DE102021105220A1

DE102021105220A1 - Galvanometerantrieb

Info

Publication number: DE102021105220A1
Application number: DE102021105220.3A
Authority: DE
Inventors: Robin Gruber
Original assignee: Scanlab GmbH
Current assignee: Scanlab GmbH
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-08
Also published as: CN116848765A; WO2022184671A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Galvanometerantrieb, insbesondere für eine Laserbearbeitungsvorrichtung, mit einem Stator (2), der eine Spule (20) umfasst, mit einem drehbaren Rotor (3), der in zumindest einem Abschnitt durch einen Permanentmagneten (22) ausgebildet ist, und mit einem in Radialrichtung (R) des Galvanometerantriebs (1) zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) angeordneten Spalt (4), so dass der Rotor (3) gegenüber dem Stator (2) drehbar ist. Erfindungsgemäß ist im Spalt (4) ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Abschirmelement (5) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung das Abschirmelement (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Galvanometerantrieb, mit einem Stator, der eine Spule umfasst, mit einem drehbaren Rotor, der zumindest in einem Abschnitt durch einen Permanentmagneten ausgebildet ist, und mit einem in Radialrichtung des elektrischen Antriebs zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Spalt, so dass der Rotor gegenüber dem Stator drehbar ist.
Aus der DE 10 2007 037 183 A1 ist ein Galvanometerantrieb für Laserbearbeitungsvorrichtungen bekannt.
Insbesondere bei der Durchführung von Laserapplikationen - wie z.B. Lasermarkieren, generative Fertigung, Laserschweißen oder Laserschneiden - werden Galvanometerantriebe verwendet, um optische Elemente, wie z.B. Spiegel, zur Ablenkung eines Bearbeitungslaserstrahls zu positionieren. Dabei handelt es sich um Rotationsmotoren mit begrenztem Winkelbereich, die bei der heute gängigen Ausführung als „moving-magnet“ Galvanometerantrieb im Wesentlichen eine Spule und einen bewegbaren Permanentmagneten umfassen. Der Permanentmagnet des Galvanometerantriebs dreht sich bei einem Betrieb des Galvanometerantriebs in einem externen Magnetfeld, das durch einen die Spule aufweisenden Stator erzeugt wird. Insbesondere bei modernen digitalen Regelungen, die auf Pulsweitenmodulation beruhen, wird die zur Ansteuerung benötigte Spannung durch eine schnelle Abfolge von Spannungspulsen unterschiedlicher Breite erzeugt, aber mit wenigen diskreten Höhenstufen nachgebildet, welche im Mittel die gewünschte Spannung ergeben. Die Abfolgerate dieser Pulse liegt dabei im kHz-MHz Bereich. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung ist am Beginn und Ende eines Pulses sehr hoch, wodurch eine elektrische Gleichtaktstörung erzeugt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Galvanometerantrieb bereitzustellen, bei dem die Störungen vermindert sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Galvanometerantrieb und ein Abschirmelement mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Vorgeschlagen wird ein Galvanometerantrieb, mittels dem beispielsweise Winkeleinstellungen vorgenommen werden können. Derartige Galvanometerantriebe können beispielsweise für eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen sein, um beispielsweise Ablenkspiegel für einen Bearbeitungslaser drehen zu können.
Der Galvanometerantrieb umfasst einen Stator, der eine Spule umfasst. Mittels des Stators bzw. der Spule kann ein Magnetfeld ausgebildet werden, um eine Drehung auszubilden. Die Spule wird dabei von einem Spulenstrom durchflossen, der das Magnetfeld ausbildet. Mittels einer Steuerung des Spulenstroms kann der Galvanometerantrieb gesteuert werden. Infolgedessen kann mittels der Steuerung des Spulenstroms der Ablenkspiegel entsprechend gedreht werden.
Ferner umfasst der Galvanometerantrieb einen drehbaren Rotor, der in zumindest einem Abschnitt durch einen Permanentmagneten ausgebildet ist. Der Permanentmagnet wechselwirkt mit dem durch den Stator bzw. die Spule erzeugten Magnetfeld, so dass der Rotor in Drehung versetzt wird.
Außerdem umfasst der Galvanometerantrieb einen in Radialrichtung des Galvanometerantriebs zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Spalt, so dass der Rotor gegenüber dem Stator drehbar ist. Der Stator und der Rotor sind somit voneinander beabstandet, so dass der Rotor frei gegenüber dem Stator drehen kann. Lediglich magnetische Kräfte wirken zwischen dem Rotor und dem Stator bzw. über den Spalt hinweg.
Erfindungsgemäß ist im Spalt ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Abschirmelement angeordnet. Mittels des Abschirmelements kann der Rotor vom Stator elektrisch abgeschirmt werden. Dadurch kann der Rotor vom Stator kapazitiv entkoppelt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass sich beim Schalten des durch die Spule führenden elektrischen Spulenstroms eine elektrische Störung über die kapazitive Kopplung in den Rotor einkoppelt und hier zu Problemen führt. Derartige Probleme sind beispielsweise Ströme durch Lager des Galvanometerantriebs, die über den Rotor, das Lager, ein Gehäuse usw. fließen können, welche während der Drehung zu Funkenbildung und damit zu Lagerschäden führen können. Außerdem kann es zu Beeinflussungen von Positionssensoren kommen, die zur Überwachung vorhanden sein können. Durch elektrische Felder der kapazitiven Kopplung und die magnetischen Felder von Ableitströmen können die Positionssensoren beeinflusst werden. Ferner können elektromagnetische Abstrahlungen ausgebildet werden, welche zu Fehlfunktionen umliegender Baugruppen führen können.
Von Vorteil ist es, wenn der Stator in Radialrichtung um den Rotor angeordnet ist. Der Stator ist somit außen und der Rotor ist innen angeordnet. Alternativ kann aber auch der Rotor in Radialrichtung um den Stator angeordnet sein. Dann ist der Rotor außen und der Stator innen angeordnet.
Vorteilhaft ist es, wenn das Abschirmelement in einer Umfangsrichtung des elektrischen Antriebs geschlossen ist. Dadurch kann die Abschirmung verbessert werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Abschirmelement zylinderförmig ausgebildet ist. Dadurch ist es rotationssymmetrisch. Zusätzlich oder alternativ ist es um den Rotor oder den Stator angeordnet. Je nachdem, ob der Rotor oder der Stator innen angeordnet ist, ist das Abschirmelement um den Rotor oder den Stator angeordnet.
Vorteilhaft ist es, wenn das Abschirmelement am Stator oder am Rotor angeordnet ist. Dadurch ist ein einfacher Aufbau des Galvanometerantriebs gegeben. Wenn das Abschirmelement am Stator angeordnet ist, dreht es sich, wie der Galvanometerantrieb, nicht mit, so dass der Aufbau des Galvanometerantriebs besonders einfach wird. Alternativ kann das Abschirmelement vom Stator und vom Rotor beabstandet sein.
Von Vorteil ist es, wenn ein erster Abstand zwischen dem Abschirmelement und dem Rotor und/oder ein zweiter Abstand zwischen dem Abschirmelement und dem Stator vorzugsweise in Umfangsrichtung und/oder in einer Axialrichtung des elektrischen Antriebs konstant ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Abschirmelement in Radialrichtung mittig zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist.
Von Vorteil ist es, wenn sich das Abschirmelement in einer Axialrichtung des Galvanometerantriebs aus dem Spalt hinauserstreckt. Dadurch reicht auch die abschirmende Wirkung des Abschirmelements über den Spalt hinaus, so dass die Abschirmung verbessert wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das Abschirmelement in Axialrichtung über ein erstes Rotorende hinausragt. Zusätzlich oder alternativ kann das Abschirmelement in Axialrichtung auch über ein erstes Statorende hinausragen.
Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Abschirmelement in Axialrichtung über ein zum ersten Rotorende in Axialrichtung gegenüberliegendes zweites Rotorende hinausragt. Zusätzlich oder alternativ kann das Abschirmelement in Axialrichtung auch über ein zum ersten Statorende in Axialrichtung gegenüberliegendes zweites Statorende hinausragen. Dadurch reicht das Abschirmelement über die jeweiligen Enden des Rotors und/oder des Stators hinaus, so dass auch die Abschirmung entsprechend wirken kann.
Von Vorteil ist es, wenn das erste Rotorende und das erste Statorende in Axialrichtung des Galvanometerantriebs zueinander bündig sind. Zusätzlich oder alternativ kann auch das zweite Rotorende und das zweite Statorende in Axialrichtung des Galvanometerantriebs zueinander bündig sein.
Vorteilhaft ist es, wenn das Abschirmelement zumindest eine elektrische Leiterschicht aufweist. Beispielsweise kann die elektrische Leiterschicht eine Metallfolie sein, so dass das Abschirmelement auf einfache Weise ausgebildet ist. Dabei kann das derart ausgebildete Abschirmelement elektrisch isoliert auf dem Stator und/oder auf dem Rotor angeordnet sein. Beispielsweise kann die elektrische Leiterschicht auf dem Stator und/oder dem Rotor aufgeklebt sein. Dadurch kann das Abschirmelement einfach und/oder kostengünstig ausgebildet werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Abschirmelement zumindest eine elektrisch isolierende Trägerschicht aufweist. Auf der elektrisch isolierenden Trägerschicht kann die elektrische Leiterschicht angeordnet sein. Ferner kann auch die Leiterschicht zwischen zwei elektrisch isolierenden Trägerschichten angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Abschirmelement auch mehrere übereinander angeordnete elektrisch isolierende Trägerschichten und Leiterschichten aufweisen. Dadurch wird die Abschirmung verbessert. Ferner kann dadurch das Abschirmelement auf einfache Weise ausgebildet werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die mehreren übereinander angeordneten Trägerschichten und Leiterschichten derart angeordnet sind, dass in Radialrichtung über isolierenden Bereichen leitende Bereiche angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ können die mehreren übereinander angeordneten Trägerschichten und Leiterschichten derart angeordnet sein, dass in Radialrichtung über leitenden Bereichen isolierende Bereiche angeordnet sind. Dadurch werden auch Bereiche von isolierenden Bereichen mittels leitenden Bereichen geschlossen. Dadurch wird ein durchgehendes Abschirmelement erreicht. Dadurch wird ein durchgehend elektrisch leitfähiges Abschirmelement erreicht.
Von Vorteil ist es, wenn die elektrische Leiterschicht auf der dem Rotor oder dem Stator zugewandten Seite der Trägerschicht angeordnet ist oder dass auf beiden Seiten der Trägerschicht eine elektrische Leiterschicht angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Leiterschicht zumindest eine Kammstruktur aufweist, die einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kammrücken und vom Kammrücken mehrere in Axialrichtung orientierte und in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Kammzinken aufweist. Durch die voneinander beabstandeten Kammzinken kann verhindert werden, dass sich Wirbelströme im Abschirmelement ausbilden, welche den Rotor bei der Drehung bremsen würden. Über den Kammrücken können die Kammzinken jedoch elektrisch miteinander verbunden sein, so dass Potentialunterschiede zwischen den Kammzinken ausgeglichen werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Abschirmelement zwei Kammstrukturen aufweist. Die beiden Kammstrukturen können voneinander elektrisch isoliert sein. Zusätzlich oder alternativ können die beiden Kammstrukturen in Axialrichtung voneinander beabstandet sein. Zusätzlich oder alternativ können die beiden Kammstrukturen gegeneinander orientiert sein. Mit Hilfe der beiden Kammstrukturen kann die Ausbildung der Wirbelströme weiter unterdrückt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Kammzinken ein Isolierspalt und/oder ein Isoliermaterial angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch zwischen den Kammstrukturen ein Isolierspalt und/oder ein Isoliermaterial angeordnet sein. Dadurch sind die beiden Kammstrukturen voneinander elektrisch isoliert, so dass nur sehr geringe Wirbelströme ausgebildet werden können.
Von Vorteil ist es, wenn sich die beiden Kammstrukturen bis in einen Mittelbereich des Abschirmelements erstrecken.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kammzinken untereinander eine gleiche und/oder eine unterschiedliche Zinkenlänge aufweisen. Dabei können alle die gleiche Zinkenlänge aufweisen oder zumindest einige können die gleiche und einige können eine unterschiedliche Zinkenlänge aufweisen. Alternativ können auch alle Kammzinken untereinander unterschiedliche Zinkenlängen aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ können die Kammzinken untereinander eine gleiche und/oder eine unterschiedliche Zinkenbreite aufweisen. Dabei können alle die gleiche Zinkenbreite aufweisen oder zumindest einige können die gleiche und einige können eine unterschiedliche Zinkenbreite aufweisen. Alternativ können auch alle Kammzinken untereinander unterschiedliche Zinkenbreiten aufweisen.
Von Vorteil ist es zusätzlich oder alternativ, wenn eine Kammzinke der eine Kammstruktur und eine entsprechende in Axialrichtung beabstandete Kammzinke der anderen Kammstruktur ein Kammzinkenpaar bilden, wobei bei zumindest einigen Kammzinkenpaaren die beiden Kammzinken zueinander unterschiedliche Zinkenlängen aufweisen. Das heißt, dass die beiden Kammzinken eines Kammzinkenpaares unterschiedliche Zinkenlängen aufweisen. Ein zwischen diesen beiden Kammzinken angeordneter Isolierspalt ist somit nicht mittig zwischen den Kammstrukturen angeordnet, sondern neben der Mitte bzw. neben dem Mittelbereich angeordnet. Ferner können die Gesamtlängen der beiden Kammzinken von zumindest einigen Kammzinkenpaaren, insbesondere von allen Kammzinkenpaaren, zueinander gleich und/oder unterschiedlich sein.
Vorteilhaft ist es, wenn bei zumindest einigen Kammzinkenpaaren eine Kammzinke an einem dem Kammrücken gegenüberliegenden Kammzinkenende einen Ausschnitt aufweist und die dazugehörige andere Kammzinke des Kammzinkenpaares einen zum Ausschnitt geformten Fortsatz aufweist, welcher in den Ausschnitt der entsprechenden Kammzinke eingreift. Infolgedessen greifen die beiden Kammzinken eines Kammzinkenpaares ineinander ein, so dass die Abschirmung verbessert wird. Der Ausschnitt kann dabei kreisförmig, elliptisch, eckig und/oder V-förmig ausgebildet sein, wobei der entsprechende Fortsatz eine dazu entsprechende Form aufweist. Dabei können auch die Ausschnitte und die Fortsätze der jeweiligen Kammzinkenpaare zueinander unterschiedlich sein.
Von Vorteil ist es, wenn die Kammzinken rechteckig, trapezförmig und/oder wellenförmig ausgebildet sind. Beispielsweise können einige Kammzinken rechteckig, einige trapezförmig und einige wellenförmig ausgebildet sein. Dadurch kann die Abschirmung verbessert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Kammrücken der zumindest einen Kammstruktur, insbesondere vollständig, in Axialrichtung außerhalb des Spalts angeordnet ist. Vorzugsweise können auch beide Kammrücken der beiden Kammstrukturen außerhalb des Spalts angeordnet sein. Infolgedessen ist der zumindest eine Kammrücken in Axialrichtung neben dem Rotor und/oder Stator angeordnet. Der zumindest eine Kammrücken ist somit in einem Bereich angeordnet, in dem das Magnetfeld des Stators und/oder des Rotors geringer ist. Zusätzlich oder alternativ können die Kammzinken, insbesondere vollständig, innerhalb des Spalts angeordnet sein. Die Kammzinken sind somit im Bereich zwischen Rotor und Stator angeordnet. Dort weist das Magnetfeld die größte Stärke auf, so dass mittels der Kammzinken die Abschirmung verbessert ist.
Von Vorteil ist es, wenn das Abschirmelement zumindest ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement aufweist, das das Abschirmelement, insbesondere die zumindest eine Kammstruktur, mit einem Gehäuse des elektrischen Antriebs elektrisch verbindet. Dadurch kann das Abschirmelement geerdet werden. Insbesondere kann dadurch zwischen dem Abschirmelement und dem Gehäuse ein Potentialausgleich geschaffen werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Abschirmelement als flexible Leiterplatte ausgebildet ist, die zylinderförmig aufgerollt ist, wobei die Leiterschicht vorzugsweise gedruckt, gestanzt und/oder geätzt ist. Dadurch kann das Abschirmelement auf einfache Weise ausgebildet werden. Die Isolierschicht kann ferner beispielsweise als ausgehärteter Lack ausgebildet sein. Die Isolierschicht kann zusätzlich oder alternativ als eine Folie, insbesondere Kunststofffolie, ausgebildet sein, welche mit der Leiterschicht verbunden ist.
Von Vorteil ist es, wenn das Abschirmelement in Radialrichtung eine Dicke von weniger als 1 mm aufweist. Dadurch kann der Galvanometerantrieb kompakt ausgebildet werden.
Des Weiteren wird ein Abschirmelement für einen Galvanometerantrieb vorgeschlagen. Der Galvanometerantrieb ist gemäß einem oder mehreren Merkmalen der vorangegangenen und/oder nachfolgenden Beschreibung ausgebildet. Das Abschirmelement ist ferner derart ausgebildet, dass es für den Galvanometerantrieb gemäß einem oder mehreren Merkmalen der vorangegangenen und/oder nachfolgenden Beschreibung verwendet werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

1 eine seitliche Querschnittsansicht eines Galvanometerantriebs mit Abschirmelement,
2a eine Draufsicht auf das Abschirmelement,
2b eine Draufsicht auf das Abschirmelement mit Kammzinken mit unterschiedlichen Zinkenlängen,
2c eine Draufsicht auf das Abschirmelement mit trapezförmigen Kammzinken,
2d eine Draufsicht auf das Abschirmelement mit Kammzinken mit Fortsätzen und Ausschnitten,
3 eine Schnittansicht durch den Stator und das Abschirmelement und
4 eine Schnittansicht durch das Abschirmelement mit Leiterschicht und elektrisch isolierender Trägerschicht.

1 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Galvanometerantriebs 1 mit einem Abschirmelement 5.
Der Galvanometerantrieb 1 umfasst einen Stator 2, der eine Spule 20 umfasst. Die Spule 20 wird mit einem Spulenstrom beaufschlagt, so dass der Stator 2 ein Magnetfeld erzeugt. Der Stator 2 umfasst ferner gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen magnetischen Rückschluss 21, um das Magnetfeld zu verstärken.
Des Weiteren umfasst der Galvanometerantrieb 1 einen drehbaren Rotor 3, der in zumindest einem Abschnitt durch einen Permanentmagneten 22 ausgebildet ist. Der Rotor 3 kann dabei in zumindest einem Längsabschnitt bzw. einem Abschnitt in Axialrichtung A mittels dem Permanentmagneten 22 ausgebildet sein. Mit Hilfe des Permanentmagneten 22 wird ein permanentes Magnetfeld ausgebildet. Das vom Rotor 3 und das vom Stator 2 erzeugte Magnetfeld wechselwirken miteinander, so dass mittels Steuerns des Spulenstroms durch den Stator 2 der Rotor 3 gedreht werden kann. Des Weiteren umfasst der Galvanometerantrieb 1 eine Welle 18, an der beispielsweise ein Ablenkspiegel angeordnet sein kann, um zur Laserbearbeitung einen Laserstrahl ablenken und führen zu können.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotor 3 innenliegend und der Stator 2 außen um den Rotor 3 angeordnet.
In einer Radialrichtung R des Galvanometerantriebs 1 ist zwischen Rotor 3 und Stator 2 ein Spalt 4 angeordnet. Durch den Spalt 4 ist der Rotor 3 vom Stator 2 beabstandet, so dass der Rotor 3 berührungslos zum Stator 2 drehen kann.
Um eine Übertragung von Störungen zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 zu verhindern oder zumindest zu verringern, ist im Spalt 4 das zumindest teilweise elektrisch leitfähige Abschirmelement 5 angeordnet. Derartige Störungen treten insbesondere beim Schalten des Spulenstroms auf und können, beispielsweise durch kapazitive Kopplung, auf den Rotor 3 übertragen werden. Dort kann es zu elektrischen Strömen kommen, welche beispielsweise über die hier gezeigten Lager 19a, 19b, mittels der der Rotor 3 bzw. die Welle 18 in einem Gehäuse 16 gelagert ist, abgeführt werden. Dadurch können die Lager 19a, 19b, beispielsweise durch Funkenbildung, beschädigt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein hier nicht gezeigter Positionssensor zum Messen der Position bzw. der Orientierung des Rotors 3 beeinflusst werden, so dass falsche Messergebnisse ausgegeben werden. Weiterhin zusätzlich oder alternativ können auch elektromagnetische Abstrahlungen auftreten, welche umliegende Elektronikgeräte stören können.
Mit Hilfe des Abschirmelements 5, welches zumindest teilweise elektrisch leitfähig ist, kann der Rotor 3 kapazitiv vom Stator 2 kapazitiv geschirmt werden, sodass die genannten Störungen vermindert bzw. verhindert werden.
Das Abschirmelement 5 ist zumindest vom Rotor 3 beabstandet, so dass sich der Rotor 3 berührungslos gegenüber dem Abschirmelement 5 drehen kann.
Der Stator 2 weist ferner eine dem Rotor 3 zugewandte Statorinnenseite 23 auf. Vorzugsweise ist das Abschirmelement 5 an der Statorinnenseite 23 angeordnet, wie es beispielsweise in der folgenden 3 gezeigt ist.
Des Weiteren weist der Rotor 3 ein erstes Rotorende 6 und davon ein in Axialrichtung A beabstandetes zweites Rotorende 8 auf. Weiterhin weist der Stator 2 ein erstes Statorende 7 und davon ein in Axialrichtung A beabstandetes zweites Statorende 9 auf. Wie gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, sind das erste Rotorende 6 und das erste Statorende 7 zueinander bündig. Zusätzlich oder alternativ können auch das zweiten Rotorende 8 und das zweite Statorende 9 zueinander bündig sein.
Außerdem weist das Abschirmelement 5 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zumindest ein Verbindungselement 15a, 15b auf, mittels dem eine elektrische Verbindung zum Gehäuse 16 ausgebildet werden kann. Mit Hilfe des zumindest einen Verbindungselements 15a, 15b kann somit ein Potential zwischen Abschirmelement 5 und Gehäuse 16 ausgeglichen werden. Insbesondere kann mittels des zumindest einen Verbindungselements 15a, 15b das Abschirmelement 5 geerdet werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Abschirmelement 5 zwei Verbindungselemente 15a, 15b auf, welche hier in Axialrichtung A voneinander beabstandet mit dem Gehäuse 16 elektrisch leitend verbunden sind.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Abschirmelement 5, insbesondere zylinderförmig, um den Rotor 3 herum. Das Abschirmelement 5 umschließt somit den Rotor 3 in einer Umfangsrichtung U im Wesentlichen vollständig, so dass die Abschirmung lückenlos ist. Das Abschirmelement 5 des hier gezeigten Ausführungsbeispiels ist somit im Wesentlichen zylindrisch, was daran begründet ist, dass der Rotor 3 und die dem Rotor 3 zugewandte Statorinnenseite 23 ebenfalls zylindrisch ist.
In anderen Ausführungsbeispielen kann der Rotor auch eine nichtzylindrische Form haben.
2 zeigt eine Draufsicht auf das Abschirmelement 5.
Merkmale, welche bereits in der zumindest einen vorgegangenen Figur beschrieben sind, werden der Einfachheit halber nicht nochmals erklärt. Ferner können Merkmale auch erst in dieser oder in zumindest einer der nachfolgenden Figuren beschrieben werden. Des Weiteren werden der Einfachheit halber für gleiche Merkmal gleiche Bezugszeichen verwendet. Außerdem können der Übersichtlichkeit halber nicht mehr alle Merkmale in den folgenden Figuren gezeigt und/oder mit einem Bezugszeichen versehen sein. Es können jedoch in einer oder mehreren der vorangegangenen Figuren gezeigte Merkmale auch in dieser oder in einer oder mehreren der nachfolgenden Figuren vorhanden sein. Ferner können der Übersichtlichkeit halber Merkmale auch erst in dieser oder in einer oder mehreren der nachfolgenden Figuren gezeigt und/oder mit einem Bezugszeichen versehen sein. Nichtsdestotrotz können Merkmale, welche erst in einer oder mehreren der nachfolgenden Figuren gezeigt sind, auch bereits in einer vorangegangenen Figur vorhanden sein.
2a zeigt ferner das Abschirmelement 5 flächig. Beispielsweise ist eine Mantelfläche des Abschirmelements 5 oder das Abschirmelement 5 in einem abgewickelten Zustand gezeigt. Das hier gezeigte Abschirmelement 5 umfasst zumindest eine Kammstruktur 12a, 12b. Hier weist das Abschirmelement 5 zwei Kammstrukturen 12a, 12b auf. Die zumindest eine Kammstruktur 12a, 12b bzw. die hier gezeigten beiden Kammstrukturen 12a, 12b weisen einen Kammrücken 13a, 13b und daran angeordnete Kammzinken 14 auf. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Kammzinken 14 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die Kammzinken 14 erstrecken sich in Axialrichtung A vom Kammrücken 13, 13b bzw. von den Kammrücken 13, 13b weg. Die Kammzinken 14 erstrecken sich bis in einen Mittelbereich M des Abschirmelements 5.
Ferner sind die Kammstrukturen 12a, 12b elektrisch leitfähig, so dass diese die Abschirmung bilden. Beispielsweise sind die Kammstrukturen 12a, 12b aus einer elektrisch leitfähigen Leiterschicht 11 ausgebildet. Diese Leiterschicht 11 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 10 angeordnet. Durch die Trägerschicht 10 und die Leiterschicht 11 kann das Abschirmelement 5 entsprechend dünn ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Leiterschicht 11 auf die Trägerschicht 10 aufgedruckt werden. Ferner kann die Leiterschicht 11 ausgestanzt und auf die Trägerschicht 10 aufgeklebt sein. Auch kann die Leiterschicht 11 herausgeätzt werden.
Außerdem sind die Kammzinken 14 untereinander voneinander beabstandet, so dass Wirbelströme beim Betrieb des Galvanometerantriebs 1 verhindert bzw. verringert werden. Außerdem sind die beiden Kammstrukturen 12a, 12b voneinander elektrisch isoliert. Zwischen den Kammstrukturen 12a, 12b sowie zwischen den Kammzinken 14 ist jeweils ein Isolierspalt 17 angeordnet, welcher beispielsweise mit einem Isoliermaterial gefüllt sein kann.
Mittels den Kammrücken 13a, 13b sind die Kammzinken 14 jedoch elektrisch leitfähig verbunden.
Des Weiteren sind hier die Verbindungselemente 15 gezeigt, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich ein Verbindungselement 15 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Verbindungselemente 15 erstrecken sich hier in Axialrichtung A von den Kammstrukturen 12a, 12b, insbesondere von den Kammrücken 13a, 13b, weg. Die Verbindungselemente 15 können umgeknickt werden, so dass diese gemäß 1 mit dem Gehäuse 16 verbunden werden können.
Weiterhin weisen die Kammzinken 14 eine Zinkenlänge 24 und eine Zinkenbreite 25 auf. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Kammzinken 14 einer Kammstruktur 12a, 12b die gleiche Zinkenlänge 24 und die gleiche Zinkenbreite 25 auf. Hier weisen alle Kammzinken 14 der beiden Kammstrukturen 12a, 12b die gleiche Zinkenlänge 24 und die gleiche Zinkenbreite 25 auf.
2b zeigt eine Draufsicht auf das Abschirmelement 5 mit Kammzinken 14 mit unterschiedlichen Zinkenlängen 24a, 24b. Die Zinkenbreiten 25 der Kammzinken 14 ist hier untereinander gleich. In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können auch die Zinkenbreiten 25 unterschiedlich sein.
Des Weiteren können jeweils zwei in Axialrichtung A voneinander beabstandete bzw. zwei in Axialrichtung A zueinander zugeordnete Kammzinken 14 der beiden Kammstrukturen 12a, 12b ein Kammzinkenpaar 26 bilden. Die Zinkenlängen 24a, 24b der beiden Kammzinken 14 des Kammzinkenpaares 26 weisen eine Gesamtlänge auf. Die Gesamtlängen aller Kammzinkenpaare 26 kann ferner untereinander gleich sein.
Ferner sind, wie hier gezeigt ist, die Kammzinken 14 einer Kammstruktur 12a, 12b in Umfangsrichtung U abwechselnd lang und kurz. Die Kammstrukturen 12a, 12b bzw. die Kammzinken 14 greifen hier ineinander ein. Der zwischen den Kammstrukturen 12a, 12b angeordnete Isolierspalt 17 ist hier mäanderförm ig.
2c zeigt eine weitere Ausgestaltung der Kammzinken 14. Die Kammzinken 14 sind hier trapezförmig ausgebildet. Die Zinkenbreite 25 der Kammzinken 14 der beiden Kammstrukturen 12a, 12b nimmt hier in Richtung des Mittelbereichs M zu. In Richtung der Kammrücken 13a, 13b verschmälern sich die Kammzinken 14 bzw. ist die Zinkenbreite 25 am geringsten.
2d zeigt eine weitere Ausgestaltung der Kammzinken 14. Eine Kammzinke 14 weist einen Ausschnitt 28a auf. Die in Axialrichtung A zugeordnete Kammzinke 14 weist einen entsprechenden Fortsatz 29a auf, welcher in den Ausschnitt 28a eingreift. Der Ausschnitt 28a und der dazu zugeordnete Fortsatz 29a sind hier dreieckig. In diesem Ausführungsbeispiel ist bei einer weiteren Kammzinke 14 ein weiterer Ausschnitt 28b gezeigt. Die in Axialrichtung A entsprechend zugeordnete Kammzinke 14 weist einen entsprechenden Fortsatz 29b auf. Der Ausschnitt 28b und der dazu zugeordnete Fortsatz 29b sind hier rechteckig. Insbesondere weisen die Ausschnitte 28 und die Fortsätze 29 eines Kammzinkenpaares 26 eine zueinander entsprechende Form auf. Beispielsweise können diese Formen dreieckig, rechteckig, kreisförmig sein. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich an zwei Kammzinken 14 zwei verschiedene Ausschnitte 28a, 28b und an zwei entsprechenden Kammzinken 14 zwei verschiedene entsprechende Fortsätze 29a, 29b gezeigt. Es können auch alle Kammzinken 14 Ausschnitte 28 und entsprechend geformte Fortsätze 29 aufweisen, die untereinander die gleiche Form und/oder eine unterschiedliche Form aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können lediglich einige Ausschnitte 28 und Fortsätze 29 eine unterschiedliche Form aufweisen.
Mit Hilfe der Ausschnitte 28 und der Fortsätze 29 kann die Abschirmung verbessert werden.
3 zeigt eine Schnittansicht durch den Stator 2 und das Abschirmelement 5. Das Abschirmelement 5 ist hier wieder zylinderförmig dargestellt. Das Abschirmelement 5 weist hier beispielsweise die Ausgestaltung der 2a auf. Der Rotor 3 ist hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
Zwischen den Kammzinken 14 und/oder den Kammstrukturen 12a, 12b ist der Isolierspalt 17 angeordnet, um die Kammzinken 14 und/oder die Kammstrukturen 12a, 12b voneinander elektrisch zu isolieren. Gemäß der hier gezeigten Schnittansicht ist der Isolierspalt 17 mit einem Isoliermaterial 27 ausgefüllt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Übergang zwischen dem Kammrücken 13a zu den Kammzinken 14 mit dem ersten Rotorenden 6 und/oder dem ersten Statorende 7 bündig. Zusätzlich oder alternativ ist auch der Übergang zwischen dem Kammrücken 13b zu den Kammzinken 14 mit dem zweiten Rotorende 8 und/oder dem zweiten Statorende 9 bündig. Die Kammzinken 14 sind in Axialrichtung A im Bereich des Stators 2 und/oder Rotors 3 angeordnet. Die Kammrücken 13a, 13b sind in Axialrichtung zum Stator 2 und/oder zum Rotor 3 benachbart. Der Rotor 3 ist hier nicht gezeigt. Wenn der Rotor 3 mit gezeigt wäre, wäre zwischen diesen beiden der Spalt 4 angeordnet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind somit die Kammzinken 14 im Spalt 4 und/oder die Kammrücken 13a, 13b sind in Axialrichtung A neben bzw. zum Spalt 4 benachbart angeordnet. Die Kammrücken 13a, 13b sind hier außerhalb des Spalts 4 angeordnet.
4 zeigt eine Schnittansicht durch das Abschirmelement 5 mit Leiterschicht 11 und elektrisch isolierender Trägerschicht 10. Das Abschirmelement 5 kann beispielsweise schichtweise aufgebaut sein.
Beispielsweise kann die Trägerschicht 10 als Folie, beispielsweise als Kunststofffolie, vorliegen und die Leiterschicht 11 kann zumindest teilweise auf die Trägerschicht 10 gedruckt oder abgeschieden werden. Die Leiterschicht 11 bzw. die zumindest eine Kammstruktur 12a, 12b kann ferner auch herausgeätzt werden. Die beiden Verbindungselemente 15a, 15b können ferner ebenfalls angeordnet werden. Alternativ können diese auch durch die Trägerschicht 10 und die Leiterschicht 11 ausgebildet sein. Diese können umgeknickt werden, um die Verbindungselemente 15a, 15b mit dem Gehäuse 16 zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Galvanometerantrieb
2: Stator
3: Rotor
4: Spalt
5: Abschirmelement
6: erstes Rotorende
7: erstes Statorende
8: zweites Rotorende
9: zweites Statorende
10: Trägerschicht
11: Leiterschicht
12: Kammstruktur
13: Kammrücken
14: Kammzinken
15: Verbindungselement
16: Gehäuse
17: Isolierspalt
18: Welle
19: Lager
20: Spule
21: magnetischer Rückschluss
22: Permanentmagnet
23: Statorinnenseite
24: Zinkenlänge
25: Zinkenbreite
26: Kammzinkenpaar
27: Isoliermaterial
28: Ausschnitt
29: Fortsatz
M: Mittelbereich
A: Axialrichtung
R: Radialrichtung
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007037183 A1 [0002]

Claims

Galvanometerantrieb (1), insbesondere für eine Laserbearbeitungsvorrichtung, mit einem Stator (2), der eine Spule (20) umfasst, mit einem drehbaren Rotor (3), der in zumindest einem Abschnitt durch einen Permanentmagneten (22) ausgebildet ist, und mit einem in Radialrichtung (R) des Galvanometerantriebs (1) zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) angeordneten Spalt (4), so dass der Rotor (3) gegenüber dem Stator (2) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Spalt (4) ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Abschirmelement (5) angeordnet ist.
Galvanometerantrieb (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) zylinderförmig ausgebildet ist und/oder um den Rotor (3) oder den Stator (2) angeordnet ist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) am Stator (2) oder am Rotor (3) angeordnet ist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Abschirmelement (5) in einer Axialrichtung (A) des Galvanometerantriebs (1) aus dem Spalt (4) hinauserstreckt.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) in Axialrichtung (A) über ein erstes Rotorende (6) und/oder über ein erstes Statorende (7) hinausragt und/oder dass das Abschirmelement (5) in Axialrichtung (A) über ein zum ersten Rotorende (6) in Axialrichtung (A) gegenüberliegendes zweites Rotorende (8) und/oder über ein zum ersten Statorende (7) in Axialrichtung (A) gegenüberliegendes zweites Statorende (9) hinausragt.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) zumindest eine elektrische Leiterschicht (11) aufweist, die vorzugsweise elektrisch isoliert auf dem Stator (2) und/oder dem Rotor (3) angeordnet, insbesondere aufgeklebt, ist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) zumindest eine elektrisch isolierende Trägerschicht (10) aufweist, wobei die Leiterschicht (11) vorzugsweise zwischen zwei elektrisch isolierenden Trägerschichten (10) angeordnet ist und/oder wobei das Abschirmelement vorzugsweise mehrere übereinander angeordnete elektrisch isolierende Trägerschichten (10) und Leiterschichten (11) aufweist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren übereinander angeordnete Trägerschichten (10) und Leiterschichten (11) derart angeordnet sind, dass in Radialrichtung (R) über isolierenden Bereichen leitende Bereich und/oder in Radialrichtung (R) über leitenden Bereichen isolierende Bereiche angeordnet sind.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leiterschicht (11) auf der dem Rotor (3) oder dem Stator (2) zugewandten Seite der Trägerschicht (10) angeordnet ist oder dass auf beiden Seiten der Trägerschicht (10) eine elektrische Leiterschicht (11) angeordnet ist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (11) zumindest eine Kammstruktur (12a, 12b) aufweist, die einen sich in Umfangsrichtung (U) erstreckenden Kammrücken (13) und vom Kammrücken (13) mehrere in Axialrichtung (A) orientierte und in Umfangsrichtung (U) voneinander beabstandete Kammzinken (14) aufweist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) zwei Kammstrukturen (12a, 12b) aufweist, welche vorzugsweise voneinander elektrisch isoliert, in Axialrichtung (A) voneinander beabstandet und/oder gegeneinander orientiert sind.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung (U) benachbarten Kammzinken (14) und/oder zwischen den Kammstrukturen (12a, 12b) ein Isolierspalt (17) und/oder ein Isoliermaterial angeordnet ist.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Kammstrukturen (12a, 12b) bis in einen Mittelbereich (M) des Abschirmelements (5) erstrecken.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammzinken (14) untereinander eine gleiche und/oder eine unterschiedliche Zinkenlänge (24) und/oder Zinkenbreite (25) aufweisen und/oder dass eine Kammzinke (14) der einen Kammstruktur (12a, 12b) und eine entsprechende in Axialrichtung (A) beabstandete Kammzinke (14) der anderen Kammstruktur (12a, 12b) ein Kammzinkenpaar (26) bilden, wobei bei zumindest einigen Kammzinkenpaaren (26) die beiden Kammzinken (14) zueinander unterschiedliche Zinkenlängen (24) aufweisen.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einigen Kammzinkenpaaren (26) eine Kammzinke (14) an einem dem Kammrücken (13a, 13b) gegenüberliegenden Kammzinkenende einen, insbesondere kreisförmigen, elliptischen, eckigen und/oder V-förmigen, Ausschnitt (28) aufweist und die dazugehörige andere Kammzinke (14) des Kammzinkenpaares (26) einen zum Ausschnitt (28) geformten Fortsatz (29) aufweist, welcher in den Ausschnitt (28) des entsprechenden Kammzinken (14) eingreift.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammzinken (14) rechteckig, trapezförmig und/oder wellenförmig ausgebildet sind.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammrücken (13a, 13b) der zumindest einen Kammstruktur (12a, 12b), insbesondere vollständig, in Axialrichtung (A) außerhalb des Spalts (4) und/oder die Kammzinken (14), insbesondere vollständig, innerhalb des Spalts (4) angeordnet sind.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) zumindest ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (15) aufweist, das das Abschirmelement (5), insbesondere die zumindest eine Kammstruktur (12a, 12b), mit einem Gehäuse (16) des Galvanometerantriebs (1) elektrisch verbindet.
Galvanometerantrieb (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (5) als flexible Leiterplatte ausgebildet ist, die zylinderförmig aufgerollt ist, wobei die Leiterschicht (11) vorzugsweise gedruckt, gestanzt und/oder geätzt ist.
Abschirmelement (5) für einen Galvanometerantrieb (1), der gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist.