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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft die Sicherung eines Linearantriebs gegen unerwünschte Bewegungen in einer Optik für Laserstrahlung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Laser mit hoher Leistung werden zur Materialbearbeitung eingesetzt. Der aus einem Lichtleitkabel austretende Laserstrahl wird in einem an dessen Ende angebrachten Laserkopf mittels Laseroptiken mit entsprechenden Linsen kollimiert und anschließend fokussiert. Die Firma HIGHYAG Lasertechnologie GmbH stellt derartige Laserköpfe her, welche beispielhaft in der
EP 1 555 083 B1 beschrieben.
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Zur Positionierung der optischen Elemente eines Laserkopfes sind im Stand der Technik ein oder mehrere Linearantriebe mit Linearmotoren vorgesehen. Diese weisen einen stationären Teil und einen beweglichen Teil auf. Der stationäre Teil umfasst üblicherweise ein dreiphasiges Wicklungssystem, welches entlang des linearen Verfahrweges mehrere Pole aufweist. Der bewegliche Teil besteht üblicherweise aus Permanentmagneten mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung. Aus dem Anlegen eines sinusförmigen Stroms im stationären Teil sowie einer Phasenverschiebung von 120° zwischen den Strömen in den Wicklungen des stationären Teils, resultiert in diesem ein wanderndes Magnetfeld, welches auch auf die Permanentmagneten des beweglichen Teils wirkt und so ein Kraft auf diesen Teil ausübt. In der Folge bewegt sich dieser Teil entsprechend der Bewegung des Magnetfeldes linear in eine Richtung.
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In der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
EP 0 537 940 Al wird eine Betätigungsvorrichtung offenbart, die ein feststehendes Element offenbart und weiterhin ein mit dem feststehenden Element zusammenwirkendes Betätigungsglied, wenn es sich in einer Betriebsstellung befindet, sowie Antriebsmittel zum Antreiben des Betätigungselements, so dass es sich relativ zu dem feststehenden Element bewegt. Weiterhin ist ein Verriegelungsmittel zum Verriegeln des Stellglieds in einer sicheren Position vorgesehen und auch ein Entriegelungsmittel zum Entriegeln des Stellglieds und dessen Bewegen in seine Betriebsstellung relativ zu dem feststehenden Element. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Entriegelungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um der Antriebseinrichtung vorbestimmte Beschleunigungs- und Verzögerungssteuersignale zuzuführen, um den Aktuator aus seiner sicheren Position und in seine Betriebsposition zu bewegen.
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Die veröffentlichte US Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
US 5 343 346 A betrifft einen Einpunkt-Magnetkontaktverriegelungsbaugruppe zum „Parken“ eines Lese- / Schreibkopfs einer Speichervorrichtung über einer datenfreien Landezone während Abschaltzuständen und weist einen oder mehrere Permanentmagnete auf, wobei ein Kern an einem Ende eine krummlinige Form aufweist und einen ringförmigen Flansch, der an dem gegenüberliegenden Ende ausgebildet ist, und ein Gehäuse, das ein offenes Ende und ein teilweise geschlossenes Ende aufweist, die den / die Magneten abdecken. Der Kern ist neben dem / den Magneten angeordnet und liegt innerhalb seiner Flusspfade. Das Gehäuse bedeckt den Kern und den Magneten, so dass sich das krummlinige Ende des Kerns durch das teilweise offene Ende des Gehäuses erstreckt. Das Gehäuse liegt an einer Außenumfangsfläche des Flansches mit einem Presssitz an, so dass das Gehäuse an der Anschlagstelle radial nach außen verformt wird, das Gehäuse sicher verankert und der Magnet (die Magneten) relativ zum Kern in Position ist. Die Einpunkt-Magnetkontaktverriegelungsbaugruppe ist an einem Absturzanschlag der Speicherspeichervorrichtung montiert und greift in einen ferromagnetischen Abschnitt einer Aktuatorbaugruppe ein, die zum Positionieren des Lese- / Schreibkopfs entlang der Speichervorrichtung während Abschaltzustandsbedingungen verwendet wird, wodurch das Lesen / Schreiben lokalisiert wird Kopf über die Landezone, um eine Beschädigung der Speichervorrichtung und des Lese- / Schreibkopfs durch physischen Kontakt zwischen den beiden zu verhindern. Eine alternative Ausführungsform der Magnetverriegelungsanordnung hat einen im wesentlichen sphärisch geformten Kern, der auch einen magnetischen Einpunktkontakt zwischen dem Kern und der Betätigungsanordnung bereitstellt.
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Die veröffentliche chinesische Patentanmeldung
CN 1 02 699 527 A offenbart eine intelligente Fokussiervorrichtung eines Laserbearbeitungskopfes. Die intelligente Fokussiervorrichtung umfasst eine äußere Hülse und eine Fokussierlinse, wobei die beiden Enden der äußeren Hülse jeweils mit einer Endabdeckung für den Anschluss des Pistolenkopfes und einer Endabdeckung für den Anschluss des optischen Faserlasers versehen sind; ein Linearmotor ist an der Außenwand der äußeren Hülse befestigt; eine Motorausgangswelle des Linearmotors ist parallel zur Achse der äußeren Hülse; ein Antriebsschieberblock ist auf der Motorausgangswelle befestigt; Antriebsmagnetstahl ist auf dem Antriebsschieberblock befestigt; eine Schiebehülse ist in der äußeren Hülse in einer Schiebepassung angeordnet; ein doppelter magnetischer Leiter, der mit dem Antriebsmagnetstahl abgestimmt ist, ist auf der Schiebehülse befestigt; und die Fokussierungslinse ist in der Schiebehülse befestigt. Gemäß der Erfindung, wie die Fokussierlinse auf der Schiebehülse befestigt ist, wird die Fokussierlinse in der Schiebehülse angetrieben, um durch die lineare Bewegung des Linearmotors zu bewegen, so dass die Fokussierlinse intelligent und automatisch fokussiert ist; und die intelligente Fokussiervorrichtung des Laserbearbeitungskopfes, die durch die Erfindung zur Verfügung gestellt wird, hat die Vorteile der einfachen Struktur, Genauigkeit für die Positionierung, hohe Präzision, Bequemlichkeit im Betrieb und hohe Effizienz.
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Das deutsche Gebrauchsmuster
DE 87 11 811 U1 offenbart einen Feinantrieb für ein Laserwerkzeug, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einer in ein stationäres Magnetfeld eintauchenden, stromdurchflossenen Spule, welche in die Antriebseinrichtung am Laserwerkzeug angreift.
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Die Verwendung von leichtgängigen, reibungsarmen Linearführungen eines Linearantriebs, erlaubt im stromlosen Zustand des Linearantriebs eine leichte Beweglichkeit des Antriebs. Dies kann zu Problemen beim Transport führen, so dass sich der Antrieb dann hin und her bewegen kann. Bei Stößen oder unerwartet starken Bewegungen kann der bewegliche Teil des Linearantriebs dann sogar gegen einen seiner Anschläge laufen, woraus dann Verschleiß oder sogar Beschädigungen resultieren können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lösung zur Sicherung von Linearantrieben mit Linearmotoren bei Laserköpfen zur Verfügung zu stellen, wobei ein federnder Haltevorgang und eine einfache Bewegungsmethode geschaffen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung stellt einen Linearantrieb zur Verfügung, mit einer Linearführung und einem Linearmotor, umfassend einen stationären und einen beweglichen Teil, wobei der Linearantrieb in einem Laserbearbeitungskopf angeordnet ist und mit einer Optik für Laserstrahlung verbunden ist und ein Sicherungshalter umfassend einen darin angeordneten Permanentmagnet, wobei der Sicherungshalter außerhalb des Laserbearbeitungskopfes angeordnet ist, wobei in einem Gehäuse des Linearantriebs der Linearmotor mit stationärem und beweglichem Teil angeordnet ist, wobei der bewegliche Teil des Linearmotors Permanentmagnete mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Linearantriebs und der Sicherungshalter aus nicht ferromagnetischem Material bestehen.
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Es kann zudem erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Gehäuse des Linearantriebs und der Sicherungshalter aus Aluminium oder Kunststoff bestehen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Linearantriebs ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Sicherungshalters von außen das Gehäuse des Linearantriebs umschließt.
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Das Gehäuse des Linearantriebs kann zudem in einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Führung zur Aufnahme des Sicherungshalters aufweisen.
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Für den Linearantrieb kann erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen sein, dass ein Gehäuse des Linearmotors aus einem ferromagnetischen Material besteht.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Sicherung eines Linearantriebs, umfassen die Schritte:
- - Anordnung des Linearantriebs mit Linearmotor in einem Laserbearbeitungskopf umfassend eine Optik für Laserstrahlung, wobei diese Optik mittels des beweglichen Teils des Linearantriebs bewegt werden kann; und
- - Befestigung eines Sicherungshalters umfassend einen Permanentmagneten an einem Gehäuse des Linearantriebs, in dem der Linearmotor mit seinem stationären und beweglichen Teil angeordnet ist; und
- - Ausrichten des Permanentmagneten des Sicherungshalters auf Höhe der Permanentmagneten mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung des beweglichen Teils des Linearmotors zur Erzeugung einer magnetischen Interaktion zwischen den Permanentmagneten des Sicherungshalters und des beweglichen Teils des Linearmotors.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart ausgestaltet sein, dass der Sicherungshalter in einer Führung am Gehäuse des Linearantriebs befestigt wird.
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Weiterhin ist in einer Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass der Sicherungshalter gegen ein Verrutschen am Gehäuse des Linearantriebs gesichert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Linearantrieb in einem Gehäuse aus nicht ferromagnetischem Material angeordnet sein kann und der Linearmotor in einem Gehäuse aus ferromagnetischem Material angeordnet sein kann.
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Die Erfindung betrifft zudem einen Laserbearbeitungskopf umfassend einen Linearantrieb wie oben beschrieben.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Permanentmagneten als magnetische Feder zur Sicherung eines Linearantriebs in einem Laserbearbeitungskopf gegen Bewegungen.
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Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in der einfach bevorzugte Ausführungsformen und Implementierungen dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden und ihre verschiedenen Details können in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden, ohne Lehre und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können der Ausführung der Erfindung entnommen werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher dargestellt. Dabei ist für den Fachmann offensichtlich, dass es sich nur um mögliche Ausführungsformen handelt, ohne dass die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt wird. Es zeigt:
- 1 Beispielhafte Anordnung einer Sicherung eines Linearmotors
- 2 Alternative Ausführungsform zur Sicherung des Linearmotors
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden weitere Ausführungsformen beansprucht Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe der Sicherung eines Linearmotors gegen unerwünschte Bewegungen, beispielsweise beim Transport eines Linearantriebs mit einem Linearmotor.
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Die vorliegende Erfindung spannt zur Vermeidung der Bewegung eines Linearmotors in einem Linearantrieb diesen magnetisch ein. Dazu wird außerhalb des Gehäuses des Antriebs ein Sicherungshalter platziert oder aufgesetzt, welcher einen ausreichend starken Permanentmagneten enthält. Als ausreichend stark im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine über einen Luftspalt zwischen Gehäuse des Linearantriebs hinwegreichende magnetische Kraft angesehen, welche ein Polpaar des Linearmotors gegen übliche Beschleunigungen beim Transport halten kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist bei Gehäusen von Linearantrieben möglich, welche aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff bestehen, da nur so die magnetische Interaktion eines außerhalb angeordneten Permanentmagneten mit den Polpaaren des Linearmotors möglich ist. Weiterhin muss aber das Gehäuse des Linearmotors aus ferromagnetischem Material sein, damit der magnetische Fluss übertragen werden kann.
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Der Gegenstand der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
EP 0 537 940 A1 unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung dadurch, das der Permanentmagnet des Sicherungshalters auf Höhe der Permanentmagnete mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung des beweglichen Teils des Linearmotors zur Erzeugung einer magnetischen Interaktion zwischen den Permanentmagneten des Sicherungshalters und des beweglichen Teils des Linearmotors ausgerichtet werden.
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Aus diesem verfahrenstechnischen Unterschied resultiert, dass der Haltevorgang des beweglichen Teils des Antriebs federnd ist und sofern die Haltekraft durch eine Bewegung überwunden wird, der bewegliche Teil des Linearmotors sich um eine magnetische Rasterung der abwechselnd gepolten Permanentmagnete verschiebt.
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Aus dem Stand der Technik ist lediglich bekannt, eine magnetische Wirkung zwischen dem Permanentmagneten und einem Eisenstück zu benutzen, um den Arm in einer sicheren Position zu halten. Die Lösung der vorliegenden Erfindung wird weder offenbart, noch nahe gelegt.
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1 zeigt den beweglichen Teil eines Linearmotors 1 in dem Gehäuse 5 des Linearmotors. Außerhalb des Gehäuses 10 des Linearantriebs ist ein Sicherungshalter 15 aufgesetzt, der einen hinreichend starken Permanentmagneten 20 aufweist.
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Dieser Permanentmagnet 20 ist in der Lage über den Luftspalt 25 zwischen dem Gehäuse des Linearantriebs 10 und des Linearmotors 5 hinweg mit den abwechselnd gepolten Permanentmagneten des beweglichen Teils des Linearmotors in Wechselwirkung zu treten und so den beweglichen Teil in einer Position zu halten.
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Der Haltevorgang wird federnd sein und sofern die Haltekraft durch eine Bewegung überwunden wird, verschiebt sich der bewegliche Teil des Linearmotors um eine magnetische Rasterung der abwechselnd gepolten Permanentmagneten des Linearmotors.
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Der magnetische Fluss des Permanentmagneten 20 innerhalb des Sicherungshalters 15 wird durch den Eisenrückschluss des Gehäuses 5 des Linearmotors geleitet.
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Um den erfindungsgemäßen Vorteil zu erreichen, ist es von Bedeutung, dass der Sicherungshalter 15 derart an dem Gehäuse 10 des Linearantriebs angeordnet wird, dass dieser selbst gegen ein Verrutschen gesichert ist. Andernfalls würde ich der bewegliche Teil des Linearmotors entsprechend einer Bewegung des Sicherungshalters 15 bewegen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 2 gezeigt. Dabei wird der bewegliche Teil des Linearmotors 1 direkt durch einen starken Permanentmagneten 20, der in einem Sicherungshalter 15 am Gehäuse des Linearantriebs 10, angeordnet ist, in einer fixierten Position gehalten wird. Der Permanentmagnet 20 wirkt jedoch nicht durch Eisenrückschluss via des ferromagnetischen Gehäuses 5 des Linearmotors, sondern über einen Luftspalt 25 auf ein ausgefahrenes Ende des Linearmotors 30.
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Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung genau auf die offenbarte Form zu beschränken. Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehre möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erlangt werden. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen zu verwenden, die für die spezielle beabsichtigte Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird. Die Gesamtheit jedes der oben genannten Dokumente wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- beweglicher Teil Linearmotor
- 5
- Gehäuse Linearmotor
- 10
- Gehäuse Linearantrieb
- 15
- Sicherungshalter
- 20
- Permanentmagnet
- 25
- Luftspalt
- 30
- ausgefahrenes Ende Linearmotor
