LASEREINRICHTUNG SOWIE LASEREINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer Lasereinrichtung sowie eine Lasereinrichtung.

Beim Kantenformen mit einer 2D-Laserschneidmaschine entstehen starke Reflexionen eines Laserstrahls an einer Verrundungsoberfläche eines Werkstücks, dessen Kanten verrundet werden. Die reflektierte Laserstrahlung trifft eine Laserschneiddüse der Laserschneidmaschine bzw. einen die Laserschneiddüse aufweisenden Laserschneidkopf der Laserschneidmaschine, weshalb sich diese Komponenten sehr stark erhitzen. Bei einer zu langen Wirkzeit dieser Strahlung auf die Bauteile kann eine Laserschneideinheit der Laserschneidmaschine beschädigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mittels welcher eine Beschädigung einer Lasereinrichtung durch zu starke Erhitzung infolge von Absorption reflektierter Laserstrahlung vermieden werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer Lasereinrichtung. Bei dem Werkstück handelt es sich insbesondere um ein Blech, welches mittels der Lasereinrichtung bearbeitet wird. Insbesondere wird das Werkstück mittels der Lasereinrichtung bearbeitet, indem von der Lasereinrichtung ein Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet wird, wodurch das Werkstück infolge des Kontakts mit dem Laserstrahl in seiner Beschaffenheit beziehungsweise in seiner Kontur verändert wird. Die Lasereinrichtung weist eine Düse mit einem Düsenkanal auf. Durch den Düsenkanal strahlt beim Bearbeiten des Werkstücks der Laserstrahl für das Bearbeiten des Werkstücks hindurch. Weiterhin wird mittels des Düsenkanals beim Bearbeiten des Werkstücks ein auf das Werkstück zu richtendes Schneidgas geführt. Die Düse ist somit dazu eingerichtet, beim Bearbeiten des Werkstücks den Laserstrahl und das Schneidgas auf das Werkstück zu richten. Infolge von durch das Werkstück reflektierten Anteilen des Laserstrahls kann sich die Düse erhitzen. Erhitzt sich die Düse infolge des Absorbierens der reflektierten Anteile des Laserstrahls zu sehr, dann kann dies zu einer Beschädigung der Düse und Schneideinheit führen.

Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass das Werkstück in einem Bearbeitungsschritt mittels der Lasereinrichtung bearbeitet wird. Infolgedessen kann sich die Düse aufheizen. Um eine Beschädigung der Düse infolge eines zu starken Erhitzens der Düse zu vermeiden, ist es bei dem Verfahren weiterhin vorgesehen, dass in einem an den Bearbeitungsschritt anschließenden Nichtbearbeitungsschritt die Düse mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird. In dem Nichtbearbeitungsschritt unterbleibt ein Bearbeiten des Werkstücks mittels der Lasereinrichtung. Infolgedessen, dass das Bearbeiten des Werkstücks mittels der Lasereinrichtung in dem Nichtbearbeitungsschritt unterbleibt, wird in dem Nichtbearbeitungsschritt der Laserstrahl nicht von dem Werkstück in Richtung der Düse reflektiert, sodass eine weitere Absorption von Laserstrahlung mittels der Düse in dem Nichtbearbeitungsschritt unterbleibt. In dem Nichtbearbeitungsschritt erfolgt somit kein weiteres Aufheizen der Düse. Stattdessen wird die Düse in dem Nichtbearbeitungsschritt mittels Kühlgas aktiv gekühlt, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird. Insbesondere strömt bei dem aktiven Kühlen der Düse das Kühlgas mit einem hohen Volumenstrom durch den Düsenkanal, wodurch der Düsenkanal besonders schnell und stark abgekühlt wird. Eine Temperatur der Düse kann somit während des Nichtbearbeitungsschritts besonders schnell besonders stark gesenkt werden, wodurch die Düse wieder für einen weiteren Bearbeitungsschritt zur Verfügung steht. Insbesondere wird die Düse zwischen zwei jeweiligen Bearbeitungsschritten in dem Nichtbearbeitungsschritt aktiv mittels des Kühlgases gekühlt, wodurch einer Beschädigung der Düse infolge einer zu hohen Temperatur der Düse entgegengewirkt werden kann.

Als Kühlgas kann ein Gas verwendet werden, welches ebenso als Schneidgas in dem Bearbeitungsschritt verwendet wird. Alternativ können als Schneidgas und als Kühlgas unterschiedliche Gase bei dem Verfahren verwendet werden. Bei dem Bearbeiten des Werkstücks wird zwar das Schneidgas durch den Düsenkanal geführt, eine Kühlwirkung des Schneidgases reicht jedoch nicht aus, um zu vermeiden, dass sich die Düse derart stark erhitzt, dass diese infolge einer hohen Temperatur beschädigt wird. Insbesondere strömt das Kühlgas während des Nichtbearbeitungsschritts mit einem höheren Druck durch die Düse als das Schneidgas bei dem Bearbeitungsschritt durch den Düsenkanal strömt. Mittels des Kühlgases kann somit eine höhere Kühlwirkung im Vergleich zum Schneidgas erzielt werden.

In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Düse während eines Verfahrens eines die Düse aufweisenden Bearbeitungskopfs der Lasereinrichtung aktiv mittels des Kühlgases gekühlt wird. Das bedeutet, dass die Düse dann aktiv mittels des Kühlgases gekühlt wird, wenn der Bearbeitungskopf von einer ersten Position zu einer zu der ersten Position unterschiedlichen zweiten Position bewegt wird. Es kann somit eine Verstellzeit für das Ändern der Position des Bearbeitungskopfs dazu genutzt werden, die Düse mittels des Kühlgases herunterzukühlen. Insbesondere wird der Bearbeitungskopf zwischen zwei jeweiligen Bearbeitungsschritten verfahren und somit in seiner Position geändert. Die Zeit, welche für das Bewegen des Bearbeitungskopfs benötigt wird, kann somit besonders gut dafür genutzt werden, eine Temperatur der Düse durch das aktive Kühlen zu reduzieren. Die Düse steht somit besonders schnell nach dem Bewegen des Bearbeitungskopfs der Lasereinrichtung wieder für einen weiteren Bearbeitungsschritt zur Verfügung. Es wird somit ermöglicht, dass besonders viele Bearbeitungsschritte nacheinander mittels der Düse durchgeführt werden können.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Bearbeitungsschritts das Schneidgas mit einem Druck von weniger als 0,3 bar, insbesondere mit einem Druck von unter 0,05 bar, durch den Düsenkanal strömt. Bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen, bei welchen das Werkstück mittels der Lasereinrichtung bearbeitet wird, ist es für ein Bearbeitungsergebnis von Vorteil, wenn besonders geringe Schneidgasdrücke verwendet werden. Wird im Rahmen des Bearbeitungsschritts ein derart geringer Schneidgasdruck verwendet, dann ist es besonders wichtig, dass in dem Nichtbearbeitungsschritt die Düse mittels des Kühlgases aktiv gekühlt wird, um eine Überhitzung der Düse zu vermeiden. Durch die geringen Schneidgasdrücke können somit besonders gute Bearbeitungsergebnisse des Werkstücks nach dem Bearbeitungsschritt erreicht werden, wobei aufgrund des aktiven Kühlens der Düse mittels Kühlgas in dem Nichtbearbeitungsschritt einer Beschädigung der Düse infolge von Überhitzung vorgebeugt werden kann. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des Nichtbearbeitungsschritts das Kühlgas mit einem Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mit einem Druck von mehr als 20 bar, durch den Düsenkanal strömt. Das Kühlgas strömt somit mit einem besonders hohen Volumenstrom aufgrund des hohen Kühlgasdrucks durch den Düsenkanal, wodurch beim Durchströmen des Düsenkanals mittels des Kühlgases besonders viel Wärme von der Düse aufgenommen werden kann. Infolgedessen kann die Düse besonders schnell und besonders stark mittels des durch den Düsenkanal strömenden Kühlgases abgekühlt werden. Eine Gefahr einer Überhitzung der Düse bei einem weiteren Bearbeitungsschritt, welcher auf den Nichtbearbeitungsschritt folgt, kann somit aufgrund des besonders schnellen und starken Abkühlens der Düse mittels des Kühlgases besonders geringgehalten werden.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Schneidgas mittels einer verchromten Düse auf das Werkstück gerichtet wird. Mit anderen Worten ist die Düse der Lasereinrichtung mit einem Chromüberzug versehen. Dieser Chromüberzug der Düse führt dazu, dass ein besonders großer Anteil an von dem Werkstück in Richtung der Düse reflektierten Laserstrahlen wiederum an der Düse reflektiert werden, und somit gar keine beziehungsweise lediglich besonders wenig der reflektierten Laserstrahlung von der Düse absorbiert wird. Infolgedessen kann eine Wärmeentwicklung in der Düse aufgrund von Laserstrahlenabsorption besonders geringgehalten werden. Unter der verchromten Ausgestaltung der Düse ist zu verstehen, dass die Düse zumindest an ihrer beim Bearbeiten des Werkstücks der Werkstückoberfläche zugewandten Außenoberfläche mit dem Chromüberzug versehen ist. Das Verwenden der verchromten Düse für den Bearbeitungsschritt stellt somit sicher, dass die Düse sich in dem Bearbeitungsschritt bereits lediglich besonders wenig erhitzt.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei dem Bearbeitungsschritt eine Kante des Werkstücks mittels eines defokussierten Laserstrahls verrundet wird. Bei dem Bearbeitungsschritt wird insbesondere eine vorher mittels der Lasereinrichtung geschnittene Kante des Werkstücks verrundet. Für das Verrunden wird mittels der Lasereinrichtung der defokussierte Laserstrahl auf die zu verrundende Kante des Werkstücks gerichtet. Beim Kantenverrunden mit einer 2D-Laserschneidmaschine entstehen starke Reflexionen des Laserstrahls an einer Verrundungsoberfläche des Werkstücks, da das Kantenverrunden ein Schweißprozess, insbesondere ein Wärmeleitschweißprozess, ist. Bei diesem Prozess wird defokussiert die zu verrundende Bauteilkante des Werkstücks umgeschmolzen und hierdurch verrundet. Dabei werden bis zu 95 Prozent, beispielsweise etwa 70 Prozent, der Laserleistung von dem Werkstück reflektiert und nur ein kleiner Teil (ab ca. 5 Prozent), vorzugsweise bis zu etwa 30 Prozent absorbiert. Der von dem Werkstück reflektierte Anteil der Laserleistung kann wiederum auf die Düse auftreffen und hierdurch durch Absorption einer Düse die Erwärmung der Düse verursachen. Das Verfahren ermöglicht, dass im Rahmen des Bearbeitungsschritts die Kante des Werkstücks mittels des defokussierten Laserstrahls verrundet werden kann und im Anschluss daran durch das aktive Kühlen der Düse im Nichtbearbeitungsschritt die Temperatur der Düse stark reduziert werden kann, um einen weiteren Bearbeitungsschritt, insbesondere ein weiteres Kantenverrunden, mittels der Düse zu ermöglichen, wobei eine Gefahr einer Beschädigung der Düse infolge einer Überhitzung besonders gering gehalten wird.

In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens die folgenden Verfahrensschritte a) bis f) durchgeführt werden, wobei es sich um konsekutive Verfahrensschritte handelt, welche somit in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden. Bei dem Verfahren kann in einem ersten Verfahrensschritt a) in einem Schneidschritt eine erste Schneidlinie in das Werkstück mittels des Laserstrahls geschnitten werden. Dieser Schneidschritt erfolgt insbesondere vor dem Bearbeitungsschritt und damit vor dem Kantenverrunden. Im Rahmen des Schneidschritts wird somit das Werkstück mittels der Lasereinrichtung geschnitten. In einem daran anschließenden zweiten Verfahrensschritt b) wird der Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung von einem Endpunkt der ersten Schneidlinie zu einem Ausgangspunkt der ersten Schneidlinie zurückverfahren. Das bedeutet, dass der Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung hinsichtlich seiner Position von dem Endpunkt der ersten Schneidlinie zu dem Ausgangspunkt der ersten Schneidlinie zurückbewegt wird. Hierbei kann der Bearbeitungskopf insbesondere entlang der ersten Schneidlinie von dem Endpunkt zu dem Ausgangspunkt zurückbewegt werden. Das bedeutet, dass der Bearbeitungskopf während des Bewegens von dem Endpunkt der ersten Schneidlinie zu dem Anfangspunkt der ersten Schneidlinie durchgängig oberhalb der ersten Schneidlinie bei der Bewegung angeordnet ist. Hierdurch kann eine Gefahr dafür, dass mittels aus der Düse ausströmenden Gases, egal ob Schneidgas oder Kühlgas, bereits vollständig ausgeschnittene Abschnitte des Werkstücks durch Anblasen mit dem Gas verkippt werden, besonders geringgehalten werden. Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt c) der Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, in welchem eine bei dem Schneiden entstandene Kante der ersten Schneidlinie des Werkstücks verrundet wird. Es wird somit in dem Bearbeitungsschritt die Kante, welche aufgrund des Schneidschritts im Werkstück entstanden ist, verrundet. Hierfür kann in dem Bearbeitungsschritt der defokussierte Laserstrahl auf die zu verrundende Kante des Werkstücks gerichtet werden.

In einem an den Bearbeitungsschritt anschließenden vierten Verfahrensschritt d) wird in einem weiteren Schneidschritt eine zweite Schneidlinie in das Werkstück mittels des Laserstrahls geschnitten. Insbesondere fällt der Ausgangspunkt der zweiten Schneidlinie mit dem Endpunkt der ersten Schneidlinie zusammen. Es wird somit in dem weiteren Schneidschnitt ausgehend von der ersten Schneidlinie in dem Werkstück weitergeschnitten. Anschließend wird in einem fünften Verfahrensschritt e) der Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung von dem Endpunkt der zweiten Schneidlinie zu dem Ausgangspunkt der zweiten Schneidlinie zurückverfahren, während die Düse in diesem Nichtbearbeitungsschritt mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird. In dem Nichtbearbeitungsschritt, bei welchem der Bearbeitungskopf von dem Endpunkt der zweiten Schneidlinie zu dem Ausgangspunkt der zweiten Schneidlinie zurückbewegt wird und welcher auf den Bearbeitungsschritt folgt, wird somit die Düse aktiv gekühlt, um die Temperatur zu reduzieren und eine Beschädigung der Düse infolge einer zu hohen Temperaturentwicklung in der Düse zu vermeiden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass in den jeweiligen Schneidschritten höhere Schneidgasdrücke verwendet werden als in den jeweiligen Bearbeitungsschritten, in welchen jeweilige Kanten des Werkstücks verrundet werden. Infolgedessen heizt sich die Düse während der jeweiligen Schneidschritte weniger stark auf als während des Bearbeitungsschritts. Infolgedessen ist ein aktives Kühlen der Düse unmittelbar nach den jeweiligen Schneidschritten nur erforderlich, wenn zusätzlich der Bearbeitungsschritt durchgeführt worden ist. Sind lediglich Schneidschritte und keine Bearbeitungsschritte mit dem geringen Schneidgasdruck durchgeführt worden, dann kann die aktive Kühlung der Düse mittels des Kühlgases entfallen.

Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass in einem sechsten Verfahrensschritt f) ein weiterer Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, bei welchem eine beim Schneiden entstandene Kante der zweiten Schneidlinie des Werkstücks verrundet wird. Der weitere Bearbeitungsschritt kann insbesondere mit denselben Bearbeitungsparametern durchgeführt werden wie der im Rahmen des dritten Verfahrensschritts c) durchgeführte Bearbeitungsschritt. Es erfolgt somit ein sukzessives Schneiden und Verrunden einer gesamten vorgegebenen Schneidkontur.

Im Folgenden wird ein konkretes Ablaufbeispiel für das Verfahren erläutert. Für das Ablaufbeispiel kann als Werkstück ein zwei Millimeter dickes Blech aus CrNi-Stahl mit einer Lasereinrichtung mit 8 Kilowatt Leistung verarbeitet werden. Insbesondere kann die Lasereinrichtung verwendet werden, welche die verchromte Düse aufweist. Hierdurch wird die vom Werkstück reflektierte und zur Düse gelenkte Laserstrahlung von der Düse reflektiert.

Bei dem Verfahren wird zuerst mit dem Laser und somit mittels des von der Lasereinrichtung bereitgestellten Laserstrahls ein Teil der Kontur geschnitten, insbesondere zirka 100 bis 500 Millimeter, insbesondere 200 bis 400 Millimeter, vorzugsweise 300 Millimeter. Danach wird der Schneidkopf der Lasereinrichtung und somit der Bearbeitungskopf zum Anfang des Schnitts zurückpositioniert und es wird mit dem Verrundungsprozess bei 0,02 bar Gasdruck des Schneidgases gestartet. Mit dem defokussierten Laserstrahl wird nun die Kante verrundet. Hierbei erhitzt sich die Düse stark. Danach wird wieder mit dem Laser geschnitten, insbesondere zirka 100 bis 500 Millimeter, insbesondere 200 bis 400 Millimeter, vorzugsweise 300 Millimeter. Nach dem Schneiden wird der Laser ausgeschaltet, worunter zu verstehen ist, dass der Laserstrahl nicht bereitgestellt wird, und der Laserschneidkopf, bei welchem es sich um den Bearbeitungskopf handelt, an den Schnittanfang zurückpositioniert. Während des Zurückfahrens wird die Düse mit maximalem Gasdruck gekühlt, insbesondere mit einem Gasdruck von mehr als 20 bar. Als nächstes wird wieder mit dem Verrundungsprozess gestartet. Dieser Ablauf wiederholt sich so lange, bis alle Kanten am Werkstück verrundet sind.

Die Kühlwirkung kann mit einer reduzierten Verrundungsstrecke an der Kontur erhöht werden. Eine optimale Verrundungslänge an der Kontur sind zirka 100 bis 500 Millimeter, insbesondere 200 bis 400 Millimeter, vorzugsweise 300 Millimeter. Das bedeutet, dass der Vorschnitt beispielsweise 300 Millimeter lang ist. Danach wird der Laserschneidkopf mit maximalem Gasdruck um die 300 Millimeter zurückpositioniert und die Düse kann gekühlt werden. Im nächsten Schritt werden die 300 Millimeter verrundet, worunter zu verstehen ist, dass die beim Vorschnitt entstandene Kante über deren gesamte Länge verrundet wird. Die Düse erhitzt sich dabei wieder. Die Kühlwirkung kann dadurch erhöht werden, dass der Vorschnitt beispielsweise auf die Hälfte, in diesem Fall 150 Millimeter, verkürzt wird. Dadurch erfolgt die Rückfahrt zum Kühlen der Düse früher beziehungsweise eine Anzahl der Intervalle zum Kühlen der Düse wird erhöht und eine Länge jeweiliger Verrundungsstrecken, bei denen sich die Düse aufheizt, wird verkürzt. Die Düsenkühlung wird während der Positionierfahrt des Bearbeitungskopfs vom Vorschnitt zur Startposition der Verrundung durchgeführt. Es ist möglich, dass eine Verrundung unterbrochen wird, wenn die Düse zu heiß wird. Während dieser Unterbrechung der Verrundung kann die Düse mit hohem Gasdruck gekühlt werden. Das bedeutet, dass die Düse gekühlt wird, indem als Kühlgas, beispielsweise Stickstoff, mit einem hohen Gasdruck, insbesondere einem Druck von mehr als 20 bar, in den Düsenkanal strömt.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Schneidgas und/oder als Kühlgas Stickstoff bzw. Stickstoffgas durch den Düsenkanal geführt wird. Insbesondere kann das Stickstoffgas sowohl als Schneidgas als auch als Kühlgas verwendet werden. Alternativ kann entweder als Schneidgas oder als Kühlgas das Stickstoffgas verwendet werden und für die jeweils andere Anwendung ein zum Stickstoffgas unterschiedliches weiteres Gas verwendet werden. Bei Stickstoffgas handelt es sich um ein besonders kostengünstiges und besonders umweltverträgliches Gas. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Stickstoff können beispielsweise Argon oder Druckluft als Schneidgas und/oder als Kühlgas verwendet werden.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Düse während des Bearbeitungsschritts aktiv mittels Wasser gekühlt wird. Hierdurch kann einer Beschädigung der Düse infolge einer starken Erwärmung der Düse beim Bearbeitungsschritt entgegengewirkt werden. Um eine Erwärmung der Düse beim Verrundungsprozess zu begrenzen, kann somit während des Verrundungsprozesses eine aktive Düsenkühlung mit Wasser umgesetzt werden. Hierbei kann das Wasser in speziellen Kühlkanälen der Düse geführt werden, welche insbesondere zu dem Düsenkanal unterschiedlich sind. Bei den Kühlkanälen kann es sich um geschlossene Kühlkanäle mit Vorlauf und Rücklauf handeln. Zusätzlich oder alternativ zu der Wasserkühlung kann die Düse auch durch eine weitere Gaskühlung, beispielsweise mittels Druckluft, gekühlt werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Lasereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, ein Werkstück in einem Verfahren, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks beschrieben worden ist, zu bearbeiten. Insbesondere kann die Lasereinrichtung dazu eingerichtet sein, eine Kante des Werkstücks im Rahmen des Bearbeitungsschritts zu verrunden oder mit einer Fase zu versehen. Die Lasereinrichtung umfasst einen Bearbeitungskopf, welcher dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl für das Bearbeiten des Werkstücks auf das Werkstück zu richten. Dieser Bearbeitungskopf der Lasereinrichtung umfasst wiederum eine Düse, mittels welcher der Laserstrahl auf das Werkstück ausgerichtet werden kann und welche einen von einem Schneidgas durchströmbaren Düsenkanal aufweist. Mittels der Düse ist das Schneidgas auf das Werkstück ausrichtbar. Um eine Erwärmung der Düse aufgrund von Laserstrahlabsorption von durch das Werkstück reflektierten Laserstrahlen zu begrenzen, kann die Düse verchromt ausgebildet sein.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines mittels einer Lasereinrichtung bearbeiteten Werkstücks.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht ein Werkstück 10 gezeigt, welches mittels einer Lasereinrichtung 12 bearbeitet wird. Die Lasereinrichtung 12 ist vorliegend dazu eingerichtet, das Werkstück 10 zu schneiden sowie entstandene Schneidkanten am Werkstück 10 zu verrunden. Für das Bearbeiten des Werkstücks 10 kann die Lasereinrichtung 12 einen Laserstrahl 14 bereitstellen und auf das Werkstück 10 richten. Je nach eingestellten Parametern des Laserstrahls 14 wie Leistung, Fokuslage sowie Fokusdurchmesser wird das Werkstück 10 mittels des Laserstrahls 14 geschnitten oder eine Kante des Werkstücks 10 mittels des Laserstrahls 14 verrundet.

Die Lasereinrichtung 12 umfasst einen Bearbeitungskopf 32 mit einer Düse 16. Die Düse 16 umfasst einen in Fig. 1 nicht gezeigten Düsenkanal, durch welchen der Laserstrahl 14 für das Bearbeiten des Werkstücks 10 hindurchstrahlt und mittels welchem beim Bearbeiten des Werkstücks 10 Schneidgas auf das Werkstück 10 gerichtet werden kann. Insbesondere verläuft der Düsenkanal mittig durch die Düse 16 hindurch. Vorliegend handelt es sich bei der Düse 16 um eine verchromte Düse.

Im Folgenden wird ein Beispielprozess für das Bearbeiten des Werkstücks 10 mittels der Lasereinrichtung 12 beschrieben. Es ist vorgesehen, dass mittels der Lasereinrichtung 12 eine Schneidkontur 18 in das Werkstück 10 eingebracht wird, wobei jeweilige Kanten der Schneidkontur 18 verrundet werden sollen. Um eine zu starke Überhitzung der Düse 16 infolge einer Absorption von Laserstrahlung zu vermeiden, wobei die Laserstrahlung von dem Werkstück 10 reflektiert worden ist, ist es vorgesehen, dass die Schneidkontur 18 sukzessive und somit stückweise in das Werkstück 10 eingebracht wird. Hierfür wird in einem ersten Schneidschritt eine erste Schneidlinie 20 in das Werkstück 10 mittels des Laserstrahls 14 geschnitten. Diese erste Schneidlinie 20 verläuft von einem ersten Ausgangspunkt 22 bis zu einem ersten Endpunkt 24. Nach dem Schneiden der ersten Schneidlinie 20 in das Werkstück 10 wird der den Laserstrahl 14 bereitstellende Bearbeitungskopf 32 der Lasereinrichtung 12 zu einer ersten Ausgangsposition zurückverfahren, um zu ermöglichen, dass der Laserstrahl 14 von dem Bearbeitungskopf 32 wieder auf den ersten Ausgangspunkt 22 ausgerichtet werden kann. Im Anschluss daran erfolgt ein erster Bearbeitungsschritt, bei welchem die beim Schneiden entstandene Kante entlang der ersten Schneidlinie 20 verrundet wird. Hierbei wird die Kante mittels eines defokussierten Laserstrahls bei einem Schneidgasdruck von weniger als 0,3 bar, insbesondere mit einem Schneidgasdruck von unter 0,05 bar, insbesondere mit einem Schneidgasdruck von 0,02 bar, verrundet.

Im Anschluss daran wird in einem zweiten Schneidschritt eine zweite Schneidlinie 26 in das Werkstück 10 mittels des Laserstrahls 14 geschnitten. Ein zweiter Ausgangspunkt 28 der zweiten Schneidlinie 26 fällt mit dem ersten Endpunkt 24 der ersten Schneidlinie 20 zusammen. Das bedeutet, dass die zweite Schneidlinie 26 an die erste Schneidlinie 20 anschließt. Nach dem Schneiden der zweiten Schneidlinie 26 wird der Bearbeitungskopf 32 der Lasereinrichtung 12 zu einer zweiten Ausgangsposition zurückbewegt, ausgehend von welcher mittels des Bearbeitungskopfs 32 die zweite Schneidlinie 26 geschnitten worden ist. Bei diesem Zurückbewegen des Bearbeitungskopfs 32 nach dem Schneiden der zweiten Schneidlinie 26 zu der zweiten Ausgangsposition handelt es sich um einen Nichtbearbeitungsschritt, bei welchem ein Bearbeiten des Werkstücks 10 mittels der Lasereinrichtung 12 unterbleibt. Während dieses Nichtbearbeitungsschritts wird die Düse 16 aktiv mittels Kühlgas gekühlt, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird. Das Kühlgas wird vorliegend mit einem Druck von mehr als 10 bar, insbesondere mit einem Druck von mehr als 20 bar, in den Düsenkanal eingeströmt. Das Kühlgas strömt somit mit einem besonders hohen Volumenstrom durch den Düsenkanal, wodurch die Düse 16 besonders schnell besonders stark mittels des Kühlgases während des Nichtbearbeitungsschritts gekühlt wird. Nachdem der Bearbeitungskopf 32 an der zweiten Ausgangsposition angeordnet worden ist, kann in einem zweiten Bearbeitungsschritt die beim Schneiden der zweiten Schneidlinie 26 entstandene Kante verrundet werden, indem der Laserstrahl 14 erneut entlang der zweiten Schneidlinie 26 geführt wird. An einen zweiten Endpunkt 30 der zweiten Schneidlinie 26 anschließend kann eine weitere Schneidlinie geschnitten werden. Die Schneidkontur 18 wird sukzessive in Form mehrerer aneinander anschließender Schneidlinien geschnitten und beim Schneiden entstehende Kanten werden an jeweilige Schneidschritte anschließend in jeweiligen Bearbeitungsschritten verrundet. Vorliegend wird sowohl als Schneidgas als auch als Kühlgas Stickstoffgas durch den Düsenkanal der Düse 16 geströmt.

Um eine Erwärmung der Düse 16 während der jeweiligen Bearbeitungsschritte zu begrenzen beziehungsweise zumindest einzudämmen, kann die Düse 16 während der jeweiligen Bearbeitungsschritte aktiv mittels Wasser gekühlt werden. Hierbei wird das Wasser durch wenigstens einen zu dem Düsenkanal unterschiedlichen Kühlkanal der Düse 16 geführt.

Da für das Schneiden des Werkstücks 10 höhere Schneidgasdrücke verwendet werden als für das Kantenverrunden, wird die Düse 16 während des Schneidens mittels des durch den Düsenkanal strömenden Schneidgases stärker gekühlt als beim Kantenverrunden. Die Düse 16 erwärmt sich somit beim Schneiden geringer als beim Kantenverrunden.

Zur Vermeidung einer Kollision mit aus dem Werkstück 10 ausgeschnittenen Bauteilen kann es vorgesehen sein, dass der Bearbeitungskopf 32 beim Zurückbewegen in die jeweilige Ausgangsposition lediglich oberhalb der Schneidkontur 18 bewegt wird.

Zusammenfassend wird im Rahmen des Verfahrens zum Bearbeiten des Werkstücks 10 wenigstens ein Bearbeitungsschritt durchgeführt, bei welchem das Werkstück 10 mittels der Lasereinrichtung 12 bearbeitet wird, wodurch sich die Düse 16 aufheizt. Im Rahmen des Bearbeitungsschritts kann eine Kantenverrundung oder ein Abfasen einer Kante des Werkstücks 10 erfolgen. Weiterhin ist bei dem Verfahren wenigstens ein an den wenigstens einen Bearbeitungsschritt anschließende Nichtbearbeitungsschritt vorgesehen, in welchem ein Bearbeiten des Werkstücks 10 mittels der Lasereinrichtung 12 unterbleibt und in welchem die Düse 16 mittels Kühlgas aktiv gekühlt wird, indem das Kühlgas durch den Düsenkanal geführt wird.

Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine vom Werkstück 10 reflektierte Laserstrahlung die Laserschneiddüse und somit die Düse 16 sowie den Laserschneidkopf und damit den Bearbeitungskopf 32 der Lasereinrichtung 12 trifft, weshalb sich diese Komponenten sehr stark erhitzen. Bei einer zu langen Wirkzeit der Laserstrahlung auf diese Komponenten kann die Laserschneideinheit und somit die Lasereinrichtung 12 beschädigt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass für das Kantenverrunden Gasdrücke von unter 0,3 bar verwendet werden, typischerweise sogar von 0,02 bar. Dadurch findet keine bzw. lediglich sehr geringe Düsenkühlung mittels Konvektion durch das Schneidgas statt. Um die Düse 16 gegen zu starke Erwärmung zu schützen, können Beschichtungen auf einen Düsenkörper der Düse 16 aufgebracht werden. Hierfür eignen sich Chrombeschichtungen besonders gut. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Temperatur der Düse 16 ist, eine Kühlstrategie während des Bearbeitungsprozesses zu nutzen. Bei dieser Kühlstrategie wird die Düse 16 nach einer gewissen Zeit durch einen starken Stickstoffgasdruck gekühlt. Die Abarbeitung sieht wie folgt aus: Zuerst wird mit dem Laserstrahl 14 ein Teil der Schneidkontur 18 geschnitten, welcher zirka 300 Millimeter lang ist. Danach wird der Laserschneidkopf zurückpositioniert zum Anfang des Schnitts und es wird mit dem Verrundungsprozess bei weniger als 0,3 bar Gasdruck gestartet, wobei sich der Gasdruck auf das Schneidgas bezieht. Nun wird die 300 Millimeter lange Kante verrundet. Hierbei erhitzt sich die Düse 16 stark. Danach wird wieder mit dem Laserstrahl 14 geschnitten, zirka 300 Millimeter lang. Nach dem Schneiden wird die Lasereinrichtung 12 ausgeschaltet und somit der Laserstrahl 14 nicht weiter bereitgestellt und der Laserschneidkopf an den Schnittanfang zurückpositioniert. Während des Zurückfahrens wird die Düse 16 mit maximalem Stickstoffgasdruck gekühlt, insbesondere mit einem Gasdruck von über 20 bar. Als nächstes wird wieder mit dem Verrundungsprozess gestartet. Dieser Ablauf wiederholt sich so lange, bis alle Kanten an einem aus dem Werkstück 10 zu schneidenden Bauteil verrundet sind. Einen besonders guten Schutz vor Düsenerwärmung der Düse 16 bietet eine Kombination aus der beschriebenen Kühlstrategie sowie der Verwendung einer verchromten Düse 16. Bei dem Verfahren wird mit hohem Stickstoffgasdruck in gewissen Zeitabständen nach dem Verrunden die Düse 16 gekühlt.

Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine Düsenkühlung beim Kantenverrunden umgesetzt werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE

10 Werkstück

12 Lasereinrichtung 14 Laserstrahl

16 Düse

18 Schneidkontur

20 erste Schneidlinie

22 erster Ausgangspunkt 24 erster Endpunkt

26 zweite Schneidlinie

28 zweiter Ausgangspunkt

30 zweiter Endpunkt

32 Bearbeitungskopf