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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen einer Beschichtung von einer Bauteiloberfläche, insbesondere zum Abisolieren von Lackdrähten, mit zumindest einem Laser, einer Leiteinrichtung für den mittels des Lasers erzeugten Laserstrahl und einer Reflexionseinrichtung, und mit wenigstens einer Bauteilhalterung für das abschnittsweise zu entisolierende Bauteil, wobei mittels der Bauteilhalterung mindestens eine Aufnahmeachse ausgebildet ist, entlang der sich die Bauteile erstrecken.
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Es sind Vorrichtungen bekannt, wie zum Beispiel Abisoliergeräte, mit Hilfe denen üblicherweise die Anschlussbereiche von Leitungskabeln, insbesondere von Lackdrähten, von der den eigentlichen Stromleiter umgebenden Isolierung befreit werden, um entsprechend frei zugängliche Leiteroberflächen zu erzeugen. Mit den bekannten Vorrichtungen ist eine mechanische Bearbeitung der zu entisolierenden Leiterabschnitte vermieden, wodurch zum einen eine Beschädigung der mitunter geringe Durchmesser aufweisenden und dadurch empfindlichen Leiterstränge verhindert ist. Zum anderen ist das relativ aufwendige Auffangen der mechanisch entfernten Isolierrückstände vermieden.
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Aus der
WO 88/07431 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Beschichtungen von Bauteilen mit einem Laserstrahl bekannt. Die Vorrichtung weist zumindest eine Leiteinrichtung für den Laserstrahl und eine Reflexionseinrichtung auf und umfasst des Weiteren wenigstens eine Bauteilhalterung. Über die Bauteilhalterung ist das zumindest abschnittsweise zu entisolierende Bauteil fest aufgenommen. Des Weiteren ist mit der Bauteilhalterung eine Aufnahmeachse ausgebildet, wobei die Leit- und Reflexionseinrichtung zu beiden Seiten, insbesondere radial zur Aufnahmeachse der Bauteilhalterung angeordnet sind, so dass der zu entisolierende Abschnitt des Bauteils zwischen Leit- und Reflexionseinrichtung vorsteht. Derartige Vorrichtungen weisen durch die sich zu beiden Seiten des Bauteils einander gegenüberstehenden Leit- und Reflexionseinrichtung relativ große Abmessungen auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, dass eine kompakte Ausgestaltung erreicht ist und damit ein individueller Einsatz möglich ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
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Bei einer Vorrichtung zum Entfernen einer Beschichtung von einer Bauteiloberfläche, insbesondere zum Abisolieren von Lackdrähten, mit zumindest einem Laser, einer Leiteinrichtung für den mittels des Lasers erzeugten Laserstrahl und eine Reflexionseinrichtung, und mit wenigstens einer Bauteilhalterung für das abschnittsweise zu entisolierende Bauteil, wobei mittels der Bauteilhalterung mindestens eine Aufnahmeachse ausgebildet ist, entlang der sich die Bauteile erstrecken, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Leiteinrichtung für den Laserstrahl auf der Aufnahmeachse angeordnet ist, wobei die Leiteinrichtung zumindest einen beweglich gehaltenen Ablenkspiegel umfasst, mit dem der Laserstrahl auf mindestens einer vorgegebenen Bahn um die Aufnahmeachse um das Bauteil bewegt ist, und dass die Reflexionseinrichtung ein sich ringförmig um die Aufnahmeachse erstreckendes Reflexionselement zur Umlenkung des bewegten Laserstrahles in eine etwa radial zur Aufnahmeachse gerichtete Strahlrichtung auf den zu entisolierenden Abschnitt der Bauteiloberfläche aufweist.
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Mit Hilfe von solch erfindungsgemäß zur Bauteilhalterung angeordneten Leit- und Reflexionseinrichtungen sowie der damit entsprechend verbundenen konstruktiven Ausgestaltung der Leiteinrichtung und der Reflexionseinrichtung ist eine vorteilhaft kompakte Ausgestaltung der Vorrichtung gewährleistet. Dabei können wenigstens die Leiteinrichtung und die Reflexionseinrichtung insbesondere zu einem Abisolierkopf zusammengefasst sein, der mit Vorteil einen individuellen und gegebenenfalls mobilen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht. Die Leiteinrichtung weist zumindest einen beweglich gehaltenen Ablenkspiegel auf, über den der vom Laser erzeugte Laserstrahl auf mindestens einer vorgegebenen Bahn um die Aufnahmeachse für das Bauteil bewegt ist. Der Laserstrahl kann mit Hilfe des insbesondere rotierenden Ablenkspiegels beispielsweise auf einer Kreisbahn um die Aufnahmeachse der Bauteilhalterung und um das Bauteil bewegt werden. Der Mittelpunkt bzw. die Mittenachse der Kreisbahn ist vorzugsweise koaxial zur Aufnahmeachse der Bauteilhalterung und dem darüber aufgenommenen Bauteil angeordnet. Der Abstand des mittels des Ablenkspiegels ab- bzw. umgeleiteten Laserstrahls zur Mittenachse lässt sich verändern. Der zum Beispiel auf einer Kreisbahn um die Aufnahmeachse bewegte Laserstrahl, wobei die Strahleinrichtung parallel zur Aufnahmeachse verlaufen kann, wird durch ein sich bevorzugt ringförmig um die Aufnahmeachse erstreckendes Reflexionselement radial in Richtung der Aufnahmeachse und damit auf den zu entisolierenden Abschnitt der Bauteiloberfläche umgelenkt. Aufgrund der Rotation es Laserstrahls und des sich gleichzeitig verändernden Abstandes des Laserstrahls zur Aufnahmeachse wird der Laserstrahl nach seiner Umlenkung in Längsrichtung und in Umfangsrichtung der Bauteiloberfläche des zu entisolierenden Bauteils bewegt wird. Bevorzugt werden mit der Vorrichtung mit Kunststoff isolierte Leitungskabel oder Lackdrähte bearbeitet. Die Leitungskabel oder Lackdrähte können dabei die verschiedensten Querschnitte aufweisen, wie zum Beispiel einen runden, einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leiteinrichtung wenigstens zwei über eine Steuerung in ihrer Ausrichtung zueinander verstellbare Ablenkspiegel für ein gezieltes Ablenken des Laserstrahls aufweist. Die Verwendung zweier zueinander verstellbarer Ablenkspiegel, deren Ausrichtung jeweils über einen Verstellmechanismus verändert werden kann, stellt eine vorteilhaft alternative Ausgestaltung der Leiteinrichtung mit einem rotierenden Ablenkspiegel dar. Mit Hilfe der zwei zueinander beweglichen Ablenkspiegel lässt sich der Laserstrahl ebenso vorteilhaft auf einer vorgegebenen Bahn um die Aufnahmeachse für das Bauteil bewegen, wie mit nur einem drehbar aufgenommene Ablenkspiegel. Mit Hilfe der zwei zueinander verstellbaren Ablenkspiegel lassen sich die verschiedensten Bewegungsbahnen mit dem Laserstrahl durchführen. Bevorzugt wird der Laserstrahl von einem Fixpunkt auf der Aufnahmeachse ausgehend in einem kegelförmigen Bereich um die Aufnahmeachse bewegt. Die Größe des Kegelbereiches bemisst sich insbesondere anhand des Abstandes zwischen der Leiteinrichtung und dem Reflexionselement und den Abmessungen des sich etwa radial zur Aufnahme erstreckenden Reflexionselementes selbst. Mit Hilfe der zumindest zwei Ablenkspiegel lassen sich auch beliebig andere Bewegungsbahnen des Laserstrahles umsetzen. Sowohl die Ausrichtung der Ablenkspiegel als auch die Ansteuerung des Verstellmechanismus für jeden Ablenkspiegel erfolgt insbesondere über ein X-Y Scansystem.
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Die Leiteinrichtung umfasst zusätzlich eine Fokussierlinse, deren optische Achse zumindest parallel zur Aufnahmeachse für das Bauteil ausgerichtet ist. Der Einsatz einer Fokussierlinse hat den Vorteil, dass der Laserstrahl stets optimal auf der zu entisolierenden Bauteiloberfläche fokussiert ist. Damit ist eine ausreichende Energiedichte des Laserstrahls gewährleistet, wodurch die den Leiter einbettende Beschichtung bzw. Isolationsschicht in dem dafür vorgesehenen Abschnitt vorteilhaft einfach verdampft werden kann. Um eine vorteilhaft gleichmäßige Verdampfung der Isolation am Leiter zu erreichen, ist bevorzugt die optische Achse der Fokussierlinse wenigstens parallel, bevorzugt koaxial, zu der durch die Bauteilhalterung ausgebildeten Aufnahmeachse für das Bauteil ausgerichtet. Mit der bevorzugt koaxialen Anordnung ist stets eine vorteilhaft symmetrisch Strahlleitung auf das Reflexionselement und Umlenkung des Laserstrahls am Reflexionselement gewährleistet. Dementsprechend weist auch der entisolierte Abschnitt am Bauteil mit Vorteil eine gleichmäßige und zudem sauber abisolierte Oberfläche auf. Die zum Einsatz kommende Fokussierlinse, auch als Sammellinse bezeichnet, weist insbesondere wenigstens eine konvexe Fläche auf. Die zweite Fläche der Linse kann ebenfalls konvex, plan oder auch konkav sein, wobei bei einer konkav-konvex ausgebildeten Sammellinse für eine Fokussierfunktion ihr Fläche stärker gekrümmt ist als ihre konkave Fläche.
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Bevorzugt ist das Reflexionselement ein Ringspiegel, der auf der Wandinnenseite einer Bearbeitungskammer für den darin einzuführenden, zu entisolierenden Bauteilabschnitt angeordnet ist. Die Ausbildung des Reflexionselementes als Ringspiegel stellt eine konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit dar, um den Laserstrahl, welcher auf einer vorgegebenen Bahn um die Aufnahmeachse geführt und mit Hilfe einer Sammellinse vorteilhaft fokussiert ist, vollumfänglich auf die Oberfläche des zu entisolierenden Abschnittes zu richten. Der aus der Fokussierlinse austretende Laserstrahl wird dabei über das Reflexionselement wenigstens um 80 Winkelgrad umgelenkt und gelangt vorzugsweise radial gerichtet auf die Bauteiloberfläche. Der eingesetzte Ringspiegel weist insbesondere eine hohlzylindrische Grundstruktur auf, wobei die Reflexionsfläche des Ringspiegels insbesondere in Strahlrichtung des Laserstrahls nach innen zur Mittenachse des Ringspiegels geneigt ist und etwa den Verlauf eines Konus aufweist. In Abhängigkeit von der vorgegebenen Bewegungsbahn des Laserstrahls kann die Reflexionsfläche, bei einer parallel durch die Mittenachse des Reflexionselementes gelegten Schnittebene, eine ebene oder konkav gewölbte Schnittkante aufweisen. Der Ringspiegel kann beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff ausgebildet sein, der mit Vorteil beständig gegenüber dem insbesondere mit einem CO2 Laser erzeugten Laserstrahl ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bearbeitungskammer für das Bauteil nahezu vollständig geschlossen ist. Durch die vorteilhaft geschlossene Ausgestaltung der Bearbeitungskammer ist vermieden, dass der auf die Bauteiloberfläche einwirkende Laserstrahl Beeinträchtigungen oder Behinderungen in der Umgebung durch gegebenenfalls reflektierende Strahlung verursacht. Der erzeugte Laserstrahl verbleibt demzufolge bevorzugt innerhalb der Bearbeitungskammer.
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Um die kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihrem Abisolierkopf weiter zu verbessern, ist vorgesehen, dass die Bearbeitungskammer in Strahlrichtung des Laserstrahls direkt hinter der Leiteinrichtung angeordnet bzw. ausgebildet ist. Große Übertragungswege des Laserstrahls sind dadurch mit Vorteil vermieden. Die Bearbeitungskammer ist insbesondere direkt an dem die Leiteinrichtung aufnehmenden Gehäuseteil des Abisolierkopfes angeordnet.
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Bevorzugt ist die Bearbeitungskammer aus zumindest einem Hohlzylinder ausgebildet, dessen eine Stirnseite durch Teile der damit verbundenen Leiteinrichtung verschlossen ist und an dessen gegenüberliegender Stirnseite eine Blende mit einer Aufnahmeöffnung für das Bauteil angeordnet ist. Die Verwendung eines Hohlzylinders stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Ausbildung der Bearbeitungskammer dar, an dessen innerer Mantelfläche zudem das insbesondere ringförmige Reflexionselement relativ einfach und fest aufgenommen werden kann. An einer Stirnseite des Hohlzylinders sind direkt Teile der Leiteinrichtung, insbesondere die den Laserstrahl verstärkende Fokussierlinse angeordnet, über die der Laserstrahl austritt. Die Mittenachse des Hohlzylinders der Bearbeitungskammer und die optische Achse der Fokussierlinse verlaufen dabei koaxial zueinander, womit eine vorteilhafte Ausrichtung des in der Bearbeitungskammer angeordneten Reflexionselementes zur Leiteinrichtung sichergestellt ist. Die andere Stirnseite der Bearbeitungskammer ist im Bereich des darin einzuführenden Bauteils bis zu einem bestimmten Öffnungsmaß verschlossen. Zu diesem Zweck ist an der gegenüberliegenden Stirnseite eine Blende mit einer etwa kreisförmigen Aufnahmeöffnung für das abschnittsweise zu entisolierende Bauteil vorgesehen. Der Mittelpunkt der Aufnahmeöffnung der Blende liegt bevorzugt ebenfalls auf der durch die Bauteilhalterung ausgebildeten Aufnahmeachse für das darüber zu haltende Bauteil. Es liegt dabei im Rahmen, die Bauteilhalterung mit dem Gehäuse des Abisolierkopfes zu koppeln, beispielsweise die Bauteilhalterung über eine Trägerstruktur an zum Beispiel der Außenwandung der Bearbeitungskammer zu befestigen. Gegebenenfalls kann auch an der die Bauteilhalterung aufnehmenden Trägerstruktur eine Verstelleinrichtung für eine Ausrichtung der Bauteilhalterung zur Bearbeitungskammer, insbesondere deren Aufnahmeöffnung, vorgesehen sein.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der Bearbeitungskammer zumindest eine Absaugeinrichtung angeschlossen ist, mit Hilfe der mögliche, durch die Bearbeitung der Bauteiloberfläche mittels des Laserstrahls entstehende Verdampfungs- oder Verbrennungsrückstände, wie zum Beispiel Verdampfungsgase, abgeführt werden können. Die mit Hilfe der Absaugeinrichtung aus der Bearbeitungskammer abgeführte Abluft kann beispielsweise über eine Filtereinrichtung geleitet werden, mit Hilfe der sich mögliche in der Abluft befindliche gefährdende Rückstände herausfiltern lassen. Die gereinigte Abluft kann dann einfach in die Umgebungsluft abgegeben werden.
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Bei einem Abisolierkopf für eine Vorrichtung zum Entfernen von Beschichtungen von einer Bauteiloberfläche, welcher mit einem Laser lichtleitend koppelbar ist, für den selbstständiger Schutz beantragt wird, ist nach der Erfindung eine Leiteinrichtung für einen Laserstrahl und eine Reflexionseinrichtung zur Umlenkung des Laserstrahls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 vorgesehen.
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Ein solch erfindungsgemäßer Abisolierkopf weist eine vorteilhaft kompakte Ausgestaltung und damit eine vielseitige, insbesondere mobile Einsatzmöglichkeit auf. Die Leiteinrichtung des vorzugsweise separat ausgebildeten Abisolierkopfes kann beispielsweise über ein Laserstrahlführungssystem oder ein flexibles Fiberkabel direkt von einem Laser gespeist werden. Dadurch kann der erfindungsgemäße Abisolierkopf mit beliebigen Lasern bzw. Laserstrahlerzeugungseinrichtungen lichtleitend verbunden werden. Der Abisolierkopf kann beispielsweise fester Bestandteil einer Vorrichtung zum Entfernen von Beschichtungen sein oder alternativ ein separates Gehäuse aufweisen, in dem die den Abisolierkopf vorrangig ausbildende Leiteinrichtung und Reflexionseinrichtung aufgenommen sind. Der separat ausgebildete Abisolierkopf ist zum Beispiel auf einer Halterung, wie beispielsweise einem Stativ, montiert und damit mobil einsetzbar. Am Abisolierkopf kann des Weiteren auch die Bauteilhalterung angeordnet sein, an der das Bauteil bzw. Werkstück aufgenommen ist und mit einem vorbestimmten Abschnitt in die Bearbeitungskammer des Abisolierkopfes vorsteht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1: eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
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2: eine Detailansicht des Abisolierkopfes nach 1.
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Mit 1 ist ein Abisoliergerät bezeichnet, das eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung 2 einen Abisolierkopf 3 und eine Bauteilhalterung 4 umfasst. Der Abisolierkopf 3 ist insbesondere am oberen Ende eines Stativs 5 angeordnet, wodurch eine individuelle Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Abisoliergerätes 1 gewährleistet ist. Die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 2 beinhaltet neben dem Laser zum Erzeugen des Laserstrahls weiterhin zumindest eine Steuerelektronik zur Ansteuerung der im Abisolierkopf 3 aufgenommenen Lichtleiteinrichtung. Darüber hinaus umfasst die Erzeugungseinrichtung 2 ein Bedienfeld für zum Beispiel eine manuelle Änderung der den Prozess am Abisoliergerät steuernden Parameter. Zur Verbindung zwischen der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 2 und dem Abisolierkopf 3 wird wenigstens ein Fiberkabel 6 verwendet. Zur Ansteuerung der Leiteinrichtung für den Laserstrahl und der insbesondere in diesem Zusammenhang im Abisolierkopf eingesetzten Spiegel ist wenigstens eine Signale übertragende Verbindung mittels eines nicht dargestellten, elektrischen Leiters vorzusehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Bauteilhalterung 4 direkt am Abisolierkopf 3 angeordnet.
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In 2 ist eine Detailansicht des Abisolierkopfes 3 dargestellt, der ein Gehäuse 7 aufweist innerhalb dem eine aus Ablenkspiegeln und Fokusierlinse ausgebildete Leiteinrichtung für den Laserstrahl angeordnet ist. Über die Leiteinrichtung wird der Laserstrahl in einem kegelförmigen Bereich 8 um die Aufnahmeachse 9 für das zumindest abschnittsweise zu entisolierende Bauteil 10 bewegt. Der insbesondere auf einer vorbestimmten Bahn um die Aufnahmeachse 9 bewegte Laserstrahl wird auf ein Reflexionselement 11 geleitet, welches bevorzugt als Ringspiegel ausgebildet ist und den Laserstrahl in eine etwa radial zur Aufnahmeachse 9 ausgerichtete Strahlrichtung auf den zu entisolierenden Abschnitt der Oberfläche des Bauteils 10 lenkt. Das Reflexionselement 11 ist auf der Wandinnenseite einer Bearbeitungskammer 12 angeordnet, in deren Kammerinneres das Bauteil 10 entsprechend einzuführen ist. Die Bearbeitungskammer 12 ist aus einem Hohlzylinder 13 ausgebildet, der mit einer Stirnseite am Gehäuse 7 des Abisolierkopfes 3 angeordnet ist. An dessen anderer Stirnseite ist eine den freien Querschnitt des Hohlzylinders 13 verkleinernde Blende 14 mit einer Aufnahmeöffnung 15 für das darin einzuschiebende Bauteil 10 angeordnet. Die Aufnahmeachse 9, die Mittenachse der Aufnahmeöffnung 15 und die optische Achse einer nicht näher dargestellten Fokusierlinse der Leiteinrichtung sind dabei bevorzugt koaxial angeordnet. Damit ist eine stets gleichmäßige und vorteilhaft saubere Entisolierfunktion an dem Bauteilabschnitt gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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