(57)【要約】【課題】裁断ナイフもしくは型押し突起の可能な限り最適な均質性と同時に生産プロセスの期間およびコストの減少とが保証されているようにする。【解決手段】粉末状の溶加材を溶接箇所に供給するための粉末ノズル８を備えた作業ヘッド７と、粉末状の溶加材が溶融される溶融池を溶接箇所に発生させることができるレーザビーム２２を発生させるためのレーザと、溶融池から放出される熱放射および／または光放射を検出するための装置と、レーザの出力を、溶融池の、放出される熱放射および／または光放射に関連して制御するかまたは調整するための装置とが設けられているようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラベースボディ（４）の表面（３）から張り出した裁断ナイフ（５）または型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラ（２）を製作するための方法において、当該方法が、以下のステップ：すなわち、
ａ）裁断ナイフ（５）または型押し突起をローラベースボディ（４）にレーザ肉盛溶接によって単層でまたは多層で被着し、この場合、各層を、溶接箇所に形成される溶融池で溶融する粉末状の溶加材によって形成し、
ｂ）溶融池から放出される熱放射および／または光放射を少なくとも各層の被着の間に検出し、
ｃ）レーザ肉盛溶接のために使用されるレーザ（６）の出力を、溶融池の、放出される熱放射および／または光放射に関連して、溶融池の温度が各層の被着の間にほぼコンスタントに保たれるように制御するかまたは調整する
を有していることを特徴とする、ローラベースボディの表面から張り出した裁断ナイフまたは型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラを製作するための方法。
【請求項２】
レーザ肉盛溶接のために使用されるレーザ（６）から放出されるレーザビーム（２２）の波長を、粉末状の溶加材を形成する粉末粒子（２１）の吸収能に関連して調整する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
レーザ肉盛溶接のためにダイオードレーザを使用する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ダイオードレーザによって、８０８ｎｍ〜９８０ｎｍの波長を備えたレーザ光を発生させる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ダイオードレーザによって、９４０ｎｍおよび９８０ｎｍの重畳された波長を備えたレーザ光を発生させる、請求項３記載の方法。
【請求項６】
ダイオードレーザによって発生させられたレーザビーム（２２）の横断面を光導波路（１１）によって円形の横断面に変換する、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
粉末状の溶加材を溶接箇所に、該溶接箇所を防護するためのシールドガスとして同時に機能する搬送ガスによって供給する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
粉末状の溶加材として、９０質量％以下のＦｅと、付加的に、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択された一種類またはそれ以上の種類の合金成分とを含有する粉末組成物を使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
粉末状の溶加材として、７０質量％以下のＣｏと、付加的に、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択された一種類またはそれ以上の種類の合金成分とを含有する粉末組成物を使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
粉末状の溶加材として、７０質量％以下のＮｉと、付加的に、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択された一種類またはそれ以上の種類の合金成分とを含有する粉末組成物を使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
ローラベースボディ（４）の表面（３）から張り出した、運動させられるウェブまたは個別裁断片を裁断するかまたは型押しするための裁断ナイフ（５）または型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラ（２）において、
当該裁断ローラまたは当該型押しローラ（２）が、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法により製作されていることを特徴とする、ローラベースボディの表面から張り出した、運動させられるウェブまたは個別裁断片を裁断するかまたは型押しするための裁断ナイフまたは型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラ。
【請求項１２】
ローラベースボディ（４）の表面（３）から張り出した裁断ナイフ（５）または型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラ（２）をレーザ肉盛溶接によって製作するための装置において、
・粉末状の溶加材を溶接箇所に供給するための粉末ノズル（８）を備えた作業ヘッド（７）と、
・粉末状の溶加材が溶融される溶融池を溶接箇所に発生させることができるレーザビーム（２２）を発生させるためのレーザ（６）と、
・溶融池から放出される熱放射および／または光放射を検出するための装置と、
・レーザ（６）の出力を、溶融池の、放出される熱放射および／または光放射に関連して制御するかまたは調整するための装置と
が設けられていることを特徴とする、ローラベースボディの表面から張り出した裁断ナイフまたは型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラをレーザ肉盛溶接によって製作するための装置。
【請求項１３】
溶融池から放出される熱放射および／または光放射を検出するための装置が、ビームスプリッタ（９）を有しており、該ビームスプリッタ（９）が、レーザビームのビーム路に配置されていて、放出された熱放射および／または光放射の少なくとも一部を、溶融池の温度に相当する信号を検出するための測定装置（１０）に変向させるようになっており、前記信号が、レーザ（６）の出力を制御するかまたは調整するための装置に供給可能である、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
レーザ（６）がダイオードレーザである、請求項１２または１３記載の装置。
【請求項１５】
レーザ（６）が、作業ヘッド（７）内に組み込まれている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
レーザ（６）が、別個のレーザであり、レーザビーム（２２）が、光導波路（１１）を通して作業ヘッド（７）に供給可能である、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１７】
ニューマチック式の粉末供給装置（１２）が設けられており、該粉末供給装置（１２）によって作業ヘッド（７）に粉末状の溶加材が、少なくとも１つの粉末搬送管路（１３）を通して供給可能である、請求項１２から１６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
シールドガス供給装置（１４）が設けられており、該シールドガス供給装置（１４）によって作業ヘッド（７）に、溶接箇所を防護するためのシールドガスが、少なくとも１つのシールドガス搬送管路（１５）を通して供給可能である、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
作業ヘッド（７）が、３つの空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に移動可能である、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
作業ヘッド（７）が、３つの空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にかつ回転軸線（Ｄ）を中心として移動可能である、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
裁断ローラまたは型押しローラ（２）の、ローラベースボディ（４）の表面から張り出した裁断ナイフ（５）または型押し突起をレーザ肉盛溶接によって製作するための、９０質量％以下のＦｅと、付加的に、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択された一種類またはそれ以上の種類の合金成分とを含有する粉末組成物の使用。
【請求項２２】
裁断ローラまたは型押しローラ（２）の、ローラベースボディ（４）の表面から張り出した裁断ナイフ（５）または型押し突起をレーザ肉盛溶接によって製作するための、７０質量％以下のＣｏと、付加的に、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択された一種類またはそれ以上の種類の合金成分とを含有する粉末組成物の使用。
【請求項２３】
裁断ローラまたは型押しローラ（２）の、ローラベースボディ（４）の表面から張り出した裁断ナイフ（５）または型押し突起をレーザ肉盛溶接によって製作するための、７０質量％以下のＮｉと、付加的に、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択された一種類またはそれ以上の種類の合金成分とを含有する粉末組成物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に封筒製作機械またはラベル製作機械において、運動させられる材料ウェブまたは運動させられる個別裁断片を裁断するかまたは型押しするために使用するための裁断ローラまたは型押しローラをレーザ肉盛溶接によって製作するための方法および装置に関する。さらに、本発明は、本発明による方法によって製作された裁断ローラまたは型押しローラならびに前述した形式の裁断ローラまたは型押しローラをレーザ肉盛溶接によって製作するための粉末組成物の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
封筒製作機械またはラベル製作機械では、裁断または型押しを、運動させられる紙ウェブまたは運動させられる個別裁断片に実施するために、裁断ローラまたは型押しローラが比較的高い回転数で回転する。この場合に裁断したいかもしくは型押ししたい紙は、金属成分および非金属成分ならびに土および粘土を含有しており、これによって、カッティングエッジ突起もしくは型押し突起が著しい負荷にさらされていて、激しい摩耗を受ける。この理由から、しばらく前には、裁断ローラのナイフエッジを全体からフライス削りすることが一般的であった。これに相応して、裁断ローラ全体が高価値の材料から成っていた。この材料は、要求プロファイルに応じて、自体裁断ローラにおける裁断ナイフもしくはナイフエッジのためにしか必要とならなかった。結果、裁断ローラの製作時のコストが高くなった。
【０００３】
したがって、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９０７３２５号明細書には、裁断ナイフを、ローラベースボディに溶接された溶接ビードの形で、高合金化された耐摩耗性のかつ比較的硬質の鋼から形成することが提案された。これによって、ローラベースボディを、カッティングエッジ材料に比べて低価値のかつ相応に安価な材料から製作することができた。この公知の方法の意味での溶接ビードの被着はエレクトロワイヤ溶接によって行われた。この溶接法は、溶接シームをローラベースボディに被着するために比較的多くの時間を要求し、望ましくない溶接スパッタをローラベースボディの表面に生ぜしめ、溶接シームにブローホールおよび／または亀裂を頻繁に生ぜしめる。このブローホールもしくは亀裂は、高負荷される裁断ナイフの機械的な負荷耐性ひいては裁断ナイフの寿命を減少させる。
【０００４】
別の溶接法、つまり、レーザ肉盛溶接が、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８３２１８５号明細書に基づき公知である。そこでは、レーザ肉盛溶接を実施するために、特にダイオードレーザの使用が提案される。このダイオードレーザは粉末状の溶加材を溶融し、これによって、射出成形およびダイカストのための成形金型が修理される。
【０００５】
自体公知のレーザ肉盛溶接の別の使用事例（ただし、ダイオードレーザを用いない）は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３３９６０号明細書に記載される。そこでは、金属含有の粉末がレーザビームの溶融領域で層状に溶融され、次いで、被着された層が切削により後加工されることによって、金属製の成形工具が製作される。粉末の溶融によるワークの層状の構造のプロセスガイド時の著しいアスペクトがワークの温度にあることが認知された。各層が同じ条件で製作される場合にしか、所望の均質性と、これに関連した良好な機械的な特性とを達成することはできない。この理由から、温度測定システムが提案される。この温度測定システムは、１つの層の切削加工後にワークの表面温度を検出し、検出された温度が、設定された値を上回っていない場合に初めて、ワークの後続の層状の形成が行われることを生ぜしめる。これによって、当然ながら、生産経過における時間的な遅れが生ぜしめる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９０７３２５号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８３２１８５号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３３９６０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、ローラベースボディの表面から張り出した裁断ナイフまたは型押し突起を備えた裁断ローラまたは型押しローラをレーザ肉盛溶接によって製作するための方法もしくは装置を改良して、裁断ナイフもしくは型押し突起の可能な限り最適な均質性と同時に生産プロセスの期間およびコストの減少とが保証されているようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１記載の特徴を備えた方法、請求項１１記載の特徴を備えた裁断ローラまたは型押しローラ、請求項１２記載の特徴を備えた装置もしくは請求項２１，２２，２３の特徴を備えた、粉末組成物の使用によって解決される。本発明の別の実施態様もしくは構成は、従属請求項から明らかである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による方法は、裁断ナイフもしくは型押し突起をローラベースボディに単層のまたは多層の構造でレーザ肉盛溶接によって形成する。この場合、各層は粉末状の溶加材によって形成される。この溶加材は、溶接箇所に形成された溶融池でレーザビームによって溶融される。溶融池から放出される熱放射および／または光放射は、溶融池の温度に対する量を成している。本発明によれば、この温度が検出されるかもしくは検知され、使用されるレーザの出力もしくはエネルギレベルが、溶融池の検出された温度に関連して制御されるかまたは調整され、しかも、これによって、溶融池の温度がローラベースボディへの各層の被着の間にほぼコンスタントに保たれる。
【０００９】
肉盛溶接過程の間の溶融池の温度はほぼコンスタントであるので、溶加材として使用される金属製の粉末の均一な溶融が常に行われる。さらに、このことは、形成される裁断ナイフもしくは形成される型押し突起の所望の均質性を結果的に生ぜしめ、これによって、裁断ナイフもしくは型押し突起の金属特性を著しく改善することができる。少なくとも肉盛溶接過程の間に常に、溶融池から放出される熱放射および／または光放射が検出され、レーザの出力がこれに関連して制御されるかまたは調整されるので、本発明による方法はリアルタイムで溶融池の温度変動に反応することができる。このことは、肉盛溶接過程の相応の加速を意味している。なぜならば、著しい冷却時間または加熱時間が考慮される必要がないからである。
【００１０】
レーザ肉盛溶接は、ローラベースボディのベース材料と、溶融される粉末との間の著しい混合を生ぜしめない。このことは、製作したい裁断ナイフもしくは型押し突起の材料をその都度の要求プロファイルに最適に適合させることができることを意味している。この要求プロファイルに応じて、粉末状の溶加材の組成を適切な形式で選択することが可能となる。溶加材を形成する粉末粒子の組成に応じて、溶加材は、異なる放射吸収・反射能を有している。したがって、規定された要求プロファイルに対する粉末組成物の規定後、有利には、レーザから放出されるレーザ光の波長が、粉末組成物の放射吸収・反射能に関連して調整され、これによって、粉末の溶融過程が最適な効率で行われる。
【００１１】
有利には、レーザ肉盛溶接はダイオードレーザ、特に低エネルギのダイオードレーザによって実施される。この場合、ダイオードレーザによって発生させられるレーザ光は、有利には１０００ｎｍ以下の波長、特に８０８ｎｍ〜９８０ｎｍの範囲からの波長の重畳を有している。９４０ｎｍと９８０ｎｍとの波長の重畳を伴ったダイオードレーザは、本発明の意味での良好な溶接結果を提供する。ちなみに、低エネルギのダイオードレーザは、ローラベースボディのベース材料が僅かしか加熱されない、すなわち、肉盛溶接の間に約５０℃または６０℃のローラベースボディの温度が上回られないという利点を有している。本発明の目的のために適したダイオードレーザは、たとえば「Ｌａｓｅｒｌｉｎｅ  ＧｍｂＨ」社（Ｍｕｅｌｈｅｉｍ−Ｋａｅｒｌｉｃｈ在）の型式記号ＬＤＦ１０００−２５００を備えたレーザである。
【００１２】
ダイオードレーザのレーザビームの横断面は、通常、楕円形状を有している。これによって、レーザビーム横断面の、たとえば平面図で見て、均一な幅を備えた方形の裁断ナイフの溶接を不可能にする方向性が生ぜしめられる。したがって、有利には、ダイオードレーザのレーザビームの横断面が均質化される、すなわち、たとえば光ファイバによって円形の方向性の横断面に変換される。このような横断面によって、平面図で見て溶接シームの任意のジオメトリと同時にコンスタントな幅を備えた裁断ナイフの肉盛溶接が可能となる。
【００１３】
裁断ナイフもしくは型押し突起の所望の高さに関連して、この裁断ナイフもしくは型押し突起が単層技術または多層技術で製作される。このことは、裁断ナイフまたは型押し突起が、溶接シームの１回の肉盛溶接後にまたは溶接シームの重なり合う複数回の被着後にすでに、後続の切削加工のために完全に形成されていることを意味している。粉末組成物に応じて、個々の溶接シームは、０．６〜１．０ｍｍの範囲内の高さと、２．５〜３．０ｍｍの範囲内の幅とを有していてよい。
【００１４】
粉末状の溶加材を溶接箇所に搬送するためには、有利には、ニューマチック式の粉末供給装置が設けられる。この粉末供給装置は作業ヘッドに粉末状の溶加材を搬送ガスによって蓄え容器から供給する。搬送ガスに対して、同時にシールドガスとして機能する、すなわち、特に溶接シームの酸化を阻止するようなガス組成を選択することが特に有利である。さらに、搬送ガスの組成の選択によって、溶接箇所からの廃熱流に影響を与えることができる。択一的には、搬送ガスの組成をシールドガス機能から切り離して選択することができるようにするために、搬送ガスと無関係のかつ別個のシールドガス供給装置を配置することが可能である。
【００１５】
本発明による方法では、線材ではなく、粉末状の溶加材で溶接されるので、まだ決して製作されたことのない新種の金属合金が製作可能となる。この金属合金は半製品として市場で入手することはできない。なぜならば、その製作が不可能であるからである。
【００１６】
たとえば、金属ベース材料は炭化物、窒化物または酸化物（セラミックス）と混合可能であり、プロセスパラメータ、たとえば搬送ガスの組成、粉末量、レーザ出力、ローラベースボディに対して相対的な作業ヘッドの送りおよびシールドガスが知られていて、互いに最適に調和される場合に欠陥なしに溶接可能である。追補的な加工可能性、特に追補的な切削加工可能性も可能である。シールドガスは、たとえばアルゴン、ヘリウム、窒素、水素またはこれらのガスの混合気であってよい。
【００１７】
粉末組成物のためのベース材料として、有利には鉄、コバルトまたはニッケルが適している。たとえば、粉末組成物は、９０質量％以下の鉄または７０質量％以下のコバルトまたは７０質量％以下のニッケルをそれぞれ一種類またはそれ以上の種類の付加的な合金成分と共に含有していてよい。この合金成分は、Ｂ、Ｓｉ、Ｗ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムから成るグループから選択されている。形成された硬質材料化合物は、特に炭化クロム、炭化タングステン、炭化バナジウム、ケイ素および／またはホウ素を含有していてよい。別の合金成分が混合可能である。酸化介在物として、酸化ジルコニウムおよび／または酸化アルミニウムが可能である。
【００１８】
合金成分が、使用されるレーザに極めて強く関連する吸収・反射度を有していることに注意しなければならない。したがって、合金成分とレーザとが互いに適合しなければならず、これによって、粉末状の溶加材の十分な溶接可能性が付与されている。
【００１９】
本発明による方法によって製作可能な裁断ナイフもしくは型押し突起は、冶金学的な観点において、特にローラベースボディのベース材料との結合ゾーンの領域に亀裂またはその他の異常を有していない。裁断ナイフもしくは型押し突起は樹枝状の構造を有している。この構造の針の間には、たとえば最大２０００ＨＶの大きな硬さを備えた炭化物が形成される。
【００２０】
本発明による装置は、溶融池から放出される熱放射および／または光放射を検出するための装置として、有利には光学的なビームスプリッタと、溶融池の温度に相当する信号を検出するための測定装置とを有している。この場合、ビームスプリッタはレーザ光のビーム路に配置されている。溶融池から放出された放射の一部は作業ヘッドに戻され、そこで、ビームスプリッタによって、溶融池の温度に相当する信号を検出するための測定装置に変向させられる。この信号は最終的にレーザの制御回路または調整回路に供給され、これによって、レーザの出力が、目標温度を上回った場合に絞られ、目標温度を下回った場合に高められる。したがって、溶融池におけるエネルギレベルがほぼコンスタントに保たれ、これによって、粉末状の溶加材の溶融プロセスが連続的に経過することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２２】
図１には、ローラベースボディ４の表面３から張り出した裁断ナイフ５を備えた裁断ローラ２を製作するための装置１が示してある。ナイフエッジとも呼ばれる裁断ナイフ５は図３に認めることができる。裁断ローラ２は、特に封筒・ラベル製作機械に使用される。
【００２３】
装置１は作業ヘッド７を有している。この作業ヘッド７は、有利にはＣＮＣ制御される工作機械１６内に保持されていて、回転軸線Ａを中心として回転可能に挟み込まれていてよい円筒状のローラベースボディ４に対して相対的に、互いに垂直に位置する３つの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚに運動することができる。これらの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚは相応の矢印によって図１に示してある。択一的には、作業ヘッド７を定置に配置し、ローラベースボディ４を定置の作業ヘッド７に対して相対的に３つの空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚに移動させ、回転軸線Ａを中心として回転させることが可能である。択一的には、作業ヘッド７を空間方向Ｘ，Ｙ，Ｚにかつ回転軸線Ａを中心として定置のローラベースボディ４を巡って運動させることも可能である。
【００２４】
図示の構成では、作業ヘッド７は、この作業ヘッド７の外部に配置された種々異なるシステムに接続されている。図１に認めることができるように、工作機械１６の右側にはレーザ６が位置している。このレーザ６は、有利にはダイオードレーザである。このダイオードレーザ６によって発生させられたレーザビームは光導波路１１、有利にはガラス繊維ケーブルを通って作業ヘッド７に供給される。光導波路１１の出口端部では、レーザビームが円形の横断面もしくはスポットを備えて作業ヘッド７内に進入する。択一的には、ダイオードレーザ６を別個のユニットとして形成せず、その代わりに、作業ヘッド７内に組み込むことが可能であり、これによって、工作機械１６の外部にダイオードレーザ６のためのスペースを提供する必要がない。
【００２５】
図１で工作機械１６の左側には、ニューマチック式の粉末供給装置１２が位置している。この粉末供給装置１２は作業ヘッド７に、肉盛溶接のために必要となる粉末状の溶加材を搬送ガスによって供給する。図示の構成では、粉末供給装置１２が、２つの粉末容器１７と、両粉末容器１７から作業ヘッド７に通じる、フレキシブルなチューブの形の２つの粉末搬送管路１３とを有している。圧力負荷された搬送ガスが粉末容器１７を通して案内され、この場合、この粉末容器１７内に位置する粉末粒子を捕捉し、この粉末粒子を粉末搬送管路１３を通して作業ヘッド７に搬送する。搬送ガスが純粋な搬送機能のほかに付加的にシールドガス機能を引き受けるように搬送ガスの組成を選択することが特に有利である。
【００２６】
しかし、図１の右側の縁に認めることができるように、別個のシールドガス供給装置１４も可能である。図示の構成では、このシールドガス供給装置１４が、シールドガスを含有した２つのガスボンベ１８と、フレキシブルな２つのチューブの形の２つのシールドガス搬送管路１５とを有している。両シールドガス搬送管路１５を通って、圧力下にあるシールドガスが作業ヘッド７に流れる。
【００２７】
図２には、図１に示した作業ヘッド７の部分「Ｄ」の概略的な断面図が示してある。作業ヘッド７はその下側の端部に粉末ノズル８を有している。この粉末ノズル８はその内部に２つのノズル通路１９，２６を備えている。両ノズル通路１９，２６は、図２で見て下向きにノズル出口開口２０にまで円錐形に先細りにされている。シールドガス・粉末搬送通路として働くノズル通路２６には、一方では両粉末搬送管路１３を通して、図２に示した粉末粒子２１を含有した粉末状の溶加材が供給され、他方では両シールドガス管路１５を通してシールドガスが供給される。図２にさらに認めることができるように、ダイオードレーザ６によって発生させられたレーザビーム２２は直線状にノズル通路１９を通走し、粉末流内に焦点調節された粉末粒子２１と一緒に粉末ノズル８の下側の端部でノズル出口開口２０から進出する。少なくとも溶接箇所の領域、すなわち、図２ではノズル出口開口２０の下方では、粉末粒子２１がレーザビーム２２の熱エネルギによって溶融され、これによって、ローラベースボディ４の表面３に肉盛溶接シーム２３を形成することができる。重なり合って配置された１つまたはそれ以上の肉盛溶接シーム２３から、平面図で見て任意のジオメトリを備えた裁断ナイフ５がローラベースボディ４の表面３に形成される。肉盛溶接過程の終了後、所望のカッティングエッジジオメトリを備えた最終的な裁断ナイフ５を製作するために、有利には切削による後加工が行われる。
【００２８】
図２に相応して、粉末ノズル８は内壁２４と外壁２５とを有している。内壁２４と外壁２５との間には、環状室状のシールドガス・粉末搬送通路２６が位置している。このシールドガス・粉末搬送通路２６の横断面は、図２で見て下向きに先細りにされており、シールドガス・粉末搬送通路２６は最終的にノズル出口開口２０に開口している。シールドガス・粉末搬送通路２６には、両シールドガス搬送管路１５を通して、溶接箇所を防護するシールドガス、たとえばアルゴン、ヘリウム、窒素、水素またはこれらのガスの混合気が供給される。粉末搬送管路１３を通して、シールドガス・粉末搬送通路２６に粉末が供給される。粉末搬送管路１３を通して供給された搬送ガスがシールドガス機能を引き受ける限り、粉末ノズル８を別個のシールドガス管路１５もしくはシールドガス管路１５のための別個の接続部なしに使用することもできる。付加的には、ノズル通路１９にシールドガス管路１５′を通して、シールドガス管路１５から分岐されたシールドガスまたは別のシールドガスを供給する可能性がある。この別のシールドガスはその組成の点で、シールドガス管路１５を通して供給されるシールドガスと異なっている。
【００２９】
図２に認めることができるように、ノズル通路１９の上方のレーザビーム２２のビーム路には光学的なビームスプリッタ９が位置している。このビームスプリッタは、たとえば片側でコーティングされたミラーであってよい。このミラーは、メタライゼーションされていない側に衝突するレーザビームに対して透過性である。ビームスプリッタ９の上方のハウジング２８内には、ここでは詳しく説明しない、レーザビーム２２の光学的な調整、特に焦点調節のための光学系が位置している。
【００３０】
溶接箇所に形成された、溶融された粉末粒子２１から成る溶融池は熱放射もしくは光放射を周辺に放出する。この放射の一部は矢印Ｓ１によりレーザビーム２２の進行方向と逆方向でノズル通路１９内に到達し、矢印Ｓ２によりビームスプリッタ９に衝突する。このビームスプリッタ９は、放出された熱放射もしくは光放射を矢印Ｓ３により測定装置１０に変向させる。この測定装置１０は、供給された放射から、溶接箇所における溶融池の温度に対する量を成す信号を検出する。この信号は最終的に、図２に概略的に示した制御回路または調整回路２７に供給される。この制御回路または調整回路２７は比較器を有している。この比較器は、溶融池の実際温度が、設定された目標温度に相当しているか否かを検出する。この目標温度からの実際温度の偏差に応じて、ダイオードレーザ６の出力の制御もしくは調整が行われ、これによって、目標温度からの万が一の偏差の補正が可能となる。目標温度は制御回路もしくは調整回路２７に種々の溶接パラメータ、たとえば粉末粒子２１の組成、搬送ガスの組成、シールドガスの組成、ローラベースボディ４の材料の種類ならびにレーザビーム２２の種類および波長に関連して設定される。測定装置１０は、有利には光学的なセンサである。制御回路もしくは調整回路は、有利には、レーザ出力に影響を与える直流電圧制御回路もしくは直流電圧調整回路である。
【００３１】
図３には、レーザ肉盛溶接によって製作された、ほぼ方形を有する裁断ナイフ５を備えた、本発明により製作された裁断ローラ２の平面図が示してある。このジオメトリを備えた裁断ナイフ５は、たとえば封筒製作機械で封筒に宛名窓を切り抜くために必要となる。
【００３２】
図３におけるＡ−Ａ断面による断面図を示す図４には、裁断ナイフ５の構造を認めることができる。この裁断ナイフ５は、図示の構成では、重なり合ってもしくは向かい合って配置された２つの肉盛溶接シーム２３′，２３′′から成っている。矢印Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、図示の裁断ナイフ５の製作時の作業ヘッド７もしくは粉末ノズル８の運動方向を示している。まず、矢印Ｒ１，Ｒ２に相応して、肉盛溶接シーム２３′が直接ローラベースボディ４の表面３に形成された。この場合、比較的冷たいローラベースボディ４に基づき、比較的大きな熱導出が各溶接箇所ひいては溶融池から生ぜしめられ、これによって、レーザビームを介したエネルギ供給が溶融池のこの熱損失を補償し、ダイオードレーザ６の出力が相応に高く調整されなければならない。
【００３３】
肉盛溶接シーム２３′の、全周にわたって延びる閉じられた方形輪郭の閉鎖時もしくは第２の肉盛溶接シーム２３′′の形成の段階への移行時には、熱導出状況が変化する。特に図３および図４に示した、肉盛溶接シーム２３′と肉盛溶接シーム２３′′との間の移行領域Ｂには、不均質な箇所が生ぜしめられる。この箇所は、粉末粒子２１の溶融の過程が、肉盛溶接シーム２３′の形成時のように連続的に継続されない場合に、裁断ナイフ５の機械的な弱化部を意味している。溶融池が移行領域Ｂに位置しており、その後、肉盛溶接シーム２３′′の形成の間、もはやローラベースボディ４の表面３に直接接触して位置しておらず、まだ比較的暖かい肉盛溶接シーム２３′に直接接触しているので、溶融池からの熱導出は減少させられる。このことは、ダイオードレーザ６が不変の出力で運転される場合に溶融池がより熱くなる恐れがあることを意味している。さらに、このことは、組成の点で不変の粉末粒子２１の別様の溶融過程を結果的に招く恐れがある。この溶融過程によって、望ましくない不均質性もしくは機械的な弱化部が生ぜしめられる。したがって、本発明によれば、常にかつリアルタイムで溶融池の実際温度が検出され、これによって、実際温度を著しい時間遅れなしに即座に、設定された目標温度に後制御もしくは後調整することができる。結果、機械的に高負荷可能なならびに高耐摩耗性の裁断ナイフ５が得られる。
【００３４】
本発明は、封筒製作だけでなくラベル製作に用いられる裁断・型押しローラに著しい利点をもたらす。たとえば、ここでは、納入期間ならびに製作コストの減少が挙げられる。特に裁断ナイフもしくは型押し突起の追補的な硬化のためのあらゆるコストが排除される。なぜならば、このような硬化はもはや不要であるからである。ちなみに、裁断ローラまたは型押しローラの追補的な修理は可能である。すでに完全に加工された裁断ローラまたは型押しローラの修理の可能性によって、製造リスクを著しく最小限に抑えることもできる。型押しローラにおける型押し突起ももはや全体からフライス削りされる必要はない。型押し突起のジオメトリの点的な溶接と、型押し突起の点的な後加工とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による装置の構成の概略的な側面図である。
【図２】図１に示した装置の作業ヘッドの概略的な断面図である。
【図３】方形の裁断ナイフを備えた、本発明により製作された裁断ローラの平面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面による拡大された断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  装置、  ２  裁断ローラ、  ３  表面、  ４  ローラベースボディ、  ５  裁断ナイフ、  ６  ダイオードレーザ、  ７  作業ヘッド、  ８  粉末ノズル、  ９  ビームスプリッタ、  １０  測定装置、  １１  光導波路、  １２  粉末供給装置、  １３  粉末搬送管路、  １４  シールドガス供給装置、  １５  シールドガス搬送管路、  １５′  シールドガス管路、  １６  工作機械、  １７  粉末容器、  １８  ガスボンベ、  １９  ノズル通路、  ２０  ノズル出口開口、  ２１  粉末粒子、  ２２  レーザビーム、  ２３，２３′，２３′′  肉盛溶接シーム、  ２４  内壁、  ２５  外壁、  ２６  シールドガス・粉末搬送通路、  ２７  制御回路または調整回路、  ２８  ハウジング、  Ａ  回転軸線、  Ｂ  移行領域、  Ｄ  部分、  Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  矢印、  Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  矢印、  Ｘ，Ｙ，Ｚ  空間方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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