CN114829056A - 用于激光加工装置的喷嘴及包括其的激光加工装置 - Google Patents

Abstract

一种用于激光加工装置的喷嘴(10)，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件(26)，其中，喷嘴包括：基体(12)，所述基体具有用于引导激光和过程气体(16)的内部容积(14)和喷嘴口(22)，所述喷嘴口具有输出开口(20)用于输出激光束和过程空气(16)的核心流(24)；能运动的套筒(28)，所述套筒具有凸缘区域(30)和环形间隙区域(34)，所述凸缘区域能够沿着基体(12)的导向区域(32)移动，所述环形间隙区域与基体(12)隔开间距并且与基体(12)一起形成用于输出过程空气(16)的环形流(40)的环形间隙(38)，其中，基体(12)具有至少一个连接通道(44)，所述至少一个连接通道将基体(12)的内部容积(14)与基体(12)和套筒(28)之间的区域(42)连接，以便将过程空气(16)的一部分引导到环形间隙(38)中。此外给出一种具有所述喷嘴(10)的激光加工装置。

Description

用于激光加工装置的喷嘴及包括其的激光加工装置

技术领域

本公开涉及一种用于激光加工装置的喷嘴和一种激光加工装置，该激光加工装置包括所述喷嘴。本公开特别是涉及一种用于激光加工装置的切割喷嘴和一种激光加工装置，该激光加工装置包括所述切割喷嘴。

背景技术

在用于加工工件、特别是金属工件或金属材料的激光加工系统中，从激光源或激光导纤维的端部输出的激光束借助于光束导向和聚焦光学器件聚焦或聚束到待加工的工件上，所述激光加工系统将工件局部地加热到熔化温度。所述加工可以例如包括激光切割、激光钎焊或激光焊接。激光加工系统可以包括激光加工装置、例如激光加工头(简称“加工头”)、例如激光切割头或激光焊接头。在加工时，激光束从激光加工装置输出。出于这个目的，在加工头上可以安置喷嘴。喷嘴可以例如是切割喷嘴。在借助于激光切割金属材料或工件时，同轴地被引导的、过程或切割气体的气体流或气流通常与激光束一起从喷嘴输出。激光束和过程气体可以通过喷嘴指向待加工的工件上的过程区域。

在切割过程中，切割气体实现不同的任务。一方面通过将压力和剪切力传递到切割前部和切割面有助于将熔化的材料从切割缝挤出。切割气体的这个功能在切割不锈钢时起主导作用，因此在这种应用情况中使用惰性介质、通常氮气(N2)。而在切割结构钢时使用反应气体、通常氧气(02)。切割气体在这种应用情况中支持分开过程，其方式是，实现将铁转变成氧化铁。以所述方式除了激光束以外附加地将反应热输入过程中。此外，也在切割结构钢时保持熔体挤出的功能。作为第三个任务，切割气体防止加工头中的最后的光学元件被污染，其方式是，过程排放物通过冲力传输被减小。

为了确保可靠地驱除熔体必须确保，从切割喷嘴输出的气体的体积流量的足够的份额也输入到切割间隙中。因为在借助传统的喷嘴激光切割时然而必须遵守切割喷嘴和工件之间的确定的间距(典型地<1mm)，所以气体确定的份额也总是沿着径向、水平或侧向方向流出到工件上。由此，气体消耗明显增大超过用于熔体挤出的功能实际所需的体积流量。在以氧气切割时，典型地以3bar或更小的输入压力(加工头的入口处测量出的绝对压力)加工。而在以氮气切割时，典型地以2bar至30bar的高的输入压力(加工头的入口处测量出的绝对压力)和相应地高的体积流量加工。因此，所述问题特别是在以氮气切割时是重要的。

为了解决所描述的问题，喷嘴或喷嘴的部分、特别是套筒可以直接被放置到工件上，以便由此抑制气体的径向的流出并且相对于周围环境密封切割间隙。

EP 1 669 159提出一种用于激光加工机的加工喷嘴，所述加工喷嘴包括安置在喷嘴体上的喷嘴套筒，其中，喷嘴套筒突出于喷嘴体。在喷嘴体的下方区域处邻近于喷嘴体输出开口设置定位部分，所述定位部分用作朝向待加工的工件的方向的挡靠面，从而限制喷嘴套筒相对于喷嘴体输出开口的竖直运动。

在激光切割期间产生的过程排放物、例如液态熔体的飞溅物、尘垢和含金属的烟。尽管流出的切割气体，所述排放物也可以朝向切割喷嘴的方向从过程区域输出。因为特别是套筒在加工期间连续地放置在工件表面上，所以排放物容易地进入到套筒和内部喷嘴之间的自由空间并且在那里沉积到表面上。以所述方式越来越大地限制套筒的运动性，直到所述套筒不再能实现其功能。典型地，必须在这种情况中更换整个喷嘴。所述问题越重要，则内部喷嘴和套筒之间的间隙越窄地实施。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种喷嘴、特别是切割喷嘴，所述喷嘴实现形成由过程空气的环形流和核心流构成的双重流。本发明的又一个任务在于，提供一种喷嘴、特别是切割喷嘴，所述喷嘴具有提高的维修友好性。

本发明的任务尤其在于，提供一种喷嘴、特别是切割喷嘴，所述喷嘴更不易受过程排放物影响。本发明的又一个任务在于，提供一种喷嘴、特别是切割喷嘴，所述喷嘴实现更换各个磨损部分。

本发明的任务同样在于，提供一种具有所述喷嘴的激光加工装置。

所述任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的构型和进一步方案是从属权利要求的内容。

本发明基于下述基本构思，在喷嘴、特别是切割喷嘴的基体中设置连接通道，所述基体具有用于引导激光和过程气体的内部容积，所述连接通道将内部容积与在基体和套筒之间的区域连接，所述套筒沿着基体能运动地设置并且包围基体。通过连接通道将过程空气的一部分从内部容积引导到基体和套筒之间的、通到环形间隙中的区域，以便除了从基体的喷嘴端部或喷嘴口输出位于内部的或中心的核心流还实现输出过程空气的环绕核心流的环形流。

前述的喷嘴由此实现由环形流和核心流构成的双重流。因此根据本发明的喷嘴可以称为双喷嘴。

根据本公开的一个方面，给出一种用于激光加工装置的喷嘴、特别是切割喷嘴，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件，其中，喷嘴包括基体，所述基体具有用于引导激光束和过程气体、特别是切割气体的内部容积以及喷嘴口，所述喷嘴口具有用于输出激光束和过程空气的核心流的输出开口。喷嘴口是具有输出开口的喷嘴端部。喷嘴还包括能运动的套筒，所述套筒具有凸缘区域和环形间隙区域，所述凸缘区域能够沿着基体的导向区域运动或移动，所述环形间隙区域与基体隔开间距并且与基体一起形成用于输出过程空气的环形流的环形间隙。基体还具有至少一个连接通道，所述至少一个连接通道将基体的内部容积与在基体和套筒之间的区域连接，以便将过程空气的一部分引导到环形间隙中。

根据一个另外的方面，给出一种用于借助于激光束加工工件的激光加工装置，其中，激光加工装置包括加工头和根据在此所述的实施方式之一的喷嘴，所述喷嘴布置在加工头上。

在下文中，轴向方向或纵向方向称为平行于基体的纵向轴线的方向，该方向与激光束的传播方向或光轴平行地和/或同轴地延伸。基体的纵向轴线也可以相应于内部容积的中心轴线。轴向方向可以是基体的对称轴线、特别是旋转对称轴线和/或可以朝向通过激光加工装置待加工的工件的方向延伸。径向方向定义为垂直于轴向方向的方向。也就是说，基体的纵向轴线可以视为旋转对称的坐标系的中心。“径向向外”可以称为远离纵向轴线指向的径向方向。“径向向内”可以称为朝向纵向轴线指向的径向方向。与此相应地，构件或元件的内半径可以视为下述半径，构件在径向方向上并且朝向基体的纵向轴线的面或侧处具有该半径，并且构件或元件的外半径视为下述半径，构件在径向方向上并且背离基体的纵向轴线的面或侧处具有该半径。套筒的纵向轴线可以与基体的纵向轴线平行地和/或同轴地延伸并且相应地定义。

也就是说，套筒能够相对于基体运动。套筒可以能够在基体的轴向方向上在第一端部位置和第二端部位置之间沿着导向区域移动。在此，至少一个连接通道优选地在套筒的每个位置中至少部分地通到基体和套筒之间的区域、特别是储存容积中。

导向区域可以具有外面，所述外面径向向外指向和/或朝向套筒。外面可以具有圆柱状的形状。导向区域的外面垂直于基体的轴向方向的横截面可以沿着基体的轴向方向保持恒定和/或不变。

至少一个连接通道可以在轴向方向上布置在导向区域和喷嘴口之间。至少一个连接通道特别是可以布置在导向区域外部。由此增大用于引导能运动的套筒的导向区域与喷嘴口或过程区域之间的间距，在所述喷嘴口或过程区域中产生过程排放物。换句话说，导向区域在基体的轴向方向上在连接通道的背离喷嘴口的一侧布置在基体上。由此可以减小或防止由于过程排放物导致对喷嘴、特别是在基体和套筒之间的区域中的污染或混入，从而保持套筒相对于基体的运动性。至少一个连接通道可以从内部容积径向向外延伸到基体和套筒之间的区域。至少一个连接通道例如可以穿过基体的围绕内部容积的壁或者延伸通过所述壁。至少一个连接通道可以构造为基体中的孔或通孔。在多个连接通道的情况中，连接通道可以在基体或内部容积的周向方向上规律地或相同分布地布置。至少一个连接通道可以相对于基体的纵向轴线垂直地或成一定角度地径向向外延伸通过基体。

套筒可以构造为能够关于基体倾斜。套筒特别是可以能绕着垂直于基体的轴向方向的至少一个轴线或方向倾斜。优选地，套筒能够以凸缘区域在基体上倾斜。换句话说，套筒可以构造为使得其仅仅在套筒的凸缘区域处沿着基体的导向区域被引导。由此实现倾斜。如果所描述的喷嘴例如构造为接触式喷嘴，则套筒可以针对工件上的不平整处偏移并且即使工件表面不平坦也保持过程区域、特别是切割间隙相对于周围环境的密封。

套筒可以即在周向方向上围绕基体的一部分。套筒可以将喷嘴径向向外或朝向周围环境限界。也就是说，套筒可以称为外套筒。套筒可以向外暴露地布置在喷嘴上。换句话说，套筒可以布置在基体外部。也就是说，套筒可以构成喷嘴外面。由此可以提高维修友好性，因为套筒能够容易地触及并且因此能够容易地被维修或更换。

基体和套筒之间的区域可以限定或确定过程空气的流动区。所述区域或所述区可以朝向周围环境仅仅通过套筒限界。特别是过程空气的环形流朝向喷嘴的周围环境的体积流量可以仅仅通过套筒限制。由此，环形流的体积流量可以仅仅在也可称为“内部喷嘴”的基体和套筒之间形成。

套筒可以还包括布置在凸缘区域和环形间隙区域之间的储存容积区域。套筒的储存容积区域可以与基体一起限定与环形间隙连接的储存容积。套筒的在储存容积区域中的内半径可以大于套筒的在环形间隙区域中的内半径和/或套筒的在凸缘区域中的内半径。换句话说，储存容积区域的内半径可以大于环形间隙区域的内半径和/或凸缘区域的内半径。凸缘区域的内半径可以大于套筒的环形间隙区域的内半径。

储存容积区域至环形间隙区域的过渡部可以突然地或阶梯状地实现。也就是说，套筒的内半径可以在储存容积区域和环形间隙区域之间突然地改变。优选地，储存容积区域和环形间隙区域之间的过渡部具有下述面，所述面在垂直于套筒的纵向轴线的平面中延伸。

套筒可以具有内面，所述内面与基体隔开间距并且构造为使得由套筒和基体之间的区域中的过程气体压力引起的力朝向喷嘴口的方向作用于套筒。内面可以例如具有在套筒轴向方向上在至少一个连接通道的第一侧的第一面部分以及在套筒的轴向方向上在至少一个连接通道的与第一侧对置的第二侧的第二面部分。也就是说，内面的第一面部分和第二面部分可以沿着套筒的纵向轴线彼此相继地布置。第一面部分可以布置在至少一个连接通道的朝向环形间隙或喷嘴口的一侧、即至少一个连接通道的背离导向区域的一侧。第二面部分可以布置在至少一个连接通道的背离环形间隙或喷嘴口的一侧、即至少一个连接通道的朝向导向区域的一侧。第一面部分在垂直于轴向方向的平面中的分量可以大于第二面部分在垂直于轴向方向的平面中的分量。由此可以实现通过过程气体产生的朝向喷嘴口的方向的套筒运动的优选方向。

套筒的储存容积区域可以包括第一面部分和第二面部分。第二面部分可以突然地或阶梯状地过渡到环形间隙区域的内面中。环形间隙区域的内面可以圆柱状地围绕套筒的纵向轴线布置和/或朝向套筒的纵向轴线的方向延伸。第一面部分和第二面部分可以至少部分地限定储存容积的边界。第一面部分可以称为“下面部分”，和/或第二面部分也可以称为“上面部分”。换句话说，第一面部分布置在储存容积下方，并且第二面部分布置在储存容积上方。

凸缘区域可以径向向内和/或朝向套筒的纵向轴线和/或朝向基体的导向区域延伸。凸缘区域可以具有圆柱环状的凸缘、法兰或圆柱环状的凸出部。如果套筒具有储存容积区域，则凸缘区域可以从储存容积区域径向向内和/或朝向套筒的纵向轴线延伸。凸缘区域可以围绕导向区域的一部分。凸缘区域的内半径可以大于基体的导向区域的外半径。凸缘区域可以与导向区域隔开间距。凸缘区域可以与导向区域形成间隙密封。换句话说，在导向区域和凸缘区域之间可以形成间隙。由此在套筒相对于基体运动时减小或避免套筒和基体之间的摩擦。间隙密封还实现套筒关于基体更好的可倾斜性。凸缘区域和/或导向区域可以基本上圆柱环状地构造。间隙可以圆柱环状地形成。替换地也能实现凸缘区域和导向区域之间的间隙匹配，其中，凸缘区域与导向区域滑动接触。

凸缘区域的径向向内指向的端部或朝向导向区域的面可以倒圆地和/或凸形地构造，特别是半圆形地倒圆，以简化或实现套筒相对于基体的倾斜。

基体的在至少一个连接通道的区域中的外半径可以小于基体的导向区域的外半径。基体可以具有至少一个径向向外突出的凸出部，所述凸出部构造在导向区域的朝向喷嘴口的端部上，并且所述凸出部限制套筒在基体的轴向方向上的运动。凸出部的外半径可以大于套筒的凸缘区域的内半径。套筒这样安置在基体上，套筒的凸缘区域与基体的凸出部一起限制套筒在基体的轴向方向上的运动。通过凸出部可以因此防止套筒朝向工件的方向滑脱。凸出部可以构造为凸缘、特别是圆柱环状的凸缘、法兰或凸出部。

基体可以具有固定元件，所述固定元件包括导向区域和/或凸出部。固定元件能够与基体的包围基体的内部容积的壁可松开地连接。可松开的连接可以作为螺纹、插销、借助于螺栓或诸如此类实现。

套筒可以包括第一部分和第二部分。换句话说，套筒可以分成两部分实施。这两个部分能够可松开地彼此连接。第一部分可以包括凸缘区域，并且第二部分可以包括环形间隙区域。通过分成两部分的套筒可以使受到磨损危害的或磨损的部分可容易地触及并且在需要时容易地并且简单地被更换。在这种情况中，喷嘴或套筒的所有其他部分可以继续被使用。由此进一步提高喷嘴的维修友好性。两个部分的可松开的连接可以实施为螺纹、插销、螺栓或者诸如此类。

使套筒的两个部分彼此连接的螺纹可以具有比使固定元件与基体的壁连接的螺纹大的半径。在一个实施方式中，通过固定元件可以将套筒的第一部分能运动地安置在基体上。套筒的第二部分可以实施为使得套筒的第二部分在第一部分的通过固定元件安置在基体上的状态中能够从所述第一部分松开。

基体、内部容积、套筒、环形间隙区域、储存容积区域、凸缘区域、凸缘、导向区域、凸出部、基体的壁和/或固定元件可以基本上旋转对称地和/或基本上环状地、特别是圆柱环状地构造。

基体可以在导向区域和喷嘴口之间的区域具有圆柱状的外部形状。套筒的内面在环形间隙区域中可以圆柱状地成型。环形间隙可以在基体和套筒的环形间隙区域之间以圆柱环的形状形成。

内部容积的至少一个区域可以具有收敛的、发散的、圆锥状的或圆柱状的形状或者所述形状的组合。优选地，内部容积在喷嘴口的区域中具有朝向喷嘴口逐渐变细的圆锥状的形状。

至少套筒的凸缘区域和/或第一部分可以由弹性材料构成和/或可以能变形地构造。由此凸缘区域可以构造用于套到基体的凸出部上。在这种情况中，不需要单独的固定元件用于接触式喷嘴或维修喷嘴。

基体和/或固定元件可以包括铜或者由其构成。替换地，基体可以包括铜或者由其构成，并且固定元件包括不锈钢或者由其构成。这可以有利于防止基体和固定元件的冷焊。此外可以由此确保，所述元件可以多次被更换。

套筒可以由电绝缘材料、特别是陶瓷、聚醚醚酮和/或塑料构成或者可以包括它们。

至少一个连接通道可以构造为长孔、特别是沿着基体的轴向方向定向的长孔。通过使用长孔而在连接通道的保持相同的预压力和保持相同的直径下增大通过喷嘴的过程空气的体积流量，因为减小了喷嘴的流动阻力。此外增大过程空气的环形流的体积流量占总体积流量的份额。

至少在一个位置中，能运动的套筒可以在基体的轴向方向上从喷嘴口伸出或突出于喷嘴口。通过套筒突出于基体可以将激光加工过程的过程区域、特别是切割间隙相对于周围环境密封。基体可以与套筒和待加工的工件一起构成基本上闭合的空间。

喷嘴可以构造为接触式喷嘴。在接触式喷嘴的情况中，套筒和工件之间的间距可以说为零。基体和工件之间的间距、特别是加工间距可以被调设为大于零。由过程空气的被引导通过连接通道的部分施加到套筒的内面、特别是第一面部分和第二面部分上的引起的力可以朝向喷嘴口的方向或者沿着激光束的传播方向和/或朝向待加工的工件的方向作用。也就是说，所引起的力可以沿着激光束的传播方向挤压套筒。由此可以将套筒靠置在工件上。替换地，朝向喷嘴口的方向的力可以通过基体和套筒的凸缘区域之间的弹性元件提供。

在基体和套筒之间的区域、特别是在储存容积中可以由过程空气的被引导通过连接通道的部分调设下述压力，该压力处于基体的内部容积中的压力和环境压力之间。

附图说明

本公开的实施方式在附图中示出并且在下文中具体被描述。附图中：

图1示出根据本公开的第一实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件；

图2A至2C示出了出自图1的、在喷嘴的基体和待加工的工件之间的不同的间距下的、用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件；

图3A和3B示出根据本公开的第一实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的立体图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件；

图4示出根据本公开的第二实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件；

图5示出根据本公开的第三实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件。

在下文中，如果为另外注明，则对于相同的和作用相同的元件使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1、2A至2C示出根据本公开的第一实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件。图3A和3B示出根据本公开的第一实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的立体图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件；

喷嘴10包括基体12，所述基体也可以称为“内部喷嘴”。基体12包括内部容积14。内部容积14用于引导激光束(未示出)和过程气体、特别是切割气体16。为此，基体12包括输入开口18和输出开口20。输出开口20构造在喷嘴口或喷嘴端部22上并且实现朝向工件26的过程区域的方向输出激光束和过程空气16的核心流24，以便加工所述工件。喷嘴10可以例如是用于激光切割过程的切割喷嘴。

在下文中，基体12的纵向轴线11定义为基体12的轴线，该轴线与激光束的传播方向或光轴平行地和/或同轴地延伸。纵向轴线11可以是基体12的对称轴线、特别是旋转对称轴线。径向方向可以定义为垂直于纵向轴线11的方向或轴线。也就是说，纵向轴线11可以视为旋转对称的坐标系的中心。“径向向外”可以称为远离纵向轴线11指向的径向方向。“径向向内”可以称为朝向纵向轴线11指向的径向方向。与此相应地，构件或元件的内半径可以视为下述半径，构件在径向方向上并且朝向纵向轴线11的面或侧处具有该半径，并且构件或元件的外半径视为下述半径，构件在径向方向上并且背离纵向轴线11的面或侧具有该半径。

喷嘴10还包括能运动的套筒28。套筒的纵向轴线28可以是套筒28的对称轴线、特别是旋转对称轴线。套筒的纵向轴线可以与基体12的纵向轴线11基本上同轴地延伸。套筒28包括凸缘区域30，所述凸缘区域能够沿着基体12的导向区域32在轴向方向上、即沿着或平行于纵向轴线11地移动。换句话说，套筒28能够相对于基体12运动。套筒28还包括环形间隙区域34，所述环形间隙区域与基体12隔开间距，并且套筒可选地包括布置在凸缘区域30和环形间隙区域34之间的储存容积区域36。套筒28可以至少部分地周向地围绕基体12。套筒28可以径向向外地或朝向周围环境地限定喷嘴10的边界。套筒28可以向外暴露地或在喷嘴10外部暴露地布置。换句话说，套筒28可以布置在基体12外部。由此可以提高维修友好性。因此，套筒28也可以称为“外套筒”。

套筒28的环形间隙区域34与基体12一起形成环形间隙38，通过所述环形间隙将过程气体16作为环形流40输出。储存容积区域36与基体12一起形成与环形间隙38连接的储存容积42。换句话说，环形间隙38布置在基体12的第一区域和套筒28的环形间隙区域之间，并且储存容积42布置在基体12的邻接于第一区域的第二区域和套筒28的储存容积区域36之间。环形间隙38可以特别是圆柱环状地构造，和/或套筒28的在环形间隙区域34中的内面29和/或环形间隙区域34可以圆柱状地构造。基体12或基体12的壁的外面可以在导向区域32和喷嘴口22之间的区域中圆锥状地或圆柱状地构造。基体12的壁的外面在导向区域32中具有与基体的纵向轴线12均等的间距并且优选地是圆柱状的。

基体12具有至少一个连接通道44，所述至少一个连接通道将内部容积14与基体12和套筒28之间的区域或容积连接。根据示出的实施方式，至少一个连接通道44将内部容积14与储存容积42连接，然而本公开不局限于此。如同所示的那样，至少一个连接通道44在轴向方向上布置在导向区域32和喷嘴口22之间。

如图1中所示地，至少一个连接通道44包括四个单个的连接通道44，所述连接通道在内部容积14的周向方向上规律地或相同分布地布置，然而本公开不局限于此。至少一个连接通道44基本上圆柱状地构造。至少一个连接通道44可以特别是构造为孔。

至少一个连接通道44用于将过程空气16的一部分46从内部容积14引导到储存容积42中并且然后引导到环形间隙38中，所述部分作为环形流40从所述环形间隙朝向工件26的方向被输出。换句话说，过程气体16通过输入开口18被输入到基体12的内部容积14中。过程空气16的一部分作为核心流24通过输出开口20从基体12的喷嘴口22被输出，并且过程空气16的另一部分46作为环形流40从基体12和套筒28的环形间隙区域34之间的环形间隙38被输出。不仅核心流24而且环形流40与激光束同轴地到达待加工的工件26。因此，环形流40包围核心流24。

在基体12和套筒28之间的区域中、特别是在储存容积42中调设下述压力，该压力处于内部容积14中的压力和环境压力之间。如果假设在所述区域中存在几乎均匀的压力，则作用于套筒28的引起的力可以通过选择套筒28的内面29的面比例关系被调设。在此的目的是，产生沿着激光束的传播方向、即朝向工件26的方向作用的引起的力，从而朝向工件26的方向挤压套筒28并且使所述套筒靠置在工件26上。也就是说，喷嘴12可以构造为接触式喷嘴。

因此需要的是，套筒28的内面29的在气体压力下沿着激光束的传播方向作用的面部分大于内面29的反向于激光束的传播方向作用的面部分。例如当凸缘区域30的内直径大于环形间隙区域34的内直径时是这种情况。例如套筒28的内面29的垂直于轴向方向延伸的、在轴向方向上位于连接通道44的朝向喷嘴口22的一侧的面部分(也称为“第一面部分”29a)可以大于套筒28的内面29的垂直于轴向方向延伸的、在轴向方向上位于连接通道44的背离喷嘴口22的一侧的面部分(也称为“第二面部分”29b)。然而本公开不局限于此。

如图2A至2C中所示地，套筒28能够在轴向方向上、即沿着基体12的纵向轴线11相对于基体12移动。换句话说，套筒28能够相对于基体12在轴向方向上运动。优选地，至少一个连接通道44对于套筒28相对于基体12的每个任意的位置通到储存容积42中。如同在图2A至2C中可看到的那样，储存容积42在套筒28的不同的位置中是不同大小的，然而本公开不局限于此。

除了在轴向方向上的运动以外，套筒28可以关于基体12倾斜。换句话说，套筒28能够以凸缘区域30关于基体12倾斜。

套筒28的凸缘区域30径向向内朝向基体12的导向区域32延伸并且围绕导向区域32的一部分。凸缘区域30和/或导向区域32可以圆柱状地构造。凸缘区域30特别是可以具有圆柱环状的凸缘、法兰或圆柱环状的凸出部，然而本公开不局限于此。

如同所示的那样，凸缘区域30的内半径大于导向区域32的外半径。也就是说，凸缘区域30与导向区域32隔开间距。也就是说，在凸缘区域30和导向区域32之间形成间隙48。间隙48可以圆柱环状地构造，然而本公开不局限于此。在喷嘴10运行期间，凸缘区域30和导向区域32形成间隙密封。这实现套筒28相对于基体12的无摩擦的或低摩擦的运动、例如线性运动和倾斜运动。替换地，可以在凸缘区域30和导向区域32之间构造间隙匹配。

导向区域32还包括径向向外突出的凸出部52，所述凸出部构造在导向区域32的朝向喷嘴口22的端部上，并且所述凸出部限制套筒28沿着基体12的纵向轴线11的轴向运动。为此，凸出部52的外半径大于套筒28的凸缘区域30的内半径。也就是说，套筒28这样被安置在基体12上，以使得套筒28的凸缘区域30与凸出部52一起限制套筒28在轴向方向上的运动。也就是说，凸出部52防止套筒28朝向工件26的方向滑脱。在示出的实施方式中，凸出部52构造为凸缘、特别是圆柱环状的凸缘、法兰或凸出部，然而本公开不局限于此。

在一个实施方式中，基体12具有固定元件50。固定元件50能够可松开地与基体12的包围基体12的内部容积14的壁54连接。所述可松开的连接(未示出)可以作为螺纹、插销、借助于螺栓或诸如此类实现。固定元件50可以具有凸出部52。可选地，固定元件50可以具有导向区域32的至少一个部分。

在一个实施方式中，套筒28包括第一部分56和第二部分58。第一部分56包括凸缘区域30，并且第二部分58包括环形间隙区域34。这两个部分56和58能够可松开地彼此连接，然而本公开不局限于此。所述可松开的连接(未示出)可以通过螺纹、插销、螺栓或诸如此类实现。换句话说，套筒28在中间区域中能分开地实施。

喷嘴10的装配优选地这样进行，以使得首先将固定元件50和套筒28的第一部分56彼此套到一起。然后所述组合与基体12连接、特别是螺接。最后将套筒28的第二部分58与第一部分56连接、特别是螺接。在喷嘴10运行期间、特别是在借助于包括所述喷嘴10的激光加工装置的激光加工过程期间，套筒28的第二部分58被磨损，因为该部分被引导到工件26上并且处于最邻近于过程区域处并且由此最强地遭受过程排放物的影响。通过本发明可以快速地更换这个第二部分58，而不必拆卸整个喷嘴10。然而此外也能实现更换喷嘴10的所有其他部分。此外，基体12也可以至少两件式地实施，其中，所述部分同样可松开地彼此连接。

喷嘴10不必须强制地具有固定元件50。同样，套筒28也可以一件式地构造。在无固定元件的一个实施方式中，构成套筒28的至少一个部分或套筒28的至少第一部分56的材料可以是弹性材料。套筒28则可以在装配在基体12上时被套到凸出部52上。相应地也可以使仅仅套筒28的凸缘区域30由弹性材料构成。替换地或附加地，凸出部52也可以由弹性材料构成。

套筒28可以由绝缘材料构成。在此可以例如选择陶瓷、聚醚醚酮或另外的耐高温的塑料。在使用电容式距离传感器用于确定激光加工装置、特别是基体12与工件26间距的情况中，可以测定或调设工件26与激光加工装置或例如可由铜制造的基体12之间的加工间距，而所述测量不受套筒28的存在影响。还实现切割间隙相对于周围环境密封的最大加工间距通过套筒28最大地突出于基体12，直到套筒28贴靠在固定元件50的凸出部52上实现。在图2A，2B和2C中示出带有工件26以及基体与工件之间的相应地0.5mm、1.0mm和1.5mm的加工间距的喷嘴10。

如同基体12那样同样由铜制成。然而为了防止固定元件50与基体12冷焊会有利的是，使用另外的金属材料、例如不锈钢。由此也确保，单个部分可以多次被更换。

图4示出根据本公开的第二实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件。在下文中仅仅描述与根据本公开的第一实施方式的喷嘴10的不同之处。

如图4中所示地，至少一个连接通道44构造为长孔。至少一个连接通道44对于套筒28相对于基体12的每个位置优选地至少部分地通到储存容积42中。通过使用长孔在保持相同的预压力下增大通过喷嘴10的流量。此外增大环形流40中的体积流量份额。

图5提出根据本公开的第三实施方式的用于激光加工装置的喷嘴的示意性的横截面图，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件。在下文中仅仅描述与根据本公开的第一实施方式的喷嘴10的不同之处。

图5中示出的喷嘴附加地具有耐磨环60。耐磨环60构造在套筒28的在套筒28的轴向方向上朝向工件的端部上。耐磨环60可以通过卷边，螺接，粘接或夹紧被安置在套筒28上。耐磨环60可以在加工工件26期间靠置在工件26上。换句话说，耐磨环60是喷嘴10的下述元件，该元件在加工时与工件接触。耐磨环60因此是喷嘴10的下述元件，该元件最强地经受磨损。当耐磨环60构造为能够从套筒28取下时，则在需要时可以容易地并且简单地更换所述耐磨环。耐磨环60可以由黄铜制造。由此可能的是，耐磨环60特别耐磨地、耐高温地和以高的反射率构造。

根据本公开的实施方式的喷嘴实现，借助于连接通道将过程空气的一部分从基体的内部容积引导到基体和套筒的之间的区域，以便除了核心流以外产生过程空气的与激光束同轴的环形流。

根据本公开的实施方式的喷嘴还具有在基体上的用于引导能运动的套筒的导向区域，所述导向区域在基体的轴向方向上布置在连接通道上方或者在连接通道的背离喷嘴口的一侧布置在基体上，从而连接通道位于导向区域和喷嘴口之间。由此增大导向区域和喷嘴口之间的间距或者导向区域和过程区域之间的间距，过程排放物在所述过程区域中产生。由此可以减小或防止由过程排放物混入喷嘴或基体和套筒之间的区域，从而保持套筒相对于基体的运动性。

根据本公开的实施方式的喷嘴具有下述套筒，该套筒多件式地构造。由此可以使受到磨损危害的部分可容易地触及并且在需要时容易地并且简单地被更换。在这种情况中可以继续使用喷嘴或套筒的所有其他部分。由此进一步提高喷嘴的维修友好性。两个部分的可松开的连接可以通过螺纹、插销、螺栓或诸如此类实现。

根据本公开的实施方式的喷嘴具有下述套筒，该套筒能够关于基体倾斜。由此，套筒可以针对工件上的不平整处偏移并且由此即使工件表面不平坦也保持切割间隙相对于周围环境的密封。

根据本公开的实施方式的喷嘴具有套筒的凸缘区域和基体的导向区域之间的间隙密封。由此可以减小或避免在套筒运动时套筒和基体之间的摩擦。间隙密封此外实现套筒关于基体的更好的可倾斜性。

根据本公开的实施方式的喷嘴具有下述套筒，该套筒至少部分地周向地围绕基体。套筒特别是可以将喷嘴径向向外或朝向周围环境界定开或限界。换句话说，套筒可以布置在基体外部。由此提高喷嘴的维修友好性。

附图标记列表

10 喷嘴

11 纵向轴线

12 基体

14 内部容积

16 过程气体

18 输入开口

20 输出开口

22 喷嘴口

24 核心流

26 工件

28 套筒

29 套筒的内面

29a 第一面部分

29b 第二面部分

30 凸缘区域

32 导向区域

34 环形间隙区域

36 储存容积区域

38 环形间隙

40 环形流

42 储存容积

44 连接通道

46 过程空气的部分

48 间隙

50 固定元件

52 凸出部

54 壁

56 套筒的第一部分

58 套筒的第二部分

60 耐磨环。

Claims (16)

1.一种用于激光加工装置的喷嘴(10)，所述激光加工装置用于借助于激光束加工工件(26)，所述喷嘴(10)包括：

-基体(12)，所述基体具有用于引导激光束和过程气体(16)的内部容积(14)以及喷嘴口(22)，所述喷嘴口具有用于输出激光束和过程空气(16)的核心流(24)的输出开口(20)，

-能运动的套筒(28)，所述套筒具有凸缘区域(30)和环形间隙区域(34)，所述凸缘区域能够沿着所述基体(12)的导向区域(32)移动，所述环形间隙区域与所述基体(12)隔开间距并且与所述基体(12)一起形成用于输出所述过程空气(16)的环形流(40)的环形间隙(38)，

其中，所述基体(12)具有至少一个连接通道(44)，所述至少一个连接通道将所述基体(12)的内部容积(14)与在所述基体(12)和所述套筒(28)之间的区域连接，以便将所述过程空气(16)的一部分(46)引导到所述环形间隙(38)中。

2.根据权利要求1所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)能够沿着所述基体(12)的纵向轴线(11)移动。

3.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述至少一个连接通道(44)布置在所述导向区域(32)和所述喷嘴口(22)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)能够关于所述基体(12)倾斜。

5.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)还包括布置在所述凸缘区域(30)和所述环形间隙区域(34)之间的储存容积区域(36)，所述储存容积区域与所述基体(12)一起限定与所述环形间隙(38)连接的储存容积(42)。

6.根据权利要求5所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)的在所述储存容积区域(36)中的内半径大于所述套筒(28)的在所述环形间隙区域(34)中的内半径和/或所述套筒(28)的在所述凸缘区域(30)中的内半径。

7.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)具有内面(29)，所述内面与所述基体(12)隔开间距并且构造为使得由所述套筒(28)和所述基体(12)之间的区域中的过程气体压力引起的力朝向所述喷嘴口(22)的方向作用于所述套筒(28)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述凸缘区域(30)径向向内朝向所述基体(12)的导向区域(32)延伸并且围绕所述导向区域(32)的一部分。

9.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述凸缘区域(30)的内半径大于所述基体(12)的导向区域(32)的外半径，和/或其中，所述凸缘区域(30)与所述导向区域(32)隔开间距，和/或其中，所述凸缘区域(30)和所述导向区域(32)形成间隙密封。

10.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述基体(12)具有至少一个径向向外突出的凸出部(52)，所述凸出部构造在所述导向区域(32)的朝向所述喷嘴口(22)的端部上，并且所述凸出部限制所述套筒(28)在所述基体(12)的轴向方向(11)上的运动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述基体(12)具有固定元件(50)，所述固定元件包括所述导向区域(32)和/或所述凸出部(52)，其中，所述固定元件(50)能够与所述基体(12)的包围所述内部容积(14)的壁(54)可松开地连接。

12.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)包括第一部分(56)和第二部分(58)，所述第一部分和第二部分能够可松开地彼此连接，其中，所述第一部分(56)包括所述凸缘区域(30)，和/或所述第二部分(58)包括所述环形间隙区域(34)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述基体(12)在所述导向区域(32)中具有圆柱状的外部形状。

14.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，至少所述套筒(28)的凸缘区域(30)和/或第一部分(56)由弹性材料构成，和/或其中，所述基体(12)包括铜，和/或其中，所述固定元件(50)包括不锈钢或铜。

15.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述套筒(28)和/或所述套筒(28)的凸缘区域(30)向外暴露地布置在所述喷嘴上，和/或其中，所述喷嘴中的过程空气的体积流量仅仅通过所述基体(12)和所述套筒(28)来限制。

16.一种用于借助于激光束加工工件(26)的激光加工装置，其具有：

-加工头，和

-根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，所述喷嘴布置在所述加工头上。

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