DE10360353B4 - Cutting nozzle for the machining head of a laser cutting machine - Google Patents

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Abstract

Schneiddüse für den Bearbeitungskopf einer Laserschneidanlage, mit einem Düsenkörper und einer an dessen Spitze angeordneten und gegenüber diesem isolierten Düsenelektrode (1) sowie mit einem durch den Düsenkörper und die Düsenelektrode (1) erstreckenden Kanal (3) zum Lenken eines Laserstrahls in Richtung auf ein Werkstück (2), der seine Austrittsöffnung an einer dem Werkstück (2) zugewandten Stirnfläche (5) der Düsenelektrode (1) hat, wobei die Düsenelektrode (1) einen Verbindungsbereich zur Verbindung mit dem Düsenkörper (1) und einen zum Werkstück (2) hin gerichteten Hauptbereich (B) aufweist, zwischen denen eine Zwischenfläche (C) gegeben ist, wobei die Stirnfläche (5) und die Zwischenfläche (C) des Hauptbereichs (B) die Grundflächen eines fiktiven Kegelstumpfes (D) bilden und die zwischen den Grundflächen des fiktiven Kegelstumpfes (D) ausgebildete Mantelfläche (6) des Hauptbereichs (B) die Außenfläche der Düsenelektrode (1) bildet und im Inneren des Kegelstumpfes (D) ausgebildet und bogenförmig in Richtung auf die Rotationsachse der Düsenelektrode (1) konkav gewölbt ist, wobei in dem Verbindungsbereich (A) ein Isolationskörper (7) vorgesehen ist, der die Düsenelektrode (1) gegenüber dem Düsenkörper elektrisch isoliert, wobei der Isolationskörper (7) mit dem Verbindungsbereich (A) der Düsenelektrode (1) zu einem Stück verbunden ist.Cutting nozzle for the machining head of a laser cutting machine, comprising a nozzle body and a nozzle electrode (1) arranged at its tip and insulated therefrom, and a channel (3) extending through the nozzle body and the nozzle electrode (1) for directing a laser beam in the direction of a workpiece (2) having its exit opening on an end face (5) of the nozzle electrode (1) facing the workpiece (2), the nozzle electrode (1) having a connection area for connection with the nozzle body (1) and one towards the workpiece (2) directed main area (B), between which an intermediate surface (C) is given, wherein the end face (5) and the intermediate surface (C) of the main area (B) form the bases of a fictional truncated cone (D) and those between the bases of the fictitious Truncated cone (D) formed lateral surface (6) of the main area (B) forms the outer surface of the nozzle electrode (1) and inside the keg and an arched dome (D) is concavely curved in the direction of the axis of rotation of the nozzle electrode (1), wherein in the connecting region (A) an insulating body (7) is provided which electrically isolates the nozzle electrode (1) from the nozzle body, wherein the Insulating body (7) with the connecting portion (A) of the nozzle electrode (1) is connected in one piece.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneiddüse für den Bearbeitungskopf einer Laserschneidanlage, insbesondere zum Schneiden von dreidimensionalen (3D-)Werkstücken in der Metallbearbeitung.The invention relates to a cutting nozzle for the machining head of a laser cutting machine, in particular for cutting three-dimensional (3D) workpieces in metalworking.

Das Schneiden von Werkstücken mit Laserstrahlung mit einer Laserschneidanlage hat sich in der industriellen Fertigung durchgesetzt. Aufgrund der breiten Palette der zur Verfügung stehenden Laserschneidgeräte ist die Bearbeitung fast aller Werkstoffe unterschiedlichster Dimension möglich.The cutting of workpieces with laser radiation with a laser cutting machine has become established in industrial production. Due to the wide range of available laser cutting tools, it is possible to process almost all materials of various dimensions.

Eine Laserschneidanlage besteht aus einem Lasergerät, einem Bearbeitungskopf und einer Strahlführungseinrichtung zwischen dem Lasergerät und dem Bearbeitungskopf. Die Steuerung des Bearbeitungskopfes übernimmt eine Computereinheit.A laser cutting machine consists of a laser device, a machining head and a beam guiding device between the laser device and the machining head. The control of the machining head takes over a computer unit.

Je nach Art des Materials wird beim Schneiden des Werkstückes ein Teil des aus dem Bearbeitungskopf tretenden Laserstrahls absorbiert, wodurch das Material schmilzt und zu verdampfen beginnt. Mit einem Prozessgas kann nun das geschmolzene Material aus der Schnittfuge ausgetrieben werden. Man unterscheidet dabei zwischen Schmelzschneiden, Brennschneiden und Sublimationsschneiden.Depending on the nature of the material, a part of the laser beam emerging from the machining head is absorbed during the cutting of the workpiece, whereby the material melts and begins to evaporate. With a process gas now the molten material can be expelled from the kerf. One distinguishes between fusion cutting, flame cutting and sublimation cutting.

Es sind zahlreiche verschiedene Bearbeitungsköpfe bekannt, die sich in ihrer Ausgestaltung stark unterscheiden und speziell dem jeweiligen Schneidvorhaben und den zu bearbeitenden Materialien, wie Metall, Papier, Holz, Textilien, Keramik oder Kunststoff, angepasst sind.There are many different processing heads known that differ greatly in their design and are specially adapted to the particular cutting project and the materials to be processed, such as metal, paper, wood, textiles, ceramics or plastic.

Für die Bearbeitung von Metallstücken kommt üblicherweise ein Bearbeitungskopf mit einer Schneiddüse mit einem inneren Kanal zum Einsatz, durch den der Laserstrahl und das Prozessgas gemeinsam und koaxial auf das Werkstück gelenkt werden. Da es aufgrund der elektromagnetischen Eigenschaften von Metallen möglich ist, den Abstand zwischen der Düsenspitze und dem Werkstück auf kapazitivem Wege zu bestimmen, ist an der Spitze des Düsenkörpers eine gegen diesen isolierte Düsenelektrode angebracht. Diese dient als Abstandssensor zur Bestimmung des Abstandes zwischen der Düsenaustrittsöffnung und dem Werkstück. Während der Bearbeitungskopf über das Werkstück fährt, liefert die Düsenelektrode über ein isoliertes Kabel Spannungssignale an eine Auswerteeinheit, aus denen sich der Abstand zwischen der Düsenspitze und dem Werkstück ermitteln lässt.For the machining of metal pieces is usually a machining head with a cutting nozzle with an inner channel is used by the laser beam and the process gas are coaxially and jointly directed to the workpiece. Since it is possible, due to the electromagnetic properties of metals, to determine the distance between the nozzle tip and the workpiece in a capacitive manner, a nozzle electrode insulated from this is attached to the tip of the nozzle body. This serves as a distance sensor for determining the distance between the nozzle outlet opening and the workpiece. While the machining head moves over the workpiece, the nozzle electrode delivers voltage signals to an evaluation unit via an insulated cable, from which the distance between the nozzle tip and the workpiece can be determined.

In der DE 40 35 404 A1 ist eine Schneiddüse beschrieben, die einen elektrisch leitenden, im wesentlichen konisch ausgebildeten Düsenkörper, einen im Spitzenbereich des Düsenkörpers liegenden Isolationskörper und eine vom Isolationskörper getragene Düsenelektrode umfasst, wobei diese durch den Isolationskörper gegenüber dem Düsenkörper elektrisch isoliert ist. Zusätzlich ist ein Überwurfelement vorgesehen, das auf ein Außengewinde des Düsenkörpers schraubbar ist und stirnseitig eine axiale Durchgangsöffnung aufweist, die die radialen Außenseiten der Düsenelektrode umgibt und diese zusammen mit dem Isolationskörper am Düsenkörper hält. Das Überwurfelement steht mit dem Düsenkörper in elektrischem Kontakt und ist gegenüber der Düsenelektrode elektrisch isoliert. Der Isolationskörper besteht aus einem keramischen Material und das Überwurfelement aus Aluminium. Letzteres ist teilweise mit einer dünnen Eloxalschicht versehen, die elektrisch nicht leitend ist, so dass keine elektrische Verbindung zwischen der Überwurfmutter und der Düsenelektrode besteht, aber die an der Düsenelektrode entstehende Wärme abgeführt werden kann.In the DE 40 35 404 A1 a cutting nozzle is described, which comprises an electrically conductive, substantially conical nozzle body, a lying in the tip region of the nozzle body insulating body and carried by the insulating body nozzle electrode, which is electrically insulated from the nozzle body by the insulating body. In addition, a cap element is provided, which can be screwed onto an external thread of the nozzle body and has an axial passage opening on the end face, which surrounds the radial outer sides of the nozzle electrode and holds them together with the insulating body on the nozzle body. The cap element is in electrical contact with the nozzle body and is electrically insulated from the nozzle electrode. The insulating body consists of a ceramic material and the union element made of aluminum. The latter is partially provided with a thin anodized layer, which is not electrically conductive, so that there is no electrical connection between the union nut and the nozzle electrode, but the heat generated at the nozzle electrode can be dissipated.

Diese Schneiddüse ist jedoch zur Bearbeitung von 3D-Werkstücken ungeeignet. Zum einen braucht das Überwurfelement, das in seinem Innern der konisch zulaufenden Düsenelektrode angepasst ist, relativ viel Raum im Spitzenbereich des Düsenkörpers, so dass die Beweglichkeit des Bearbeitungskopfes eingeschränkt ist, und zum anderen kann, sobald sich die Schneiddüse in unmittelbarer Nähe einer Kante oder Sicke oder in einer scharfen Ecke des Werkstückes befindet, die kapazitive Abstandsregelung diese topographischen Besonderheiten nicht richtig erfassen und eine Bewegung des Bearbeitungskopfes in eine fehlerhafte Position veranlassen, so dass ein schlechtes Schneidergebnis resultiert oder der Schneidvorgang unterbrochen werden muss. Überdies besteht die Gefahr, dass sich das Überwurfelement und mit diesem die Düsenelektrode während des Bearbeitungsvorganges aufgrund von Vibrationen lockert, was ebenfalls zu einem schlechten Schneidergebnis führt. Zudem ist die Düsenelektrode nur aufwändig auswechselbar.However, this cutting nozzle is unsuitable for machining 3D workpieces. On the one hand, the coupling element, which is adapted in its interior to the tapered nozzle electrode, needs a relatively large space in the tip region of the nozzle body, so that the mobility of the machining head is limited, and on the other hand, as soon as the cutting nozzle in the immediate vicinity of an edge or bead or in a sharp corner of the workpiece, the capacitive pitch control does not properly detect these topographical features and cause movement of the machining head to a faulty position, resulting in a poor cutting result or the cutting operation being interrupted. Moreover, there is a risk that loosening the union element and with this the nozzle electrode during the machining process due to vibrations, which also leads to a poor cutting result. In addition, the nozzle electrode is expensive to replace.

Die DE 41 33 198 A1 beschreibt eine Düse für ein Werkzeug, die einen aus elektrisch leitendem Material bestehenden Düsenkörper aufweist, der in seinem Spitzenbereich eine Düsenelektrode trägt. Der Spitzenbereich des Düsenkörpers und sein verbleibender Bereich sind durch separate Teile gebildet, die miteinander verklebt und gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die Düsenelektrode steht unmittelbar mit dem Spitzenbereich in elektrischem Kontakt, ist beispielsweise in diesen hineingeschraubt.The DE 41 33 198 A1 describes a nozzle for a tool having a nozzle body made of electrically conductive material, which carries a nozzle electrode in its tip region. The tip portion of the nozzle body and its remaining portion are formed by separate parts which are glued together and electrically insulated from each other. The nozzle electrode is in direct electrical contact with the tip region, for example screwed into it.

Die DE 40 28 338 A1 beschreibt eine Düse für ein Werkzeug zur Materialbearbeitung, wobei die Düse einen elektrisch leitenden Düsenkörper aufweist, an dessen Spitze eine ihm gegenüber elektrisch isolierte Düsenelektrode angeordnet ist. Ein Überwurfelement nimmt die Düsenelektrode auf und steht mit dem Düsenkörper in Eingriff. Dabei drückt das Überwurfelement die Düsenelektrode gegen einen Isolationskörper. Das Überwurfelement und die Düsenelektrode sind mittels einer elektrisch nicht leitenden Schicht gegeneinander isoliert.The DE 40 28 338 A1 describes a nozzle for a tool for material processing, wherein the nozzle has an electrically conductive nozzle body, at the tip of which a nozzle electrode electrically insulated from it is arranged. A union element takes up the nozzle electrode and stands with the nozzle body in engagement. The coupling element presses the nozzle electrode against an insulating body. The coupling element and the nozzle electrode are insulated from each other by means of an electrically non-conductive layer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneiddüse für die Bearbeitung einer Laserschneidanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass diese zum Schneiden von dreidimensionalen Werkstücken geeignet ist und einfach mit einem Düsenkörper des Bearbeitungskopfes verbindbar ist.The invention has for its object to make a cutting nozzle for machining a laser cutting machine according to the preamble of claim 1 so that it is suitable for cutting three-dimensional workpieces and is easily connectable to a nozzle body of the machining head.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneiddüse für den Bearbeitungskopf einer Laserschneidanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass diese zum Schneiden von dreidimensionalen Werkstücken geeignet ist.The invention has for its object to make a cutting nozzle for the machining head of a laser cutting machine according to the preamble of claim 1 so that it is suitable for cutting three-dimensional workpieces.

Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Schneiddüse für den Bearbeitungskopf einer Laserschneidanlage, die einen Düsenkörper mit einer an dessen Spitze lösbar angeordneten und gegenüber diesem elektrisch isolierten Düsenelektrode und einen durch den Düsenkörper und die Düsenelektrode verlaufenden und sich in Richtung einer Austrittsöffnung an einer Stirnfläche der Düsenelektrode konisch verjüngenden inneren Kanal zum Lenken eines Laserstrahls und eines Gasstromes auf ein Werkstück aufweist, wobei die Düsenelektrode einen Verbindungsbereich zur Verbindung mit dem Düsenkörper und einen zum Werkstück hin gerichteten Hauptbereich aufweist, die an einer Zwischenfläche ineinander übergehen, die Stirnfläche und die Zwischenfläche die Grundflächen eines fiktiven Kegelstumpfes bilden, und die zwischen der Stirnfläche und der Zwischenfläche tatsächlich ausgebildete Mantelfläche im Inneren des Kegelstumpfes ausgebildet ist und die Außenfläche der Düsenelektrode bildet.The invention consists in that in a cutting nozzle for the machining head of a laser cutting machine having a nozzle body with a detachably arranged at its tip and with respect to this electrically insulated nozzle electrode and extending through the nozzle body and the nozzle electrode and in the direction of an outlet opening at an end face of the The nozzle electrode has a conically tapering inner channel for directing a laser beam and a gas stream onto a workpiece, the nozzle electrode having a connection region for connection to the nozzle body and a main region directed towards the workpiece, which merge into one another at an intermediate surface, the end surface and the intermediate surface form the base surfaces form a fictitious truncated cone, and formed between the end face and the intermediate surface actually formed lateral surface in the interior of the truncated cone and the outer surface of the nozzle electrode forms.

Die derart gestaltete Schneiddüse zeichnet sich insbesondere durch die schlanke Gestaltung der Düsenelektrode aus. Aufgrund dieser Gestaltung kann die Schneiddüse auch in Ecken und andere Vertiefungen von dreidimensionalen Werkstücken gelangen und gute Schneidergebnisse liefern. Die besondere äußere Form ermöglicht auch eine verbesserte kapazitive Abstandsmessung in der Nähe von Kanten und Sicken des Werkstückes.The thus designed cutting nozzle is characterized in particular by the slim design of the nozzle electrode. Due to this design, the cutting nozzle can also get into corners and other recesses of three-dimensional workpieces and provide good cutting results. The particular external shape also allows for improved capacitive distance measurement near edges and beads of the workpiece.

Bei der Erfindung erstreckt sich im axialen Schnitt die Seitenwand der Düsenelektrode bogenförmig und ist in Richtung auf die Achse konkav gewölbt. So kann die Mantelfläche, insbesondere im Bereich der Austrittsöffnung an der Stirnfläche der Düsenelektrode, dicht am inneren Kanal entlang ausgebildet sein, so dass die Düsenelektrode in ihrem Spitzenbereich stark verjüngt und die Beweglichkeit des Bearbeitungskopfes entlang von dreidimensionalen Werkstücken deutlich verbessert sind.In the invention, in axial section, the side wall of the nozzle electrode extends arcuately and is concavely curved in the direction of the axis. Thus, the lateral surface, in particular in the region of the outlet opening on the end face of the nozzle electrode, be formed close to the inner channel along, so that the nozzle electrode tapers greatly in its tip region and the mobility of the machining head along three-dimensional workpieces are significantly improved.

Der Durchmesser der Stirnfläche kann dabei das Zwei- bis Vierfache, vorzugsweise etwa das Dreifache des Durchmessers der Austrittsöffnung betragen. Zur Verbesserung der Beweglichkeit der Schneiddüse selbst in engen Spalten wäre es zwar wünschenswert, den Durchmesser der Stirnfläche so klein wie möglich zu machen, aber es zeigt sich, dass die Düsenelektrode bei zu geringer Wanddicke die in der Bearbeitungszone des Werkstücks freigesetzte Wärme nur unzureichend ableitet und deshalb zu schnell abgetragen wird. Die genannten Durchmesserverhältnisse haben sich als ein günstiger Kompromiss zwischen den einander zuwiderlaufenden Anforderungen nach einer schlanken Form der Düsenelektrode und gleichzeitig hoher Standzeit erwiesen. Der Öffnungswinkel des fiktiven Kegelstumpfes liegt im Bereich zwischen 20° und 45°, vorzugsweise jedoch 25° bis 35°.The diameter of the end face can be two to four times, preferably about three times the diameter of the outlet opening. To improve the mobility of the cutting nozzle even in narrow gaps, it would be desirable to make the diameter of the end face as small as possible, but it turns out that the nozzle electrode with insufficient wall thickness dissipates the heat released in the processing zone of the workpiece insufficient and Therefore, it is removed too quickly. The mentioned diameter ratios have proved to be a favorable compromise between the contradictory requirements for a slim shape of the nozzle electrode and at the same time a long service life. The opening angle of the fictitious truncated cone is in the range between 20 ° and 45 °, but preferably 25 ° to 35 °.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind der Verbindungsbereich und der Hauptbereich der Düsenelektrode einstückig miteinander verbunden. Dieses Merkmal trägt dazu bei, dass die Düsenelektrode exakt und definiert am Düsenkörper positioniert werden kann. Bei Vibrationen des Bearbeitungskopfes während der Bearbeitung eines Werkstückes wird dadurch eine unerwünschte Lockerung des Hauptbereiches gegenüber dem Verbindungsbereich vermieden, wie sie bei einer lösbaren Verbindung auftreten kann. Eine Lockerung kann zu Reflexionen des Laserstrahles an der Innenwand und zu einer Veränderung des Brennpunktes des Laserstrahles auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes und damit zu einem schlechten Schneidergebnis führen.In a preferred embodiment, the connection region and the main region of the nozzle electrode are integrally connected to each other. This feature contributes to the fact that the nozzle electrode can be positioned exactly and defined on the nozzle body. In case of vibrations of the machining head during the machining of a workpiece, undesired loosening of the main area with respect to the connecting area is avoided, as can occur in the case of a detachable connection. Loosening can lead to reflections of the laser beam on the inner wall and to a change in the focal point of the laser beam on the surface of the workpiece to be machined and thus to a poor cutting result.

Die Düsenelektrode besteht zumindest in ihrem Hauptbereich aus einem gut wärmeleitenden Metall, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung. In dem Verbindungsbereich der Düsenelektrode ist zur elektrischen Isolation derselben gegenüber dem Düsenkörper ein Isolationskörper vorgesehen. Dieser besteht aus einem keramischen Material und weist vorzugsweise ein Gewinde zur Verbindung mit dem Düsenkörper auf. Der innere Kanal erstreckt sich dabei durch den Isolationskörper hindurch und ist austrittsöffnungsseitig zylindrisch ausgebildet.The nozzle electrode consists, at least in its main area, of a good heat-conducting metal, preferably of a copper alloy. In the connecting region of the nozzle electrode, an insulating body is provided for electrical insulation of the same relative to the nozzle body. This consists of a ceramic material and preferably has a thread for connection to the nozzle body. The inner channel extends through the insulating body and is formed on the outlet opening side cylindrical.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below with reference to an embodiment. In the accompanying drawings show:

1: eine Düsenelektrode für den Bearbeitungskopf einer Schneiddüse, angeordnet im Abstand zu einem ebenen Werkstück, und 1 a nozzle electrode for the machining head of a cutting nozzle, arranged at a distance from a planar workpiece, and

2: die Düsenelektrode in der Nähe eines dreidimensionalen Werkstückes mit einem Vorsprung. 2 : the nozzle electrode in the vicinity of a three-dimensional workpiece with a projection.

Die in 1 gezeigte Düsenelektrode 1 kreisrunden Querschnitts zur Anordnung an der Spitze eines nicht dargestellten Düsenkörpers weist einen Verbindungsbereich A zur Verbindung mit dem Düsenkörper und einen in Richtung auf ein Werkstück 2 ausgebildeten Hauptbereich B auf und ist einstückig aus einer Kupferlegierung gefertigt, wobei zwischen den Bereichen A und B eine Zwischenfläche C gegeben ist. Durch die Bereiche A und B erstreckt sich ein innerer Kanal 3 zum Lenken eines Laserstrahls und eines Gasstromes in Richtung auf das Werkstück 2, der seine Austrittsöffnung 4 an der dem Werkstück 2 zugewandten Stirnfläche 5 des Hauptbereiches B der Düsenelektrode 1 hat. Entsprechend der äußeren Form des Laserstrahls, der einen Brennpunkt außerhalb der Düsenelektrode 1 in geringer Entfernung von dieser hat, weist der Kanal 3 eine sich in Richtung des Werkstücks 2 konisch verjüngende Gestalt auf und geht werkstückseitig, etwa im Bereich der Taille des Laserstrahls, in einen zylindrischen Bereich über.In the 1 shown nozzle electrode 1 Circular cross-section for arrangement at the tip of a nozzle body, not shown, has a connection area A for connection to the nozzle body and one in the direction of a workpiece 2 formed main region B and is made in one piece of a copper alloy, wherein between the areas A and B, an intermediate surface C is given. Through the areas A and B, an inner channel extends 3 for directing a laser beam and a gas flow in the direction of the workpiece 2 who has his outlet 4 at the workpiece 2 facing end face 5 of the main area B of the nozzle electrode 1 Has. According to the external shape of the laser beam, which has a focal point outside the nozzle electrode 1 at a short distance from this, the channel points 3 one in the direction of the workpiece 2 conically tapered shape and on the workpiece side, about in the region of the waist of the laser beam, in a cylindrical area over.

Die Stirnfläche 5 an der werkstückseitigen Spitze der Düsenelektrode 1 und die Zwischenfläche C zwischen dem Hauptbereich B und dem Verbindungsbereich A bilden die Grundflächen eines fiktiven Kegelstumpfes D mit einem Öffnungswinkel β von 30°. Die Schnittlinie des Kegelstumpfmantels mit der Ebene der 1 ist als Strich-Punkt-Punkt-Linie dargestellt. Die sich zwischen der Stirnfläche 5 und der Zwischenfläche C erstreckende Mantelfläche 6 des Hauptbereichs B liegt im Inneren dieses Kegelstumpfes D und bildet die Außenfläche der Düsenelektrode 1 und damit auch der Schneiddüse im werkstücknahen Bereich. Wie zu erkennen ist, ist die Mantelfläche 6 konkav auf die Rotationsachse der Düsenelektrode zu gewölbt. Der Durchmesser der Stirnfläche 5 beträgt im Wesentlichen das Dreifache des Durchmessers der werkstückseitigen Austrittsöffnung 4 des Kanals 3.The face 5 at the workpiece-side tip of the nozzle electrode 1 and the intermediate area C between the main area B and the connecting area A form the bases of a notional truncated cone D with an opening angle β of 30 °. The section line of the truncated cone shell with the plane of the 1 is shown as a dash-dot-dot line. Which is between the face 5 and the intermediate surface C extending lateral surface 6 of the main area B lies inside this truncated cone D and forms the outer surface of the nozzle electrode 1 and thus also the cutting nozzle in the workpiece-near area. As can be seen, the lateral surface is 6 concave on the axis of rotation of the nozzle electrode to curved. The diameter of the face 5 is substantially three times the diameter of the workpiece-side outlet opening 4 of the canal 3 ,

Der obere Teil des Verbindungsbereiches A weist einen Keramikring 7 als Isolationsteil mit einem Außengewinde 8 auf, der zu einem Stück mit dem Verbindungsbereich A verbunden ist. Mit diesem Keramikring 7 wird die Düsenelektrode 1 in eine komplementäre Bohrung des dargestellten Düsenkörpers eingeschraubt. Die im übrigen aus einer Kupferlegierung bestehende Düsenelektrode 1 leitet die aufgenommene Wärme effizient an den Düsenkörper ab.The upper part of the connection area A has a ceramic ring 7 as insulation part with an external thread 8th which is connected in one piece with the connection area A. With this ceramic ring 7 becomes the nozzle electrode 1 screwed into a complementary bore of the nozzle body shown. The rest of a copper alloy nozzle electrode 1 efficiently dissipates the absorbed heat to the nozzle body.

Bei der in 2 gezeigten Bearbeitungsanordnung liegt einer Ecke des Grates 9 eines Werkstückes 10 die konkav nach innen gewölbte Mantelfläche 6 gegenüber. Die Wölbung hat zur Folge, dass sich die Feldlinien FL an der Düsenelektrode 1 nicht auf einen kleinen Bereich der Mantelfläche 6 konzentrieren, sondern sich im Wesentlichen gleichmäßig auf diese verteilen. Eine lokale Verstärkung des elektrischen Feldes an der Oberfläche der Düsenelektrode 1 und eine damit verbundene Vergrößerung der Kapazität des Systems aus Düsenelektrode und Werkstück werden weitgehend vermieden. Dadurch ist die Empfindlichkeit der Abstandsmessung zu seitlich von der Düsenelektrode 1 liegenden Werkstücken verringert, und die kapazitive Abstandsmessung liefert auch an Werkstücken mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur brauchbare Messwerte.At the in 2 shown processing arrangement is a corner of the ridge 9 a workpiece 10 the concave inward curved surface 6 across from. The curvature results in the field lines FL at the nozzle electrode 1 not on a small area of the lateral surface 6 concentrate, but to distribute substantially evenly on these. A local enhancement of the electric field at the surface of the nozzle electrode 1 and an associated increase in the capacity of the system of nozzle electrode and workpiece are largely avoided. As a result, the sensitivity of the distance measurement to the side of the nozzle electrode 1 The capacitive distance measurement also delivers useful measurements on workpieces with a three-dimensional surface structure.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Düsenelektrodenozzle electrode
22
Werkstückworkpiece
33
Kanalchannel
44
Austrittsöffnungoutlet opening
55
Stirnflächeface
66
Mantelflächelateral surface
77
Keramikringceramic ring
88th
Außengewindeexternal thread
99
Gratridge
1010
Werkstückworkpiece
ββ
Öffnungswinkelopening angle
AA
Verbindungsbereichconnecting area
BB
Hauptbereichmain area
CC
Zwischenflächeinterface
DD
Kegelstumpftruncated cone
FLFL
Feldliniefield line

Claims (9)

Schneiddüse für den Bearbeitungskopf einer Laserschneidanlage, mit einem Düsenkörper und einer an dessen Spitze angeordneten und gegenüber diesem isolierten Düsenelektrode (1) sowie mit einem durch den Düsenkörper und die Düsenelektrode (1) erstreckenden Kanal (3) zum Lenken eines Laserstrahls in Richtung auf ein Werkstück (2), der seine Austrittsöffnung an einer dem Werkstück (2) zugewandten Stirnfläche (5) der Düsenelektrode (1) hat, wobei die Düsenelektrode (1) einen Verbindungsbereich zur Verbindung mit dem Düsenkörper (1) und einen zum Werkstück (2) hin gerichteten Hauptbereich (B) aufweist, zwischen denen eine Zwischenfläche (C) gegeben ist, wobei die Stirnfläche (5) und die Zwischenfläche (C) des Hauptbereichs (B) die Grundflächen eines fiktiven Kegelstumpfes (D) bilden und die zwischen den Grundflächen des fiktiven Kegelstumpfes (D) ausgebildete Mantelfläche (6) des Hauptbereichs (B) die Außenfläche der Düsenelektrode (1) bildet und im Inneren des Kegelstumpfes (D) ausgebildet und bogenförmig in Richtung auf die Rotationsachse der Düsenelektrode (1) konkav gewölbt ist, wobei in dem Verbindungsbereich (A) ein Isolationskörper (7) vorgesehen ist, der die Düsenelektrode (1) gegenüber dem Düsenkörper elektrisch isoliert, wobei der Isolationskörper (7) mit dem Verbindungsbereich (A) der Düsenelektrode (1) zu einem Stück verbunden ist.Cutting nozzle for the machining head of a laser cutting machine, comprising a nozzle body and a nozzle electrode arranged at the tip and insulated therefrom ( 1 ) and with a through the nozzle body and the nozzle electrode ( 1 ) extending channel ( 3 ) for directing a laser beam in the direction of a workpiece ( 2 ), which has its outlet opening at a workpiece ( 2 ) facing end face ( 5 ) of the nozzle electrode ( 1 ), wherein the nozzle electrode ( 1 ) a connection area for connection to the nozzle body ( 1 ) and one to the workpiece ( 2 ) directed towards the main area (B) between which an intermediate surface (C) is given, wherein the end face ( 5 ) and the intermediate surface (C) of the main region (B) form the base surfaces of a notional truncated cone (D) and the lateral surface formed between the base surfaces of the notional truncated cone (D) ( 6 ) of the main area (B) the outer surface of the nozzle electrode ( 1 ) and formed in the interior of the truncated cone (D) and arcuate in the direction of the axis of rotation of the nozzle electrode ( 1 ) is concavely curved, wherein in the connecting region (A) an insulating body ( 7 ) is provided, which the nozzle electrode ( 1 ) electrically insulated from the nozzle body, wherein the insulating body ( 7 ) with the connection area (A) the nozzle electrode ( 1 ) is connected in one piece. Schneiddüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Stirnfläche (5) das Zwei- bis Vierfache des Durchmessers der Austrittsöffnung (4) beträgt.Cutting nozzle according to claim 1, characterized in that the diameter of the end face ( 5 ) two to four times the diameter of the outlet opening ( 4 ) is. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (β) des fiktiven Kegelstumpfes (D) 20° bis 45° beträgt.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the opening angle (β) of the notional truncated cone (D) is 20 ° to 45 °. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (A) und der Hauptbereich (B) einstückig miteinander verbunden sind.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting region (A) and the main region (B) are integrally connected to one another. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenelektrode (1) zumindest in ihrem Hauptbereich (B) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle electrode ( 1 ) consists at least in its main area (B) of copper or a copper alloy. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (7) aus einem keramischen Material besteht.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating body ( 7 ) consists of a ceramic material. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) durch den Isolationskörper (7) erstreckt ist.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 3 ) through the insulating body ( 7 ) is extended. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper (7) ein Gewinde (8) zur Verbindung mit dem Düsenkörper aufweist.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating body ( 7 ) a thread ( 8th ) for connection to the nozzle body. Schneiddüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) austrittsöffnungsseitig einen zylindrischen Abschnitt aufweist.Cutting nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 3 ) has a cylindrical portion on the outlet opening side.
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