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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Strahlformungseinheit zur Formung eines Laserstrahls, insbesondere zur Fokussierung eines Laserstrahls auf ein Werkstück zur Lasermaterialbearbeitung, mit einem Kühlsystem. Die Erfindung betrifft weiter eine Laserbearbeitungsmaschine mit einer solchen Strahlformungseinheit.
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Stand der Technik
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Strahlformungseinheiten, insbesondere Laserbearbeitungsköpfe, für die Lasermaterialbearbeitung enthalten strahlformende optische Elemente (Linsen oder Spiegel), die motorisch bewegbar sein können, um den Fokusdurchmesser und die Fokuslage des Laserstrahls an unterschiedliche Prozesse und Applikationen anzupassen.
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Aus der
WO 2011/131541 A1 ist beispielsweise ein Bearbeitungskopf für die Lasermaterialbearbeitung mit Festkörperlaserstrahlung bekannt geworden, der drei verschiebbare Linsen umfasst, mit denen der Fokusdurchmesser und die Fokuslage des Laserstrahls unabhängig voneinander angepasst werden können.
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Beim Einsatz von Strahlformungseinheiten zur Formung von Festkörper-Laserstrahlen mit hohen Laserleistungen (insbesondere mit mehr als 8 kW) muss die Erwärmung der optischen Elemente berücksichtig werden, die zu einer unerwünschten Verschiebung der Fokuslage (Fokusshift) führen kann. Außerdem kann es durch eine zu große Erwärmung der Komponenten im Bearbeitungskopf zu erhöhter Reibung bewegbarer Komponenten kommen, was sich nachteilig auf die Funktion des Bearbeitungskopfs auswirkt. So werden nach der Lehre der
WO 2011/131541 A1 bei der Einstellung des Fokusdurchmessers und der Fokuslage thermisch induzierte Veränderungen der Abbildungseigenschaften der Strahlformungseinheit durch eine Steuereinheit berücksichtigt und korrigiert.
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Die
EP 3 257 616 A1 offenbart einen Laserbearbeitungskopf mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung der optischen Komponenten des Laserbearbeitungskopfes. Dabei wird ein Gasstrom durch an den optischen Komponenten angeordnete Expansionskammern geführt, der eine Abkühlung der optischen Komponenten bewirkt. Die Expansionskammern sind durch Gasleitungen zum Transport des Gasstroms miteinander verbunden.
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Aus der
JP 63108990 A ist ein Laserbearbeitungskopf bekannt geworden, bei dem ein transparentes optisches Element durch einen Gasstrom und Kühlwasser gekühlt wird. Weitere Kühlsysteme zur Kühlung von Laserbearbeitungsvorrichtungen mit Kühlwasser sind in der
CN 201201128 Y und der
WO 2018/163908 A1 genannt.
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Der in
JP 2003094148 A offenbarte Laserbearbeitungskopf wird an der Innenseite mit einer Goldschicht versehen, die das Laserlicht reflektiert und dadurch eine Erwärmung des Laserbearbeitungskopfes vermindert. Dies ist nach der Lehre der
JP 2003094148 A vorteilhaft gegenüber anderen aktiven Kühlsystemen, da die Verwendung von Gas- oder Wasserkühlungssystemen eine Vergrößerung des Laserbearbeitungskopfes notwendig macht, siehe Absatz
14 der
JP 2003094148 A .
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Bei hoher Laserleistung kann sich die Abkühlung durch die vorgenannten Kühlsysteme jedoch als unzureichend erweisen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Strahlformungseinheit, insbesondere einen Laserbearbeitungskopf, mit einem Kühlsystem bereitzustellen, das auch bei hohen Laserleistungen, insbesondere einer Laserleistung von mehr als 8 kW, ausreichend kühlt. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Laserbearbeitungsmaschine mit einer solchen Strahlformungseinheit bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Strahlformungseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Laserbearbeitungsmaschine gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Strahlformungseinheit zur Formung eines Laserstrahls, insbesondere zur Fokussierung eines Laserstrahls auf ein Werkstück zur Lasermaterialbearbeitung, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungseinheit ein Kühlsystem zur forcierten Bewegung eines Kühlmediums aufweist, um eine bewegbare Komponente der Strahlformungseinheit aktiv zu kühlen, wobei das Kühlsystem eine an einer unbewegbaren Komponente der Strahlformungseinheit angeordnete oder ausgebildete Kühlwasserführung zur Wasserkühlung der unbewegbaren Komponente und des Kühlmediums aufweist und wobei das Kühlsystem innerhalb eines gegenüber der Umgebung abgeschlossenen äußeren Gehäuses der Strahlformungseinheit angeordnet ist.
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Die bewegbare Komponente ist insbesondere als Fassung bzw. Halterung eines optischen Elements, vorzugsweise als Linsenfassung für Linsen zur Führung des Laserstrahls, ausgebildet. Die aktive Kühlung der bewegbaren Komponente durch das bewegte Kühlmedium vermindert die Erwärmung der bewegbaren Komponente und insbesondere der Linsen und damit verbundene Längenänderungen und thermische Linseneffekte. Insbesondere wird unter einer bewegbaren Komponente eine Komponente verstanden, die innerhalb der Strahlformungseinheit bewegbar bzw. verschiebbar ist.
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Die Kühlwasserführung ist vorzugsweise in Form von fluidisch verbundenen Kühlplatten ausgebildet. Das bewegte Kühlmedium wird an der Kühlwasserführung entlang geführt und dabei abgekühlt, bevor es der bewegbaren Komponente (wieder) zugeführt wird. Dieses Konzept eines Wärmetauschers bewirkt eine effektive konvektive und berührungslose Kühlung der bewegten Komponente, ohne dass z.B. Wasser- oder Luftschläuche durch die wiederholten Verfahrbewegungen der Komponente beschädigt werden, und eine effektive Wärmeabfuhr über die unbewegbare Komponente und die Kühlwasserführung. Insbesondere wird unter einer unbewegbaren Komponente eine Komponente verstanden, die innerhalb der Strahlformungseinheit unbewegbar bzw. unverschiebbar ist.
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Das Kühlsystem ist innerhalb eines äußeren Gehäuses der Strahlformungseinheit angeordnet. Das äußere Gehäuse dient dem Schutz der Strahlformungseinheit vor Einflüssen aus der Umgebung. Das äußere Gehäuse ist daher gegenüber der Umgebung abgeschlossen, so dass die forcierte Bewegung des Kühlmediums ausschließlich innerhalb des äußeren Gehäuses erfolgt. Das äußere Gehäuse ist insbesondere hermetisch abgedichtet oder durch einen Überdruck beispielsweise des Kühlmediums gegenüber der Umgebung vor äußeren Einflüssen geschützt.
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Vorzugsweise ist die Strahlformungseinheit zur Reflexion von innerhalb der Strahlformungseinheit gestreuter Laserstrahlung zumindest teilweise mit einer für die Laserwellenlänge hochreflektierenden Beschichtung versehen, um eine Erwärmung des beschichteten Teils der Strahlformungseinheit zu vermindern. Durch die Kombination eines Kühlsystems, das ein Kühlmedium aktiv bewegt, mit einer reflektierenden Beschichtung der Strahlformungseinheit für den Laserstrahl wird die Kühlung soweit verstärkt, dass sie auch bei besonders hoher Laserleistung die Bestandteile der Strahlformungseinheit, insbesondere die Bestandteile zur Lenkung und Fokussierung des Laserstrahls, ausreichend kühlt. Insbesondere ist die reflektierende Beschichtung im optischen Wellenlängenbereich, im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1030 nm und/oder im Wellenlängenbereich von 5 µm bis 15 µm reflektierend.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die bewegbare Komponente mit der hochreflektierenden Beschichtung versehen, so dass besonders eine Temperaturerhöhung der bewegbaren Komponente vermindert wird.
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Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist das Kühlsystem einen Lüfter zur forcierten Luft- und/oder Gaskühlung der bewegbaren Komponente auf. Der Lüfter kann das Gas, insbesondere die Luft, an die bewegbare Komponente heranführen, an dieser entlangströmen lassen und so gezielt eine Abkühlung der bewegbaren Komponente bewirken.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Strahlformungseinheit ein inneres Gehäuse auf, in dem die bewegbare Komponente angeordnet ist. Das innere Gehäuse bietet einen zusätzlichen Schutz der Führung des Laserstrahls und insbesondere der bewegbaren Komponente und kann als Träger bzw. Befestigung für die Komponenten des Kühlsystems dienen.
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Das innere Gehäuse ist in dem äußeren Gehäuse angeordnet. Die durch den bzw. die Lüfter erzeugte Luftströmung verläuft bevorzugt vollständig innerhalb des äußeren Gehäuses und durch das innere Gehäuse hindurch, sodass keine Verunreinigungen aus der Umgebung in den Bearbeitungskopf gelangen.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das innere Gehäuse eine Durchgangsausnehmung auf, an der der Lüfter angeordnet ist. Die Durchgangsausnehmung ist insbesondere benachbart zu einer bewegbaren Komponente ausgebildet. Vorzugsweise wird Luft durch den Lüfter und die Durchgangsausnehmung zu der bewegbaren Komponente geführt, wobei der Luftstrom durch die Durchgangsausnehmung auf die bewegbare Komponente ausgerichtet wird.
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Bei einer Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsformen weist die Strahlformungseinheit einen an der bewegbaren Komponente angeordneten Faltenbalg auf, um das Innere der bewegbaren Komponente gegenüber dem durch den Lüfter erzeugten Luft- und/oder Gasstrom abzuschirmen.
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Bei einer Ausführungsform ist das innere Gehäuse zumindest teilweise durch die unbewegbare Komponente ausgebildet. Die Kühlwasserführung, insbesondere in Form der Kühlplatten, ist an dem inneren Gehäuse befestigt und kühlt sowohl das innere Gehäuse als auch den Luftstrom, der an der Kühlwasserführung entlang geführt wird.
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Auf diese Weise kommt das Konzept eines Luft-Wasser-Wärmetauschers zum Einsatz: Im inneren Gehäuse des Bearbeitungskopfs wird die bewegbare Komponente forciert mit Luft oder einem inerten Gas (z.B. Stickstoff) angeblasen. Am oder im inneren Gehäuse befinden sich wasserdurchflossene Kühlbereiche, an denen sich der Luft- bzw. Gasstrom wieder abkühlt. Diese Bereiche sind vorzugsweise benachbart zu dem bzw. den Lüftern angeordnet, die den Gasstrom erzeugen und durch eine Öffnung im inneren Gehäuse zur bewegbaren Komponente leiten. Die Luft bzw. der Gasstrom zirkuliert innerhalb des äußeren Gehäuses zwischen den zu kühlenden Komponenten und den Kühlbereichen. Die Kühlbereiche können insbesondere durch außen am inneren Gehäuse angebrachte, wasserdurchströmte Kühlplatten ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, wasserdurchflossene Kühlkanäle in den Wänden des inneren Gehäuses anzuordnen und so die Kühlbereiche als Teil des inneren Gehäuses zu bilden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Strahlformungseinheit weist die Strahlformungseinheit mindestens eine für die Laserwellenlänge absorbierend ausgebildete Fläche an einer unbewegbaren Komponente der Strahlformungseinheit auf. Die unbewegbare Komponente kann Laserstrahlung, die sich nicht entlang der optischen Achse der Strahlformungseinheit ausbreitet, zumindest teilweise absorbieren, um die bewegbare Komponente vor Überhitzung schützen. Insbesondere ist die absorbierende Fläche im optischen Wellenlängenbereich, im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1030 nm und/oder im Wellenlängenbereich von 5 µm bis 15 µm absorbierend.
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Insbesondere befinden sich an unbewegbaren Flächen des inneren Gehäuses Abschnitte, die mit einer für die Laserwellenlänge absorbierenden Oberflächenstruktur oder Beschichtung versehen sind. Diese Stellen dienen als gezielte Wärmesenken, an denen insbesondere von goldbeschichteten Komponenten reflektierte Strahlung absorbiert wird. Diese absorbierenden Abschnitte können wärmeleitend mit Kühlbereichen verbunden sein, sodass die Wärme aus dem inneren Gehäuse abgeführt wird. Die absorbierenden Flächen können beispielsweise durch Schwarzverchromen erzeugt werden, so dass eine galvanische Beschichtung entsteht, durch Eloxieren, Pulverbeschichten, Aufsprühen von Graphit-Lack oder durch Oberflächenbehandlung mit Laserstrahlung.
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Die absorbierenden Flächen können alternativ oder zusätzlich an zylindrischen Bauteilen gebildet sein, in denen der Laserstrahl verläuft und die mit den Fassungen der optischen Elemente verbunden sind und gemeinsam mit den Fassungen einen geschlossenen Strahlweg des Laserstrahls umgeben/bilden. Auf diese Weise wird die an goldbeschichteten Innenflächen der Fassungen reflektierte (Streu-) Strahlung auf kürzestem Weg zu den absorbierenden Flächen gelenkt und dort absorbiert, ohne auf weitere Komponenten des Bearbeitungskopfs zu treffen und diese zu erwärmen. Die absorbierenden Flächen der zylindrischen Bauteile sind beispielsweise über Stege wärmeleitend mit den gekühlten Abschnitten des inneren Gehäuses verbunden.
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Insbesondere ist die bewegbare Komponente (z.B. eine Fassung/Halterung eines optischen Elements) zumindest teilweise mit einer für die Laserwellenlänge hochreflektierenden Beschichtung, z.B. aus Gold oder einer Goldlegierung (z.B. AuCo0,2), versehen und wird durch forcierte Luft- oder Gaskühlung gekühlt, wobei der oder die Lüfter zur Erzeugung des Luft- bzw. Gasstroms nicht an der bewegbaren Komponente, sondern an dem umgebenden, inneren Gehäuse des Bearbeitungskopfs angeordnet ist/sind. Gestreute Laserstrahlung wird an der hochreflektierenden Beschichtung (die sich z.B. auf der Innenfläche der Fassung befindet) reflektiert, und die Erwärmung der bewegbaren Komponenten wird dadurch deutlich reduziert. Die entstehende Wärme wird von der bewegbaren Komponente berührungslos abgeführt, ohne dass z.B. Wasser- oder Luftschläuche durch die wiederholten Verfahrbewegungen der Komponente beschädigt werden. Auf diese Weise wird die bewegbare Komponente effektiv gekühlt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die die absorbierende Fläche aufweisende unbewegbare Komponente in Form eines im Inneren zylindrischen Bauteils ausgebildet, das den Laserstrahl unmittelbar umgibt und den Strahlweg vor Verunreinigung schützt.
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Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die unbewegbare Komponente über den Faltenbalg mit der bewegbaren Komponente verbunden. Der Faltenbalg dient als Abdichtung zwischen der unbewegbaren und bewegbaren Komponenten und schützt insbesondere den Bereich der Strahlformungseinheit, in dem sich der Laserstrahl ausbreitet.
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Insbesondere ist das Innere der bewegbaren Komponente und damit das in der Komponente gefasste/gehaltene optische Element gegenüber dem Luftstrom durch Faltenbälge abgedichtet, sodass der Strahlweg des Laserstrahls dicht ist und keine Staubpartikel aus dem Luftstrom auf die optischen Elemente bzw. in den Strahlweg gelangen können. Bevorzugt sind die absorbierenden Flächen an zylindrischen Bauteilen gebildet, in denen der Laserstrahl verläuft und die insbesondere mit den Fassungen der optischen Elemente über die Faltenbälge verbunden sind.
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Eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Strahlformungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele aufweist. Eine solche Laserbearbeitungsmaschine weist auch bei hoher Laserleistung eine stabile Kühlung der Strahlformungseinheit auf.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, aus den Schutzansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsmaschine mit einer Strahlformungseinheit;
- 2 einen ersten Querschnitt durch die Strahlformungseinheit;
- 3 einen zweiten Querschnitt durch die Strahlformungseinheit.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt beispielhaft eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsmaschine 10. Die dargestellte Laserbearbeitungsmaschine 10 weist beispielsweise einen CO2-Laser, Diodenlaser oder Festkörperlaser als Laserstrahlerzeuger 12, eine in X- und Y-Richtung verfahrbare Strahlformungseinheit 14, insbesondere einen (Laser)Bearbeitungskopf, und eine Werkstückauflage 16 auf. Im Laserstrahlerzeuger 12 wird ein Laserstrahl 18 erzeugt, der mittels eines (nicht gezeigten) Lichtleitkabels oder (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln vom Laserstrahlerzeuger 12 zum Bearbeitungskopf bzw. zur Strahlformungseinheit 14 geführt wird. Auf der Werkstückauflage 16 ist ein plattenförmiges Werkstück 20 angeordnet. Der Laserstrahl 18 wird mittels einer im Bearbeitungskopf 14 angeordneten Fokussieroptik auf das Werkstück 20 gerichtet. Die Laserbearbeitungsmaschine 10 in Form einer Laserschneidmaschine und/oder Laserschweißmaschine wird darüber hinaus mit Prozessgasen 22, beispielsweise Sauerstoff und/oder Stickstoff, versorgt. Die Verwendung des jeweiligen Prozessgases 22 ist vom Bearbeitungsprozess, vom Werkstückmaterial und von Qualitätsanforderungen an die Schnittkanten bzw. Schweißnähte abhängig. Weiterhin ist eine Absaugeinrichtung 24 vorhanden, die mit einem Absaugkanal 26, der sich unter der Werkstückauflage 4 befindet, verbunden ist. Das Prozessgas 22 wird einer Prozessgasdüse, insbesondere einer Schneidgasdüse 28 des Bearbeitungskopfes 14 zugeführt, aus der es zusammen mit dem Laserstrahl 18 austritt. Die Laserbearbeitungsmaschine 10 weist weiterhin eine Maschinensteuerung 30 auf.
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In 2 ist ein Querschnitt durch eine Strahlformungseinheit 14, insbesondere in Form eines Laserbearbeitungskopfes, zur Formung eines Laserstrahls, insbesondere zur Kollimation und zur Fokussierung eines Laserstrahls auf ein Werkstück 20 (s. 1) dargestellt. Die Strahlformungseinheit 14 weist ein äußeres Gehäuse 32 und ein inneres Gehäuse 34 auf. Das innere Gehäuse 34 ist innerhalb des äußeren Gehäuses 32 angeordnet. Teile des inneren Gehäuses 34 sind in Form von unbewegbaren Komponenten ausgestaltet, von denen hier drei beispielhaft mit 36a, 36b, 36c bezeichnet sind. An den unbewegbaren Komponenten 36a, 36b, 36c sind erste und zweite bewegbare Komponenten 40a, 40b über Faltenbalge, von denen hier beispielhaft einer mit 42 bezeichnet ist, befestigt. Die bewegbaren Komponenten 40a, 40b sind jeweils als Linsenfassung für eine Kollimationslinse 44a und eine Fokussierlinse 44b ausgebildet. Die bewegbaren Komponenten 40a, 40b werden durch Motoren 46a, 46b und Gewindestangen 48a, 48b parallel zu der Richtung der Längsachse 50 der Strahlformungseinheit 14 bzw. der optischen Achse bewegt. Die bewegbaren und unbewegbaren Komponenten 36a, 36b, 36c, 40a, 40b bilden im Inneren ein zylindrisches Rohr 52. Der Laserstrahl 18 durchläuft das zylindrische Rohr 52 von einem Einlass 56a zu einem Auslass 56b, an dem eine Prozessgasdüse (nicht gezeigt) angeordnet sein kann.
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Ein Kühlsystem 58 der Strahlformungseinheit 14 weist Kühlplatten, von denen hier beispielhaft zwei mit 60a, 60b bezeichnet sind, einer Kühlwasserführung 62 auf. Die Kühlplatten 60a, 60b sind außen an dem inneren Gehäuse 34 befestigt. Kühlwasser tritt bei jeder Kühlplatte 60a, 60b durch einen Eingang, zum Beispiel dem Eingang 64a, in Form eines Eingangsstroms 66a in die Kühlplatte, zum Beispiel Kühlplatte 60a, ein und durch einen Ausgang, zum Beispiel den Ausgang 64b, in Form eines Augangsstroms 66b aus der betreffenden Kühlplatte, zum Beispiel Kühlplatte 60b, aus. Dabei können die Kühlplatten 60a, 60b durch fluidische Verbindungen (nicht gezeigt) zum Transport des Kühlwassers miteinander verbunden sein.
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In 3 ist ein Querschnitt durch die Strahlformungseinheit 14 mit einem angeschalteten Lüfter 68 als Teil des Kühlsystems 58 dargestellt. Das Kühlsystem 58 kann mehrere Lüfter 68 an verschiedenen Stellen der Strahlformungseinheit 14 aufweisen. Der Lüfter 68 befindet sich außerhalb des inneren Gehäuses 34 an einer Eintrittsdurchgangsausnehmung 70a des inneren Gehäuses 34 vor der ersten bewegbaren Komponente 40a. Ein Luftstrom 74 wird durch den Lüfter 68 angesaugt und zur Kühlung zu der ersten bewegbaren Komponente 40a befördert. Die Luft wird um die erste bewegbare Komponente 40a herumgeführt und tritt auf der entgegengesetzten Seite durch eine Austrittsdurchgangsausnehmung 70b wieder aus dem inneren Gehäuse 34 aus. Der Faltenbalg 42 verhindert einen Eintritt der Luft in das zylindrische Rohr 52 und in das Innere der ersten bewegbaren Komponente 40a. Die Luft wird durch den Lüfter 68 angesaugt und dadurch nach dem Austritt aus der Austrittsdurchgangsausnehmung 70b um das innere Gehäuse 34 herumgeführt und an der Kühlwasserführung 62 vorbeigeführt, die an dem inneren Gehäuse 34 befestigt ist. Dadurch wird die Luft abgekühlt, bevor sie durch den Lüfter 68 wieder der bewegbaren Komponente 40a in dem Inneren des inneren Gehäuses 34 zugeführt wird.
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Die unbewegbaren Komponenten 36a, 36b, 36c weisen die Laserstrahlung absorbierende (Teil-)Flächen an ihren radial inneren Oberflächen auf, die durch doppelte gestrichelte Linien gekennzeichnet sind und von denen hier beispielhaft eine mit 38 bezeichnet ist. Die absorbierenden Flächen können beispielsweise durch Schwarzverchromen, Eloxieren, Pulverbeschichten, Aufsprühen von Graphit-Lack oder durch Oberflächenbehandlung der unbewegbaren Komponenten 36a, 36b, 36c mit Laserstrahlung erzeugt werden. Die bewegbaren Komponenten 40a, 40b haben jeweils eine die Laserstrahlung reflektierende Beschichtung, von denen hier eine beispielhaft mit kleinen Lichtblitzen 72 bezeichnet ist, an ihrer radial inneren Oberfläche, um ein Erhitzen der bewegbaren Komponenten 40a, 40b durch gestreute Lasertrahlung zu verringern. Diese Beschichtung kann beispielsweise aus Gold oder einer Goldlegierung (z.B. AuCo0,2) bestehen.
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Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren betrifft die Erfindung zusammenfassend eine Strahlformungseinheit 14 zur Fokussierung eines Laserstrahls 18 auf ein Werkstück 20 zur Lasermaterialbearbeitung mit einem Kühlsystem 58, das die Strömung eines Kühlmediums aktiv antreiben kann. Die Strahlformungseinheit 14 weist vorzugsweise zumindest teilweise eine den Laserstrahl 18 spiegelnde Beschichtung 72 auf, um die Erwärmung der Strahlformungseinheit 14 zu vermindern. Die Strahlformungseinheit 14 kann ein äußeres Gehäuse 32 aufweisen. Eine unbewegbare Komponente 36a, 36b, 36c kann unbewegbar relativ zum äußeren Gehäuse 32 angeordnet oder ausgebildet sein. Eine bewegbare Komponente 40a, 40b kann bewegbar relativ zur unbewegbaren Komponente 36a, 36b, 36c angeordnet oder ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die bewegbare Komponente 40a, 40b im Inneren reflektierend und die unbewegbare Komponente 36a, 36b, 36c im Inneren absorbierend beschichtet. Die bewegbare Komponente 40a, 40b kann durch einen Lüfter und/oder die unbewegbare Komponente 36a, 36b, 36c mittels durchströmbarer Kühlplatten 60a, 60b gekühlt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Laserbearbeitungsmaschine
- 12
- Laserstrahlerzeuger
- 14
- Strahlformungseinheit/Laserbearbeitungskopf
- 16
- Werkstückauflage
- 18
- Laserstrahl
- 20
- Werkstück
- 22
- Prozessgase
- 24
- Absaugeinrichtung
- 26
- Absaugkanal
- 28
- Schneidgasdüse
- 30
- Maschinensteuerung
- 32
- äußeres Gehäuse
- 34
- inneres Gehäuse
- 36a, b, c
- unbewegbare Komponenten
- 38
- absorbierende Beschichtungen
- 40a, b
- bewegbare Komponenten
- 42
- Faltenbalge
- 44a
- Kollimationslinse
- 44b
- Fokussierlinse
- 46
- Motoren
- 48
- Gewindestangen
- 50
- Längsachse
- 52
- zylinderförmiges Rohr
- 56a, b
- Einlass, Auslass Rohr
- 58
- Kühlsystem
- 60a, b
- Kühlplatten
- 62
- Kühlwasserführung
- 64a, b
- Eingang, Ausgang Kühlplatte
- 66a, b
- Eingangsstrom, Ausgangsstrom
- 68
- Lüfter
- 70a, b
- Eintritts-/Austrittsdurchgangsausnehmung des inneren Gehäuses
- 72
- reflektierende Beschichtung
- 74
- Luftstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/131541 A1 [0003, 0004]
- EP 3257616 A1 [0005]
- JP 63108990 A [0006]
- CN 201201128 Y [0006]
- WO 2018/163908 A1 [0006]
- JP 2003094148 A [0007]
