DE102007040843A1

DE102007040843A1 - Laser processing head for machining a workpiece by means of a laser beam

Info

Publication number: DE102007040843A1
Application number: DE102007040843A
Authority: DE
Inventors: Christian Loose; Bert Dr. Schürmann
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec KG
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-05
Also published as: WO2009030431A2; WO2009030431A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, der ein Gehäuse, durch das ein Strahlengang für einen Laserstrahl hindurchgeführt ist, welcher zusammen mit einem Prozessgas aus einer werkstückzugewandten Gehäuseausgangsöffnung austritt, eine Aufnahmevorrichtung, die mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist und die einen Durchgangskanal für das Prozessgas und den Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung und einer werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung aufweist, wobei die Kanaleingangsöffnung mit der Gehäuseausgangsöffnung in Verbindung steht, und eine Düse umfasst, die mit der Aufnahmevorrichtung lösbar verbunden ist und eine mit der Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung in Verbindung stehende Düseneingangsöffnung sowie eine werkstückzugewandte Düsenöffnung aufweist, durch die im Betrieb der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten. Um eine Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls bei verringertem Prozessgasdruck mit gleicher oder höherer Qualität zu ermöglichen, ist zumindest einer der Übergänge von Gehäuseausgangsöffnung zu Kanaleingangsöffnung der Aufnahmevorrichtung und von Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung zu Düseneingangsöffnung stufenlos.The invention relates to a laser processing head for machining a workpiece by means of a laser beam having a housing, through which a beam path for a laser beam is passed, which emerges together with a process gas from a housing facing housing outlet opening, a receiving device which is detachably connected to the housing and the a passageway for the process gas and the laser beam with a workpiece remote channel entrance opening and a workpiece facing channel exit opening, wherein the channel entrance opening communicates with the housing outlet opening, and a nozzle, which is releasably connected to the receiving device and a related to the channel exit opening of the receiving device in connection Düseneingangsöffnung and a workpiece facing nozzle opening, through which emerge during operation of the laser beam and the process gas. In order to enable processing of a workpiece by means of a laser beam at reduced process gas pressure with the same or higher quality, at least one of the transitions from the housing outlet opening to the channel inlet opening of the receiving device and from the channel outlet opening of the receiving device to nozzle inlet opening is infinitely.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls.The The invention relates to a laser processing head for processing a Workpiece by means of a laser beam.

Mit Hilfe eines Laserbearbeitungskopfes lässt sich ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahls bearbeiten, dass z. B. Schweiß- oder Schneidarbeiten durchgeführt werden können. Hierzu wird der Laserbearbeitungskopf relativ zum Werkstück in geeigneter Weise positioniert. Die Positionierung erfolgt über eine Abstandsregelung, wobei der Abstand zwischen dem Düsenelement und dem Werkstück z. B. auf kapazitivem Weg gemessen werden kann. Dazu wird an das Düsenelement eine wechselförmige Messspannung angelegt. Um das elektrisch leitende Düsenelement in geeigneter Weise elektrisch kontaktieren zu können, ist es notwendig, das an einem Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfes angebrachte Düsenelement von dem Gehäuse zu isolieren. Hierfür werden in der Regel Isolatorteile zur Halterung von Düsenelementen an Laserbearbeitungsköpfen eingesetzt, die in ihrer Funktion allgemein bekannt sind.With Help of a laser processing head can be a workpiece edit using a laser beam that z. Welding or cutting work can be performed. For this purpose, the laser processing head is relative to the workpiece positioned appropriately. The positioning is done via a distance control, wherein the distance between the nozzle element and the workpiece z. B. be measured by capacitive way can. For this purpose, the nozzle element is an alternating Measuring voltage applied. To the electrically conductive nozzle element be able to contact electrically in a suitable manner, it is necessary that on a housing of a laser processing head to mount attached nozzle element of the housing. For this purpose, usually insulator parts for mounting of nozzle elements on laser processing heads used, which are well known in their function.

Bei der Verwendung des Laserbearbeitungskopfes für Schneidarbeiten wird neben dem Laserstrahl zusätzlich ein Prozessgas durch die Düse auf das Werkstück geleitet, welches das durch den Laserstrahl aufgeschmolzene Material eines zu bearbeitenden Werkstücks nach unten aus der Schnittfuge bläst. Hierbei wird das Prozessgas in der Regel über ein Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes durch eine zentrale Ausnehmung des Isolatorteils in einen Düsenkanal geleitet, welcher in eine dem Werkstück gegenüberliegende Düsenöffnung mündet.at the use of the laser processing head for cutting work In addition to the laser beam is additionally a process gas the nozzle passed to the workpiece, which is the Material melted by the laser beam to be processed Workpiece down from the kerf blows. In this case, the process gas is usually via a housing the laser processing head through a central recess of the insulator part passed into a nozzle channel, which in a the workpiece opposite nozzle opening opens.

Die EP 0 452 785 B1 beschreibt einen Laserschneidkopf mit einer Aufnahmevorrichtung für eine Düse. Hierbei weist die Aufnahmevorrichtung ein ringförmiges Isolatorteil mit einer zentralen Ausnehmung auf. In diese zentrale Ausnehmung ist ein metallischer Einsatz zur lösbaren Aufnahme der Düse eingesetzt, der einen Buchsenabschnitt und einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch umfasst, wobei der Einsatz mit seinem Buchsenabschnitt so in der zentralen Ausnehmung angeordnet ist, dass sein Flansch die der Düse zugewandte Stirnseite des Isolatorteils abdeckt. In dem Buchsenabschnitt des metallischen Einsatzes ist wiederum ein Innengewinde vorgese hen, in das die Düse mit einem entsprechenden Gegengewinde einschraubbar ist. Die Aufnahmevorrichtung ist mit einer Überwurfmutter an einem Gehäuse des Laserschneidkopfes angebracht. Im Betrieb wird das Prozessgas zunächst aus einer Öffnung des Gehäuses in einen ersten Bereich der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils geleitet, die in einen zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung übergeht, in welchem der Buchsenabschnitt des Einsatzes angeordnet ist, um schließlich dann in den Düsenkanal der Düse geleitet zu werden, wobei die Kanalbereiche abgestuft ineinander übergehen.The EP 0 452 785 B1 describes a laser cutting head with a receiving device for a nozzle. In this case, the receiving device has an annular insulator part with a central recess. In this central recess, a metallic insert is used for releasably receiving the nozzle, comprising a bushing portion and a radially outwardly extending flange, wherein the insert is arranged with its sleeve portion in the central recess, that its flange facing the nozzle end face of the insulator part covers. In the socket portion of the metallic insert, in turn, an internal thread vorgese hen, in which the nozzle with a corresponding mating thread can be screwed. The receiving device is mounted with a union nut on a housing of the laser cutting head. In operation, the process gas is first passed from an opening of the housing in a first region of the central recess of the insulator portion, which merges into a second region of the central recess, in which the bushing portion of the insert is arranged to finally then fed into the nozzle channel of the nozzle to become, with the channel areas gradually transition into each other.

Die US 6,025,571 A beschreibt eine Aufnahmevorrichtung zur Verwendung in einem Laserschneidkopf mit einem keramischen ringförmigen Isolatorteil und einem in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils angebrachten Metalleinsatz, wobei der Einsatz durch Schrauben, die sich durch in axialer Richtung laufende Löcher in dem Isolatorteil erstrecken, an dem Isolatorteil lösbar befestigt ist. In einer zentralen Ausnehmung des Einsatzes ist wiederum eine Düse eingeschraubt. Der durch die Anordnung dieser Bauteile gebildete Prozessgaskanal weist in einem der Düse abgewandten Bereich des Isolatorteils und bei dem Übergang zwischen Düse und Isolatorteil jeweils eine sich radial nach innen erstreckende Stufe auf.The US 6,025,571 A describes a receptacle for use in a laser cutting head having a ceramic annular insulator portion and a metal insert mounted in the central recess of the insulator portion, the insert being releasably secured to the insulator portion by screws extending through axially extending holes in the insulator portion. In a central recess of the insert, in turn, a nozzle is screwed. The process gas channel formed by the arrangement of these components has in each case a radially inwardly extending step in a region of the insulator part facing away from the nozzle and at the transition between nozzle and insulator part.

Die JP 10-216978 beschreibt einen Laserbearbeitungskopf. Der Laserbearbeitungskopf weist eine Düse auf, welche einen zentralen Düsenkanal mit einer zentralen Düsenöffnung, durch die ein Laserstrahl geleitet wird, und einen den zentralen Düsenkanal umgebenen Ringkanal aufweist, welcher in eine die zentrale Düsenöffnung umgebene Ringöffnung mündet. Hierbei wird in einen Prozessgaszuführkanal eines Gehäuses des Laserbearbeitungskopfes, der mit dem zentralen Düsenkanal der Düse in Verbindung steht, ein erstes Gas geleitet, wobei der Ringkanal der Düse mit einem zweiten Gas versorgt wird. Ein zentrales Düsenelement der Düse, das den zentralen Düsenkanal umgibt, ist so in eine Ausgangsöffnung des Gehäuses eingeschraubt, dass eine sich nach innen radial erstreckende Stufe am Übergang zwischen Prozessgaszuführkanal und zentralem Düsenkanal ausgebildet wird.The JP 10-216978 describes a laser processing head. The laser processing head has a nozzle, which has a central nozzle channel with a central nozzle opening, through which a laser beam is passed, and an annular channel surrounding the central nozzle channel, which opens into an annular opening surrounding the central nozzle opening. Here, in a process gas supply channel of a housing of the laser processing head, which is in communication with the central nozzle channel of the nozzle, a first gas is passed, wherein the annular channel of the nozzle is supplied with a second gas. A central nozzle element of the nozzle, which surrounds the central nozzle channel, is screwed into an outlet opening of the housing such that an inwardly radially extending step is formed at the transition between the process gas supply channel and the central nozzle channel.

Schnittansichten von weiteren herkömmlichen Laserbearbeitungsköpfen sind in den 5 und 6 gezeigt, wobei sich diese Laserbearbeitungsköpfe nur in der Verwendung unterschiedlicher Düsen unterscheiden. Daher sind die Merkmale der gleichen Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und sollen nur anhand der Beschreibung der 5 erläutert werden.Sectional views of other conventional laser processing heads are in the 5 and 6 shown, these laser processing heads differ only in the use of different nozzles. Therefore, the features of the same components are provided with the same reference numerals and are intended only on the basis of the description of 5 be explained.

Bei dem in 5 gezeigten Laserbearbeitungskopf 100 wird ein Arbeitslaserstrahl zusammen mit einem Prozessgas durch ein Gehäuse 102, durch eine Aufnahmevorrichtung 104 und durch eine konische Düse 106 auf ein Werkstück 108 gelenkt, wie durch die optische Achse L angedeutet wird.At the in 5 shown laser processing head 100 is a working laser beam along with a process gas through a housing 102 through a cradle 104 and through a conical nozzle 106 on a workpiece 108 steered, as indicated by the optical axis L.

Das Gehäuse 102 weist an seiner werkstückzugewandten Stirnseite eine Gehäuseöffnung 110 auf, durch die der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten. Die werkstückzugewandte Stirnseite des Gehäuses 102 weist ferner einen ringförmigen Vorsprung 112 auf, der zentral um die optische Achse L herum angeordnet ist, um in seinem Inneren die Aufnahmevorrichtung 104 aufzunehmen. Die Aufnahmevorrichtung 104 weist an ihrem von der Düse abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 114 auf, über den die Aufnahmevorrichtung 104 an dem Gehäuse 102 des Laserbearbeitungskopfes 100 mittels einer Überwurfmutter 116 lösbar befestigt ist.The housing 102 has at its workpiece facing end face a housing opening 110 through, through which the laser beam and the process gas escape. The workpiece-facing end face of the housing 102 also has an annular projection 112 which is arranged centrally about the optical axis L around to the receiving device in its interior 104 take. The cradle 104 has at its side facing away from the nozzle axial end a radially outwardly extending flange 114 on top of which the cradle 104 on the housing 102 of the laser processing head 100 by means of a union nut 116 is releasably attached.

Um einen für das Prozessgas gegenüber der Umgebung dichten Übergang zwischen Gehäuse 102 und Aufnahmevorrichtung 104 zu schaffen, ist in einem Randbereich im Inneren des ringförmigen Vorsprungs 112 in der werkstückzugewandten Stirnseite des Gehäuses 102 innerhalb einer Ringnut 118 ein Dichtungsring 120 angebracht, der für einen dichten Kontakt zwischen werkstückzugewandter Stirnseite des Gehäuses 102 und werkstückabgewandter Stirnseite der Aufnahmevorrichtung 104 sorgt, wenn die Aufnahmevorrichtung 104 mittels der Überwurfmutter 116 gegen die Stirnseite des Gehäuses 102 gezogen ist.To create a tight transition between housing for the process gas to the environment 102 and cradle 104 is to create in an edge region in the interior of the annular projection 112 in the workpiece-facing end face of the housing 102 within an annular groove 118 a sealing ring 120 attached, for a tight contact between the workpiece facing end face of the housing 102 and workpiece facing away from the end of the receiving device 104 ensures when the cradle 104 by means of the union nut 116 against the front of the case 102 is drawn.

Die Aufnahmevorrichtung 104 umfasst ein ringförmiges Isolatorteil 122 und einen Einsatz 124. Die werkstückabgewandte Öffnung einer zentralen Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 ist so angeordnet, dass sie mit geringerem Durchmesser zentriert der Gehäuseöffnung 110 gegenüberliegt. Somit ragt die werkstückabgewandte Stirnseite des Isolatorteils 122 noch in die Gehäuseöffnung 110 hinein und bildet eine sich radial nach innen erstreckende Stufe in dem Prozessgaskanal. In die zentrale Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 ist der Einsatz 124 mit einem Buchsenab schnitt 128, an welchen sich ein radialer Flansch 130 anschließt, zentrisch eingesetzt und mit diesem verbunden. Hierbei ist der Buchsenabschnitt 128 mittels eines Außengewindes 132 in einem Innengewinde 134 in der zentralen Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 eingeschraubt.The cradle 104 comprises an annular insulator part 122 and a mission 124 , The workpiece-facing opening of a central recess 126 the annular insulator part 122 is arranged so that it centers with smaller diameter of the housing opening 110 opposite. Thus, the workpiece facing away from the end face of the insulator part 122 still in the housing opening 110 and forms a radially inwardly extending step in the process gas channel. In the central recess 126 the annular insulator part 122 is the use 124 cut with a Buchsenab 128 , to which a radial flange 130 connects, inserted centrally and connected to this. Here is the socket section 128 by means of an external thread 132 in an internal thread 134 in the central recess 126 the annular insulator part 122 screwed.

In ein Innengewinde 136 im Buchsenabschnitt 128 des Einsatzes 124 ist die Düse 106, die eine Düsenöffnung 138 aufweist, eingeschraubt. Als Zentrierung zwischen Düse 106 und Einsatz 124 dienen kegelige Zentrierflächen 140 an dem Einsatz 124. Die Düse 106 weist einen Düsenkanal 141 auf, der sich konisch in Richtung der Düsenöffnung 138 verjüngt. Eine werkstückabgewandte Düseneingangsöffnung 142 der Düse 106 liegt der Öffnung der zentralen Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 zentral gegenüber, wobei jedoch der Durchmesser der Düseneingangsöffnung 142 kleiner ist als der der zentralen Ausnehmung 126 des Isolatorteils 122.In an internal thread 136 in the socket section 128 of the insert 124 is the nozzle 106 that has a nozzle opening 138 has screwed in. As centering between nozzle 106 and use 124 serve conical centering surfaces 140 on the insert 124 , The nozzle 106 has a nozzle channel 141 on, which conically towards the nozzle opening 138 rejuvenated. A workpiece facing away from the nozzle inlet opening 142 the nozzle 106 lies the opening of the central recess 126 the annular insulator part 122 centrally opposite but with the diameter of the nozzle entrance opening 142 smaller than that of the central recess 126 of the insulator part 122 ,

Somit wird das Prozessgas auf dem Weg zum Werkstück 108 durch einen Prozessgaskanal geleitet, der sowohl am Übergang zwischen Gehäuseausgangsöffnung 110 und werkstückabgewandter Öffnung der zentralen Ausnehmung 126 des Isolatorteils 122 sowie am Übergang zwischen zentraler Ausnehmung 126 und der Düseneingangsöffnung 142 der Düse 106 jeweils eine sich nach innen erstreckende radiale Stufe aufweist.Thus, the process gas is on the way to the workpiece 108 passed through a process gas channel, both at the transition between the housing outlet opening 110 and workpiece-facing opening of the central recess 126 of the insulator part 122 as well as at the transition between central recess 126 and the nozzle entrance opening 142 the nozzle 106 each having an inwardly extending radial step.

Auch in 6, bei dem ein Übergang zwischen der zentralen Ausnehmung 126 und einer Düseneingangsöffnung 144 einer sombreroförmigen Düse 146 gezeigt ist, ist diese Stufe im Prozessgaskanal vorhanden.Also in 6 in which a transition between the central recess 126 and a nozzle entrance opening 144 a sombreroförmigen nozzle 146 is shown, this stage is present in the process gas channel.

Die zylindrische Form des Durchgangskanals der Ausnehmung 126 des Isolatorteils 122 führt also zu einem Prozessgaskanal, der an den jeweiligen Übergängen zwischen den Bauteilen des Laserbearbeitungskopfes 100, nämlich dem Gehäuse 102, der Aufnahmevorrichtung 104 und der Düse 106 oder 146 jeweils Abstufungen aufweist, wodurch aufgrund der jeweiligen Stufen Verwirbelungen des Prozessgases auftreten können.The cylindrical shape of the passageway of the recess 126 of the insulator part 122 So leads to a process gas channel at the respective transitions between the components of the laser processing head 100 namely the housing 102 , the cradle 104 and the nozzle 106 or 146 each has gradations, which can occur due to the respective stages turbulence of the process gas.

In der Schnittansicht des Laserbearbeitungskopfes 100 in 6 ist die sombreroförmige Düse 146 im eingebauten Zustand gezeigt, wobei eine vergrößerte Darstellung der Düse 146 im ausgebauten Zustand in 7 gezeigt ist.In the sectional view of the laser processing head 100 in 6 is the sombrero-shaped nozzle 146 shown in the installed state, with an enlarged view of the nozzle 146 when removed in 7 is shown.

Hierbei sind wieder gleiche Merkmale der Düse 146 in 6 und 7 mit gleichen Bezugszeichen versehen.Here are the same features of the nozzle again 146 in 6 and 7 provided with the same reference numerals.

Die Düse 146 weist einen mit einem Außengewinde 148 versehenen Buchsenabschnitt 150 auf, der in das Innengewinde 136 des Einsatzes 124 einschraubbar ist. An diesen Buchsenabschnitt 150 schließt sich ein Flanschabschnitt 152 an, der dem Flansch 130 des Einsatzes 124 gegenüberliegt und an diesen angrenzt. Zum leichteren Ein- oder Ausschrauben der Düse 146 kann die Umfangsseite des Flanschabschnitts 152 mit einer Rändelung versehen sein. An diesen Flanschabschnitt 152 schließt sich ein in Richtung des Werkstücks 108 konisch verjüngender Düsenbereich 154 an, dessen werkstückzugewandte Stirnseite eine Düsenöffnung 156 aufweist.The nozzle 146 has one with an external thread 148 provided socket section 150 on, in the internal thread 136 of the insert 124 can be screwed. At this socket section 150 closes a flange 152 on the flange 130 of the insert 124 is opposite and adjacent to this. For easier screwing or unscrewing the nozzle 146 may be the peripheral side of the flange portion 152 be provided with a knurling. At this flange section 152 closes in the direction of the workpiece 108 conically tapered nozzle area 154 at, the workpiece facing end face a nozzle opening 156 having.

Innerhalb der Düse 146 verläuft ein zentraler Düsenkanal 158, der in die Düsenöffnung 156 mündet. Der zentrale Düsenkanal 158 verjüngt sich in einem ersten Bereich 160 ausgehend von der Eingangsöffnung 144 konisch mit einer ersten Neigung und geht dann in einen zweiten Bereich 162 über, der sich wiederum kegelförmig mit einer zweiten Neigung verjüngt, wobei sich zwischen dem ersten Bereich 160 und dem zweiten Bereich 162 des Düsenkanals 158 ein knickartiger Übergang 164 befindet. Der zweite Bereich 162 geht in die als zylindrische Ausnehmung ausgeformte Düsenöffnung 156 über, wobei sich an dem Übergang eine zweite Kante 166 befindet.Inside the nozzle 146 runs a central nozzle channel 158 that enters the nozzle opening 156 empties. The central nozzle channel 158 rejuvenates in a first area 160 starting from the entrance opening 144 conically with a first inclination and then goes into a second area 162 which in turn tapers conically with a second slope, being between the first region 160 and the second area 162 of the nozzle channel 158 a kinky transition 164 located. The second area 162 goes into the nozzle opening formed as a cylindrical recess 156 over, where at the transition a second edge 166 located.

Aufgrund der Abstufungen an den Übergängen zwischen den verschiedenen Bauteilen und/oder aufgrund von Kanten in den verwendeten Düsen treten Verwirbelungen des Prozessgases auf, die zu einer Reduzierung der Schnittqualität bei einem bestimmten Prozessgasdruck führen können.by virtue of the gradations at the transitions between the different components and / or due to edges used in the Nozzles occur turbulence of the process gas, which too a reduction in the quality of cut at a given Process gas pressure can lead.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls zu schaffen, der eine Bearbeitung eines Werkstücks bei verringertem Prozessgasdruck mit gleicher oder höherer Qualität ermöglicht.Therefore The present invention is based on the object, another Laser processing head for machining a workpiece by means of a laser beam, which is a processing of a Workpiece with reduced process gas pressure with the same or higher quality.

Diese Aufgabe wird durch den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.These The object is achieved by the laser processing head according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention will be set out in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist ein Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls vorgesehen, der ein Gehäuse, durch das ein Strahlengang für einen Laserstrahl hindurchgeführt ist, welcher zusammen mit einem Prozessgas aus einer werkstückzugewandten Gehäuseausgangsöffnung austritt, eine Aufnahmevorrichtung, die mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist und die einen Durchgangskanal für das Prozessgas und den Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung und einer werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung aufweist, wobei die Kanaleingangsöffnung mit der Gehäuseausgangsöffnung in Verbindung steht, und eine Düse umfasst, die mit der Aufnahmevorrichtung lösbar verbunden ist und eine mit der Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung in Verbindung stehende Düseneingangsöffnung sowie eine werkstückzugewandte Düsenöffnung aufweist, durch die im Betrieb der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten, wobei zumindest einer der Übergänge von Gehäuseausgangsöffnung zu Kanaleingangsöffnung der Aufnahmevorrichtung und von Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung zu Düseneingangsöffnung stufenlos ist.According to the invention a laser processing head for machining a workpiece provided by means of a laser beam comprising a housing, passed through a beam path for a laser beam which, together with a process gas from a workpiece facing Housing outlet opening exits, a receiving device, which is detachably connected to the housing and the a through-channel for the process gas and the laser beam with a workpiece remote channel entrance opening and a workpiece facing channel exit opening wherein the channel entrance opening with the housing outlet opening communicates, and includes a nozzle, with the receiving device is detachably connected and one with the channel outlet opening the cradle related nozzle entrance opening as well a workpiece facing nozzle opening by, during operation of the laser beam and the process gas leak, with at least one of the transitions from housing exit opening to channel entrance opening the cradle and channel exit opening of the Cradle to nozzle inlet opening stepless is.

Es ist also ein Laserbearbeitungskopf vorgesehen, bei dem an einem Gehäuse, durch das ein Laserstrahl zur Bearbeitung eines Werkstücks sowie ein Prozessgas austritt, eine Aufnahmevorrichtung und eine Düse montiert sind, bei denen der Durchgangskanal der Aufnahmevorrichtung so gestaltet ist, dass er an die Öffnung des Gehäuses und an die Düseneingangsöffnung angepasst ist, sodass an beiden Übergängen zwischen Gehäuse und Aufnahmevorrichtung sowie Aufnahmevorrichtung und Düse bei dem durch die drei Komponenten gebildeten Prozessgaskanal keine Stufen gebildet werden, durch die Verwirbelungen des Prozessgases erzeugt werden könnten. Das Prozessgas kann also den Durchgangskanal glatt durchströmen und als gleichmäßiger Arbeitsgasstrahl austreten, wodurch die Schnittqualität bei geringerem Schneid- oder Prozessgasdruck erhöht wird.It So is a laser processing head provided in which at one Housing, through which a laser beam for processing a Workpiece and a process gas leaks, a recording device and a nozzle are mounted, where the passageway the receiving device is designed so that it to the opening of the housing and to the nozzle inlet opening is adjusted so that at both transitions between Housing and recording device and recording device and nozzle at the one formed by the three components Process gas channel no steps are formed by the turbulence of the process gas could be generated. The process gas So it can flow through the passage smooth and as uniform working gas jet leak, causing the cutting quality with lower cutting or process gas pressure is increased.

Für eine weitere Reduzierung von möglichen Verwirbelungen des Prozessgases auf dem Weg vom Gehäuse zum Werkstück ist es von Vorteil, wenn eine sich von der Gehäuseausgangsöffnung in das Gehäuseinnere hinein erstreckende Wand eines Prozessgaszuführkanals und die Innenwand des Durchgangskanals der Aufnahmevorrichtung und/oder wenn eine sich von der Düseneingangsöffnung in das Düseninnere hinein erstreckende Wand und die Innen wand des Durchgangskanals der Aufnahmevorrichtung am Übergang der entsprechenden Öffnungen eine Neigung aufweisen, deren Übergangswinkel vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5° ist.For a further reduction of possible turbulences of the Process gas on the way from the housing to the workpiece It is advantageous if one of the housing outlet opening in the housing interior extending wall of a process gas supply channel and the inner wall of the passageway of the receiving device and / or if one of the nozzle entrance opening in the nozzle interior extending wall and the inner wall the passageway of the cradle at the transition the corresponding openings have a slope whose transition angle preferably less than 20 °, more preferably less than 10 ° and in particular less than 5 °.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Gehäuseausgangsöffnung, die Kanalein- und -ausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung sowie die Düseneingangsöffnung kreisförmig ausgebildet sind.in this connection it is expedient if the housing outlet opening, the Kanalein- and -ausgangsöffnung the recording device and the nozzle entrance opening circular are formed.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Aufnahmevorrichtung ein ringförmiges Isolatorteil mit einer zentralen Ausnehmung, welche in einen werkstückabgewandten ersten Bereich, der den Durchgangskanal bildet, und in einen werkstückzugewandten zweiten Bereich zur Aufnahme der Düse aufgeteilt ist, wobei sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung eine radiale Stufe befindet, und einen Einsatz, der in den zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung eingesetzt ist und eine mit einem Haltemittel versehene zentrale Ausnehmung aufweist, in welcher die Düse aufgenommen ist, wobei der Durchmesser der Kanalausgangsöffnung des Durchgangskanals am Übergang zwischen erstem und zweiten Bereich in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils so dimensioniert ist, dass er gleich dem Durchmesser der Düseneingangsöffnung ist.at an advantageous embodiment of the invention comprises the receiving device an annular insulator part with a central recess, which in a workpiece facing away from the first region, the passageway forms and in a workpiece facing the second area split to accommodate the nozzle, taking between the first and the second region of the central recess a radial stage, and an insert that is in the second area the central recess is inserted and one with a holding means having provided central recess, in which the nozzle is received, wherein the diameter of the channel outlet opening the passageway at the transition between the first and second area is dimensioned in the central recess of the insulator part, that it is equal to the diameter of the nozzle entrance opening is.

Um eine hohe Stabilität der Verbindung des Einsatzes mit dem Isolatorteil, insbesondere in Axialrichtung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Einsatz ein Außengewinde an seiner Umfangsseite aufweist, mit dem er in ein in dem zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils befindliches Innengewinde einschraubbar ist.Around a high stability of the connection of the insert with the Isolator part, in particular to achieve in the axial direction, it is beneficial if the insert has an external thread on it Peripheral side, with which he in a in the second region of the central recess of the insulator part befindliches internal thread can be screwed.

Für ein einfaches Auswechseln der Düse ist es zweckmäßig, wenn die zentrale Ausnehmung des Einsatzes ein Innengewinde aufweist ist, in welches die mit einem Außengewinde versehene Düse einschraubbar ist.For a simple replacement of the nozzle, it is expedient if the central recess of the insert has an internal thread, in which the nozzle provided with an external thread can be screwed.

Ein stabiler Halt des Einsatzes in dem Isolatorteil wird erzielt, wenn der Einsatz als Buchse mit Flansch ausgebildet ist, wobei der Flansch die Stirnfläche des Isolatorteils abdeckt.One stable hold of the insert in the insulator part is achieved when the insert is designed as a socket with flange, wherein the flange covers the end face of the insulator part.

Der Einsatz ist aufgrund der benötigten elektrischen Leitfähigkeit und der bevorzugten guten Wärmeleitfähigkeit vorteilhafter Weise aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt.Of the Use is due to the required electrical conductivity and the preferred good thermal conductivity more advantageous Way made of metal or a metal alloy.

Aufgrund der guten elektrischen Isolationseigenschaften ist es vorteilhaft, wenn das Isolatorteil aus Keramik hergestellt ist, hierbei ist es insbesondere für die Herstellung eines Gewindes oder sonstiger nichtzylindrischer Formen zweckmäßig, wenn das Isolatorteil aus einer spanend bearbeitbaren Glaskeramik hergestellt ist.by virtue of the good electrical insulation properties, it is advantageous if the insulator part is made of ceramic, here it is in particular for the production of a thread or other non-cylindrical Shapes appropriate when the insulator part of a machinable glass ceramic is produced.

Für den praktischen Einsatz an Laserbearbeitungsanlagen ist es vorteilhaft, wenn das Isolatorteil an seinem vom Einsatz abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch aufweist, über den die Aufnahmevorrichtung an dem Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes mittels einer Überwurfmutter lösbar befestigbar ist.For the practical use of laser processing systems, it is advantageous when the insulator part at its axial end facing away from the insert has a radially outwardly extending flange over the recording device to the housing of the laser processing head detachably fastened by means of a union nut is.

Für eine weitere Reduzierung von Verwirbelungen des Prozessgases kann in dem erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopf ein Düsenelement verwendet werden, das einen Düsenkanal aufweist, der sich von einer Düseneingangsöffnung zur Düsenöffnung hin erstreckt und einen verrundeten Verjüngungsbereich aufweist.For a further reduction of turbulence of the process gas can in the laser processing head according to the invention a nozzle element may be used which has a nozzle channel extending from a nozzle entrance opening extends to the nozzle opening and a rounded Has rejuvenation area.

Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Düsenkanal sich zunächst von einer Düseneingangsöffnung zur Düsenöffnung hin kegelförmig verjüngt und in den verrundeten Verjüngungsbereich übergeht, wobei der verrundete Verjüngungsbereich vorzugsweise weniger als 1/2, weiter bevorzugt weniger als 1/5 und insbesondere weniger als 1/10 der Gesamtlänge des Düsenelements einnimmt, wobei der verrundete Verjüngungsbereich vorteilhafterweise die Form einer Kugelschicht aufweist.in this connection it is particularly useful if the nozzle channel initially from a nozzle entrance opening tapered conically towards the nozzle opening and goes into the rounded rejuvenation area, wherein the rounded tapering region is preferably less as 1/2, more preferably less than 1/5 and especially less occupies 1/10 of the total length of the nozzle element, the rounded rejuvenation area advantageously has the shape of a spherical layer.

Hiebei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Düsenöffnung in der werkstückzugewandten Stirnseite des Düsenelements als zylindrische Ausnehmung ausgebildet ist, die sich an den Düsenkanal anschließt, wobei der Übergang zwischen Düsenkanal und zylindrischer Ausnehmung abgerundet ist.Hiebei It is particularly advantageous if the nozzle opening in the workpiece facing end face of the nozzle member is formed as a cylindrical recess, which is located on the nozzle channel connects, with the transition between the nozzle channel and cylindrical recess is rounded.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Düsenelement hierbei einen mit einem Außengewinde versehenen Buchsenab schnitt, der in die Aufnahmevorrichtung einschraubbar ist, einen Flanschabschnitt, der an die werkstückzugewandte Stirnseite der Aufnahmevorrichtung angrenzt, und einen sich konisch verjüngenden Düsenbereich, dessen werkstückzugewandte Stirnseite die Düsenausgangsöffnung aufweist.According to one Embodiment of the invention comprises the inventive Nozzle element one with an external thread provided Buchsenab cut, which can be screwed into the receiving device is a flange portion which faces the workpiece Front side of the receiving device adjacent, and a conical tapered nozzle area, the workpiece-facing end face having the nozzle exit opening.

Die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung zur lösbaren Befestigung einer Düse an einem Laserbearbeitungskopf zeichnet sich also dadurch aus, dass die Aufnahmevorrichtung einen Durchgangskanal für Prozessgas und einen Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung und einer werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kanaleingangsöffnung ist. Hierdurch lässt es sich erreichen, wie oben bereits dargelegt, dass eine Düse so am Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes angebracht werden kann, dass Durchlass für den Laserstrahl und das Prozessgas durch das Gehäuse, die Aufnahmevorrichtung und die Düse so gestaltet werden kann, dass an den jeweiligen Übergängen zwischen Gehäuse und Aufnahmevorrichtung bzw. zwischen Aufnahmevorrichtung und Düse keine Stufen, insbesondere keine strömungstechnisch relevanten Stufen auftreten, dass also abgesehen von fertigungs- und/oder toleranzbedingten Fugen, Fasen oder dergleichen die Seitenwände der einzelnen Durchgangsabschnitte glatt ineinander übergehen.The Recording device according to the invention for releasable Attaching a nozzle to a laser processing head draws Thus characterized by the fact that the receiving device a passage for process gas and a laser beam with a workpiece facing away Channel entrance opening and a workpiece facing Channel outlet opening has a smaller diameter as the diameter of the channel entrance opening. hereby It can be achieved, as already stated above, that a nozzle so on the housing of the laser processing head can be attached that passage for the laser beam and the process gas through the housing, the receiving device and the nozzle can be designed so that at the respective transitions between housing and recording device or between Receiving device and nozzle no steps, in particular no fluidically relevant stages occur that so apart from manufacturing and / or tolerance related joints, Chamfering or the like, the side walls of the individual passage sections smooth merge.

Zweckmäßigerweise wird der Durchgangskanal der Aufnahmevorrichtung von einem werkstückabgewandten ersten Bereich einer zentralen Ausnehmung in einem ringförmigen Isolatorteil gebildet, in deren werkstückzugewandten zweiten Bereich ein Einsatz eingesetzt ist, der zur Aufnahme und lösbaren Befestigung einer Düse dient. Der Durchmesser der Kanalausgangsöffnung des Durchgangskanals am Übergang zwischen erstem und zweiten Bereich in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils ist dabei so dimensioniert, dass er gleich dem Durchmesser einer Düseneingangsöffnung ist, während der Durchmesser der Kanaleingangsöffnung gleich einem Durchmesser einer werkstückzugewandten Gehäuseausgangsöffnung eines Laserbearbeitungskopfes ist, durch die der Laserstrahl und das Prozessgas austritt.Conveniently, the passageway of the receiving device is away from a workpiece first region of a central recess in an annular Insulator part formed in the workpiece facing the second A field insert is used for holding and releasing Attachment of a nozzle is used. The diameter of the channel outlet opening the passageway at the transition between the first and second Area in the central recess of the insulator part is here dimensioned so that it is equal to the diameter of a nozzle inlet opening is while the diameter of the channel entrance opening equal to a diameter of a workpiece facing housing exit opening a laser processing head is through which the laser beam and the process gas exits.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Aufnahmevorrichtung dient also dazu die Durchmesser der verschiedenen Durchgangsöffnungen am Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes und an der Düse so aneinander anzupassen, dass sich auch an den verschieden Übergängen von Gehäuse, Aufnahmevorrichtung und Düse eine glatte und im Wesentlichen ungestörte Prozeßgassströmung ausbilden kann, so dass mit geringeren Prozeßgassdrücken die gleichen oder sogar eine besser Bearbeitungsqualität erreichen lässt.The Recording device designed according to the invention So serves the diameter of the various through holes on the housing of the laser processing head and on the nozzle to adapt to each other so that also at the different transitions of housing, receiving device and nozzle one smooth and substantially undisturbed process gas flow can form, so that with lower process gas pressures the same or even a better quality of workmanship can achieve.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be in the following example way explained with reference to the drawing. Show it:

1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes mit einer konischen Düse, 1 a schematic sectional view of a laser processing head according to the invention with a conical nozzle,

2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes mit einer sombreroförmigen Düse, 2 a schematic sectional view of a laser processing head according to the invention with a sombrero-shaped nozzle,

3 eine schematische Schnittansicht einer sombreroförmigen Düse gemäß der vorliegenden Erfindung, 3 a schematic sectional view of a sombrero-shaped nozzle according to the present invention,

4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Gutschnittbereiche von verschiedenen Laserbearbeitungsköpfen mit unterschiedlichen Düsen vom Schneidgasdruck, 4 a diagram illustrating the dependency of the cut-out regions of different laser processing heads with different nozzles from the cutting gas pressure,

5 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Laserbearbeitungkopfes mit einer konischen Düse, 5 a schematic sectional view of a conventional laser processing head with a conical nozzle,

6 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Laserbearbeitungskopfes mit einer sombreroförmigen Düse, und 6 a schematic sectional view of a conventional laser processing head with a Sombreroförmigen nozzle, and

7 eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen sombreroförmigen Düse. 7 a schematic sectional view of a conventional sombrero-shaped nozzle.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In The various figures of the drawing are corresponding to each other Components provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein Teil eines Laserbearbeitungskopfes 10 gezeigt, wie er mit Laserbearbeitungsmaschinen oder -anlagen verwendet wird. Hierbei wird ein von der Laserbearbeitungsmaschine kommender Arbeitslaserstrahl durch den Laserbearbeitungskopf 10 hindurch auf ein Werkstück 12 gelenkt, wie durch die optische Achse L angedeutet wird. Besonders bevorzugt ist der Einsatz des Laserbearbeitungskopfes 10 zum Laserstrahlschneiden des Werkstücks 12.In 1 is a part of a laser processing head 10 shown how it is used with laser processing machines or equipment. Hereby, a working laser beam coming from the laser processing machine will pass through the laser processing head 10 through to a workpiece 12 steered, as indicated by the optical axis L. Particularly preferred is the use of the laser processing head 10 for laser beam cutting of the workpiece 12 ,

Hierfür wird neben dem Laserstrahl ein Prozessgas durch einen den Strahlengang des Laserstrahls umgebenen Prozessgaskanal 14 in Richtung des Werkstücks 12 geleitet, um das durch den Laserstrahl geschmolzene Material des Werkstücks nach unten aus der Schnittfuge zu blasen.For this purpose, in addition to the laser beam, a process gas through a process gas channel surrounding the beam path of the laser beam 14 in the direction of the workpiece 12 directed to blow the melted by the laser beam material of the workpiece down from the kerf.

Das Prozessgas kann je nach Einsatzgebiet unterschiedlich ausgebildet sein. So ist beispielsweise für die Verwendung zum Brennschneiden von beispielsweise Baustahl Sauerstoff als Prozessgas besonders vorteilhaft, da durch die freiwerdende Energie der chemischen Reaktion mit dem Material das Bearbeiten dicker Bleche ermöglicht wird. Für den erfindungsgemäßen Einsatz des Laserbearbeitungskopfes 10 ist jedoch eher das Schmelzschneiden von Interesse, da bei diesem Verfahren auf die Erzeugung von glatten Schnittkanten Wert gelegt wird. Hierfür wird als Prozessgas ein Gas verwendet, das nicht mit dem Material reagiert, sondern dieses nur nach unten aus der Schnittfuge bläst. Hierfür kommt beispielsweise Stickstoff für fast alle Metalle in Frage, wobei Titan, das sowohl mit Sauerstoff als auch mit Stickstoff heftig reagiert, mit Argon geschnitten wird. Es ist jedoch auch vorstellbar, aus Kostengründen in bestimmten Fällen als Prozessgas einfach Druckluft zu verwenden.The process gas can be designed differently depending on the application. Thus, for example, for the use of flame cutting of, for example, structural steel, oxygen is particularly advantageous as a process gas, since the release of energy of the chemical reaction with the material makes it possible to process thicker sheets. For the inventive use of the laser processing head 10 However, fusion cutting is of more interest, as this process emphasizes the production of smooth cut edges. For this purpose, a gas is used as the process gas, which does not react with the material, but blows it only down from the kerf. For this purpose, for example, nitrogen is suitable for almost all metals, with titanium, which reacts vigorously with both oxygen and nitrogen, being cut with argon. However, it is also conceivable to use compressed air in certain cases as a process gas for cost reasons.

Der Prozessgaskanal 14 setzt sich zusammen aus einem Prozessgaszuführkanal 16 in einem Gehäuse 18 des Laserbearbeitungskopfes 10, einem Durchgangskanal 20 in einer Aufnahmevorrichtung 22 mit einem Isolatorteil 24 und einem Einsatz 26, und einem Düsenkanal 28 in einer konischen Düse 30, und mündet schließlich in die Düsenöffnung 32 der konischen Düse 30, die dem Werkstück 12 im Betrieb des Laserbearbeitungskopfes 10 gegenüberliegt.The process gas channel 14 consists of a process gas supply channel 16 in a housing 18 of the laser processing head 10 a passageway 20 in a cradle 22 with an insulator part 24 and a mission 26 , and a nozzle channel 28 in a conical nozzle 30 , and finally flows into the nozzle opening 32 the conical nozzle 30 that the workpiece 12 during operation of the laser processing head 10 opposite.

Das Gehäuse 18 des Laserbearbeitungskopfes 10 weist an seiner dem Werkstück 12 gegenüberliegenden Stirnseite einen ringförmigen Vorsprung 34 auf, in dem die Aufnahmevorrichtung 22 aufgenommen ist, wobei diese mittels einer Überwurfmutter 36, die in einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 38 des Isolatorteils 24 eingreift, gegen das Gehäuse 18 gezogen ist. Für eine Abdichtung des Prozessgaskanals 14 gegenüber der Umgebung ist an der werkstückzugewandten Stirnseite des Gehäuses 18 eine den Prozessgaskanal 14 umgebende Ringnut 40 vorgesehen, in der ein Dichtungsring 42 an geordnet ist, um einen dichten Kontakt zwischen werkstückabgewandter Stirnseite des Isolatorteils 24 und der werkstückzugewandten Stirnseite des Gehäuses 18 zu schaffen.The housing 18 of the laser processing head 10 indicates at its the workpiece 12 opposite end face an annular projection 34 on, in which the cradle 22 is received, this by means of a union nut 36 extending into a radially outwardly extending flange 38 of the insulator part 24 engages, against the case 18 is drawn. For sealing the process gas channel 14 towards the environment is at the workpiece facing end face of the housing 18 one the process gas channel 14 surrounding ring groove 40 provided in which a sealing ring 42 is arranged to dense contact between workpiece facing away from the end of the insulator part 24 and the workpiece-facing end face of the housing 18 to accomplish.

Der Prozessgaszuführkanal 16 im Gehäuse 18 mündet in eine Gehäuseausgangsöffnung 44. Die Gehäuseausgangsöffnung 44 ist bevorzugter Weise kreisförmig, wie im Ausführungsbeispiel der 1 dargestellt. Hierbei kann die kreisförmige Gehäuseausgangsöffnung 44 an seinem Rand eine Fase 46 aufweisen, um scharfe Kanten zu vermeiden. Hierbei ist es jedoch wichtig, dass die Fase 46 in ihren Abmessungen so gering gehalten wird, dass keine oder nur wenig Verwirbelungen des durch den Prozessgaskanal 14 geleiteten Prozessgases am Übergang zwischen der Gehäuseausgangsöffnung 44 und einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung 48 des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 entstehen können.The process gas supply channel 16 in the case 18 opens into a housing outlet opening 44 , The housing outlet opening 44 is preferably circular, as in the embodiment of 1 shown. Here, the circular housing outlet opening 44 a bevel on its edge 46 to avoid sharp edges. However, it is important that the chamfer 46 is kept so small in their dimensions that little or no turbulence of the through the process gas channel 14 guided process gas at the transition between the housing outlet opening 44 and a workpiece remote channel entrance opening 48 of the passageway 20 the cradle 22 can arise.

Ein Vergleich mit dem herkömmlichen Laserbearbeitungskopf aus 5 zeigt, dass an dem Übergang zwischen Gehäuseausgangsöffnung 44 und Kanaleingangsöffnung 48 keine Stufe ausgebildet ist, wodurch Stau- oder Verwirbelungsbereiche des Prozessgases vermieden werden. Werden also gedanklich die Seitenwände des Prozessgaskanals 14 im Gehäuse und in der Aufnahmevorrichtung über die jeweilige Öffnung hinaus verlängert, so schneiden sie sich anders als bei Stand der Technik im Bereich der Öffnungen. Eine Kurve oder Linie die nach Art einer Einhüllenden an die Wände des sich durch das Gehäuse, die Aufnahmevorrichtung und die Düse verlaufenden Prozessgaskanals 14 gelegt wird, verläuft also auch im Bereich der Übergänge glatt und stetig.A comparison with the conventional laser processing head 5 shows that at the transition between housing exit opening 44 and channel entrance opening 48 no stage is formed, whereby congestion or Verwirbelungsbereiche the process gas can be avoided. So become mentally the side walls of the process gas channel 14 extended in the housing and in the receiving device beyond the respective opening, so they intersect differently than in the prior art in the region of the openings. A curve or line, in the manner of an envelope, against the walls of the process gas passage extending through the housing, the receiver, and the nozzle 14 is laid, so runs smoothly and steadily even in the area of the transitions.

Der Prozessgaszuführkanal 16 des Gehäuses 18 weist eine sich von der Gehäuseausgangsöffnung 44 in das Gehäuseinnere hineinerstreckende Wand auf, wobei der Prozessgaszuführkanal 16 kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann. Wie in 1 gezeigt, ist der Durchgangskanal 20 der Aufnahmevorrichtung 22 ebenfalls kegel-stumpfförmig ausgebildet, wobei im verbundenen Zustand der Aufnahmevorrichtung 22 mit dem Gehäuse 18 die Wand des Prozessgaszuführkanals 16 und die Innenwand des Durchgangskanals 20 an den jeweiligen Übergangspunkten nahezu die gleiche Neigung aufweisen. Darüber hinaus besitzt die Gehäuseausgangsöffnung 44 und die Kanaleingangsöffnung 48 der Aufnahmevorrichtung 22, abgesehen von der geringen Ausweitung des Durchmessers der Gehäuseausgangsöffnung 44 durch die Fase 46 den gleichen Durchmesser, sodass keine Abstufung an dem Übergang zwischen Gehäuse 18 und Aufnahmevorrichtung 22 im Prozessgaskanal 14 entsteht.The process gas supply channel 16 of the housing 18 has a from the housing outlet opening 44 in the housing interior hineinerstreckende, wherein the process gas supply channel 16 may be frusto-conical. As in 1 shown is the passageway 20 the cradle 22 also formed frusto-conical, wherein in the connected state of the receiving device 22 with the housing 18 the wall of the process gas supply channel 16 and the inner wall of the passageway 20 have at the respective transition points almost the same inclination. In addition, has the housing outlet opening 44 and the channel entrance opening 48 the cradle 22 , except for the small expansion of the diameter of the housing outlet opening 44 through the chamfer 46 the same diameter, so no gradation at the transition between housing 18 and cradle 22 in the process gas channel 14 arises.

Obwohl in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Neigungen der Innenwand des Prozessgaszuführkanals 16 und der Innenwand des Durchgangskanals 20 im Wesentlichen gleich sind, können diese auch unterschiedlich sein. Im Falle eines rotationssymetrischen Aufbaus des in 1 gezeigten Teils des Laserbearbeitungskopfes 10 bemisst sich ein Übergangswinkel an einem Übergangspunkt durch den Betrag der Differenz des Winkels zwischen Innenwand des Prozessgaszuführkanals 16 und der Rotationsachse, die in diesem Falle dem Strahlengang L entspricht, und des Winkels zwischen der Innenwand des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 und der Rotationsachse. Hierbei ist, um eine Verwirbelung des Prozessgases an dem entsprechenden Übergang zu vermeiden, der Übergangswinkel an sämtlichen Übergangspunkten vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5°. Die Knickkante am Übergang der entsprechenden Wände kann entweder in das Innere des Prozessgaskanals 14 hineinragen oder entsprechend von ihm weg zeigen.Although in the illustrated embodiment, the inclinations of the inner wall of the process gas supply channel 16 and the inner wall of the passageway 20 are essentially the same, they can also be different. In the case of a rotationally symmetrical structure of the in 1 shown part of the laser processing head 10 A transition angle at a transition point is measured by the amount of the difference in the angle between the inner wall of the process gas supply channel 16 and the axis of rotation, which in this case corresponds to the beam path L, and the angle between the inner wall of the through-channel 20 the cradle 22 and the rotation axis. In this case, in order to avoid turbulence of the process gas at the corresponding transition, the transition angle at all transition points is preferably less than 20 °, more preferably less than 10 ° and in particular less than 5 °. The bending edge at the transition of the corresponding walls can either into the interior of the process gas channel 14 protrude or show away from him accordingly.

Im Folgenden soll auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Aufnahmevorrichtung 22 näher eingegangen werden. Wie oben bereits erläutert, weist die Aufnahmevorrichtung 22 einen Durchgangskanal 20 auf, der den Prozessgaszuführkanal 16 des Gehäuses 18 mit dem Düsenkanal 28 der konischen Düse 30 verbindet. Hierbei ist die Düse 30 mittels eines Außengewindes 50 in ein Innengewinde 52 eines Buchsenabschnitts 54 des Einsatzes 26 eingeschraubt. Der Einsatz 26 weist neben dem Buchsenabschnitt 54 einen Flansch 56 auf, und ist in eine zylinderförmige Ausnehmung 58 des Isolatorteils 24, welche ein Innengewinde 60 aufweist, mit einem Außengewinde 62 an seinem Buchsenabschnitt 54 eingeschraubt. Hierbei ist es jedoch auch möglich, dass der Einsatz 26 mit seinem Buchsenabschnitt 54 lediglich in die zylinderförmige Ausnehmung 58 des Isolatorteils 24 eingesetzt und mit diesem verklebt oder auf andere Weise verbunden ist. Im eingesetzten Zustand des Einsatzes 26 bedeckt der Flansch 56 des Einsatzes 26 die werkstückzugewandte Stirnseite des Isolatorteils 24. Am Übergang zwischen Flansch 56 und Buchsenabschnitt 54 befinden sich kegelförmige Zentrierflächen 64.The following is intended to the inventive design of the recording device 22 be discussed in more detail. As already explained above, the receiving device 22 a passageway 20 on, the process gas supply channel 16 of the housing 18 with the nozzle channel 28 the conical nozzle 30 combines. Here is the nozzle 30 by means of an external thread 50 in an internal thread 52 a socket section 54 of the insert 26 screwed. The use 26 points next to the socket section 54 a flange 56 on, and is in a cylindrical recess 58 of the insulator part 24 which is an internal thread 60 having, with an external thread 62 at its socket section 54 screwed. However, it is also possible that the use 26 with its socket section 54 only in the cylindrical recess 58 of the insulator part 24 used and glued to this or connected in any other way. In the inserted state of the insert 26 covers the flange 56 of the insert 26 the workpiece-facing end face of the insulator part 24 , At the transition between flange 56 and socket section 54 there are conical centering surfaces 64 ,

Das Isolatorteil 24 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Keramik hergestellt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, eine Glaskeramik zu verwenden, die spanend bearbeitet werden kann, wie beispielsweise die Glaskeramik Macor der Firma Corning Incorporated. Derartige Glaskeramiken können im Dauerbetrieb bei Arbeitstemperaturen von etwa 800°C bis zu Spitzentemperaturen von etwa 1000°C eingesetzt werden, darüber hinaus ist dieses Material ein ausgezeichneter Elektroisolator und weist eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Dieses Material besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass es nicht nur geklebt, sondern auch hartgelötet werden kann. Der Einsatz 26 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, insbesondere einem Metall oder einer Metalllegierung. Hierbei ist wichtig, dass das verwendete Material einen hohen Schmelzpunkt aufweist, um eine Zerstörung des Materials bei den auftretenden hohen Temperaturen zu vermeiden.The insulator part 24 is made of an electrically insulating material, in particular ceramic. In this case, it is particularly advantageous to use a glass ceramic which can be machined, such as, for example, the glass ceramic Macor from Corning Incorporated. Such glass-ceramics can be used in continuous operation at working temperatures of about 800 ° C up to peak temperatures of about 1000 ° C, moreover, this material is an excellent electrical insulator and has a poor thermal conductivity. This material also has the advantage that it can not only be glued, but also brazed. The use 26 is made of an electrically conductive material, in particular a metal or a metal alloy. It is important that the material used has a high melting point in order to avoid destruction of the material at the high temperatures occurring.

Das ringförmige Isolatorteil 24 weist eine zentrale Ausnehmung 66 mit einem ersten Bereich, der den Durchgangskanal 20 bildet, und einem zweiten Bereich, nämlich der zylinderförmigen Ausnehmung 58, auf, wobei der Durchgangskanal 20 kegelstumpfförmig ausgebildet ist und durch eine sich radial nach innen erstreckende Stufe von der zylinderförmigen Ausnehmung 58 getrennt ist. Hierbei ist der Durchmesser einer werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung 68 des Durchgangskanals 20 am Übergang zwischen dem ersten und zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung 66 des Isolatorteils 24 so dimensioniert, dass er gleich dem Durchmesser einer Düseneingangsöffnung 70 des Düsenkanals 28 der konischen Düse 30 ist.The annular insulator part 24 has a central recess 66 with a first area, the passageway 20 forms, and a second region, namely the cylindrical recess 58 , on, with the passageway 20 is frusto-conical and formed by a radially inwardly extending step of the cylindrical recess 58 is disconnected. Here, the diameter of a workpiece facing channel outlet opening 68 of the passageway 20 at the transition between the first and second region of the central recess 66 of the insulator part 24 dimensioned so that it is equal to the diameter of a nozzle inlet opening 70 of the nozzle channel 28 the conical nozzle 30 is.

Wie in 1 gezeigt, besitzen die Wand des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 und des Düsenkanals 28 der konischen Düse 30 eine nahezu identische Neigung, jedoch können sich beide Neigungen wiederum durch einen Übergangswinkel unterscheiden, wie oben beim Übergang zwischen Gehäuse 18 und Aufnahmevorrichtung 22 erläutert wurde. Auch bei diesem Übergang ist der Übergangswinkel vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5°.As in 1 shown own the wall of the passageway 20 the cradle 22 and the nozzle channel 28 the conical nozzle 30 a nearly identical slope, however, both slopes can again differ by a transition angle, as above in the transition between housings 18 and cradle 22 was explained. Also in this transition, the transition angle is preferably less than 20 °, more preferably less than 10 ° and in particular less than 5 °.

Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22, der bevorzugter Weise sowohl im Durchmesser der entsprechenden Öffnungen als auch in seiner Neigung an die entsprechenden Neigungen der Innenwände des Prozessgaszuführkanals 16 und des Düsenka nals 28 angepasst ist, kann also erfindungsgemäß ein besonders glatter und stufenfreier Prozessgaskanal 14 ausgebildet werden, wodurch ein Minimum an Streu- oder Verwirbelungsräumen erzeugt wird. Auf die daraus resultierenden Vorteile wird bei der Erläuterung der 4 noch näher eingegangen werden.Due to the frustoconical design of the through-channel 20 the cradle 22 , preferably both in the diameter of the corresponding openings and in its inclination to the corresponding inclinations of the inner walls of the process gas supply channel 16 and the nozzle channel 28 is adapted, so according to the invention, a particularly smooth and stepless process gas channel 14 be formed, whereby a minimum of scattering or Verwirbelungsräumen is generated. On the resulting advantages is explained in the explanation of 4 will be discussed in more detail.

Die 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes 10, wobei sich dieser Laserbearbeitungskopf 10 lediglich von dem in 1 verwendeten Laserbearbeitungskopf 10 darin unterscheidet, dass statt der konischen Düse 30 eine sombreroförmige Düse 72 verwendet wird. Diese herkömmliche sombreroförmige Düse wurde bereits bei der Beschreibung der 7 eingehend erläutert. An dieser Stelle soll lediglich darauf hingewiesen werden, dass durch die neue erfindungsgemäße Ausgestaltung des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 auch beim Übergang zwischen Kanalausgangsöffnung 68 des Durchgangskanals 20 und einer Düseneingangsöffnung 74 eines Düsenkanals 76 der sombreroförmigen Düse 72, der in eine Düsenöffnung 77 mündet, die jeweiligen Durchmesser so aufeinander abgestimmt sind, dass keine Stufe entsteht, wodurch Verwirbelungen des Prozessgases vermieden werden. Der Übergangswinkel zwischen Durchgangskanal 20 und Düsenkanal 76 der sombreroförmigen Düse 70 ist in diesem Fall etwa 10°, wobei sich die Kante des Übergangs leicht in den Prozessgaskanal 14 hineinerstreckt.The 2 shows a schematic sectional view of another embodiment of a laser processing head according to the invention 10 , wherein this laser processing head 10 only from the in 1 used laser processing head 10 it differs in that instead of the conical nozzle 30 a sombrero-shaped nozzle 72 is used. This conventional sombrero-shaped nozzle has already been described in the description of 7 explained in detail. At this point, it should merely be noted that the new inventive design of the through-channel 20 the cradle 22 also at the transition between the channel outlet opening 68 of the passageway 20 and a nozzle entrance opening 74 a nozzle channel 76 the sombreroförmigen nozzle 72 which is in a nozzle opening 77 opens, the respective diameters are coordinated so that no step is formed, whereby turbulence of the process gas can be avoided. The transition angle between the passageway 20 and nozzle channel 76 the sombreroförmigen nozzle 70 is in this case about 10 °, with the edge of the transition easily into the process gas channel 14 hineinerstreckt.

Die 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer sombreroförmigen Düse 78 gemäß der Erfindung.The 3 shows a schematic sectional view of an embodiment of a Sombreroförmigen nozzle 78 according to the invention.

Wie bereits bei der Beschreibung der herkömmlichen sombreroförmigen Düse 146 in 7 erläutert, weist die sombreroförmige Düse 78 einen mit einem Außengewinde 80 versehenen Buchsenabschnitt 82 auf, mit dem die Düse 78 in die Aufnahmevorrichtung 22 des Laserbearbeitungskopfes 10 einschraubbar ist, wie es in 1 und 2 bei anderen Düsen gezeigt ist. Die erfindungsgemäße sombreroförmige Düse 78 weist ferner einen Flanschabschnitt 84 auf, wobei zwischen dem Buchsenabschnitt 82 und dem Flanschabschnitt 84 ein Zwischenbereich gebildet ist, der Zentrierflächen 86 aufweist. Der Flanschabschnitt 84 kann an seinem äußerem Umfang mit einer Rändelung versehen sein, um ein leichteres Ein- und Ausschrauben der Düse 78 in die Aufnahme vorrichtung 22 zu ermöglichen. An den Flanschabschnitt 84 schließt sich ein sich konisch verjüngender Düsenbereich 88 an, dessen im Betrieb des Laserbearbeitungskopfes 10 werkstückzugewandte Stirnseite eine Düsenausgangsöffnung 90 aufweist.As in the description of the conventional sombrero-shaped nozzle 146 in 7 explains, the sombreroförmige nozzle 78 one with an external thread 80 provided socket section 82 on, with the nozzle 78 in the cradle 22 of the laser processing head 10 is screwed, as it is in 1 and 2 shown at other nozzles. The sombrero-shaped nozzle according to the invention 78 also has a flange portion 84 on, between the socket section 82 and the flange portion 84 an intermediate region is formed, the centering surfaces 86 having. The flange section 84 can be provided at its outer periphery with a knurling to facilitate screwing and unscrewing the nozzle 78 in the recording device 22 to enable. To the flange section 84 closes a conically tapering nozzle area 88 on, in the operation of the laser processing head 10 workpiece-facing end face a nozzle outlet opening 90 having.

Ein im Inneren der Düse 78 verlaufender Düsenkanal 92 weist eine Düseneingangsöffnung 94 auf, die der Düsenöffnung 90 gegenüberliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Düsenkanal 92 in drei Abschnitte A, B und C unterteilt. Im ersten Abschnitt A, der sich von der Düseneingangsöffnung 94 in Richtung der Düsenöffnung 90 hin erstreckt, ist der Düsenkanal 92 kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei er sich in Richtung der Düsenöffnung 90 verjüngt. Hierbei ist es jedoch auch möglich, dass der Düsenkanal 92 im Abschnitt A zylinderförmig ausgebildet ist, oder eine andere Form aufweist, die keine Kanten aufweist.One inside the nozzle 78 extending nozzle channel 92 has a nozzle entrance opening 94 on, the nozzle opening 90 opposite. In the present embodiment, the nozzle channel 92 divided into three sections A, B and C. In the first section A, extending from the nozzle entrance opening 94 in the direction of the nozzle opening 90 extends, is the nozzle channel 92 formed frusto-conical, wherein it is in the direction of the nozzle opening 90 rejuvenated. However, it is also possible that the nozzle channel 92 is cylindrical in section A, or has another shape that has no edges.

Ausgehend von dem Abschnitt A des Düsenkanals 92 geht dieser in einen verrundeten Verjüngungsbereich 96 über, wie in Abschnitt B gezeigt. Dieser verrundete Verjüngungsbereich 96 kann beispielsweise in der Form einer Kugelschicht ausgebildet sein, wobei an dem Übergang zwischen Abschnitt A und Abschnitt B des Düsenkanals 92 die Innenwand des Düsenkanals 92 keine Kante aufweist.Starting from section A of the nozzle channel 92 this goes into a rounded rejuvenation area 96 over, as shown in section B. This rounded rejuvenation area 96 For example, it may be in the form of a spherical layer, wherein at the transition between section A and section B of the nozzle channel 92 the inner wall of the nozzle channel 92 has no edge.

Schließlich geht der verrundete Verjüngungsbereich in Abschnitt B in eine zylindrische Ausnehmung 98 im Abschnitt C über, welche in die Düsenöffnung 90 mündet. Hierbei ist der Übergang zwischen zylindrischer Ausnehmung 98 und verrundetem Verjüngungsbereich 96 im Abschnitt B so gestaltet, dass wiederum keine Kante entsteht, was durch eine Abrundung des Übergangs erzeugt wird.Finally, the rounded taper area in section B is in a cylindrical recess 98 in section C over which into the nozzle opening 90 empties. Here is the transition between cylindrical recess 98 and rounded rejuvenation area 96 in section B, so that again no edge is formed, which is created by a rounding of the transition.

Das Verhältnis zwischen der Länge des verrundeten Verjüngungsbereiches 96 zur Gesamtlänge des Düsenelements 78 ist vorzugsweise weniger als 1/2, weiter bevorzugt weniger als 1/5 und insbesondere weniger als ein 1/10.The ratio between the length of the rounded rejuvenation area 96 to the total length of the nozzle member 78 is preferably less than 1/2, more preferably less than 1/5 and especially less than 1/10.

Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass der verrundete Verjüngungsbereich 96 nicht zwingend die Form einer Kugelschicht annehmen muss. Hier besteht lediglich die Vorgabe, dass die Innenwand an dem Übergang zwischen Abschnitt A und Abschnitt B sowie am Übergang zwischen Abschnitt B und Abschnitt C jeweils glatt ist. Es ist also vorstellbar, dass der verrundete Verjüngungsbereich eine Innenwandfläche besitzt, die durch Rotation einer hyperbolischen Funktion oder einer sonstigen Funktion mit einer stetigen, vorzugsweise positiven Ableitung gebildet wird, so dass das Prozessgas auf dem Weg zur Düsenöffnung 90 an der Innenwand des Verjüngungsbereichs 96 entlang geleitet wird, ohne gestaut oder verwirbelt zu werden.In addition, it should be noted that the rounded rejuvenation area 96 does not necessarily have to take the form of a spherical layer. Here is only the requirement that the In nenwand at the transition between section A and section B and at the transition between section B and section C is always smooth. It is therefore conceivable that the rounded tapered region has an inner wall surface which is formed by rotation of a hyperbolic function or another function with a continuous, preferably positive discharge, so that the process gas is en route to the nozzle opening 90 on the inner wall of the rejuvenation area 96 is passed along without being jammed or swirled.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, insbesondere des Laserbearbeitungskopfes 10 und der in 3 dargestellten sombreroförmigen Düse 78 werden anhand des Diagramms in 4 deutlich.The advantages of the devices according to the invention, in particular of the laser processing head 10 and the in 3 shown sombreroförmigen nozzle 78 are based on the diagram in 4 clear.

Dargestellt sind die Gutschnittbereiche von vier verschiedenen Kombinationen A, B, C und D aus Gehäuse und Aufnahmevorrichtung mit einer entsprechenden Düse. Hierbei entspricht der Kombination A eine Verwendung eines herkömmlichen Laserbearbeitungskopfes 100 mit einer konischen Düse 106, wie in 5 gezeigt ist. Der Kombination B entspricht die Verwendung eines Laserbearbeitungskopfes 10 mit einer Aufnahmevorrichtung 22 und einer konischen Düse 30, wie in 1 gezeigt ist. Der Kombination C entspricht die Verwendung eines herkömmlichen Laserbearbeitungskopfes 100 mit einer herkömmlichen Aufnahmevorrichtung 104, wie sie in 5 gezeigt ist, wobei als Düse die in 3 gezeigte erfindungsgemäße sombreroförmige Düse 78 verwendet wird. Der Kombination D entspricht die Verwendung eines Laserbearbeitungskopfes 10 mit einer Aufnahmevorrichtung 22, wie sie in 1 und 2 gezeigt ist, unter Verwendung der neuen erfindungsgemäßen sombreroförmigen Düse 78, wie sie in 3 gezeigt ist.Shown are the Gutschnittbereiche of four different combinations A, B, C and D housing and receiving device with a corresponding nozzle. Here, the combination A corresponds to a use of a conventional laser processing head 100 with a conical nozzle 106 , as in 5 is shown. The combination B corresponds to the use of a laser processing head 10 with a recording device 22 and a conical nozzle 30 , as in 1 is shown. The combination C corresponds to the use of a conventional laser processing head 100 with a conventional recording device 104 as they are in 5 is shown, wherein as nozzle the in 3 shown sombreroförmige nozzle according to the invention 78 is used. The combination D corresponds to the use of a laser processing head 10 with a recording device 22 as they are in 1 and 2 shown using the novel sombrero-shaped nozzle according to the invention 78 as they are in 3 is shown.

Hierbei soll unter Gutschnittbereich, der durch die entsprechenden schwarzen Balken im Diagramm der 4 repräsentiert wird, der Bereich verstanden werden, bei dem unter Verwendung eines entsprechenden Schneidgasdruckes ein noch qualitativ ausreichender Laserschnitt erreicht werden kann. Der Schneidgasdruck ist in bar angegeben. Es zeigt sich deutlich, dass schon beim Übergang von herkömmlicher Aufnahmevorrichtung 104 zu neuartiger Aufnahmevorrichtung 22 aufgrund der unterschiedlich ausgebildeten Durchgangskanäle, wobei eine herkömmliche Düse verwendet wird, wie sie in 1 und 5 gezeigt ist, sich eine Ausweitung des Gutschnittbereichs in einen niedrigeren Schneidgasdruckbereich ergibt. Dies wird dadurch erreicht, dass Verwirbelungen oder Stauräume in dem Prozessgaskanal reduziert werden, wodurch auch bei Verwendung eines geringeren Schneidgasdruckes das Prozessgas an der Düsenöffnung mit einer ausreichenden Prozessgasgeschwindigkeit austreten kann, um noch qualitativ hochwertige Laserschnitte zu erzeugen.This should under Gutschnittbereich, by the corresponding black bars in the diagram of 4 is understood, the area are understood in which using a corresponding cutting gas pressure, a still high enough laser cut can be achieved. The cutting gas pressure is indicated in bar. It clearly shows that even at the transition from conventional recording device 104 to novel cradle 22 due to the differently shaped passageways using a conventional nozzle as shown in FIG 1 and 5 is shown, an expansion of the crop range results in a lower cutting gas pressure range. This is achieved by reducing turbulences or reservoirs in the process gas channel, whereby even when using a lower cutting gas pressure, the process gas can escape at the nozzle opening with a sufficient process gas velocity to produce even high quality laser cuts.

Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn die in 3 gezeigte erfindungsgemäße sombreroförmige Düse 78 eingesetzt wird. So ergibt sich bei dem Übergang der Kombination A zu Kombination C, die sich lediglich in der Verwendung unterschiedlicher Düsen unterscheidet, dass die neue erfindungsgemäße Düse 78 aus 3 den für einen guten Schnitt benötigten Schneidgasdruck erheblich reduzieren kann. Das beste Resultat, nämlich einen Gutschnittbereich zwischen 8 und 11 bar Schneidgasdruck, ergibt sich bei der Kombination D, bei der die neuartige Aufnahmevorrichtung 22, wie sie in 1 gezeigt ist, mit der neuen erfindungsgemäßen sombreroförmigen Düse 78, wie sie in 3 gezeigt ist, kombiniert wird. Bei dieser Kombination sind die Verwirbelungen des Prozessgases minimiert, wodurch auch bei niedrigen Schneidgasdrücken optimale Schnittergebnisse erzielt werden können.Further improvement is achieved when the in 3 shown sombreroförmige nozzle according to the invention 78 is used. Thus, in the transition from combination A to combination C, which differs only in the use of different nozzles, the new nozzle according to the invention results 78 out 3 can significantly reduce the cutting gas pressure required for a good cut. The best result, namely a good cutting range between 8 and 11 bar cutting gas pressure, results in the combination D, in which the novel recording device 22 as they are in 1 is shown with the novel sombrero-shaped nozzle according to the invention 78 as they are in 3 shown is combined. With this combination, the turbulence of the process gas is minimized, which means that optimum cutting results can be achieved even at low cutting gas pressures.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0452785 B [0004]
- US 6025571 A [0005]
- JP 10-216978 [0006]

Claims

Laser processing head ( 10 ) for machining a workpiece ( 12 ) by means of a laser beam, with - a housing ( 18 ), through which a beam path (L) for a laser beam is led, which together with a process gas from a workpiece facing housing outlet opening ( 44 ), - a receiving device ( 22 ), which are connected to the housing ( 18 ) is releasably connected and the one passage ( 20 ) for the process gas and the laser beam with a workpiece remote channel entrance opening ( 48 ) and a workpiece-facing channel exit opening ( 68 ), wherein the channel entrance opening ( 48 ) with the housing outlet opening ( 44 ), and - a nozzle ( 30 . 72 . 78 ) connected to the receiving device ( 22 ) is releasably connected and one with the channel outlet opening ( 68 ) of the receiving device ( 22 ) communicating nozzle entrance opening ( 70 . 74 . 94 ) and a workpiece-facing nozzle opening ( 32 . 77 . 90 ), through which the laser beam and the process gas emerge during operation, at least one of the transitions from the housing outlet opening ( 44 ) to channel entrance opening ( 48 ) of the receiving device ( 22 ) and channel exit opening ( 68 ) of the receiving device ( 22 ) to the nozzle entrance opening ( 70 . 74 . 94 ) is stepless.

Laser processing head ( 10 ) according to claim 1, characterized in that a from the housing outlet opening ( 44 ) extending into the housing interior wall of a Prozessgaszuführkanals ( 16 ) and the inner wall of the passageway ( 20 ) of the receiving device ( 22 ) at the transition of the corresponding openings have an inclination whose transition angle is preferably less than 20 °, more preferably less than 10 ° and in particular less than 5 °.

Laser processing head ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that one of the nozzle entrance opening ( 70 . 74 . 78 ) extending into the nozzle interior wall and the inner wall of the passageway ( 20 ) of the receiving device ( 22 ) at the transition of the corresponding openings have an inclination whose transition angle is preferably Dressing ner than 20 °, more preferably less than 10 ° and in particular less than 5 °.

Laser processing head ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing outlet opening ( 44 ), the channel inlet and outlet ( 48 . 68 ) of the receiving device ( 22 ) as well as the nozzle entrance opening ( 70 . 72 . 78 ) are circular.

Laser processing head ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device ( 22 ) comprises: - an annular insulator part ( 24 ) with a central recess ( 66 ), which in a workpiece facing away from the first region, the passageway ( 20 ) and into a workpiece-facing second area (FIG. 58 ) for receiving the nozzle ( 30 . 72 . 78 ), wherein between the first and the second area ( 58 ) of the central recess ( 66 ) is a radial step, and - an insert ( 26 ), which is in the second area ( 58 ) of the central recess ( 66 ) is inserted and has a central means provided with a holding means central recess, in which the nozzle ( 30 . 72 . 78 ), wherein the diameter of the channel outlet opening ( 68 ) of the through-channel ( 20 ) at the transition between the first and second region in the central recess ( 66 ) of the insulator part ( 24 ) is dimensioned so that it is equal to the diameter of the nozzle inlet opening ( 70 . 74 . 94 ).

Laser processing head ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the insert ( 26 ) an external thread ( 62 ) has on its peripheral side, with which it in a in the second area ( 58 ) of the central recess ( 66 ) of the insulator part ( 24 ) located internal thread ( 60 ) can be screwed.

Laser processing head ( 10 ) according to claim 5 or 6, characterized in that the central recess of the insert ( 26 ) an internal thread ( 52 ), in which the with an external thread ( 50 ) provided nozzle ( 30 . 72 . 78 ) can be screwed.

Laser processing head ( 10 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the insert ( 26 ) as a socket ( 54 ) with flange ( 56 ) is formed, wherein the flange ( 56 ) the end face of the insulator part ( 24 ) covers.

Laser processing head ( 10 ) according to one of claims 5 to 8, characterized in that the insert ( 26 ) is made of metal or a metal alloy.

Laser processing head ( 10 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that the insulator part ( 24 ) is made of ceramic.

Laser processing head ( 10 ) according to claim 10, characterized in that the insulator part ( 24 ) is made of a machinable glass ceramic.

Laser processing head ( 10 ) according to one of claims 5 to 11, characterized in that the insulator part ( 24 ) at his from the use turned the axial end of a radially outwardly extending flange ( 38 ), via which the receiving device on the housing ( 18 ) by means of a union nut ( 36 ) is releasably attachable.

Nozzle element ( 78 ), in particular for use in a laser processing head according to one of the preceding claims, with a nozzle channel ( 92 ) extending from a nozzle entry port ( 94 ) to the nozzle opening ( 90 ) and a rounded rejuvenation area ( 96 ) having.

Nozzle element ( 78 ) according to claim 13, characterized in that the nozzle channel ( 92 ) first from a nozzle entrance opening ( 94 ) to the nozzle opening ( 90 ) tapered conically and in the rounded rejuvenation area ( 96 ), wherein the rounded rejuvenation area ( 96 ) preferably less than 1/2, more preferably less than 1/5 and in particular less than 1/10 of the total length of the nozzle element ( 78 ) occupies.

Nozzle element ( 78 ) according to claim 13 or 14, characterized in that the rounded rejuvenation area ( 96 ) has the form of a spherical layer.

Nozzle element ( 78 ) according to one of claims 13 to 15, characterized in that the nozzle opening ( 90 ) in the workpiece facing end face of the nozzle member ( 78 ) as a cylindrical recess ( 98 ) is formed, which adjoin the nozzle channel ( 92 ), whereby the transition between the nozzle channel ( 92 ) and cylindrical recess ( 98 ) is rounded.

Nozzle element ( 78 ) according to one of claims 13 to 16, with - one with an external thread ( 80 ) provided socket section ( 82 ) inserted in the receiving device ( 22 ), - a flange section ( 84 ), which is at the workpiece facing end face of the receiving device ( 22 ), and - a conically tapered nozzle area ( 88 ), whose workpiece-facing end face the nozzle opening ( 90 ) having.

Receiving device ( 22 ) for releasably attaching a nozzle ( 30 . 72 . 78 ) on a laser processing head ( 10 ), in particular according to one of claims 1 to 12, wherein the receiving device has a through-channel ( 20 ) for process gas and a laser beam with a workpiece-facing channel entrance opening ( 48 ) and a workpiece-facing channel exit opening ( 68 ) whose diameter is smaller than the diameter of the channel entrance opening ( 48 ).

Receiving device ( 22 ) according to claim 18, characterized in that the passageway ( 20 ) from a workpiece facing away from the first region of a central recess ( 66 ) in an annular insulator part ( 24 ) is formed, in the workpiece facing the second area ( 58 ) an insert ( 26 ) used for receiving and releasably attaching a nozzle ( 30 . 72 . 78 ), wherein the diameter of the channel outlet opening ( 68 ) of the through-channel ( 20 ) at the transition between the first and second region in the central recess ( 66 ) of the insulator part ( 24 ) is dimensioned so that it is equal to the diameter of a nozzle inlet opening ( 70 . 74 . 94 ).

Receiving device ( 22 ) according to claim 18 or 19, characterized in that the diameter of the channel entrance opening ( 48 ) of the through-channel ( 20 ) equal to a diameter of a workpiece facing Ge housing outlet opening ( 44 ) of a laser processing head ( 11 ), through which the laser beam and the process gas exit.

Receiving device ( 22 ) according to one of claims 18 to 20, characterized in that the insert ( 26 ) as a socket ( 54 ) with flange ( 56 ) is formed, which the end face of the insulator part ( 24 ) covers.

Receiving device ( 22 ) according to one of claims 18 to 21, characterized in that the insert ( 26 ) is made of metal or a metal alloy.

Receiving device ( 22 ) according to one of claims 18 to 22, characterized in that the insulator part ( 24 ) is made of ceramic.

Receiving device ( 22 ) according to claim 23, characterized in that the insulator part ( 24 ) is made of a machinable glass ceramic.

Receiving device ( 22 ) according to one of claims 18 to 24, characterized in that the insulator part ( 24 ) at its end facing away from the insert axial end a radially outwardly extending flange ( 38 ), via which the receiving device on the housing ( 18 ) by means of a union nut ( 36 ) is releasably attachable.