CN114929425A - 用于激光加工设备的喷嘴和具有该喷嘴的激光加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光加工设备的喷嘴(10)，该激光加工设备用于借助激光束加工工件(11)，所述喷嘴(10)包括：内喷嘴部分(12)，所述内喷嘴部分具有内通道(14)和核心流排出开口(18)，所述内通道用于导通所述激光束并且用于构造工艺气体的核心流(20)，所述核心流排出开口用于所述激光束和所述工艺气体的核心流(20)的排出；和外喷嘴部分(22)，所述外喷嘴部分至少在第一喷嘴区域(46)中与所述内喷嘴部分(12)间隔开地布置并且与所述内喷嘴部分(12)一起形成环形通道(24)，所述环形通道用于构造所述工艺气体的环形流(30)，所述环形通道具有环形流排出开口(28)，所述环形流排出开口用于所述环形流(30)的排出，其中，所述环形通道(24)的横截面面积朝向所述环形流排出开口(28)增大。此外，本发明涉及一种用于借助这样的喷嘴加工工件的激光加工设备。

Description

用于激光加工设备的喷嘴和具有该喷嘴的激光加工设备

技术领域

本发明涉及一种用于激光加工设备的喷嘴、尤其是用于激光加工设备的双喷嘴，和一种具有这样的喷嘴的激光加工设备。

背景技术

在用于加工工件、尤其是金属工件或者材料的激光加工系统中，借助激光加工头的射束引导光学器件和聚焦光学器件将从激光源或者激光传导纤维的端部出来的激光束聚焦或者聚束到待加工的工件上，以便将工件局部加热到熔化温度。所述加工能够包括例如激光切割、激光钎焊或者激光熔焊。在借助激光器切割金属材料或工件时，工艺气体或者切割气体的同轴引导的气流通常与激光束一起从安装在加工头上的喷嘴中排出。例如，在激光熔融切割时，借助与激光束同轴的气体束将熔融物从切缝中排出。

激光辐射和工艺气体通过喷嘴指向待加工的工件的处理区。工艺气体的气流、尤其是体积流和气流的形状，被工艺气体的气体压力和喷嘴的几何或形状影响。在借助氧气切割时，典型地以3巴或者更低的输入压力(在入口或者加工头的气体供应开口上测量的绝对压力)工作。在借助氮气切割时，典型地以2巴至30巴的高输入压力(在入口或者加工头的气体供应开口上测量的绝对压力)和相应高的体积流工作。

工艺气体的气流反过来对加工工艺的、尤其是切割工艺的质量、稳定性和效率起到决定性的作用，并且因此构成激光切割的重要组成部分。在切割工艺中，切割气体完成不同的任务。另外，工艺气体产生作用到通过激光束熔融的材料上的力作用，其方式是，该工艺气体将压力和剪切力传递到切割前锋和切割侧面上。由此，工艺气体辅助将熔融的材料从切缝中排出。即，为了在激光切割时确保熔融物的良好排出，工艺气体的总体积流的尽可能高的份额需要进入到切割间隙中并且在那里发挥作用到液态材料上的力作用。不仅进入的体积流的份额、而且由此产生的力作用都被喷嘴的几何形状或形状影响。

已知具有收敛的形状的喷嘴、双喷嘴、也被称为“双流喷嘴”，和具有收敛-发散的走向的喷嘴、所谓的“拉瓦尔喷嘴”。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴实现由环形流和核心流组成的双重流的构造。

本发明的另一任务在于，提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴实现工艺气体的改进的气体流以及有效率的熔融物排出。

本发明的任务尤其在于，提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴在不变的切割棱边质量和/或更低的切割气体消耗的情况下实现更高的切割速度。

本发明的另一任务在于，提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴实现工艺气体的体积流的进入到切割间隙中的份额。

本发明的另一任务在于，提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴能够稳定工艺气体的气体流。

本发明的另一任务在于，提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴适合用于切割具有大的厚度的板材或者说切割大的板材厚度，所述厚度优选是1mm至150mm、尤其是10mm至60mm。

本发明的任务同样在于，提供一种具有这样的喷嘴的激光加工设备。

所述任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的构型方案和扩展方案是从属权利要求的主题。

本发明基于下述基本构思：提供一种喷嘴、尤其是切割喷嘴，该喷嘴具有环形通道和内通道，该环形通道用于构造工艺气体的环形流，该环形流具有扩大的横截面面积，该内通道用于构造工艺气体的核心流。优选地，内通道具有变小的横截面面积。

根据一种实施方式，该喷嘴具有内喷嘴部分和外喷嘴部分，该内喷嘴部分具有内通道和核心流排出开口，该内通道用于导通激光束和工艺气体，该核心流排出开口用于激光束和该工艺气体的核心流的排出，该外喷嘴部分在喷嘴的第一区域(在下文中也被称为第一喷嘴区域)中与内喷嘴部分间隔开地布置并且与内喷嘴部分一起形成环形通道和环形流排出开口，该环形通道用于导通工艺气体，该环形流排出开口用于工艺气体的环形流的排出。环形通道具有在环形流排出开口的方向上增大的横截面面积。

通过喷嘴的该构造，工艺气体的环形流包围该工艺气体的核心流。基于环形通道的形状，工艺气体的环形流具有大于核心流的流动速度的流动速度。由此，核心流在喷嘴与待加工的工件之间的区域中与周围大气隔绝。因此，核心流的特别大的份额能够进入到待加工的工件的处理区中，并且能够确保有效率的熔融物排出。与不具有环形通道的喷嘴相比或者说与环形流的速度小于或者等于核心流的速度的喷嘴相比，能够通过环形流的更大的冲量将核心流更有效地聚束。因此，核心流后来才扇状散开，并且工艺气体的核心流能够更有效地引导到激光加工工艺的处理区中、例如在激光切割的情况下引导到切割间隙中。

根据本公开内容的一种实施方式，给出一种用于激光加工设备的喷嘴，该激光加工设备用于借助激光束加工工件，其中，该喷嘴包括：内喷嘴部分，该内喷嘴部分具有内通道和核心流排出开口，该内通道用于导通激光束和工艺气体，该核心流排出开口用于激光束和工艺气体的核心流的排出；外喷嘴部分，该外喷嘴部分在第一喷嘴区域中与内喷嘴部分间隔开地布置并且与内喷嘴部分一起形成环形通道和环形流排出开口，该环形通道用于导通工艺气体，该环形流排出开口用于工艺气体的环形流的排出，其中，环形通道的横截面面积朝向环形流排出开口增大。

根据本公开内容的另一种实施方式，给出一种用于借助激光束加工工件的激光加工设备，其中，该激光加工设备包括加工头和根据本公开内容的实施方式的喷嘴，其中，该喷嘴布置在加工头上。

下面，喷嘴的轴向方向、也被简称为轴向方向，指的是与喷嘴轴线或喷嘴的纵轴线平行的方向或与激光束的传播方向或者射束轴线和/或工艺气体在从喷嘴中排出时的流动方向平行和/或同轴的方向。喷嘴轴线能够相应于喷嘴的或者内通道的中心轴线。喷嘴轴线能够是喷嘴的、内喷嘴部分的和/或外喷嘴部分的对称轴线、尤其是旋转对称轴线。径向方向定义为与喷嘴轴线或与轴向方向垂直的方向。“径向向外”能够指的是背离喷嘴轴线的面或者部分。“径向向内”能够指的是面向喷嘴轴线的面或者部分。除非另有说明，否则，构件的或者元件的横截面面积或者半径能够在与轴向方向或喷嘴轴线垂直的面中定义。元件的下端部能够指的是该元件的指向轴向方向的端部，并且能够相应于面向待加工的工件的端部。元件的上端部能够指的是该元件的指向轴向方向的端部，并且能够相应于背离待加工的工件的端部。

即，喷嘴包括具有内通道的内喷嘴部分。该内通道能够设立用于工艺气体在内通道中的核心流。内喷嘴部分能够基本上关于喷嘴轴线旋转对称地构造和/或柱形地构造。内通道用于导通激光束和工艺气体的第一部分。内通道能够沿着喷嘴轴线穿透内喷嘴部分，和/或内通道能够沿着喷嘴轴线伸展和/或能够与该喷嘴轴线同轴地伸展。内通道能够在沿着喷嘴的轴向方向的每个点都具有基本上圆形的横截面。内通道能够通过内喷嘴部分的径向向内指向的面限界，该面也被称为内喷嘴部分的内面或者内轮廓。内通道、尤其是内喷嘴部分的内面或内轮廓，具有锥形地收敛的形状(沿气体流动方向)。内面也能够通过多个梯级或者通过由锥形地收敛的区段和梯级组成的组合构成。

内喷嘴部分具有核心流排出开口。核心流排出开口例如布置在内通道的面向待加工的工件的端部上。激光束从核心流排出开口中排出，以便随后撞击到待加工的工件上。此外，工艺气体的第一部分作为核心流从核心流排出开口中排出。核心流能够包围该激光束或者与该激光束同轴地伸展。核心流排出开口能够旋转对称地、圆形地或者椭圆形地构造。

此外，喷嘴具有外喷嘴部分。外喷嘴部分包围内喷嘴部分。外喷嘴部分能够基本上关于喷嘴轴线旋转对称地构造和/或柱形地构造。尤其是，外喷嘴部分的径向向内指向的表面(也被称为外喷嘴部分的内面或者内轮廓)，能够与内喷嘴部分的径向向外指向的表面(也被称为内喷嘴部分的外面或者外轮廓)对置。换言之，内喷嘴部分能够导入到、插入到或者构造在外喷嘴部分中。内喷嘴部分的面向待加工的工件的端部和外喷嘴部分的面向待加工的工件的端部能够关于喷嘴的轴向方向齐平地布置。

外喷嘴部分与内喷嘴部分一起形成环形通道。环形通道能够设立用于构造工艺气体在环形通道中的环形流。环形通道能够通过外喷嘴部分的径向向内指向的表面或内面或者内轮廓和内喷嘴部分的径向向外指向的表面或外面或者外轮廓限界。环形通道用于导通工艺气体的第二部分。环形通道能够基本上环形地构造。环形通道能够在喷嘴的轴向方向上延伸和/或与该轴向方向同轴地伸展。环形通道能够在沿着喷嘴的轴向方向的每个点都具有基本上环形的横截面。环形通道的中心轴线或者纵轴线能够是与内通道的和/或喷嘴的中心轴线或纵轴线同轴的。换言之，环形通道和内通道能够至少部分同中心地沿着喷嘴轴线伸展。

在一实施例中，环形通道能够在与环形流排出开口邻接的区域中发散地或者至少不收敛地构造，并且内通道能够在与核心流排出开口邻接的区域中收敛地或者至少不发散地构造。

工艺气体的第一部分和工艺气体的第二部分能够分别以预给定的压力、尤其是以相同的压力进入到内通道中或进入到环形通道中。工艺气体的压力能够通过CNC预给定，和/或能够通过气体阀调设或调节。压力能够由激光加工头上的传感器嵌件中的压力传感器测量。压力能够例如在激光加工头上的气体供应开口中或者在激光加工头上的气体供应开口上测量。

喷嘴具有环形流排出开口。优选地，环形流排出开口布置在环形通道的面向待加工的工件的端部上。工艺气体的第二部分作为环形流从环形流排出开口中排出。环形流包围核心流。即，喷嘴能够被称为双喷嘴或者双流喷嘴。环形流排出开口和/或环形通道，即在垂直于喷嘴轴线的平面中，能够环形地或圆环形地构造。

环形通道具有朝向环形流排出开口增大的横截面面积。换言之，环形通道的横截面面积从具有最小的横截面面积的区域在朝着环形流排出开口的方向上增大。该增加可以是连续的和/或恒定的和/或持续不断的。尤其是，环形通道能够沿着喷嘴轴线构造，使得其横截面面积在最小的横截面面积的区域与环形流排出开口之间不再减小。再换言之，环形通道能够朝向环形流排出开口发散地伸展。

环形通道的朝向环形流排出开口增加的横截面面积能够通过内喷嘴部分的锥形地收敛的外面和外喷嘴部分的恒定的或者发散的内面(分别沿气体流动方向)形成。

环形通道优选构造或者成形为使得环形流的流动速度大于核心流的流动速度，尤其是在环形流排出开口的区域中或在核心流排出开口的区域中。环形通道优选构造或者成形为使得环形流在环形通道内的区域中和/或在环形流排出开口的区域中构造为超音速流，即具有超音速流动速度。超音速流能够尤其构造在环形通道的第二区域中。由此，核心流有效地与周围大气隔绝，并且因此可以有效地侵入到处理区、尤其是切割间隙中。另外，核心流被稳定，并且因此还能够稳定地切割具有大的板材厚度的板材或者说具有大的厚度的板材，所述厚度优选是1mm至150mm、尤其是10mm至60mm。

环形通道或者该环形通道的区域能够是拉瓦尔形的或能够构造为拉瓦尔喷嘴。换言之，环形通道的横截面能够拉瓦尔形地构造。换言之，环形通道能够在穿过喷嘴轴线的或穿过喷嘴的中心轴线的纵剖面中具有拉瓦尔轮廓。即，外喷嘴部分的径向向内指向的表面或内面或者内轮廓和内喷嘴部分的径向向外指向的表面或外面或者外轮廓能够成形为使得构造有拉瓦尔形的环形通道。因此，该喷嘴能够是环形拉瓦尔喷嘴。环形通道的横截面能够在环形流排出开口的方向上首先缩窄并且随后扩宽。从环形部分的变窄的区域到环形通道的扩宽的区域的过渡能够持续不断地实现。环形通道的横截面面积的外轮廓和/或内轮廓能够在沿着喷嘴轴线的每个部位上都是圆形的或者椭圆形的。

环形通道能够具有第一区域和第二区域，第一区域具有在环形流排出开口的方向上不变的和/或减小的横截面面积，第二区域具有在环形流排出开口的方向具有增大的横截面面积。第一区域和第二区域能够彼此邻接。环形通道的最小横截面面积能够位于第一区域与第二区域之间。从第一区域到第二区域的过渡能够持续不断地实现。

第二区域能够在环形流排出开口的方向上布置在第一区域的后方、即第一区域的下游(参照工艺气体流)。第二区域能够与环形流排出开口邻接地布置或者能够布置在第一区域与环形流排出开口之间。在第二区域与环形流排出开口之间能够布置有环形通道的第三区域，该第三区域具有在环形流排出开口的方向上不变的或恒定的横截面面积。

环形通道的横截面面积在环形流排出开口的区域中能够是最大的。尤其是，环形流排出开口的横截面面积能够相应于环形通道的最大横截面面积，或者能够是环形通道的最大横截面面积。

环形通道能够具有尤其在环形通道的第二区域内的、带有在环形流排出开口的方向上减小的内径的至少一个区域，和/或能够具有尤其在第二区域内的、带有在环形流排出开口的方向上增大的外径的至少一个区域。环形通道能够具有尤其在环形通道的第二区域和/或第三区域内的、带有在环形流排出开口的方向上恒定的内径和/或恒定的外径的至少一个区域。环形通道能够具有带有在环形流排出开口的方向上连续地改变的内径和/或外径的至少一个区域。

内通道的横截面面积能够朝向核心流排出开口减小。即，内通道能够具有锥形的和/或收敛的形状。换言之，内通道能够在穿过喷嘴的中心轴线的纵剖面中具有锥形的和/或收敛的形状。换言之，环形通道能够朝向环形流排出开口收敛地伸展。换言之，内通道的横截面能够朝向核心流排出开口缩窄。内通道能够在核心流排出开口的方向上梯级形地、即不连续地收敛的至少一个区域，和/或能够具有在核心流排出开口的方向上连续地收敛的至少一个区域。内通道能够具有第一区域和第二区域，第一区域具有在核心流排出开口的方向上减小的横截面面积或直径，即第一区域是收敛的第一区域，第二区域具有在核心流排出开口的方向上不变的或恒定的横截面面积或直径，即第二区域是柱形的第二区域。第一区域能够在核心流排出开口的方向上构造在第二区域的前方、即第二区域的上游(参照工艺气体流)。从第一区域到第二区域的过渡能够持续不断地或者离散地或梯级形地实现。第二区域能够以与核心流排出开口邻接的方式布置。环形通道能够具有带有在核心流排出开口的方向上连续地改变的直径的至少一个区域。

内通道的横截面面积能够在核心流排出开口的方向上减小。在核心流排出开口的区域中或者与核心流排出开口相邻地，横截面面积能够是最小的。该减小可以是连续的和/或恒定的和/或持续不断的。

在核心流排出开口和/或在第二区域的面向核心流排出开口的端部上，内通道的横截面面积能够是最小的。尤其是，核心流排出开口的横截面面积能够相应于内通道的最小横截面面积，或者能够是内通道的最小横截面面积。

核心流排出开口和环形流排出开口能够都构造在喷嘴端面上。喷嘴端面在这里能够指的是喷嘴的下述面或下述端部：该面或该端部在激光加工时最接近工件。核心流排出开口和环形流排出开口能够共面地构造，或能够构造在与喷嘴轴线垂直的平面、即同一平面中。核心流排出开口和环形流排出开口能够构造在喷嘴的垂直于喷嘴的轴向方向的平面中。尤其是，核心流排出开口和环形流排出开口能够构造在同一平面中，其中，该平面能够垂直于喷嘴的轴向方向布置。

此外，该喷嘴能够具有共同的排出开口，该共同的排出开口用于核心流和环形流从喷嘴中的排出。此外，该喷嘴能够具有共同的通道，该共同的通道用于导通环形流和核心流，该共同的通道布置在环形通道或内通道与共同的排出开口之间。因此，核心流和环形流能够共同通过共同的排出开口从共同的通道和喷嘴中排出。共同的通道能够在喷嘴的轴向方向上构造在内通道和/或环形通道或者说核心流排出开口和/或环形流排出开口的后方、即其下游。换言之，核心流排出开口和环形流排出开口能够相对于共同的排出开口凹进。共同的通道能够尤其与内通道和/或与环形通道或与核心流排出开口和/或环形流排出开口邻接地布置。共同的通道能够在其面向待加工的工件的端部上具有共同的排出开口。即，环形流排出开口和核心流排出开口能够在喷嘴的轴向方向上构造在共同的排出开口的前方。换言之，工艺气体的从内通道中排出的核心流和从环形通道中排出的环形流能够进入到共同的通道中，并且随后从共同的排出开口从喷嘴中排出。共同的通道能够通过外喷嘴部分的内面构成。共同的排出开口能够构造在外喷嘴部分的面向待加工的工件的端部上。共同的通道能够在喷嘴的轴向方向上具有大于0.0mm的长度，并且能够尤其具有0.1mm的或者更大的长度。

环形流的体积流与核心流的体积流之间的比例能够在0.1与5.0之间。

环形通道在环形流排出开口的区域中的外径和/或环形流排出开口的外径能够在3.0mm与15.0mm之间。环形通道在环形流排出开口的区域中的内径和/或环形流排出开口的内径能够在2.0mm与10.0mm之间。内通道在核心流排出开口的区域中的直径和/或核心流排出开口的直径能够在0.5mm与6.0mm之间。

第一喷嘴区域能够相应于喷嘴沿着轴向方向的区域，在该区域中，第一喷嘴部分和第二喷嘴部分彼此间隔开。第一喷嘴区域能够尤其相应于喷嘴的沿着轴向方向的区域，在该区域中构造有环形通道。喷嘴能够具有第二区域，在下面也被称为第二喷嘴区域。第二喷嘴区域能够在轴向方向上布置在第一喷嘴区域的前方。第二喷嘴区域能够尤其在轴向方向上与第一喷嘴区域相邻地和/或在轴向方向上与第一喷嘴区域邻接地构造。内通道能够构造在第一喷嘴区域和第二喷嘴区域中。第二喷嘴区域能够相应于喷嘴的沿着轴向方向的区域，在该区域中未构造有环形通道。

内喷嘴部分和外喷嘴部分能够在第二喷嘴区域中相互接触。内喷嘴部分和/或外喷嘴部分能够固定地构造。换言之，内喷嘴部分和/或外喷嘴部分能够至少在激光加工工艺期间相对于彼此不能够运动。内喷嘴部分和外喷嘴部分能够是固定地相互连接的，或者是能固定地相互连接的。替代地，内喷嘴部分和外喷嘴部分能够一件式地构造。内喷嘴部分与外喷嘴部分之间的连接能够构造在第二喷嘴区域中。

此外，喷嘴能够具有共同的进入开口，该共同的进入开口用于工艺气体进入到喷嘴中，尤其用于将工艺气体不仅导入到内通道中、还导入到环形通道中。共同的进入开口能够构造在喷嘴的背离待加工的工件的端部上。共同的进入开口能够在轴向方向上布置在环形通道和内通道的前方和/或能够是与环形通道和内通道连接的。

此外，喷嘴能够具有共同的内部空间。共同的内部空间能够在轴向方向上布置在环形通道和内通道的前方。共同的内部空间能够在其背离待加工的工件的端部上具有共同的进入开口。共同的内部空间能够是与内通道和环形通道连接的。共同的内部空间能够与内通道邻接地构造，和/或能够在轴向方向上过渡到内通道中。共同的内部空间能够是经由多个通路开口与环形通道连接的。因此，工艺气体能够从喷嘴的共同的进入开口经由共同的内部空间向环形通道和内通道流动。因此，工艺气体的第一部分能够从共同的内部空间流入到内通道中，工艺气体的第二部分能够从共同的内部空间流入到环形通道中。共同的内部空间能够通过外喷嘴部分的内面构成。

通路开口能够构造在内喷嘴部分与外喷嘴部分之间。通路开口能够尤其在轴向方向上从共同的内部空间向环形通道延伸。通路开口能够构造在第二喷嘴区域中。通路开口能够关于喷嘴的中心轴线旋转对称地构造。例如，能够构造有三个通路开口。

此外，喷嘴能够具有第三喷嘴区域。第三喷嘴区域能够在轴向方向上布置在第一喷嘴区域和/或第二喷嘴区域的前方。共同的内部空间能够构造在第三喷嘴区域中。第三喷嘴区域能够相应于喷嘴的在轴向方向上的区域，在该区域中未构造有外喷嘴部分、而是构造有内喷嘴部分。

加工头能够具有用于导通激光束的内部空间。加工头的内部空间能够与喷嘴的共同的内部空间连接。尤其是，加工头的内部空间能够与喷嘴的共同的内部空间邻接。加工头能够具有气体供应开口，该气体供应开口用于将工艺气体供应到加工头的内部空间中。即，工艺气体能够从气体供应开口经由加工头的内部空间流入到喷嘴的共同的内部空间中。加工头的内部空间能够通过加工头的壳体限界并且能够在轴向方向上布置在喷嘴和喷嘴的共同的内部空间的前方。

附图说明

本发明的实施方式在附图中示出并且在下文中更详细地描述。附图示出：

图1根据本公开内容的第一实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件；

图2根据本公开内容的第二实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件；

图3根据本公开内容的第三实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件；

图4根据本公开内容的实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件；

图5在图4中示出的喷嘴的第二示意性横截面视图；

图6在图4和图5中示出的喷嘴的示意性横截面视图，该喷嘴布置在根据本公开内容的实施方式的激光加工设备的加工头上。

具体实施方式

下面，除非另有说明，相同的附图标记用于相同的和起相同作用的元件。

图1示出根据本公开内容的第一实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件。

喷嘴10包括轴向方向或喷嘴轴线32。轴向方向或喷嘴轴线32可以基本上与激光束的传播方向或与工艺气体的气体流同轴地伸展，并且能够相应于喷嘴的中心轴线或者对称轴线。

喷嘴10包括具有内通道14的内喷嘴部分12，该内通道用于导通激光束(未示出)和工艺气体的第一部分16。内喷嘴部分12具有核心流排出开口18，该核心流排出开口用于激光束的和工艺气体的第一部分16的核心流20的排出。此外，喷嘴10包括外喷嘴部分22，该外喷嘴部分与内喷嘴部分12在径向上间隔开地布置并且包围内喷嘴部分12。外喷嘴部分22与内喷嘴部分12一起形成用于导通工艺气体的第二部分26的环形通道24。此外，喷嘴10具有环形流排出开口28，该环形流排出开口用于工艺气体的环形流30的排出。内喷嘴部分12的核心流排出开口18位于外喷嘴部分22的高度上(参见图1和图3)，或者相对于外喷嘴部分22在上游错位多于0.0mm、优选错位0.1mm或者更多(参见图2)。因此，喷嘴10可以被称为双喷嘴，该喷嘴可以是切割喷嘴。

如图1所示，内喷嘴部分12和外喷嘴部分22关于喷嘴轴线32旋转对称地构造，然而本公开内容并不局限于此。

内通道14构造在内喷嘴部分12中，并且在喷嘴10的轴向方向32上穿透该内喷嘴部分。换言之，内通道14通过内喷嘴部分12的径向向内指向的表面或内面12a形成或者限界。内通道14关于喷嘴10的轴向方向32旋转对称地构造，并且与喷嘴10的轴向方向32同轴地伸展。即，内通道14在沿着喷嘴10的轴向方向32的每个点上都具有基本上圆形的横截面。

核心流排出开口18布置在内通道14的面向待加工的工件11的端部上。激光束从核心流排出开口18中排出。此外，工艺气体的第一部分16作为核心流20从核心流排出开口18中排出。在从核心流排出开口18中排出之后，激光束和核心流20撞击到待加工的工件11上的处理区上。在此，核心流20同轴地包围激光束。如图1所示，核心流排出开口18圆形地构造，然而不局限于此。

如图所示，外喷嘴部分22的径向向内指向的表面或内面22a与内喷嘴部分12的径向向外指向的表面或外面12b对置。内喷嘴部分12的面向待加工的工件11的端部和外喷嘴部分22的面向待加工的工件11的端部共面地或关于喷嘴轴线32齐平地布置。换言之，在喷嘴10的面向待加工的工件11的端部上，内喷嘴部分12位于外喷嘴部分22的高度上。

外喷嘴部分22与内喷嘴部分12一起形成环形通道24。换言之，环形通道24通过外喷嘴部分22的内面22a和内喷嘴部分12的外面12b在径向方向上限界。如图1所示，环形通道24环形地构造。环形通道24沿着喷嘴轴线32延伸，并且与该喷嘴轴线同轴地伸展。环形通道24在沿着喷嘴轴线32的每个点上都具有基本上环形的横截面。

环形流排出开口28布置在环形通道24的面向待加工的工件11的端部上。工艺气体的第二部分26作为环形流30从环形流排出开口28中排出，并且撞击到待加工的工件11上。环形流30包围核心流20并且与该核心流同轴地伸展。如图所示，环形流排出开口18环形地构造。

如图所示，环形通道24具有环形的横截面面积，该横截面面积朝向环形流排出开口28增大。在此，环形通道24的横截面面积从具有最小的横截面面积的区域34朝向环形流排出开口28增大。换沿着，环形通道24这样成形，使得该环形通道从最窄的横截面出发朝向环形流排出开口28扩大，该最窄的横截面位于喷嘴10的内部。也就是说，环形通道24的横截面面积朝向环形流排出开口28扩大，并且可以在环形通道24中构成超音速流。

环形通道24具有第一区域34和第二区域36，第一区域具有在环形流排出开口28的方向上不变的和/或减小的横截面面积，第二区域具有在环形流排出开口28的方向上增大的横截面面积。第一区域34和第二区域36彼此邻接。具有最小的横截面面积的区域可以布置在第一区域34中或者第一区域34与第二区域36之间。第二区域36在环形流排出开口28的方向上布置在第一区域的后方、即第一区域的下游。如图所示，环形流排出开口28与第二区域36邻接。

在环形流排出开口28的区域中或在第二区域36的面向环形流排出开口28的端部上，环形通道24的横截面面积是最大的。尤其是，环形流排出开口28的横截面面积相应于环形通道24的最大横截面面积。

环形通道24构造为使得环形流30的流动速度大于核心流20的流动速度。由此，核心流20有效地与周围大气隔绝，并且因此可以有效地侵入到处理区、尤其是切割间隙中。尤其是，环形流30在喷嘴10与待加工的工件11之间的区域中的流动速度大于核心流20的流动速度。根据实施方式，环形流30在喷嘴10与待加工的工件11之间的区域中和/或在环形通道24的第二区域36中和/或在环形流排出开口28的区域中可以构造为超音速流。

环形通道24可以拉瓦尔形

地构造，然而本公开内容不局限于此。换言之，环形通道24的横截面拉瓦尔形地构造。即，外喷嘴部分22的内面22a和内喷嘴部分12的外面12b成形为使得构造有拉瓦尔形的环形通道24。

环形通道24的第二区域36具有带有在环形流排出开口28的方向上恒定的内径的区域和带有在环形流排出开口28的方向上减小的内径的区域。因此，内喷嘴部分12的外轮廓区段地具有沿着气体流动方向的或在核心流排出开口18的方向上的线性走向。环形通道24的外径在环形流排出开口28的方向上连续地增大或连续地改变。因此，外喷嘴部分22在纵剖面中的内轮廓具有沿着气体流动方向的或在环形流排出开口28的方向上的弧形走向。

内通道14具有锥形形状或者说收敛的形状。换言之，内喷嘴部分12的内轮廓在工艺气体的流动方向上锥形地收敛的形状。

内通道14的横截面面积朝向核心流排出开口18减小。换言之，内喷嘴部分12的内轮廓构造为使得内通道14的最窄的横截面构造在核心流排出开口18上。

如图所示，内喷嘴部分12的内面或内轮廓具有锥形地收敛的第一区域38和柱形的第二区域40。换言之，内通道14具有第一区域38和第二区域40，第一区域具有在核心流排出开口18的方向上减小的横截面面积，第二区域具有在核心流排出开口38的方向上恒定的横截面面积。第一区域38在核心流排出开口18的方向上构造在第二区域40的前方、即第二区域的上游。两个区域38和40彼此邻接。第二区域40以与核心流排出开口18邻接的方式布置。

如图所示，在核心流排出开口18的区域中或在第二区域40的面向核心流排出开口18的端部上，内通道14的横截面面积是最小的。尤其是，核心流排出开口18的横截面面积相应于内通道14的最小横截面面积。

图2示出根据本公开内容的第二实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件。下面仅描述与根据本公开内容的第一实施方式的喷嘴10的区别。

喷嘴10还具有共同的通道42和共同的排出开口44，该共同的通道用于导通环形流30和核心流20，该共同的排出开口用于核心流20和环形流30从共同的通道42中或者说从喷嘴10中的排出。

共同的通道42在喷嘴10的轴向方向32上布置在内通道14或环形通道24的后方，或布置在核心流排出开口18和/或环形流排出开口28的后方。因此，共同的通道以与内通道14或环形通道24邻接的方式布置。共同的通道42在其面向待加工的工件11的端部上具有共同的排出开口44。即，环形流排出开口28和核心流排出开口18在喷嘴10的轴向方向32上构造在共同的排出开口44的前方。因此，工艺气体的从内通道14中排出的核心流20和从环形通道24中排出的环形流30进入到共同的通道42中，并且随后从共同的排出开口44中排出，以便撞击到待加工的工件11的处理器上。

共同的通道42通过外喷嘴部分22的内面22a构成。共同的排出开口44构造在外喷嘴部分22的面向待加工的工件11的端部上。

根据实施方式，该共同的通道可以在喷嘴的轴向方向上具有大于0.0mm的长度，并且可以尤其具有0.1mm的或者更大的长度。

图3示出根据本公开内容的第三实施方式的、用于激光加工设备的喷嘴的示意性横截面视图，该激光加工设备用于借助激光束加工工件。下面仅描述与根据本公开内容的第一实施方式的喷嘴10的区别。

如图所示，在环形通道24的第二区域36中，内径连续地或恒定地减小并且外径连续地或恒定地增大。因此，环形通道24的第二区域36(在纵剖面中)具有锥形地发散的形状。因此，外喷嘴部分22的内轮廓和内喷嘴部分14的外轮廓在该区域35中具有线性的走向。

在第二区域36与环形流排出开口28之间可以构造有环形通道24的第三区域37。第三区域37具有在环形流排出开口28的方向上不变的或恒定的横截面面积。即，在该第三区域37中，环形通道24的内径和外径是恒定的。

图4至图6示出根据本公开内容的一种实施方式的具有共同的内部空间的喷嘴的示意性视图，该实施方式能够与本公开内容的别的实施方式组合。图4示出沿着垂直于喷嘴的轴向方向的平面的第一横截面视图。图5示出沿着平面A-A的第二横截面视图，该平面相应于平行于喷嘴的轴向方向的平面。图6示出喷嘴的示意性横截面视图，该喷嘴布置在根据本发明的实施方式的激光加工设备的加工头上。

喷嘴的在图4至图6中示出的实施方式与喷嘴的参照图1至图3示出的实施方式的区别在于不同的特征或者附加的特征，下面对所述不同的特征或者附加的特征进行描述。

如图4至图6所示，在喷嘴10的第一区域46中内喷嘴部分12和外喷嘴部分22彼此间隔开，由此构造环形通道24。即，第一喷嘴区域46能够相应于喷嘴10的沿着轴向方向32的区域，在该区域中构造有环形通道24。附加地，在第一喷嘴区域46中构造有内通道14。

喷嘴10具有第二喷嘴区域48。第二喷嘴区域48在轴向方向上布置在第一喷嘴区域46的前方。如图所示，第二喷嘴区域48与第一喷嘴区域46邻接。在第二喷嘴区域48中仅构造有内通道14。

因此，喷嘴的参照图1至图3示出的实施方式能够相应于在图4中示出的第一喷嘴区域46，其中，在图1至图3中未示出第二喷嘴区域48。

内喷嘴部分12和外喷嘴部分22在第二喷嘴区域48中至少部分地相互接触。即，内喷嘴部分12和外喷嘴部分22在轴向方向上在环形通道24的前方、即在环形通道24的上游接触。如图所示，内喷嘴部分12插入到外喷嘴部分22中。外喷嘴部分22在径向方向上包围内喷嘴部分12，但是本公开内容不局限于此。在轴向方向上，内喷嘴部分12能够构造得比外喷嘴部分22短，以便构造在下面描述的共同的内部空间50。

根据实施方式，内喷嘴部分12和外喷嘴部分22能够是固定地相互连接的，或者能固定地和/或以能够松脱的方式相互连接的。例如，喷嘴部分12、22能够借助相应的螺纹(未示出)相互连接，或者喷嘴部分12、22能够借助螺钉(未示出)相互连接，或者喷嘴部分12、22能够相互挤压。替代地，内喷嘴部分12和外喷嘴部分22能够一件式地构造。内喷嘴部分12与外喷嘴部分22之间的连接构造在第二喷嘴区域48中，但是本公开内容不局限于此。因此，在激光加工头运行期间，内喷嘴部分12和外喷嘴部分22相对于彼此是固定的或不可运动的。

此外，喷嘴10具有用于工艺气体进入到喷嘴10中的共同的进入开口52。共同的进入开口52构造在喷嘴10的上端部上。共同的进入开口52在轴向方向上布置在环形通道24和内通道14的前方。

此外，喷嘴10具有共同的内部空间50。共同的内部空间50在轴向方向上布置在环形通道24和内通道14的前方。共同的内部空间50在其上端部上具有共同的进入开口52。共同的内部空间50在下游与内通道14和环形通道24连接。如图所示，共同的内部空间50以与输入开口52和内通道14邻接的方式布置，但是本公开内容不局限于此。共同的内部空间50能够例如经由一个通路开口(未示出)与环形通道14连接的，该通路开口能够沿着喷嘴10的轴向方向构造。共同的内部空间50经由多个通路开口与环形通道14连接，下面对所述通路开口进行详细描述。

即，工艺气体能够经由进入开口52进入到喷嘴10和共同的内部空间50中，并且从共同的内部空间50流入到内通道14和环形通道24中。因此，工艺气体的第一部分16从共同的内部空间50流入到内通道14中，工艺气体的第二部分26从共同的内部空间50流入到环形通道24中。即，工艺气体从共同的内部空间50中不仅馈送给内通道14、还馈送给环形通道24。

共同的内部空间50在径向方向上通过外喷嘴部分22的内面22a限界。在轴向方向上，内部空间50在上游通过外喷嘴部分22的上端部22c限界并且在下游通过内喷嘴部分12的上端部12c限界，但是本公开内容不局限于此。

通路开口54构造在内喷嘴部分12与外喷嘴部分22之间。通路开口54分别构造为外喷嘴部分12的内面22a与内喷嘴部分12的外面12b之间的间隙。即，通路开口54在内通道14的侧面且平行于内通道14伸展。如图所示，通路开口54在轴向方向32上从共同的内部空间50向环形通道24延伸，但是本公开内容不局限于此。通路开口54构造在第二喷嘴区域48中。通路开口54从共同的内部空间50的下端部向环形通道24的上端部延伸。通路开口54关于轴向方向或喷嘴10的中心轴线旋转对称地构造和/或关于内通道14旋转对称地构造。由此能够实现工艺气体在环形通道24中的均匀流动，并且因此能够实现均匀的环形流28。

如图所示，构造有三个通路开口54，所述通路开口沿着喷嘴10的或内喷嘴部分12的周向方向以120度的角度布置，但是本公开内容不局限于此。例如，能够沿着喷嘴10的周向方向以(360/n)度的角度构造n个通路开口，其中，n是大于等于2的自然数。

替代地或者附加地，通路开口能够构造在内喷嘴部分12中或者外喷嘴部分22中，尤其能够构造为钻孔。例如，钻孔能够从内喷嘴部分12的内面12a向内喷嘴部分12的外面12b延伸，以便将共同的内部空间50与环形通道24连接。

此外，喷嘴10具有第三喷嘴区域56。第三喷嘴区域56在轴向方向上布置在第一喷嘴区域46和第二喷嘴区域48的前方。如图所示，共同的内部空间50构造在第三喷嘴区域56中，但是本公开内容不局限于此。

图6示出喷嘴10，该喷嘴布置在根据本公开内容的实施方式的激光加工设备的加工头58上。喷嘴10在工件侧布置或者安装在加工头58上。

加工头58具有用于导通激光束(未示出)的内部空间60。加工头的内部空间60在轴向方向上布置在喷嘴10和喷嘴10的共同的内部空间50的前方。加工头58的内部空间60与喷嘴10的共同的内部空间50连接。如图所示，加工头58的内部空间60与喷嘴10的共同的内部空间50邻接，但是本公开内容不局限于此。内部空间60能够具有第一端部和与该第一端部对置的第二端部，该第一端部与喷嘴10、尤其与该喷嘴的共同的内部空间50邻接，该第二端部能够通过光学器件、尤其通过保护玻璃封闭或密封。

加工头58具有用于将工艺气体供应到加工头58的内部空间60中的气体供应开口或气体接口(未示出)。根据实施方式，气体供应开口布置在喷嘴10的上游，或者位于加工头58的内部空间60的上端部上。即，工艺气体从气体供应开口经由加工头58的内部空间60流入到喷嘴10的共同的内部空间50中。加工头58的内部空间60例如通过加工头58的壳体(未示出)在径向方向上限界，并且气体供应开口能够构造为壳体中的钻孔或者包括该钻孔。根据实施方式，加工头58能够具有恰好一个气体供应开口。优选地，工艺气体能够经由多个入口导入到内部空间60中，所述入口优选关于激光束的射束轴线旋转对称地布置。

因此，根据实施方式，气体供应开口、加工头58的内部空间60、喷嘴10的共同的内部空间50、内通道14和环形通道16连接为使得流动穿过气体供应开口的工艺气体形成核心流20和环形流30。

在加工头58的内部空间60的上端部上，加工头58能够具有密封光学元件(未示出)，该密封光学元件例如是透镜或者保护玻璃，该密封光学元件朝向上方密封内部空间60，工艺气体被导入到该内部空间中。即，该密封光学元件在轴向方向上布置在加工头的内部空间60的前方。在轴向方向上在光学元件60的前方能够布置有另外的光学元件，所述另外的光学元件位于该加工头的另外的内部空间中，其中，该另外的内部空间通过该密封光学元件与内部空间60气密地密封。

根据本公开内容的实施方式的喷嘴能够实现：除了核心流之外还产生工艺气体的与该激光束同轴的环形流。

根据本公开内容的实施方式的喷嘴具有环形通道和内通道，该环形通道用于构造具有在气体流动方向上扩大的横截面面积的环形流，该内通道用于构造核心流。由此，能够构造具有比核心流的速度高的速度的、优选具有超音速的环形流。由此，核心流有效地与周围大气隔绝，并且因此能够有效地侵入到切割间隙中并且能够实现有效率的熔融物排出。另外，核心流是稳定的，由此能够实现对大板材厚度的切割。

附图标记列表

10 喷嘴

11 工件

12 内喷嘴部分

12a 内喷嘴部分的径向向内指向的表面或内面

12b 内喷嘴部分的径向向外指向的表面或外面

12c 内喷嘴部分的上端部

14 内通道

16 工艺气体的第一部分

18 核心流排出开口

20 核心流

22 外喷嘴部分

22a 外喷嘴部分的径向向内指向的表面或内面

22c 外喷嘴部分的上端部

24 环形通道

26 工艺气体的第二部分

28 环形流排出开口

30 环形流

32 轴向方向或喷嘴的轴线

34 环形通道的第一区域

36 环形通道的第二区域

37 环形通道的第三区域

38 内通道的第一区域

40 内通道的第二区域

42 共同的通道

44 共同的排出开口

46 第一喷嘴区域

48 第二喷嘴区域

50 喷嘴的共同的内部空间

52 进入开口

54 通路开口

56 第三喷嘴区域

58 加工头

60 加工头的内部空间

Claims (20)

1.用于激光加工设备的喷嘴(10)，所述激光加工设备用于借助激光束加工工件(11)，所述喷嘴(10)包括：

-内喷嘴部分(12)，所述内喷嘴部分具有内通道(14)和核心流排出开口(18)，所述内通道用于导通所述激光束并且用于构造工艺气体的核心流(20)，所述核心流排出开口用于所述激光束和所述工艺气体的核心流(20)的排出；

-外喷嘴部分(22)，所述外喷嘴部分至少在第一喷嘴区域(46)中与所述内喷嘴部分(12)间隔开地布置并且与所述内喷嘴部分(12)一起形成环形通道(24)，所述环形通道用于构造所述工艺气体的环形流(30)，所述环形通道具有环形流排出开口(28)，所述环形流排出开口用于所述环形流(30)的排出，

其中，所述环形通道(24)的横截面面积朝向所述环形流排出开口(28)增大。

2.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)的至少一个区域拉瓦尔形地构造，和/或其中，所述环形通道(24)形成拉瓦尔喷嘴。

3.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)成形为使得所述环形流(30)在所述环形通道(24)内的区域中和/或在所述环形流排出开口(28)的区域中构造为超音速流，和/或其中，所述环形流(30)在所述环形流排出开口(28)的区域中的流动速度大于所述核心流(20)在所述核心流排出开口(18)的区域中的流动速度。

4.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)具有第一区域(34)和第二区域(36)，所述第一区域具有不变的和/或在所述环形流排出开口(28)的方向上减小的横截面面积，所述第二区域具有在所述环形流排出开口(28)的方向上增大的横截面面积，其中，所述第一区域(34)和所述第二区域(36)彼此邻接。

5.根据权利要求4所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)的最小横截面面积位于所述第一区域(34)中或者位于所述第一区域(34)与所述第二区域(36)之间。

6.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)的横截面面积在所述环形流排出开口(28)的区域中是最大的。

7.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)具有内径和外径，

其中，所述环形通道(24)具有带有在所述环形流排出开口(28)的方向上减小的内径的至少一个区域和/或带有在所述环形流排出开口(28)的方向上增大的外径的至少一个区域和/或带有恒定的内径和/或外径的至少一个区域，和/或其中，所述环形通道(24)具有带有连续地改变的内径和/或外径的至少一个区域。

8.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述内通道(14)的横截面面积朝向所述核心流排出开口(18)减小，和/或其中，所述内通道(14)具有锥形形状和/或在所述核心流排出开口(18)的方向上收敛的形状。

9.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述内通道(14)具有第一区域(38)和第二区域(40)，所述第一区域具有在所述核心流排出开口(18)的方向上减小的横截面面积，所述第二区域具有不变的横截面面积，其中，所述第一区域(38)在所述核心流排出开口(18)的方向上布置在所述第二区域(40)的前方。

10.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述内通道(14)的横截面面积在所述核心流排出开口(18)的区域中是最小的。

11.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述内通道(14)具有带有在所述核心流排出开口(18)的方向上减小的直径的至少一个区域和/或带有恒定的直径的至少一个区域，和/或其中，所述内通道(14)具有带有连续地改变的直径的至少一个区域。

12.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，所述喷嘴还具有共同的通道(42)，所述共同的通道用于导通所述核心流(20)和所述环形流(30)，所述共同的通道具有共同的排出开口(44)，所述共同的排出开口用于所述核心流(20)和所述环形流(30)从所述喷嘴(10)中的排出。

13.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形流(30)的体积流与所述核心流(20)的体积流之间的比例在0.1与5.0之间。

14.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)在所述环形流排出开口(28)的区域中的外径和/或所述环形流排出开口(28)的外径在3.0mm与15.0mm之间，和/或其中，所述环形通道(24)在所述环形流排出开口(28)的区域中的内径和/或所述环形流排出开口(28)的内径在2.0mm与10.0mm之间，和/或其中，所述内通道(14)在所述核心流排出开口(18)的区域中的直径和/或所述核心流排出开口(18)的直径在0.5与6.0之间。

15.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述内通道(14)具有在所述核心流排出开口(18)的方向上梯级形地收敛的至少一个区域，和/或其中，所述内喷嘴部分(12)的外面具有在所述核心流排出开口(18)的方向上梯级形地收敛的至少一个区域。

16.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，其中，所述内喷嘴部分(12)和所述外喷嘴部分(22)固定地相互连接和/或一件式地构造和/或相对于彼此不能够运动。

17.根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，所述喷嘴还具有共同的内部空间(50)，所述共同的内部空间具有进入开口(54)，所述进入开口用于将所述工艺气体导入到所述内通道(14)和所述环形通道(24)中。

18.根据权利要求17所述的喷嘴(10)，其中，所述环形通道(24)经由多个通路开口(54)与所述共同的内部空间(50)连接，其中，所述多个通路开口(54)关于所述喷嘴(10)的中心轴线(32)旋转对称地布置。

19.用于借助激光束加工工件(11)的激光加工设备，所述激光加工设备包括：

-用于提供激光束的加工头(58)；

-根据上述权利要求中任一项所述的喷嘴(10)，

其中，所述喷嘴(10)布置在所述加工头(58)上。

20.根据权利要求19所述的激光加工设备，所述激光加工设备还具有至少一个气体供应开口、尤其是恰好一个气体供应开口，所述气体供应开口用于将所述工艺气体供应到所述加工头(58)的内部空间(60)中，所述内部空间在轴向方向上布置在所述喷嘴(10)的前方。

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