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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Laserbearbeitungssystem, insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks bzw. eines metallischen Werkstücks mit einem Laserstrahl, mit einem Laserbearbeitungskopf und einer Transportsicherung für eine im Laserbearbeitungskopf angeordnete, bewegliche Optik.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls umfasst üblicherweise einen Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse, in dem eine Strahlführungsoptik, beispielsweise eine Kollimationsoptik und/oder eine Fokussieroptik, angeordnet ist, um einen von einem Ende einer Laserleitfaser austretenden Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück zu richten oder zu fokussieren. Die im Gehäuse angeordnete Strahlführungsoptik definiert den Strahlengang bzw. Strahlverlauf des Laserstrahls. Daher kann der Innenraum des Gehäuses, in dem die Strahlführungsoptik angeordnet ist bzw. in dem der Laserstrahl geführt wird, auch als optischer Raum bezeichnet werden. In der Regel ist zumindest eine Optik der Strahlführungsoptik im Laserbearbeitungskopf beweglich vorgesehen, um für die Bearbeitung verschiedene Einstellungen, etwa von verschiedenen Fokuslagen oder Strahldurchmessern, zu ermöglichen. Die Bearbeitung kann beispielsweise ein Laserschneiden, -löten oder -schweißen umfassen. Der Laserbearbeitungskopf kann also ein Laserschneidkopf oder Laserschweißkopf sein.
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Zum Ändern der Fokuslage während der Bearbeitung werden in der Regel eine oder mehrere Optiken, z. B. Linsen, entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls durch einen Antrieb bewegt. Um eine möglichst schnelle und präzise Bewegung und gleichzeitig wenig Abrieb bei der Bewegung zu erreichen, werden bevorzugt direkte Antriebe ohne Getriebe oder Spindeln eingesetzt. Diesen Antrieben ist gemeinsam, dass sie im stromlosen Zustand wenig oder keine Selbsthemmung aufweisen. Das führt während des Transports zu einer unerwünschten Bewegung der Optik, und somit zu Verschleiß, der Abrieb bzw. Partikel freisetzen kann. Zudem besteht Gefahr, dass die beweglichen Teile mit Anschlägen kollidieren und dabei beschädigt werden.
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Bei herkömmlichen mechanischen Lösungen zur Transportsicherungen, wie beispielsweise Arretierstiften, die in eine Bohrung in einem beweglichen Schlitten der Optik eingreifen, entsteht Abrieb, der bei Laserstrahlung mit einer Leistung im Kilowatt Bereich zu einer Zerstörung der Optik und sogar zu einem Totalausfall des Laserbearbeitungskopfs führen kann. Zudem ist meistens eine Öffnung des optischen Raums des Laserbearbeitungskopfs notwendig, was wiederum das Eindringen und Ablagern von Fremdpartikeln ermöglicht.
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DE 10 2014 101 477 A1 zeigt einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, mit einer Halterung, einer strahlformenden Optik, die an der Halterung in Längsrichtung des Laserstrahls verschiebbar gelagert ist. Um eine Verschmutzung der Optik weitgehend zu vermeiden und um die Optik in ihrer eingestellten Lage sicher zu halten, selbst wenn große Trägheitskräfte in Folge von großen Beschleunigungen auftreten, ist ein Bandantrieb zur Verschiebung der Optik vorgesehen. Allerdings ist der Motor des Bandantriebs außerhalb eines Gehäuses des Laserbearbeitungskopfes angeordnet.
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DE 10 2019 109 589 A1 zeigt die Sicherung eines Linearantriebs einer Optik für Laserstrahlung gegen unerwünschte Bewegungen. 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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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Transportsicherung für eine bewegliche Optik eines Laserbearbeitungskopfs sowie ein Laserbearbeitungssystem mit derselben anzugeben, die keine Fremdpartikel durch Abrieb erzeugt und keine Öffnung des optischen Raums des Laserbearbeitungskopfs erfordert.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche angegeben.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Bewegung der Optik berührungslos und ohne Öffnen des optischen Raums durch ein Magnetfeld zu hemmen. Durch den magnetischen Kraftschluss entsteht keinerlei Abrieb. Das Magnetfeld bzw. der magnetische Kraftschluss kann durch Anordnen eines magnetischen Sicherungselements an einer Außenseite des Laserbearbeitungskopfs und durch ein Magnetelement, das mit der im Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs beweglich angeordneten Optik fest verbunden ist, erzeugt werden. Das Magnetelement, beispielsweise zumindest ein Permanentmagnet und/oder zumindest ein ferromagnetisches Element, kann an einer Optikhalterung der beweglichen Optik, insbesondere an einem Schlitten der Optikhalterung, angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Magnetelement auf einem beweglichen Teil des Antriebs bzw. eines Motors des Antriebs angeordnet sein bzw. davon umfasst sein. Vor dem Transport des Laserbearbeitungskopfs kann das magnetische Sicherungselement an der Außenseite des Laserbearbeitungskopfs angebracht werden, ohne Abrieb zu erzeugen oder den Optikraum zu öffnen. Anschließend wird vor Inbetriebnahme des Laserbearbeitungskopfs das magnetische Sicherungselement wieder entfernt und damit eine freie Beweglichkeit der Optik erreicht, ebenfalls ohne Abrieb zu erzeugen oder den Optikraum zu öffnen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserbearbeitungssystem zur Materialbearbeitung mittels eines Laserstrahls angegeben, umfassend: einen Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse; einen Antrieb, der im Gehäuse angeordnet ist und einen Motor mit einem Stator und einem beweglichen Teil umfasst; eine Optikhalterung mit einer Optik für Laserstrahlung, die durch den Antrieb beweglich in dem Gehäuse angeordnet ist; zumindest ein Magnetelement, das an dem beweglichen Teil und/oder an der Optikhalterung befestigt ist; und ein magnetisches Sicherungselement zur Transportsicherung der Optik, das an einer Außenseite des Gehäuses befestigbar ist, um durch einen magnetischen Kraftschluss mit dem Magnetelement eine Bewegung der Optik zu hemmen. Der Laserbearbeitungskopf kann beispielsweise ein Laserschneid- oder ein Laserschweißkopf sein. Das Gehäuse kann eine Außenseite des Laserbearbeitungskopfs definieren oder bilden. Der Innenraum des Gehäuses, in dem der Laserstrahl geführt wird und/oder in dem zumindest eine Optik angeordnet ist, kann auch als optischer Raum des Laserbearbeitungskopfs bezeichnet werden.
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Der Antrieb kann ein elektrischer Antrieb sein. Bei einem elektrischen Antrieb kann die Selbsthemmung im stromlosen Zustand, d.h. im Transportzustand, wegfallen. Der Antrieb kann Drehantrieb oder ein Linearantrieb, insbesondere ein Linearantrieb mit Rotationsmotor, sein. Der Motor kann ein Linearmotor, ein Torquemotor oder ein Rotationsmotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor, sein. Der bewegliche Teil des Motors kann ein Läufer oder ein Rotor sein. Vorzugsweise ist der Antrieb ein Direktantrieb. Beispielsweise kann der Antrieb spindelfrei und/oder getriebelos sein. Bei dieser Art von Antrieben ist die Selbsthemmung bei äußerer Krafteinwirkung, z.B. durch Schwerkraft oder Beschleunigung, besonders gering.
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In einem Beispiel kann der Antrieb einen Bandantrieb umfassen. Der Bandantrieb kann ein Band aufweisen, das um eine Antriebswelle des Motors bzw. des Rotors oder um eine mit einer Antriebswelle des Motors bzw. des Rotors verbundene Bandtrommel gewickelt ist. Eine Mitte des Bands kann an der Antriebswelle bzw. Bandtrommel befestigt sein, während das eine Ende des Bands an einem ersten (oberen) Bereich der Optikhalterung und das andere Ende des Bands an einem zweiten (unteren) Bereich der Optikhalterung befestigt sein kann. Der erste und der zweite Bereich der Optikhalterung können sich entlang der optischen Achse der Optik gegenüberliegen. Somit kann durch Drehung der Antriebswelle bzw. des Rotors das eine Bandende auf- und das andere Bandende abgewickelt werden, um die Optik entlang ihrer optischen Achse zu verschieben.
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Der Antrieb und/oder der Motor kann freiliegend im Gehäuse angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Motor ein gehäuseloser Motor sein. Vorzugsweise ist zumindest der bewegliche Teil freiliegend im Gehäuse angeordnet.
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Die Optikhalterung hält die Optik. Die Optikhalterung bzw. die Optik kann durch den Antrieb bzw. den Motor im Strahlengang des Laserstrahls bzw. im optischen Raum des Laserbearbeitungskopfs bewegbar sein. Beispielsweise kann die Optikhalterung mit dem beweglichen Teil, etwa einem Rotor oder Läufer des Motors, verbunden sein.
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Die Optik kann entlang bzw. parallel zu ihrer optischen Achse verschiebbar oder linear beweglich sein. Die Optik kann entlang bzw. parallel zur Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls verschiebbar oder linear beweglich sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Optik senkrecht zu ihrer optischen Achse bzw. zur Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls verschiebbar oder linear beweglich sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Optik schwenkbar sein um eine Rotationsachse, die senkrecht oder parallel zu der optischen Achse der Optik bzw. zur Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls verläuft.
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Die Optik kann jedes beliebige optische Element umfassen, beispielsweise zumindest eines der folgenden: eine Linse, eine Linsengruppe, eine Linsenkassette, einen Spiegel, einen Strahlteiler, eine Keilplatte, eine Strahlformungsoptik, und einen Faserkoppler. Die Optik kann eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls und/oder eine Kollimationsoptik zum Kollimieren des Laserstrahls umfassen. Vorzugsweise ist die Optik eingerichtet, abhängig von ihrer Position im Strahlengang des Laserstrahls eine Fokuslage des Laserstrahls einzustellen.
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Das Magnetelement kann einen Permanentmagneten oder ein ferromagnetisches Element, insbesondere ein magnetisiertes ferromagnetisches Element, umfassen oder sein. Ein ferromagnetisches Element als Magnetelement kann zwar zu einem geringeren magnetischen Kraftschluss bzw. zu einer geringeren Hemmung führen, hat aber den Vorteil, dass außen am Gehäuse keine Eisenpartikel anhaften.
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Das Magnetelement kann mit der im Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs beweglich angeordneten Optik bzw. Optikhalterung fest verbunden sein. Beispielsweise kann das Magnetelement an oder auf der Optikhalterung angebracht sein.
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Im Gehäuse können Führungsschienen angebracht sein. Die Optikhalterung kann einen Schlitten umfassen, der entlang der Führungsschienen verschiebbar ist. In diesem Fall kann das zumindest eine Magnetelement an dem Schlitten angebracht sein. Die Pole des Magnetelements bzw. die mehreren Magnetelemente können entlang der optischen Achse der Optik angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Magnetelement mit dem beweglichen Teil des Motors fest verbunden sein oder ein Teil desselben sein. Beispielsweise kann der bewegliche Teil ein Rotor sein, entlang dessen Umfang eine Vielzahl von Magnetelementen angeordnet sind. In diesem Fall können gegensätzliche Pole der Magnetelemente in Bezug auf die Rotationsachse des Rotors gegenüberliegend angeordnet sein. Eine Länge des magnetischen Sicherungselements kann einem Durchmesser des Rotors entsprechen. In diesem Fall können die sich anziehenden Pole des Magnetelements und des magnetischen Sicherungselements gegenüberliegend angeordnet werden. Vorzugsweise liegt eine Rotationsachse des als Rotor ausgebildeten beweglichen Teils in einer Grenzfläche zwischen den magnetischen Polen des Sicherungselements. Somit kann ein Abstand zwischen den sich anziehenden Polen des Magnetelements und des magnetischen Sicherungselements kurz sein, sodass das Magnetfeld eine hohe Feldstärke aufweist bzw. der Kraftschluss besonders stark ist.
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Das magnetische Sicherungselement kann mindestens einen Permanentmagneten oder mindestens ein ferromagnetisches Element, insbesondere ein magnetisiertes ferromagnetisches Element, umfassen oder sein. Vorzugsweise umfasst das magnetische Sicherungselement genau ein Polpaar, d.h. einen Nordpol und einen Südpol. Das magnetische Sicherungselement kann eine Quermagnetisierung oder eine Längsmagnetisierung aufweisen. Quermagnetisierung kann bedeuten, dass eine Ausdehnung des magnetischen Sicherungselements senkrecht zu einer Grenzfläche zwischen den magnetischen Polen desselben länger ist als eine Ausdehnung des Sicherungselements parallel zu der Grenzfläche und/oder dass eine Magnetisierung quer zur längsten Symmetrieachse bzw. längsten Ausdehnung (Länge) verläuft, und/oder dass eine Polgrenze bzw. eine Grenzfläche zwischen den magnetischen Polen entlang der längsten Symmetrieachse bzw. längsten Ausdehnung (Länge) verläuft. Längsmagnetisierung kann bedeuten, dass eine Ausdehnung des magnetischen Sicherungselements parallel zu einer Grenzfläche zwischen den magnetischen Polen desselben länger ist als eine Ausdehnung des Sicherungselements senkrecht zu der Grenzfläche und/oder dass eine Magnetisierung entlang der längsten Symmetrieachse bzw. längsten Ausdehnung (Länge) verläuft, und/oder dass eine Polgrenze bzw. eine Grenzfläche zwischen den magnetischen Polen quer zu der längsten Symmetrieachse bzw. längsten Ausdehnung (Länge) verläuft.
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Das magnetische Sicherungselement kann stabförmig und/oder geradlinig ausgebildet sein, z.B. in der Form eines Stabs mit rechteckigem Querschnitt oder eines langgestreckten Quaders. In diesem Fall weist das magnetische Sicherungselement vorzugsweise eine Quermagnetisierung auf. Alternativ kann das magnetische Sicherungselement U-förmig bzw. klammerförmig oder als Hufeisenmagnet ausgebildet sein. In diesem Fall weist das magnetische Sicherungselement vorzugsweise eine Längsmagnetisierung auf.
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Vorzugsweise umfasst das magnetische Sicherungselement einen Stab aus ferromagnetischem Material oder aus Eisen, an dessen beiden Enden jeweils ein Magnet, insbesondere ein Permanentmagnet, befestigt oder geklebt ist. Die zwei Magnete können jeweils so an dem Stab befestigt sein, dass der eine Magnet einen Südpol am freiliegenden Ende und der andere Magnet einen Norddpol am freiliegenden Ende aufweisen. Die zwei Magnete können jeweils würfelförmig oder quaderförmig sein.
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Das Magnetelement, das beispielsweise an dem beweglichen Teil des Motors befestigt ist, kann eine Platte aus ferromagnetischem Material oder aus Eisen umfassen oder sein. Die Platte bzw. die Hauptfläche der Platte kann eine rechteckige Form haben. Dadurch ergibt sich eine Vorzugsausrichtung für das magnetische Sicherungselement, in der sich die Feldlinien auf kürzestem Weg schließen. Die Platte kann dieselbe Breite und/oder Länge aufweisen wie das magnetische Sicherungselement. Die Platte kann in ihrer Mitte ein Loch aufweisen, durch bzw. in das eine Antriebswelle des Motors ragt, sodass die Antriebswelle in ihrer Bewegung nicht gehindert ist.
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Vorzugsweise entspricht eine Länge (längste Ausdehnung) des magnetischen Sicherungselements einer Länge (längste Ausdehnung) des Magnetelements bzw. einer Länge (längste Ausdehnung) einer Anordnung von mehreren Magnetelementen. Mit anderen Worten kann das magnetische Sicherungselement Polenden aufweisen, die Polen des Magnetelements so gegenüberliegen, dass ein Abstand zwischen den Polenden des am Gehäuse befestigten magnetischen Sicherungselements und den Polen des Magnetelements möglichst gering ist.
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Das magnetische Sicherungselement kann in einer Halterung angeordnet oder aufgenommen sein. Die Halterung kann eine offene Seite aufweisen, die in einem Zustand, in dem das magnetische Sicherungselement am Laserbearbeitungskopf angebracht ist, dem Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs zugewandt ist. Die Halterung und/oder das Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs kann aus einem nichtferromagnetischem Material, beispielsweise Aluminium oder Kunststoff, bestehen.
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An der Außenseite des Gehäuses können Befestigungsmittel zur Befestigung des magnetischen Sicherungselements vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel an einer Position außen am Gehäuse entsprechend dem zumindest einen Magnetelement im Gehäuse angeordnet, sodass ein Abstand zwischen dem magnetischen Sicherungselement und dem zumindest einen Magnetelement möglichst gering ist. Die Befestigungsmittel können eine Vertiefung bzw. Aussparung im Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs sein oder umfassen. Die Breite und/oder Länge der Vertiefung können an die Breite und/oder Länge des magnetischen Sicherungselements angepasst sein bzw. diesen entsprechen.
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Das magnetische Sicherungselement und/oder die Halterung des magnetischen Sicherungselements kann Befestigungsmittel umfassen, um das magnetische Sicherungselement an der Außenseite des Gehäuses des Laserbearbeitungskopfs zu befestigen. Die Befestigungsmittel des magnetischen Sicherungselements bzw. der Halterung des magnetischen Sicherungselements und die Befestigungsmittel des Gehäuses können miteinander kooperieren, um das magnetische Sicherungselement an der Außenseite des Gehäuses des Laserbearbeitungskopfs zu befestigen.
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Die Befestigungsmittel des Gehäuses und/oder des magnetischen Sicherungselements und/oder der Halterung des magnetischen Sicherungselements können zumindest eines der folgenden Elemente umfassen: einen Bajonett-Verschluss, eine Schraube, ein Gewindeloch, einen Bolzen, ein Bolzenloch, einen Haken, eine Vertiefung, eine Aussparung und/oder einen Vorsprung.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand von Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes mit der erfindungsgemäßen Transportsicherung gemäß einer beispielhaften Ausführung;
- 2A eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Transportsicherung mit einem auf einem Rotor angebrachten Magnetelement und einem quermagnetisierten Sicherungselement gemäß einer beispielhaften Ausführung;
- 2B eine Schnittansicht der erfindungsgemäße Transportsicherung von 2A;
- 3A eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Transportsicherung mit einem auf einem Rotor angebrachten Magnetelement und einem längsmagnetisierten Sicherungselement gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung;
- 3B eine Schnittansicht der erfindungsgemäße Transportsicherung von 3A;
- 4 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Transportsicherung mit einem auf einer Optikhalterung angebrachten Magnetelement gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung;
- 5 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Transportsicherung mit einem auf einer Optikhalterung angebrachten Magnetelement bei einem Bandantrieb gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung; und
- 6 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Transportsicherung gemäß einer beispielhaften Ausführung, wobei Befestigungsmittel zur Befestigung des magnetischen Sicherungselements am Gehäuse des Laserbearbeitungskopfs und an einer Halterung des magnetischen Sicherungselements vorgesehen sind.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In den Figuren sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichem Bezugszeichen versehen. Die erfindungsgemäße Transportsicherung einer beweglichen Optik in einem Laserbearbeitungskopf mit einem magnetischem Sicherungselement wird im Folgenden an dem Beispiel der Transportsicherung einer Fokussierlinse oder einer Kollimationslinse erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern die bewegliche Optik kann eine beliebige im Laserbearbeitungskopf durch einen Antrieb beweglich vorgesehene optische Einheit zum Führen des Laserstrahls umfassen, beispielsweise eine Linse, eine Linsengruppe, eine Linsenkassette, einen Spiegel, einen Strahlteiler, eine Keilplatte, eine Strahlformungsoptik, und einen Faserkoppler.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist ein erfindungsgemäßer Laserbearbeitungskopf 100 ein Gehäuse 1 auf, durch das ein Laserstrahl 2 geführt ist. Zur Formung des aus einer Lichtleitfaser 3 austretenden Laserstrahls 2 sind beispielsweise eine erste Optik 10', die als Kollimatoroptik ausgebildet ist, und eine zweite Optik 10" vorgesehen, die als Fokussieroptik den Laserstrahl 2 auf das Werkstück 50 fokussiert. Zur verstellbaren Anordnung der Optiken 10', 10" im Strahlengang des Laserstrahls 2 sind diese jeweils über eine Optikhalterung 11 mit einem Schlitten 12 an einem Antrieb 14 befestigt. Die Optikhalterung 11 bzw. der Schlitten 12 ist an einer im Gehäuse 1 angebrachten Führungsschiene 13 des Antriebs 14 verschiebbar geführt und durch einen Motor 140 des Antriebs 14 antreibbar. Der Motor 140 umfasst einen Stator 141 und einen beweglichen Teil 142, der bei einem Linearmotor als Läufer bzw. bei einem Rotationsmotor als Rotor bezeichnet werden kann. Die Optikhalterung 11 bzw. der Schlitten 12 oder das bewegliche Teil 142 des Motors 140 umfasst ein Magnetelement (30, siehe 2 bis 5), das durch magnetischen Kraftschluss mit einem an einer Außenseite des Gehäuses 1 angebrachten magnetischen Sicherungselement 201 einer Transportsicherung 20 in seiner Bewegung gehemmt wird. Die Transportsicherung 20 bzw. das magnetische Sicherungselement 201 kann nach dem Transport entfernt werden, sodass die Optik 10', 10" durch den Antrieb 14 frei bewegt werden kann. Das Sicherungselement 201 kann in einer Halterung 202 angeordnet sein, die am Gehäuse 1 befestigt werden kann. Die Halterung 202 kann aus einem nicht-ferromagnetischen Material sein.
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Der Motor 140 oder zumindest der bewegliche Teil 142 des Motors 140 ist vorzugsweise wie in 1 gezeigt gehäuselos bzw. freiliegend im Gehäuse 1 des Laserbearbeitungskopfs 1 angeordnet. Wenn der bewegliche Teil 142 das zumindest eine Magnetelement 30 umfasst, kann so besonders effektiv ein magnetischer Kraftschluss zur Hemmung der Optikbewegung herbeigeführt werden. Zudem ist eine kompaktere Anordnung möglich. Der Antrieb 14 kann ein Direktantrieb, d.h. ein Antrieb ohne Getriebe und/oder Spindel, sein. Der Motor 140 ist daher vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor.
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2A zeigt eine schematische Darstellung eines magnetischen Sicherungselements 201 und eines Magnetelements 30 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das dazwischen liegende Gehäuse 1 und andere Teile sind in dieser Darstellung der Übersichtlichkeit halber weggelassen. 2B zeigt eine Schnittansicht entlang der in 2A abgebildeten gestrichelten Linie, in der auch das Gehäuse 1 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist der Motor 140 als Rotationsmotor ausgebildet und der bewegliche Teil 142 ein Rotor, der mehrere (hier drei) Magnetelemente 30 umfasst. Die Magnetelemente 30 sind entlang des Umfangs des Rotors 142 so angeordnet, dass ungleiche Pole einander bezüglich der Rotationsachse gegenüber liegen. Das magnetische Sicherungselement 201 ist in diesem Beispiel stabförmig und quer magnetisiert. Mit anderen Worten sind die magnetischen Pole des Sicherungselements 201 in einer Richtung senkrecht bzw. quer zur Längsachse des Sicherungselements 201 angeordnet. Die Rotationsachse des beweglichen Teils 142, d.h. des Rotors, liegt in einer Grenzfläche zwischen den Polen des Sicherungselements 201.
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3A zeigt eine schematische Darstellung eines magnetischen Sicherungselements 201 und eines Magnetelements 30 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das dazwischen liegende Gehäuse 1 und andere Teile sind in dieser Darstellung der Übersichtlichkeit halber weggelassen. 3B zeigt eine Schnittansicht entlang der in 3A abgebildeten gestrichelten Linie, in der auch das Gehäuse 1 dargestellt ist. In diesem Beispiel ist der Motor 140 bzw. der bewegliche Teil 142 ist wie in 2 ausgebildet. Das magnetische Sicherungselement 201 ist in 3A jedoch längs magnetisiert. Mit anderen Worten sind die magnetischen Pole des Sicherungselements 201 in einer Richtung entlang der Längsachse des Sicherungselements 201 angeordnet. Die Rotationsachse des beweglichen Teils 142, d.h. des Rotors, liegt wiederum in einer Grenzfläche zwischen den Polen des Sicherungselements 201. Wie in 3B ersichtlich ist, ist das magnetische Sicherungselement 201 hufeisenförmig ausgebildet. Es kann aber auch ohne Weiteres stabförmig ausgebildet sein. Das magnetische Sicherungselement 201 kann sowohl in der in 2A, 2B gezeigten Ausführungsform als auch in der in 3A, 3B gezeigten Ausführungsform eine Länge aufweisen, die dem Durchmesser des Rotors 142 entspricht. In diesem Fall liegen die Polenden des magnetischen Sicherungselements 201 den am Umfang des Rotors 142 angeordneten Magnetelementen 30 unmittelbar gegenüber, sodass ein maximaler Kraftschluss gewährleistet ist.
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Auch wenn in 2A, 2B und 3A, 3B das zumindest eine Magnetelement 30 auf dem beweglichen Teil 142 des Motors 140 ausgebildet ist, kann das Magnetelement 30 alternativ auf der Optikhalterung 11, insbesondere auf dem Schlitten 12, angeordnet sein. Beispiele für solche Anordnungen sind in 4 und 5 dargestellt.
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In 5 ist ein Bandantrieb als Beispiel für den Antrieb 14 gezeigt: Ein Bandantrieb ist ein Linearantrieb und umfasst einen Rotationsmotor 140, die im Gehäuse 1 angebrachten Führungsschienen 13 sowie eine mit einer Antriebswelle des Motors 140 verbundene Bandtrommel 16, um die ein Band 17 gewickelt ist. In 5 ist das Band 17 mit einem ersten Ende und einem zweiten gegabelten Ende dargestellt. Das erste Ende ist an einem oberen Bereich und das zweite Ende an einem unteren Bereich der Optikhalterung 11 befestigt. Das Band 17 ist zudem in der Mitte des Bandes 17 an der Bandtrommel 16 befestigt. Wenn nun der Rotor 142 die Bandtrommel 16 dreht, wird das eine der Bandenden auf- und das andere Bandende abgewickelt, sodass die Optikhalterung 11 mit der Optik 10 an den Führungsschienen 13 entlang nach oben oder unten gezogen wird. Das Magnetelement 30 ist in dem in 5 gezeigten Beispiel auf dem Schlitten 12 angebracht. Es kann aber auch ohne Weiteres auf dem Rotor 142 oder der Bandtrommel 16 des Antriebs 14 oder in einem anderen Bereich der Optikhalterung 11 angeordnet sein.
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In 6 ist ein Beispiel für Befestigungsmittel 1a des Gehäuses 1 bzw. des Laserbearbeitungskopfs 100 gezeigt, die in Befestigungsmittel 2a der magnetischen Transportsicherung 20 bzw. der Halterung 202 eingreifen, um die magnetische Transportsicherung 20 am Gehäuse 1 zu befestigen. In 6 bilden die Befestigungsmittel 1a, 2a einen Bajonett-Verschluss. Die Befestigungsmittel 1a, 2a können aber auch eine Schraube und ein Gewindeloch umfassen oder sein. Die Befestigungsmittel 1a des Gehäuses 1 sind so angeordnet, dass das magnetische Sicherungselement 201 im montierten Zustand der Transportsicherung 20 dem zumindest einen Magnetelement 30 gegenüberliegt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird am Laserbearbeitungskopf von außen ein starker Magnet als Transportsicherung angebracht, der die Bewegung der Optik im Inneren des Kopfes sehr stark hemmt. Vor Inbetriebnahme wird der Magnet entfernt und damit die freie Beweglichkeit der Optik erreicht. Auf diese Weise kann eine abriebfreie und leicht zu handhabende Transportsicherung bereitgestellt werden, die keine Öffnung des Laserbearbeitungskopfs erfordert.
