Werkstücken oder für deren Formgebung durch Ausschneiden bzw. Abschneiden von Werkstückteilen ge­ eignet.

Um zu bewirken, daß sich das Werkstück relativ zum Laserstrahl nicht bewegt, wird die Vorrichtung so ausgebil­ det, daß sie einen gesteuerten Antrieb aufweist, der eine der Erzeugung des Laserstrahls dienende Laserquelle und/oder eine den Laserstrahl abgebende Vorrichtung etwaigen Werkstückbe­ wegungen und/oder Positionierungen entsprechend zu verstellen vermag. Mit einer solchen Vorrichtung können Bewegungen des Werkstücks in Bezug auf den Laserstrahl oder in Bezug auf mehrere Laserstrahlen ausgeglichen werden. Die Steuerung der Bewegung des Laserstrahls erfolgt in Abstimmung auf die Werk­ stückbewegung. Eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstück findet nicht statt. Mit Hilfe des ge­ steuerten Antriebs ist es aber auch möglich, unterschiedliche Positionierungen eines Werkstücks oder aufeinander folgend zu bearbeitender Werkstücke auszugleichen, indem der Antrieb entsprechend den unterschiedlichen Positionierungen eines Werkstücks oder mehrerer Werkstücke gesteuert wird. Die Steuerung des Antriebs wird beispielsweise durch ein Posi­ tionen erfassendes System beeinflußt, z. B. durch positions­ überwachende Videokameras.

Die vorbeschriebene Vorrichtung kann zum Bearbeiten am laufenden Band, also zum kontinuierlichen Bearbeiten dadurch ausgebildet werden, daß das Werkstück rollengefördert ist, und daß eine Steuereinrichtung für die Werkstückspannung bzw. Trennung vorhanden ist. Die Steuereinrichtung kann die Trenn­ mittel beeinflussen oder die der Rollenförderung dienenden Fördermittel.

In Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß zur Erzeugung der Laserstrahlung Diodenlaser-Strahlwerkzeuge vor­ handen sind. Als Diodenlaser-Strahlwerkzeuge können bei­ spielsweise Diodenlaser-Barren oder Diodenlaser-Stacks einge­ setzt werden, die von ihrem mechanischen Aufbau her für die Erzeugung linienartig fokussierter Laserstrahlung besonders geeignet sind.

Die Vorrichtung kann als optische Exzenterschere ein­ gesetzt werden, wenn für eine mit dem Werkstück während des­ sen Bestrahlung gleich schnelle Mitbewegung eines Strahlwerk­ zeugs ein Exzenterantrieb vorhanden ist. Mit einem solchen Exzenterantrieb wird eine die linienartige Laserstrahlung er­ zeugende Laserstrahlungsquelle ähnlich wie bei konventionel­ len mechanischen Exzenterscheren mit Hilfe des Exzenteran­ triebs während des Bestrahlungsvorgangs mit dem Werkstück, beispielsweise mit einem Band, mitgeführt. Während dieser kurzen Zeit erfolgt keine Relativbewegung zwischen dem Werk­ stück und dem Werkzeug, wobei der Schneidvorgang am laufenden Band erfolgt. Danach wird die Laserstrahlungsquelle dem Band­ lauf entgegengesetzt zurückgeführt, um danach unter Berück­ sichtigung der Soll-Abschnittslänge einen weiteren Schneid­ vorgang einzuleiten. Im Gegensatz zur mechanischen Exzenter­ schere ist ein Hub senkrecht zur Werkstückoberfläche nicht notwendig, aber trotzdem außerhalb des Schneidpulses erlaubt Die Strahlungsquelle könnte also auch in einer Linearführung oder über das Werkstück in oder gegen Werkstücklaufrichtung bewegt werden und z. B. über eine oder mehrere Pleuelstangen mit einem oder mehreren rotatorischen Motoren angetrieben werden.

Die Strahlwerkzeuge besitzen eine vergleichsweise ge­ ringe Masse, so daß hohe relative Rücklaufgeschwindigkeiten erreicht werden können, wie auch geringe Zeiten des Anlaufs und des Auslaufs der Vorrichtung.

Die Vorrichtung kann so ausgebildet werden, daß zwei linienähnliche Laserstrahlen vorhanden und aufeinander gegen­ überliegende Werkstückflächen desselben Bearbeitungsbereichs oder aufeinander folgender Bearbeitungsbereiche gerichtet sind. Infolgedessen läßt sich das Werkstück schneller bear­ beiten, weil es von seinen beiden Seiten gleichzeitig be­ strahlt wird, so daß der Aufschmelzvorgang entsprechend schneller vor sich geht, wenn die beiden Laserstrahlen auf denselben Bearbeitungsbereich gerichtet sind. Werden die Laserstrahlen auf einander folgende Bearbeitungsbereiche ge­ richtet, läßt sich eine entsprechende Steigerung der Bear­ beitungsgeschwindigkeit bzw. eine Steigerung der Taktrate insbesondere bei bewegten Laserstrahlwerkzeugen erreichen. Dabei kann die Einstrahlungsrichtung jeweils beibehalten werden. Bei der Bearbeitung eines Bearbeitungsbereichs mit zwei Laserstrahlen wird insbesondere in Verbindung mit einem Exzenterantrieb zur Mitbewegung der Strahlwerkzeuge erreicht, daß die dann erforderlichen beiden Strahlwerkzeuge im Sinne eines Unwuchtausgleichs zusammenwirken. Die Belastungen des Maschinengestells sind geringer und die Vorrichtung arbeitet laufruhig.

Bei Vorhandensein von zwei Laserstrahlen wird die Vor­ richtung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die beiden Laserstrahlen im Winkel zueinander angeordnet sind. Der Win­ kel braucht nur so groß zu sein, daß jeder Laserstrahl nicht in die Abgabevorrichtung des anderen Laserstrahls gelangen und dort unerwünschte Erwärmungen oder Zerstörungen bewirkt.

Die Vorrichtung kann so ausgestaltet werden, daß sie Einstellmittel für den Linienverlauf und/oder die Linienform und/oder den Linienfokus und/oder den Intensitätsverlauf der Laserstrahlung über die Linienlänge aufweist. Mit Hilfe dieser Einstellmittel kann die Vorrichtung sehr anwendungs­ flexibel ausgebildet werden. Mit den Einstellmitteln für den Linienverlauf können beispielsweise Krümmungen oder Winkel eingestellt werden. Einstellmittel für die Linienform lassen beispielsweise sehr schmale mit nicht ganz so schmalen Linienabschnitten abwechseln. Einstellmittel für den Linien­ fokus ermöglichen Anpassungen an die Werkstückoberfläche und/oder an die Werkstückdicke. Einstellmittel für den Inten­ sitätsverlauf der Laserstrahlung ermöglichen beispielsweise unterschiedliche Einschweißtiefen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Die einzige Figur zeigt in schematischer perspekti­ vischer Ansicht eine sogenannte optische Exzenterschere zum Querteilen von geförderten Blechbändern.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zum Querteilen von Band 10 wickelt dieses mit einem Treibrollenpaar 16 von einem aufgewickelten Bandvorrat 17 ab. Das Band 10 gelangt vom Treibrollenpaar 16 zum Treibrollenpaar 15 und zwischen beiden Treibrollenpaaren 15, 16 wird es geteilt. Das vom zu­ sammenhängenden Band 10 abgeteilte Trennstück 10' wird auf einen Stapel 18 von Trennstücken abgelegt. Das Band ist vor­ zugsweise Feinstblech und die aufgrund dessen eventuell noch erforderlichen Führungsmittel sind der besseren Übersicht­ lichkeit wegen weggelassen.

Zur Unterteilung des Bandes 10 bzw. zum Abtrennen der Trennstücke 10' dient eine Laserstrahlungsquelle in Gestalt eines Diodenlaser-Strahlwerkzeugs, das als Diodenlaser-Barren 14 ausgebildet ist. Die von schematisiert dargestellten La­ serdioden 19 abgegebene Strahlung gelangt in einen optischen Kolimator 20, welcher Laserstrahlung 11 einer Fokussieroptik 21 zuführt. Diese fokussiert einen Laserstrahl 12 mit einem Strahlfleck 13 auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche des Bandes 10. Der Laserstrahl 12 ist eine schmale Linie, die einer gewünschten Schmelzlinie 22 entspricht. Dementsprechend deckt der Strahlfleck 13 die Schmelzlinie 22 vollflächig ab. Die Schmelzlinie 22 erstreckt sich von der in der Figur vor­ deren Kante 10'' bis zu der in der Figur nicht dargestellten hinteren Kante. Dementsprechend wird das Band 10 über seine gesamte Breite auf der Schmelzlinie 22 aufgeschmolzen. Dieses Aufschmelzen wird dazu benutzt, den in Förderrichtung vor­ deren Abschnitt des Bandes 10 abzuteilen, so daß ein Trenn­ stück 10' entsteht, das von dem vorderen Treibrollenpaar 15 auf den dargestellten Trennstückstapel 18 gefördert wird.

Der Doppelpfeil 23 gibt an, daß der Diodenlaser-Barren 14 bzw. das Diodenlaser-Strahlwerkzeug in der Förderrichtung 24 des Bandes 10 und dem entgegengesetzt bewegt werden muß. Das ist erforderlich, damit der Strahlfleck auf dem Band ge­ nügend lange verweilt, um den Bandwerkstoff aufzuschmelzen, und zwar ausschließlich im Bereich der Schmelzlinie 22. Der Schneidpuls bzw. die während einer vorbestimmten Zeit auf das Band einwirkende Laserstrahlung darf ihre Relativstellung nicht ändern. Die Bewegung des Diodenlaser-Barrens 14 zwi­ schen dem Treibrollenpaar 16 und dem Treibrollenpaar 15 er­ folgt also ebenso schnell, wie die Bewegung des Bandes 10. Nach der vorbestimmten Einwirkungsdauer der Laserstrahlung auf das Werkstück kann der Diodenlaser-Barren 14 im Bereich zwischen den Treibrollenpaaren 15 und 16 entgegen der Förder­ richtung 24 des Bandes 10 zurückbewegt werden. Der Barren 14 wird dem Treibrollenpaar 16 soweit wie möglich und nötig ge­ nähert, wobei die Rücktransportgeschwindigkeit in Abhängig­ keit von der Fördergeschwindigkeit 24 auf die vorbestimmte Länge des Trennstücks 10' abgestimmt ist. Dabei kann die Rücktransportgeschwindigkeit zur Erzielung besonders kurzer Längen sehr hoch sein, verglichen mit den Rücktransportge­ schwindigkeiten konventioneller mechanischer Exzenterscheren.

Die Trennung des Trennstücks 10' vom Band 10 wird durch das Treibrollenpaar 15 unterstützt. Dieses fördert das Trenn­ stück 10' mit höherer Fördergeschwindigkeit, als das Treib­ rollenpaar 16. Der Unterschied der Fördergeschwindigkeiten wird durch die unterschiedliche Größe der Fördergeschwindig­ keitspfeile 25, 26 veranschaulicht. Das Treibrollenpaar 15 ist demgemäß nicht nur ein Transportmittel für das Werkstück, sondern auch eine Trennkraftquelle, die dafür sorgt, daß das Trennstück 10' nach dem Aufschmelzen des Werkstoffs entlang der Schmelzlinie von dem Band 10 im übrigen entfernt wird, weil der aufgeschmolzene Werkstoff den mechanischen Zusammen­ halt nicht mehr gewährleistet. Dementsprechend kann die Be­ strahlungsdauer der Schmelzlinie kürzer gehalten werden. Es braucht nicht mehr darauf gewartet zu werden, bis das lokale Erwärmen und Schmelzen und/oder Verdampfen des Werkstoffs auf der schmalen Schnittlinie zu einer effektiven Trennung des Trennstücks 10 vom Band geführt hat.

Das Treibrollenpaar 15 bringt eine Bandspannung auf, mit der das Band an der geschwächten Schmelzlinie einfach aus­ einandergezogen wird. Die Schmelze kann der Verrundung der Schnittkante dienen. Die Dauer der Einwirkung der Laserstrah­ lung kann auf ein Minimum reduziert werden.

Die vorbeschriebene Ausführungsform eignet sich bei­ spielsweise für das Schneiden bzw. Trennen von Feinstblech mit einer Dicke von weniger als 0,2 mm. In einem solchen Fall können bei einem Einsatz von Diodenlaser-Barren 14 mit Exzen­ terantrieb Taktraten von 1 bis 10 Hertz erreicht werden. Die Breite der Schmelzlinie bzw. des Strahlflecks 13 entspricht etwa der Wanddicke und die benötigte Strahlleistung beträgt je nach Werkstoff des Bandes und nach Fördergeschwindigkeit 1 bis 10 kW/m.

In der Figur ist eine gerade Schmelzlinie 22 dargestellt worden. Es können jedoch auch beliebig gekrümmte, offene oder geschlossene Schnittkonturen bestrahlt werden. Auf diese Weise können Stanzvorgänge berührungslos und nahezu kräfte­ frei erfolgen, so daß die Nachteile mechanischer Einwirkungen praktisch vollständig vermieden werden können. Bei diesem be­ kannten mechanischen Verfahren ist die Schneid-Taktrate auf­ grund des Gewichtes des mechanischen Messers und der damit verbundenen kinematischen Grenzen für viele angestrebte Fer­ tigungsprozesse zu klein. Außerdem werden auch die Nachteile von bekannten Trennverfahren mit bewegtem Laserstrahl ver­ mieden, bei denen also der Laserstrahl entlang der Schnitt­ kontur bewegt wird. Auch hier sind die notwendigen Taktraten nicht erreichbar.

Claims (25)

1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrah­ lung (11), die mit einem zum Werkstück relativ nicht be­ wegten Laserstrahl (12) auf eine zu bearbeitende Werk­ stückfläche fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (12) linienähnlich fokussiert wird und sein Strahlfleck (13) vollflächig praktisch aus­ schließlich der zu bearbeitenden Werkstückfläche ent­ spricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine über ihre gesamte Länge gleich schmale fokus­ sierte Linie verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linie sich über die gesamte Werk­ stückbreite erstreckt und/oder einen Umriß mit unbe­ strahlter Mitte bildet und/oder einen beliebig vorbe­ stimmten Linienverlauf hat und/oder im Verlauf ungleiche Linienbreite aufweist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linie aus Linien­ teillängen verwendet wird, die die gesamte Linienlänge zeitgleich oder taktweise nacheinander abdecken.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Laserstrahlung verwen­ det wird, die aus lückenlos aufgereihten Einzelstrahlen oder Gruppen von Einzelstrahlen besteht, die die gesamte Linienlänge oder eine Teillänge zeitgleich abdecken.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung (11) mit Diodenlaser-Barren (14) und/oder Diodenlaser- Stacks erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung (11) zum Trennen eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit linienförmiger Laserstrahlung (11) die gesamte Breite einer Platte oder eines laufenden Bandes (10) im­ pulsartig getrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Laserstrahlungsquelle und/oder zu­ mindest ein die Laserstrahlung (11) abgebender Bear­ beitungskopf mit einem bewegten Werkstück während dessen Bestrahlung gleich schnell mitbewegt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während der Bestrah­ lung des Werkstücks das Trennen der Trennstücke (10') bewirkende mechanische oder magnetische Mittel verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanische Mittel Schmelze aus dem aufgeschmol­ zenen Werkstückbereich austreibende Gasdüsen zur Anwen­ dung kommen.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als mechanische Mittel eine die Trenn­ stücke (10') des Werkstücks voneinander entfernende Trennkraftquelle eingesetzt wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mit voneinander distanzierten Transportmitteln gefördert wird, zwischen denen die Bearbeitung mit Laserstrahlung erfolgt und die als Trennkraftquellen dienen.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Transportmittel Treibrollenpaare (15, 16) mit zur Trennstücktrennung unterschiedlich gesteuerten Fördergeschwindigkeiten ver­ wendet werden.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die linienartige Laserstrahlung zum Linienfügen eingesetzt wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück aus Feinblech, Folien oder Kunststoff-Formteilen verwendet wird.

17. Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laser­ strahlung (11) oder dergleichen Hochenergiestrahlung, die mit einem zum Werkstück relativ nicht bewegten Laserstrahl (12) auf eine zu bearbeitende Werkstück­ fläche fokussiert ist, zur Durchführung der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Laserstrahl (12) linienartig fokus­ siert ist und sein Strahlfleck (13) vollflächig prak­ tisch ausschließlich der zu bearbeitenden Werkstück­ fläche entspricht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen gesteuerten Antrieb aufweist, der eine der Erzeugung des Laserstrahls (12) dienende Laserquelle und/oder eine den Laserstrahl (12) abgebende Vorrichtung etwaigen Werkstückbewegungen und/oder Positionierungen entsprechend zu verstellen vermag.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, da­ durch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (12) mit einem linienartigen Strahlfleck (13) die gesamte Länge einer auf dem Werkstück vorbestimmten Trennlinie abdeckt und daß Trennmittel zur Trennung der Trennstücke des Werkstücks während dessen Bestrahlung vorhanden sind.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück treibrollengefördert ist, und daß eine Steuereinrichtung für die Werkstückspannung bzw. Trennung vorhanden ist.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Laserstrahlung Diodenlaser-Strahlwerkzeuge vorhanden sind.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß für eine mit dem Werkstück während dessen Bestrahlung gleich schnelle Mitbewegung eines Strahlwerkzeugs ein Exzenterantrieb vorhanden ist.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwei linienähn­ liche Laserstrahlen (12) vorhanden und auf einander ge­ genüberliegende Werkstückflächen desselben Bearbeitungs­ bereichs oder aufeinander folgender Bearbeitungsbereiche gerichtet sind.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Laser­ strahlen (12) im Winkel zueinander angeordnet sind.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einstellmit­ tel für den Linienverlauf und/oder die Linienform und/oder den Linienfokus und/oder den Intensitätsverlauf der Laserstrahlung über die Linienlänge aufweist.