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Beschrieben werden ein Bearbeitungskopf einer Laserbearbeitungsvorrichtung sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
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Bearbeitungsköpfe von Laserbearbeitungsvorrichtungen sowie Laserbearbeitungsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Es ist allgemein bekannt, dass bei optisch-thermischen Verfahren wie einem Prozess zur Lasermaterialbearbeitung durch die thermischen Vorgänge im zu bearbeitenden Material Spritzer und Schmelzauswürfe und/oder Dämpfe entstehen. Diese Spritzer und Schmelzauswürfe und/oder der Dämpfe können sich auf Teilen der Laserbearbeitungsvorrichtungen niederschlagen oder kondensieren und diese verschmutzen, wodurch die Leistung der entsprechenden Anlagen reduziert wird, was wiederum Bearbeitungsfehler nach sich ziehen kann.
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Weiter bekannt ist, dass die optischen Elemente der Laserbearbeitungsoptiken durch Schutzgläser vor dem Auftreffen und somit Beschädigen der durch diese Prozesse entstehenden Verschmutzungen geschützt werden. Nach dem Anhaften von Spritzern und Kondensation von Dämpfen müssen diese oftmals teuren Schutzgläser nachteilig getauscht werden, da die optische Durchlässigkeit beschränkt ist.
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Aus der
DE 10 2011 016 932 A1 ist eine Kassette zur Halterung einer Optik in einem Laserbearbeitungskopf bekannt, mit einem Kassettengehäuse mit einer strahleingangsseitigen und einer strahlausgangsseitigen Öffnung, in das die Optik eingesetzt ist; und mindestens einer transparenten Schutzvorrichtung, die der strahleingangsseitigen oder der strahlausgangsseitigen Öffnung des Kassettengehäuses zugeordnet ist, um die Optik vor Verunreinigungen zu schützen, wobei die transparente Schutzvorrichtung an der der Optik abgewandten Seite eine ebene Fläche aufweist.
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Bekannte Schutzgläser sind jedoch teuer und ihr Austausch ist aufwendig, wodurch längerer Stillstand beim Austausch verursacht wird.
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Somit stellt sich die Aufgabe, Bearbeitungsköpfe von Laserbearbeitungsvorrichtungen sowie Laserbearbeitungsvorrichtungen der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass ein günstigerer Schutz der Anlagen möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bearbeitungskopf einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 8. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beschrieben wird ein Bearbeitungskopf einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines Laserstrahls, wobei der Bearbeitungskopf wenigstens eine Strahlführungsoptik mit wenigstens einer Linse aufweist, wobei in Bezug auf das Werkstück vor der Linse eine Schutzvorrichtung angeordnet ist, die die Linse vor Verschmutzung und Beschädigung während der Bearbeitung eines Werkstücks schützt, wobei die Schutzvorrichtung einen Folienstapel mit einer Mehrzahl von einzeln entfernbaren Schutzfolien aufweist.
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Durch die Vorsehung eines Folienstapels mit einer Mehrzahl von einzeln entfernbaren Schutzfolien ist es möglich, nach der Detektion von Verschmutzungen wie Spritzern und Kondensation von Dämpfen auf der direkt dem Bearbeitungsprozess zugewandten Schutzfolie diese zu entfernen, sodass der Strahlaustrittsbereich des Bearbeitungskopfes wieder optisch durchlässig ist.
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Bei tieferen Einbränden und damit einhergehenden Beschädigungen mehrerer übereinanderliegender Schutzfolien können entsprechend auch mehrere Schutzfolien auf einmal oder nacheinander entfernt werden, um wieder eine optisch einwandfreie Strahlführung zu gewährleisten.
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Sind alle Schutzfolien auf dem Schutzglas aufgebraucht, wird die Schutzvorrichtung der Strahlführungsoptik entnommen und entweder erneut mit weiteren Schutzfolien bestückt oder komplett mit einem neuen Folienstapel getauscht.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Folienstapel auf einem Trägerglas angeordnet ist.
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Das Trägerglas kann selbst als Schutzglas ausgestaltet sein, auf welcher mindestens eine Schutzfolie oder ein folienartiges Glas auf der dem Bearbeitungsprozess zugewandten Seite angeordnet ist.
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Sind alle Schutzfolien auf dem Schutzglas aufgebraucht, wird die Schutzvorrichtung der Strahlführungsoptik entnommen und entweder erneut mit weiteren Schutzfolien bestückt oder komplett mit einem neuen Satz Schutzglas mit Folienstapel getauscht.
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Aufgrund des Schutzes durch die Schutzfolien kann zudem ein qualitativ höherwertiges und insbesondere gegenüber den bekannten Vorrichtungen dickeres Schutzglas verwendet werden, welches sich weniger anfällig gegenüber einer Erwärmung während des Schweißens sowie einem möglichen thermischen Shift erweist (analog andere optische Komponenten). Eine größere Stabilität der Fokuslage ist in diesem Fall erreichbar.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die jeweils zum Werkstück nächste Schutzfolie bei Verschmutzung oder Beschädigung abziehbar ist.
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Auf diese Weise lässt sich eine einwandfreie Strahlführung besonders schnell wieder erreichen.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schutzfolien jeweils mit einer Greiflasche ausgestattet sind.
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Mithilfe der Greiflasche kann die abzuziehende Schutzfolie besonders einfach und schnell gegriffen und abgezogen werden.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schutzfolien auf einer dem Werkstück abgewandten Seite mit einer Haftschicht versehen sind.
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Auf diese Weise kann der Folienstapel ohne weitere Vorkehrungen aneinander haften und das Entfernen einzelner Schutzfolien wird ermöglicht.
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Die Haftschicht ist so ausgestaltet, dass sie rückstandsfrei entfernbar ist. Somit kann die optische Qualität nach Entfernen einer Schutzfolie aufrecht erhalten werden.
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Desweiteren ist die Haftschicht für den verwendeten Laserstrahl optisch hinreichend oder vollständig transparent, sodass die Bearbeitung des Werkstückes ohne Einschränkungen möglich ist.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schutzfolien auf einer dem Werkstück zugewandten Seite eine Schutzglasschicht aufweisen.
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Diese Schutzglasschicht kann eine Dünnglasschicht sein.
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Die Schutzglasschicht ist nicht entflammbar und hält mechanischen Belastungen besonders gut stand, wodurch sich die Standzeit einer Schutzfolie erhöhen lässt.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Schutzfolien eine Beschichtung aufweisen.
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Die Beschichtung kann für unterschiedliche Wellenlängen des Laserstrahles geeignet sein, z.B. im Bereich blau, grün oder infrarot usw.. So kann ein herkömmliches Trägerglas verwendet werden, welches für alle Prozesse gleich ist, und nur der Folienstapel ist unmittelbar der verwendeten Wellenlänge angepasst.
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Die Beschichtung kann auf der Schutzglasschicht aufgebracht sein.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungskopf der zuvor beschriebenen Art.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Überwachungsvorrichtung vorgesehen ist, die den Zustand der Schutzvorrichtung überwacht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Schutzvorrichtung;
- 2 ein Bearbeitungskopf der Laserbearbeitungsvorrichtung aus 1;
- 3 eine Schutzfolie der Schutzvorrichtung, sowie
- 4 den Bearbeitungskopf der Laserbearbeitungsvorrichtung während der Entfernung einer Schutzfolie der Schutzvorrichtung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung 2.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 weist eine Basis 4 auf, die auf einem Tisch 6 angeordnet ist. An der Basis 4 ist ein Bearbeitungskopf 8 angeordnet, der relativ zum Tisch 6 in zumindest drei Dimensionen verstellbar ist.
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Der Bearbeitungskopf 8 weist eine Strahlführungsoptik 10 mit einer Linse 12 auf, von der ein Laserstrahl 14 auf ein Werkstück 16 ausgeht. Der Laserstrahl 14 wird in einer nicht dargestellten Strahlquelle erzeugt und durch den Bearbeitungskopf 8 geleitet, mithilfe der Strahlführungsoptik 10 in die richtige Richtung gelenkt und mittels der Linse 12 auf das Werkstück 16 fokussiert. Die Energie des Laserstrahls 14 bewirkt im Auftreffbereich des Werkstücks 16 eine große Hitze, was das Werkstück 16 lokal zum Schmelzen bringt. Dabei entstehen sowohl Dämpfe als auch Spritzer flüssigen Materials, die vom Werkstück 16 wegfliegen.
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Diese Dämpfe und Spritzer breiten sich auch in Richtung der Linse 12 aus, die dadurch verschmutzungs- und beschädigungsgefährdet ist. Um solche Verschmutzungen und Beschädigungen zu verhindern, ist vor der Linse 12 eine Schutzvorrichtung 18 angeordnet, die günstiger und leichter austauschbar ist als die Linse 12. Dämpfe und Materialspritzer lagern sich dann auf der Schutzvorrichtung 18 ab, die bei hinreichend großer Beschädigung und dadurch Beeinträchtigung der Strahlqualität ausgetauscht werden kann. Hierzu kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 ein Erkennungssystem aufweisen, z.B. in Form einer Kamera.
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2 zeigt ein Bearbeitungskopf 8 der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 aus 1.
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Vor der Strahlführungsoptik 10 wird von unten die Schutzvorrichtung 18 angebracht. Hierzu kann am Bearbeitungskopf 8 eine passende Halterung vorgesehen sein. In anderen Ausgestaltungen kann die Schutzvorrichtung 18 seitlich eingeführt und vor der Linse 12 angeordnet werden.
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Die Schutzvorrichtung 18 weist ein Trägerglas 22 auf, an dem ein Folienstapel 20 haftet, wobei der Folienstapel 20 aus einer bestimmten Anzahl an einzelnen Schutzfolien besteht, von denen eine äußerste Schutzfolie 24 exponiert ist. Das Trägerglas 22 wird am Bearbeitungskopf 8 festgelegt.
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Sollte die äußerste Schutzfolie 24 durch Dämpfe und/oder Spritzer beschädigt oder in ihrer optischen Güte zu stark beeinträchtigt sein, kann diese leicht entfernt werden, wodurch die darunterliegende Schutzfolie exponiert wird. Dieser Vorgang kann so lange wiederholt werden, bis der Folienstapel 20 aufgebraucht ist.
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Sollte, zum Beispiel durch einen Bearbeitungsfehler besonders viel heißes Material auf die Schutzvorrichtung 18 einwirken und somit mehrere untereinander liegende Schutzfolien beschädigt sein, können alle beschädigten Schutzfolien entfernt werden, bis eine unbeschädigte Schutzfolie exponiert ist.
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3 zeigt die Schutzfolie 24 der Schutzvorrichtung 18.
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Die Schutzfolie 24 weist auf der vorliegend nach oben weisend dargestellten Seite eine Haftschicht 26 auf, mithilfe derer die Schutzfolie 24 üblicherweise an der darüberliegend angeordneten Schutzfolie haftet. Die Haftschicht 26 ist so ausgestaltet, dass sie keine Rückstände an der darüber liegenden Schutzfolie hinterlässt, um keine optische Beeinträchtigung des Laserstrahls 14 zu verursachen.
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Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine Schutzglasschicht 28 angeordnet, die mechanisch sowie thermisch stabil ist und heißen Dämpfen sowie Materialspritzern lange standhalten kann.
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Die Schutzglasschicht 28 kann optisch beschichtet sein, um bestimmte Eigenschaften zu haben, zum Beispiel optisch nur für bestimmte Wellenlängen durchsichtig zu sein.
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An der Schutzfolie 24 ist desweiteren eine Greiflasche 30 ausgebildet, mithilfe derer die Schutzfolie 24 schnell entfernbar ist.
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4 zeigt den Bearbeitungskopf 8 der Laserbearbeitungsvorrichtung 4 während der Entfernung der äußersten Schutzfolie 24.
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Hierzu ist lediglich ein Ziehen an der Greiflasche 30 erforderlich, um die darunterliegende Schutzfolie zu exponieren. Dieser Vorgang kann in wenigen Momenten durchgeführt werden, sodass sich die Stillstandzeiten der Laserbearbeitungsvorrichtung minimiert.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa einer weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011016932 A1 [0005]
