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Die Erfindung betrifft eine einstellbare Halterung für optische Komponenten zur Umlenkung oder sonstigen Manipulation des Strahlengangs einer von einem Laser, insbesondere einem Hochleistungslaser, emittierten Laserstrahlung, mit einem Trägerkörper, einem auf dem Trägerkörper lageveränderlich und einstellbar gehaltenen Optikhalter zur Befestigung der optischen Komponente und einer Einstellvorrichtung zur Einstellung der Lage des Optikhalters relativ zum Trägerkörper. Die Einstellvorrichtung umfasst dabei zumindest eine bewegliche Stellschraube, die in eine Gewindebohrung in dem Trägerkörper oder den Optikhalter eingeschraubt ist und sich mit einer Stützfläche gegen den Optikhalter bzw. den Trägerkörper derart abstützt, dass durch ihre Verdrehung die Lage des Optikhalters relativ zum Trägerkörper veränderbar ist und ein Sicherungsmittel vorgesehen ist, über das die Stellschraube festlegbar ist.
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Einstellbare Halterungen für optische Komponenten dieser Art sind allgemein bekannt. Dabei wird zum Beispiel in die Stellschraube radial geklemmt, wobei hierfür beispielsweise eine Madenschraube seitlich in das Gewinde eingeschraubt wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die als Sicherungsmittel eingesetzte Madenschraube unmittelbar auf das Gewinde der Stellschraube drückt, so dass dieses auf Dauer beschädigt werden kann, was insbesondere bei der Feinjustierung einer Optik sehr nachteilig ist bzw. die Halterung unbrauchbar machen kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass beim Anziehen der Madenschraube die Stellschraube um ein kleines Stück gedreht wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Einstellung der Halterung hierdurch dejustiert wird.
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Darüber hinaus können zur Sicherung der Stellschraube auch Kontermuttern eingesetzt werden, die die Stellschraube fixieren. Das Anziehen einer solchen Kontermutter hat aber ebenfalls den Nachteil, dass hierdurch ein Drehmoment auf die Stellschraube aufgebracht wird, so dass diese infolge dieses Drehmoments um einen gewissen Winkel verdreht werden kann. Auch hier kann also eine Verstellung der gewünschten Position durch die Fixierung der Stellschraube nicht ausgeschlossen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einstellbare Halterung für optische Komponenten, insbesondere einer im Strahlengang einer Strahlführung für von einem Laser emittierten Laserstrahlung angeordneten Komponente, zu schaffen, deren Einstellgenauigkeit mit möglichst einfachen Mitteln optimiert und fixierbar ist.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Sicherungsmittel von einem Spannelement und einem Spannmittel gebildet ist, wobei das Spannmittel derart ausgebildet ist, dass es zur axialen Verspannung der Stellschraube innerhalb der Gewindebohrung eine zur axialen Richtung der Stellschraube parallele Spannkraft zwischen dem Spannelement und dem Trägerkörper bereitstellt. Bevorzugt aber nicht notwendigerweise ist dabei das Spannelement drehbar an der Stellschraube gelagert.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sicherungsmittels ist nun die Stellschraube über das Spannelement axial innerhalb der Gewindebohrung verspannt. Gleichzeitig sorgt die drehbare Lagerung des Spannelementes an der Stellschraube dafür, dass das axiale Verspannung über das Spannmittel kein zusätzliches Drehmoment auf die Stellschraube aufbringt, so dass das Risiko, dass ein solches Drehmoment die Stellschraube unbeabsichtigt nochmals verdreht und damit die Einstellung der Halterung verändert, vermieden ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Sicherungsmittel so ausgebildet, dass das Spannelement nicht zusammen mit der Stellschraube verdreht wird. Hierzu ist das Spannelement nicht nur an der Stellschraube drehbar gelagert, sondern auch relativ zum Trägerkörper drehfest, jedoch in axialer Richtung der Stellschraube verlagerbar gehalten.
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Das Sicherungsmittel ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung scheibenartig ausgebildet und weist eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung auf, die die gleiche Größe aufweist wie die Gewindebohrung in dem Trägerkörper. Dies bedeutet, dass die Stellschraube durch das Spannelement und in den Trägerkörper eingeschraubt ist. In einem Bereich seitlich neben der Bohrung weist das Spannelement das Spannmittel auf, dass grundsätzlich so ausgebildet ist, dass es eine in axialer Richtung der Stellschraube wirkende Kraft auf das Spannelement aufbringen kann.
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Das Spannelement kann ein weiteres Gewinde aufweisen, in das das Spannmittel mit einem, ein Außengewinde tragenden Abschnitt eingeschraubt ist. In diesem Fall ist also das Spannmittel zum Beispiel als Schraube ausgebildet. Bevorzugt weist das Spannelement zur Schaffung des weiteren Gewindes eine Durchgangsbohrung auf, wobei die das Spannmittel bildende Schraube sich durch diese Durchgangsbohrung erstreckt oder durch diese zugänglich ist. Letzteres kann beispielsweise durch eine sogenannte Madenschraube, also eine kopflose Schraube mit einer am oberen Ende vorgesehenen, sechskantigen Einsenkung realisiert werden.
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Das Spannmittel stützt sich auf den Trägerkörper ab, so dass ein Einschrauben des schraubenartig ausgebildeten Spannmittels in das Spannelement dafür Sorge trägt, dass dieses Spannelement von dem Trägerkörper weggedrückt wird. Da das Spannelement jedoch über die Stellschraube mit dem Trägerkörper in axialer Richtung der Stellschraube verbunden ist, führt dies dazu, dass die Stellschraube innerhalb der sie aufnehmenden Gewindebohrung im Trägerkörper verspannt und damit drehgesichert wird. Am Trägerkörper ist bevorzugt eine sacklochartige Ausnehmung angeordnet, in die das schraubenartige Spannmittel mit dem vorderen Bereich eintaucht.
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Alternativ kann natürlich das Gewinde auch am Trägerkörper vorgesehen sein, in diesem Fall ist das Spannmittel dann drehbar am Optikhalter gelagert, so dass eine Verdrehung des schraubenartigen Spannmittels ebenfalls eine in axialer Richtung der Stellschraube wirkende Kraft verursacht. Die Ausgestaltung des Spannmittels als Schraube ist lediglich ein bevorzugtes Beispiel, wesentlich ist hier nur die Funktion, dass das Spannmittel drehmomentfrei eine axiale Kraft aufbringen kann, die den Optikhalter vom Trägerkörper weggedrückt.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Halterung sind der Trägerkörper und/oder der Optikhalter mit ebenen Oberflächen versehen, die einander gegenüber liegen. Eine mögliche Ausgestaltung kann dabei durch scheibenartige Bauelemente als Trägerkörper und Optikhalter charakterisiert sein. Letztlich kommt es allerdings für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Grundgedankens auf die Form von Optikhalter und Trägerkörper nicht an, wesentlich ist hier vielmehr das Spannelement, das den Optikhalter durch eine entsprechende Kraft vom Trägerkörper in axialer Richtung der Stellschraube wegdrängt. Hierdurch wird eine drehmomentfreie, axiale Verspannung der Stellschraube im Gewinde des Trägerkörpers realisiert.
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Natürlich kann auch die umgekehrte Ausgestaltung gewählt werden, dass nämlich das Gewinde im Optikhalter angeordnet ist und die Stellschraube am Trägerkörper drehbar gelagert ist bzw. sich auf diesem abstützt. Besonders einfach erfolgt in beiden Fällen die axiale Verspannung dadurch, dass das Spannelement drehbar an der Stellschraube gelagert ist, so dass das Spannmittel unmittelbar am Spannelement angeordnet sein kann. Auch kann die Gewindebohrung in einer separaten Buchse angeordnet sein, die in eine insbesondere hohlzylindrische Aufnahme im Trägerkörper oder auch in dem Optikhalter vorgesehen ist, wobei die Buchse dann axial fest in der Aufnahme gehalten ist. Letzteres kann über Presspassungen oder eine mechanische Halterung, zum Beispiel eine Schraubensicherung realisiert werden.
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Bevorzugt sind zwischen dem Optikhalter und dem Trägerkörper Federn angeordnet, die die beiden Bauteile auseinanderdrücken. Hierzu ist der Optikhalter gegen einen Anschlag verschiebbar am Trägerkörper gelagert, so dass die Federn den Optikhalter gegen den Anschlag drücken. Dieser Anschlag kann bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung von der drehbaren Lagerung der Enden der Stellschrauben gebildet sein und stabilisiert das System zusammen mit der Federkraft zusätzlich.
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Damit über die Einstellvorrichtung ein möglichst flexibler Einstellbereich realisiert werden kann, sind bevorzugt zwei, möglicherweise aber auch drei oder mehr Stellschrauben vorgesehen. Im Falle von zwei Stellschrauben kann ein taumelnd oder schwenkbar am Trägerkörper gelagerter Optikhalter in unterschiedlichen Neigungsrichtungen verstellt und in der gewünschten Neigung fixiert werden kann. Hierzu ist das Lager für den Optikhalter als Schwenklager ausgebildet. Sollten 3 oder 4 Stellschrauben verwendet werden, kann zur Vermeidung einer Überbestimmung der Position auf die Lagerung verzichtet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine drehbare Lagerung des vorderen Endes der Stellschraube am Trägerkörper vorgesehen sein. Dies kann bei Verwendung mehrerer Stellschrauben für alle diese Stellschrauben und nur für einzelnen Stellschrauben bzw. eine Stellschrauben gelten. In diesem Fall kann entweder zusätzlich zu einem Schwenklager hierüber eine Lagerung erfolgen, es ist aber auch möglich, auf ein explizites Lager zu verzichten und die Lagerung des Optikhalters am Trägerkörper ausschließlich über die Stellschrauben zu realisieren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
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In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Halterung in einer Seitenansicht,
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2 die in 1 dargestellte Halterung in einer Ansicht von einer anderen Seite,
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3 eine Draufsicht auf die in den 1 und 2 dargestellte Halterung und
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4 den Schnitt I-I aus 3.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Halterung für optische Komponenten dargestellt. Derartige Halterungen werden insbesondere zur Umlenkung oder Manipulation von Laserstrahlen verwendet. Dies können insbesondere Laserstrahlen im Bereich der Materialbearbeitung sein, wobei die Anwendung der Erfindung hierauf nicht eingeschränkt ist.
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Die Halterung weist zwei wesentliche Bauelemente auf, einmal den Trägerkörper 1 und zum anderen den Optikhalter 2. Am Optikhalter 2 wird dann zum Beispiel ein Umlenkspiegel oder eine sonstige optische Komponente angeordnet. Zwischen dem Optikhalter 2 und dem Trägerkörper 1 sind Federn, insbesondere als Zugfedern 6 ausgebildet, angeordnet, die den Optikhalter 2 an den Trägerkörper 1 heranziehen und so den Optikhalter 2 in Anlage an die den Federweg begrenzenden Enden der Stellschrauben bzw. der Stellschraube halten um ein Spiel zwischen den Bauteilen zu minimieren.
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Wie am besten aus 3 ersichtlich ist, ist der Trägerkörper 1 L-förmig mit gleicher Länge seiner Schenkel ausgebildet, während der Optikhalter eine im Wesentlichen rechteckige Form mit einem mittleren zentralen Loch aufweist.
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Durch den Trägerkörper 1 sind die Stellschrauben 3 durchgeschraubt, wobei der Trägerkörper 1 hierzu Durchgangsbohrungen aufweist, die mit einem Innengewinde versehen sind. Die Stellschrauben 3 stützten sich oben in einer drehbaren Lagerung am Optikhalter 2 ab. Über Zugfedern 6 wird der Optikhalter 2 in Richtung des Trägerkörpers 1 gezogen. Hierdurch ist eine Lagerung der Stellschrauben 3 am Optikhalter 2 nicht unbedingt notwendig, da ja die Zugfeder 6 dafür Sorge tragen, dass sich der Optikhalter 2 in Anlage an die vorderen Spitzen der Stellschraube 3 befindet.
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Bevorzugt sind mehrere Stellschrauben 3, beispielsweise wie hier dargestellt, zwei Stellschrauben 3 vorgesehen, wobei diese hier an den beiden Enden des L-förmigen Trägerkörper 1 vorgesehen sind. An der Ecke des Trägerkörpers 1 ist ein Lager vorgesehen, um das der Optikhalter 2 schwenkbar am Trägerkörper 1 gelagert ist. Dies bedeutet, dass durch die Einstellung der beiden Stellschrauben 3 der Schwenkwinkel veränderbar ist, so dass eine auf dem Optikhalter 2 montierte optische Komponente im Winkel einstellbar ist. Natürlich kann je nach Anwendungsfall auch ein anders geformter Optikhalter 2 Verwendung finden. Auch kann das Schwenklager durch eine weitere Stellschraube ersetzt werden, so dass sich zum Beispiel eine 3-Punkt-Lagerung ergibt, die ausschließlich über die Stellschrauben 3 realisiert ist.
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2 zeigt die einstellbare Halterung aus 1 aus einer anderen Perspektive. In 3 ist eine Ansicht von unten dargestellt, aus der sich Form und Lage des Spannelementes 4 ergibt. Zu erkennen ist hier, dass das Spannelement 4 bei dieser Ausgestaltung eine runde Form aufweist, wobei sich der Durchmesser in eine Richtung erweitert, um einen seitlichen Bereich zu schaffen, in dem das Spannmittel 5, das hier als Madenschraube ausgebildet ist, angeordnet ist. Die Dicke des Spannelementes 4 ist konstant, in dem Bereich mit der größeren Ausdehnung ist die Gewindebohrung zum Einschrauben der Stellschraube 3 vorgesehen.
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4 zeigt den Schnitt I-I aus 3. Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, ist das Sicherungselement 4 auf die Stellschraube 3 aufgeschraubt. Die Stellschraube 3 ist hier beispielhaft als Innensechskantschraube dargestellt. Das Spannelement 5 verhindert ein Mitdrehen des Sicherungselementes bei Verdrehen der Stellschraube 3.
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Ist die Stellschraube 3 soweit eingestellt, dass die optische Komponente die gewünschte Ausrichtung erfahren hat, wird das Spannelement 5, das in einer Gewindebohrung im Spannmittel 4 gelagert ist, weiter in das Spannmittel 4 eingeschraubt, so dass es sich mit seinem vorderen Bereich gegen den Trägerkörper 1 abstützt und damit das Spannmittel 4 vom Trägerkörper 1 weggedrückt. Hierdurch tritt eine axiale Spannung in den Gewindegängen der die Stellschraube 3 aufnehmenden Gewindebohrung auf, so dass die Stellschraube 3 verdrehsicher eingespannt ist.
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Das Spannmittel 5 ist hier ebenfalls als kleine Madenschraube ausgebildet. Der Trägerkörper 1 weist eine Sacklochbohrung auf, in die die Madenschraube eintaucht, so dass sie als Verdrehsicherung für das Spannelement 4 während der Einstellung der Stellschraube 3 dienen kann.
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Alternativ kann natürlich die Verdrehsicherung auch von Vorsprüngen gebildet sein, die zu beiden Seiten des Spannelementes 4 die Beweglichkeit des Spannelementes 4 in Drehrichtung aufheben. In diesem Fall müsste dann das Spannmittel 5 ausschließlich für die axiale Verspannung der Stellschraube 3 innerhalb der Gewindebohrung Sorge tragen.
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Die dargestellte Anordnung ist lediglich als beispielhafte Darstellung einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung anzusehen. Wesentlich ist die Tatsache, dass eine Stellschraube 3 oder mehrere Stellschrauben 3 vorgesehen sind, wobei diese Stellschrauben 3 über die axiale Verspannung innerhalb der Gewindebohrung durch das Spannelement 4 und das Spannmittel 5 nach der Einstellung verdrehsicher gehalten sind.
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So kann das Spannelement 4 auf der gegenüberliegenden Seite des Trägerkörpers 1 vorgesehen sein, die Zugänglichkeit des Spannelementes 5 kann dabei über die entsprechende Formgebung von Optikhalter 2 oder Trägerkörper 1 realisiert werden. Sofern die Stellschrauben 3 in axialer Richtung fest und ansonsten drehbar an dem Optikhalter 2 gelagert sind, kann das Spannmittel 5 auch zwischen dem Optikhalter 2 und den Trägerkörper 1 wirken. In diesem Fall würde ja eine axiale Kraft, die den Optikhalter 2 vom Trägerkörper 1 weggedrückt, den gleichen Effekt der Verspannung des Gewindes erreichen. Hierzu kann beispielsweise das Spannmittel 5 als Madenschraube in den Optikhalter 2 eingeschraubt sein und sich mit einem vorderen Bereich gegen den Trägerkörper 1 abstützen, der auch hier eine Sacklochbohrung zur Aufnahme aufweisen kann. Alternativ kann natürlich auch in kinematischer Umkehr das Spannmittel 5 in den Trägerkörper 1 eingeschraubt sein und sich mit einem vorderen Bereich gegen den Optikhalter 2 abstützen.
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Die in den Figuren dargestellte Ausrichtung der Komponenten ist lediglich zur optischen Illustration gewählt worden. Der Trägerkörper 1 weist, wie in den 1 und 2 dargestellt, Befestigungsmöglichkeiten, hier in Form von Gewindebohrungen, auf, über die der Trägerkörper 1 mit einer Installation einer optischen Anlage verbunden werden kann.
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Die Stellschrauben 3 können mechanisch über Schlüssel oder Rändelräder verstellt werden, alternativ kann auch eine Verstellung über Schrittmotoren oder eine hydraulische Verstellung in Betracht kommen. Dies gilt auch für das Spannmittel 5, das sowohl im Falle einer schraubenartigen Ausgestaltung motorisch oder hydraulisch angetrieben sein kann, als auch im Falle einer andersartigen Ausbildung. Da das Spannmittel 5 im Wesentlichen eine Längskraft aufbringen soll, könnte zum Beispiel hier ein Hydraulikdruck die entsprechende Kraft aufbringen. Letztlich wird es eine Frage der Größe der Halterung sein, welche Maßnahmen hier zum Einstellen und Verspannen der genannten Komponenten gewählt werden.
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Auch der Einsatzort und die Zugänglichkeit der Halterung während des Einsatzes werden für die Wahl der Einstellvorrichtung maßgeblich sein. Sollte zum Beispiel die Halterung in einer abgeschlossenen Umgebung, zum Beispiel unter Laborbedingungen oder in einer während des Betriebes nicht zugänglichen Fertigungsstraße Verwendung finden, kann ein höherer Aufwand für die Verstellbarkeit gerechtfertigt sein.
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In Verbindung mit Laserstrahlanlagen kann zum Beispiel während des Betriebes die Notwendigkeit auftreten, die Halterung nach zu justieren. Sofern die Laserstrahlumgebung aus Sicherheitsgründen oder wissenschaftlichen Genauigkeitsgründen nicht zugänglich ist, könnte durch das des geschlossenen Systems zugunsten der menschlichen Zugänglichkeit eine längere Rüstzeit auftreten bzw. die Reproduzierbarkeit von Messungen verschlechtert werden. Die Vermeidung dieses Nachteiles kann dann die Verwendung von Schrittmotoren bzw. hydraulischen Druckmitteln rechtfertigen. Aber auch hier kann die axiale Verspannung der Stellschraube 3 zur Sicherung der Einstellung genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerkörper
- 2
- Optikhalter
- 3
- Stellmittel
- 4
- Spannelement
- 5
- Spannmittel
- 6
- Zugfeder
