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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolatorteil zur lösbaren Befestigung einer Düse an einem Laserbearbeitungskopf, sowie einen Laserbearbeitungskopf mit einem solchen Isolatorteil und einer daran befestigten Düse.
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Bearbeitungsköpfe für das Laserschneiden sind üblicherweise mit einer Düse ausgestattet, durch die das Schneidgas und der Laserstrahl gemeinsam austreten und auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet werden. Des Weiteren arbeiten Schneidköpfe bzw. Schneidanlagen mit einer kapazitiven Abstandssensorik, die es ermöglicht, den Abstand zwischen der Düsenspitze und dem Werkstück zu ermitteln und durch eine entsprechende Regelungsvorrichtung konstant zu halten. Die korrekte Wahl und das Konstanthalten eines bestimmten Arbeitsabstandes während der Bearbeitung haben einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Schneidergebnisses. Eine korrekte Funktionsweise der kapazitiven Abstandsmessung setzt voraus, dass die Schneiddüse elektrisch isoliert am Bearbeitungskopf angebracht werden kann. Für diesen Zweck ist üblicherweise ein Isolatorteil aus Keramik vorgesehen, das in den Laserbearbeitungskopf eingesetzt wird und eine Aufnahmemöglichkeit für die Schneiddüse bietet. Hierzu weist das Isolatorteil eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme eines Einsatzes zur Halterung der Düse auf, die sich axial durch das Isolatorteil hindurch erstreckt. Eine derartig gestaltete Aufnahmevorrichtung ist in
DE 10 2007 040 843 A1 offenbart.
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Üblicherweise wird für das Schneiden von Baustahl Sauerstoff als Schneidgas verwendet, wodurch das Werkstückmaterial oxidiert und so neben dem Laserstrahl zusätzlich Energie in den Schneidprozess eingebracht wird. Hierbei ist jedoch bekannt, dass bei einer lang andauernden Bearbeitung von Baustahl mit größerer Blechstärke Ausbrennungen auftreten können. Diese resultieren aus einer unkontrollierten Reaktion des Werkstückmaterials mit dem Sauerstoff, wenn sich das Material in einer Umgebung um den Bearbeitungspunkt über eine kritische Entzündungstemperatur hinaus erwärmt.
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Es ist weiter bekannt, dass dem beschriebenen Problem von Ausbrennungen begegnet werden kann, indem das Werkstück während der Laserbearbeitung durch das Aufbringen eines Mediums gekühlt wird. Hierdurch kann die Temperatur um den Bearbeitungspunkt herum unterhalb der kritischen Entzündungstemperatur gehalten werden.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Integration eines Systems zur Werkstückkühlung in einem Laserschneidkopf bekannt.
DE 23 38 514 A1 beschreibt eine Kühleinrichtung, die im unteren Bereich eines Schneidkopfs angebracht ist. Durch diese Anordnung sind die Bewegungsmöglichkeiten der Vorrichtung bei begrenztem Platzangebot eingeschränkt. Ferner ist dieses System nicht für die Verwendung mit einer kapazitiven Abstandssensorik geeignet.
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DE 36 37 568 A1 offenbart ein weiteres System zur Blechkühlung, bei dem ein Kühlmedium in Längsnuten zwischen einer Düse und einer äußeren Hülse geführt wird, in welche die Düse eingesetzt ist. Diese Lösung eignet sich jedoch nicht für einen schnellen Wechsel der Schneiddüse. Auch dieses System lässt sich nicht ohne weiteres im Zusammenhang mit einer kapazitiven Abstandssensorik verwenden.
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DE 39 40 766 offenbart eine Schneiddüse mit einem Ringsensor zur kapazitiven Abstandsmessung, wobei ein Kühlmittel vom Schneidgasstrahl angesaugt und ringförmig zerstäubt wird. Hierbei handelt es sich nicht um Lösung mit einem integrierten Isolatorteil, so dass auch hier kein schneller und automatisierter Wechsel der Düse vorgenommen werden kann.
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WO 2017/075567 offenbart in allgemeiner Weise ein System zur Verbesserung einer Düsenkühlung, jedoch ebenfalls ohne den Vorteil einer integrierten Anordnung, die einen schnellen und automatisierten Wechsel der Düse ermöglicht.
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Aus dem Stand der Technik ist kein Laserbearbeitungskopf mit einer Vorrichtung zur Werkstückkühlung bekannt, der gleichzeitig eine hoch-integrierte kapazitive Abstandssensorik aufweist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Halterung einer Düse eines Laserbearbeitungskopfes anzugeben, die die Zuführung eines Kühlmediums zur Düse sowie eine kapazitive Abstandsmessung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Isolatorteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, sowie durch einen entsprechenden Laserbearbeitungskopf, der ein solches Isolatorteil umfasst.
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Das erfindungsgemäße Isolatorteil umfasst zumindest einen Fluidkanal, der zur Durchleitung eines Kühlmediums zur Düse dient. Er erstreckt sich durch das Isolatorteil hindurch in einer gegenüber einer zentralen Ausnehmung zur Durchleitung eines Bearbeitungsstrahls versetzten Position. Durch den Fluidkanal wird eine Fluidverbindung zwischen der Düse und dem übrigen Teil des Laserbearbeitungskopfes geschaffen. Auf diese Weise kann ein Kühlmedium vom Laserbearbeitungskopf zur Düse geleitet werden, aus dieser austreten und auf das Werkstück aufgebracht werden.
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Da der Fluidkanal von der zentralen Ausnehmung getrennt angeordnet ist, wird die Durchleitung des Bearbeitungskanal durch den Fluidkanal durchströmendes Kühlmedium nicht beeinträchtigt. Die zentrale Ausnehmung kann so außerdem in herkömmlicher Weise zur Auswechslung der Düse gestaltet sein. Insgesamt ergibt sich eine kompakte integrierte Gestaltung eines Isolatorteils, welche die unterschiedlichen Funktionen der elektrischen Isolierung der Düse, der Aufnahme der Düse in leicht auswechselbarer Anordnung und der Durchleitung des Kühlmediums optimal vereinbart.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Isolatorteil zylindrisch ausgebildet oder weist zumindest einen zylindrisch ausgebildeten axialen Abschnitt auf.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Fluidkanal parallel zur zentralen Ausnehmung durch das Isolatorteil. Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidkanal um eine Bohrung handeln, die parallel zur Achse der zentralen Ausnehmung im Isolatorteil angebracht ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Fluidkanal gegenüber der zentralen Ausnehmung geneigt. Diese Neigung kann so gewählt sein, dass das der Düse zugewandte Auslassende des Fluidkanals näher an der Rotations- bzw. Mittelachse des Isolatorteils liegt als das Einlassende des Fluidkanals.
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Der Fluidkanal kann sich von einer Seite des Isolatorteils zu einer gegenüberliegenden Seite erstrecken.
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Vorzugsweise ist der maximale Durchmesser des Isolatorteils größer oder gleich 40 mm und kleiner oder gleich 55 mm.
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Weiter vorzugsweise ist das Verhältnis der Höhe H des Isolatorteils in axialer Richtung zu dessen maximalem Durchmesser D gleich H/D < 0,4. Dieses relativ kleine Verhältnis von Höhe zu Durchmesser des Isolatorteils bedingt eine kurze Länge des Fluidkanals. Dies hat zur Folge, dass die Dielektrizitätskonstante des Keramikteils möglichst wenig beeinflusst wird. Handelt es sich bei dem Kühlmedium um ein Aerosol, kann hierdurch ferner ein Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen an der Wand des Fluidkanals weitgehend verhindert werden.
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Weiter vorzugsweise ist der Durchmesser des Fluidkanals größer oder gleich 2,5 mm.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Isolatorteil eine Durchgangsbohrung zur Kontaktierung für eine kapazitive Abstandsmessung, die sich gegenüber der Ausnehmung und dem Fluidkanal versetzt durch das Isolatorteil hindurch erstreckt.
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Vorzugsweise ist der Durchmesser dieser Durchgangsbohrung größer oder gleich 2,5 mm und kleiner oder gleich 4,0 mm.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Isolatorteil eine Ausrichtungsbohrung zur Ausrichtung des Isolatorteils in Bezug auf einen Aufnahmeteil eines Laserbearbeitungskopfes, der zur Aufnahme des Isolatorteils ausgebildet ist. Hierdurch wird es möglich, den Fluidkanal und, sofern vorhanden, die Durchgangsbohrung zur Kontaktierung für die kapazitive Abstandsmessung auf entsprechende Anschlussbohrungen im Aufnahmeteil auszurichten. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Isolatorteil zylindrisch ist oder zumindest einen zylindrischen Ansatz aufweist, der vom Aufnahmeteil aufgenommen oder daran befestigt wird. In diesem Fall lässt sich die korrekte Drehposition des Isolatorteils mit Hilfe der Ausrichtungsbohrung definieren, die beispielsweise auf eine entsprechende Markierung oder einen Zapfen im Aufnahmeteil ausgerichtet werden kann. Die Ausrichtungsbohrung kann als Sackbohrung ausgeführt sein, die sich lediglich teilweise in das Isolatorteil hinein erstreckt.
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Weiter vorzugsweise weist die zentrale Ausnehmung einen ersten axialen Abschnitt und einen zweiten axialen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser als der erste axiale Abschnitt auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des ersten axialen Abschnitts größer oder gleich 20 mm und kleiner oder gleich 25 mm.
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Weiter vorzugsweise ist der Durchmesser des zweiten axialen Abschnitts größer oder gleich 15 mm und kleiner oder gleich 20 mm.
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Vorzugsweise ist das elektrisch isolierende Material, aus welchem das Isolatorteil besteht, eine Keramik. Das Isolatorteil kann aber auch aus einem oder mehreren anderen nichtleitende Materialien bestehen.
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Das Isolatorteil kann ferner einen Einsatz zur lösbaren Halterung der Düse aufweisen, der in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils aufgenommen ist.
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Weiter vorzugsweise weist der Einsatz zumindest eine Durchgangsöffnung auf, die auf eine dem Einsatz zugewandte Mündung des Fluidkanals ausgerichtet ist. Diese Durchgangsöffnung dient zur Durchleitung des Kühlmediums, das aus dem Fluidkanal des Isolatorteils austritt, durch den Einsatz hindurch zur Düse.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Laserbearbeitungskopf, umfassend ein Isolatorteil der oben beschriebenen Art und eine Düse, die am Isolatorteil lösbar befestigt ist und eine Laseraustrittsöffnung aufweist, wobei das Isolatorteil in einem Aufnahmeteil des Laserbearbeitungskopfes aufgenommen ist. Hierbei ist der Fluidkanal des Isolatorteils mit mindestens einem Mündungskanal der Düse so verbunden, dass Kühlmedium durch den Fluidkanal in den Mündungskanal geleitet werden kann. Der Bearbeitungsstrahl kann so durch den Laserbearbeitungskopf, durch die zentrale Ausnehmung des Isolatorteils und die Laseraustrittsöffnung der Düse auf das Werkstück geführt werden.
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Die Düse kann eine mit dem Mündungskanal verbundene Öffnung aufweisen, die benachbart zur Laseraustrittsöffnung in der Düse angeordnet ist. Das Kühlmedium kann somit durch den Fluidkanal des Isolatorteils und den mindestens einen Mündungskanal und die damit verbundene Öffnung in der Düse auf das Werkstück geführt werden, um dieses zu Kühlen. Vorzugsweise umfasst die Düse eine Mehrzahl von Mündungskanälen, die in Richtung einer Laseraustrittsöffnung der Düse zusammenlaufen. Während aus der zentralen Laseraustrittsöffnung der Düse der Bearbeitungsstrahl austritt, kann das Kühlmedium aus den Öffnungen der Mündungskanäle austreten, welche um die Laseraustrittsöffnung der Düse herum verteilt angeordnet sein können. Weiter vorzugsweise weisen der oder die Mündungskanäle einen kleineren Durchmesser auf als der Durchmesser des Fluidkanals im Isolatorteil.
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Weiter vorzugsweise weist die Düse einen Ringkanal auf, der einerseits mit dem Fluidkanal des Isolatorteils und andererseits mit dem oder den Mündungskanälen fluidverbunden ist. Der Ringkanal, der sich um die Mittelachse der Düse herum erstrecken kann, dient dazu, das Kühlfluid, welches über den Fluidkanal des Isolatorteils eingespeist wird, entlang der Umfangsrichtung in den oder die Mündungskanäle zu verteilen.
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Der Laserbearbeitungskopf kann ferner einen Einspeisungskanal zur Einspeisung eines Kühlmediums in den Fluidkanal des Isolatorteils umfassen. Folglich kann das Kühlmedium durch den Einspeisungskanal im Laserbearbeitungskopf und den Fluidkanal des Isolatorteils zur Düse geleitet werden.
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Der erfindungsgemäße Laserbearbeitungskopf umfasst vorzugsweise ferner eine Quelle für ein flüssiges Kühlmedium. Die Quelle kann eine Zerstäubungseinrichtung für das flüssige Kühlmedium umfassen.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
- 1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Isolatorteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt einen Querschnitt durch das Isolatorteil entlang der Ebene A-A in 1; und
- 3 zeigt einen Querschnitt durch das Isolatorteil entlang der Ebene B-B in 1; und
- 4 ist ein axialer Längsschnitt durch einen Laserbearbeitungskopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher das Isolatorteil aus den 1 bis 3 umfasst.
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In 1 ist ein Isolatorteil für eine lösbare und isolierende Befestigung einer Düse an einem Laserbearbeitungskopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, das eine Bearbeitungsdüse galvanisch vom Laserbearbeitungskopf trennen und daher mit einer kapazitiven Abstandssensorik verwendet werden kann.
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Das Isolatorteil 10 kann aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus einer Keramik bestehen oder elektrisch isolierendes Material umfassen. Das Isolatorteil 10 weist einen Grundkörper auf, der vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch und um eine Rotationsachse oder Mittelachse X-X (siehe 2 und 3) rotationssymmetrisch ist. Die Mittelachse X-X steht in 1 senkrecht zur Zeichnungsebene.
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Ferner weist das Isolatorteil eine zentrale Ausnehmung 16 zur Durchleitung eines Bearbeitungsstrahls auf, die einen axialen Durchgangskanal durch das gesamte Isolatorteil 10 bildet. Ein Bearbeitungslaserstrahl kann das Isolatorteil 10 somit durch die zentrale Ausnehmung 16 hindurch passieren. Zudem kann ein während der Laserbearbeitung verwendetes Prozessgas durch die zentrale Ausnehmung 16 im Isolatorteil 10 geleitet werden. Wie in 2 und 3 erkennbar ist, erstreckt sich die zentrale Ausnehmung 16 von einer ersten Seite 24 des Isolatorteils 10 zu einer dieser gegenüber liegenden zweiten Seite 26. Entsprechend der Montageanordnung im Laserbearbeitungskopf (4) handelt es sich bei der ersten Seite 24 um eine der Düse abgewandte Seite, die im montierten Zustand einem Aufnahmeteil des Laserbearbeitungskopfes zugewandt ist, in welchem der Isolatorteil aufgenommen bzw. an welchem der Isolatorteil befestigt werden kann. Entsprechend der Orientierung der Zeichnung in 4 ist dies die obere Seite des Isolatorteils. Die untere Seite des Isolatorteils, d.h. die zweite Seite 26, ist der Düse zugewandt. An dieser Seite 26 des Isolatorteils 10 ist im montierten Zustand die Düse befestigt.
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Erfindungsgemäß umfasst das Isolatorteil 10 ferner einen Fluidkanal 28 zur Durchleitung eines Kühlmediums zur Düse. Dieser Fluidkanal 28 ist gegenüber der zentralen Ausnehmung 16 versetzt angeordnet und erstreckt sich ebenfalls durch das Isolatorteil 10 hindurch, also von der ersten Seite 24 bis zur gegenüberliegenden zweiten Seite 26. Ein Kühlmedium kann somit an der ersten Seite 24 (nämlich der Seite des Isolatorteils, die der Düse abgewandt ist) in das Isolatorteil 10 eintreten und an der gegenüberliegenden, der Düse zugewandten Seite 26 wieder austreten. Hierdurch kann also eine Fluidverbindung zwischen der Düse und dem Bearbeitungskopf bereitgestellt werden, sodass ein Kühlmedium in einem oberen Bereich des Bearbeitungskopfes eingeleitet und aus der Düse austreten bzw. auf das Werkstück gesprüht werden kann. Zwischen dem Fluidkanal 28 und der zentralen Ausnehmung 16 besteht innerhalb des Isolatorteils 10 keine Fluidverbindung. Vielmehr sind der Fluidkanal 28 und die zentrale Ausnehmung 16 getrennt voneinander im Grundkörper des Isolatorteils 10 angeordnet.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Fluidkanal 28 gegenüber der Mittelachse X-X des Isolatorteils 10 bzw. gegenüber der zentralen Ausnehmung 16 geneigt, und zwar vorzugsweise so, dass eine Öffnung 30 des Fluidkanals 28 auf der ersten Seite 24 des Isolatorteils 10, die im montierten Zustand dem Laserbearbeitungskopf zugewandt ist, weiter von der Mittelachse X-X des Isolatorteils 10 entfernt ist als eine gegenüberliegende Mündung 32 des Fluidkanals 28 auf der zweiten Seite 26 des Isolatorteils 10, die im montierten Zustand der Düse zugewandt ist. Gemäß einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann der Fluidkanal 28 auch parallel zur Mittelachse X-X, d.h. vertikal, angeordnet sein. In jedem Fall ist es vorteilhaft, den Fluidkanal 28 möglichst kurz auszuführen, um eine Dielektrizitätskonstante des Isolatorteils 10 möglichst wenig zu beeinflussen und ein Abscheiden des Kühlmediums an einer Wand des Fluidkanals 28 gering zu halten.
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Wie in den Schnittansichten in 2 und 3 zu erkennen ist, kann das Isolatorteil einen zylindrisch ausgebildeten, ersten axialen Grundkörperabschnitt 12 mit Durchmesser D und einen sich daran anschließenden zylindrisch ausgebildeten, zweiten axialen Grundkörperabschnitt 14 mit Durchmesser C sowie einer axialen Länge G aufweisen, wobei D größer C ist (siehe 3).
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Die zentrale Ausnehmung 16 kann ebenfalls zwei Abschnitte umfassen, nämlich einen ersten axialen Abschnitt 18 angrenzend zur ersten Seite 24 und einen zweiten axialen Abschnitt 20 angrenzend zur zweiten Seite 26. Hierbei kann der erste axiale Abschnitt 18 der zentralen Ausnehmung 16 zylindrisch oder konisch geformt sein. Wenn der erste axiale Abschnitt 18 konisch geformt ist, kann sich der erste axiale Abschnitt 18 zur ersten Seite 24 hin, vorzugsweise kontinuierlich, aufweiten. Beispielsweise ist ein Durchmesser des ersten axialen Abschnitts 18 in einem an den zweiten axialen Abschnitt 20 angrenzenden Bereich kleiner als ein Durchmesser des ersten axialen Abschnitts 18 in einem an die erste Seite24 angrenzenden Bereich. Der Durchmesser des ersten axialen Abschnitts 18 in dem an den zweiten axialen Abschnitt 20 angrenzenden Bereich kann größer als oder gleich sein wie ein Durchmesser des zweiten axialen Abschnitts 20. Der zweite Abschnitt 20 hingegen weist eine zylindrische Form auf, beispielsweise um darin ein Gewinde bzw. einen Gewindeeinsatz aufnehmen zu können. Der zweite axiale Abschnitt 20 kann ferner Mittel zur lösbaren Befestigung der Düse oder Mittel zur Aufnahme eines Einsatzes zur lösbaren Halterung der Düse, z.B. eben ein in den Figuren nicht näher dargestelltes Innengewinde, umfassen. Der erste axiale Abschnitt 18 kann einen Durchmesser A aufweisen, und der zweite axiale Abschnitt 20 kann einen Durchmesser B kleiner als A aufweisen. Der zweite axiale Abschnitt 20 kann ferner eine axiale Länge F aufweisen, die kleiner ist als eine axiale Länge G des zweiten axialen Grundkörperabschnitts 14. Diese beiden axialen Abschnitte 18 und 20 der Ausnehmung 16 können durch eine Stufe 22 voneinander getrennt sein. Der Durchmesser A des erweiterten axialen Abschnitts 18 ist vorzugsweise größer oder gleich 20 mm und kleiner oder gleich 25 mm. Der Durchmesser B des axialen Abschnitts 20 kleineren Durchmessers 20 ist vorzugsweise größer oder gleich 15 mm und kleiner oder gleich 20 mm.
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Die Proportionen des Isolatorteils 10 sind bei der vorliegenden Ausführungsform so gewählt, dass das Verhältnis der Höhe H des gesamtes Isolatorteils in axialer Richtung, d.h. in Richtung seiner Dicke, zu seinem maximalen Durchmesser D der Beziehung H/D < 0,4 genügt. Hierdurch ergibt sich eine kurze Länge des Fluidkanals 28. Wird ein Aerosol als Kühlmedium verwendet, wird durch eine kurze Ausführung des Fluidkanals 28 ein Abscheiden der Aerosol-Tröpfchen an der Wand des Fluidkanals 28 weitgehend vermieden. Ferner wird die Dielektrizitätskonstante des Isolatorteils 10 in diesem Fall nur in geringem Ausmaß beeinflusst. Der maximale Durchmesser D des Isolatorteils 10 ist vorzugsweise größer oder gleich 40 mm und kleiner oder gleich 50 mm. Der Durchmesser J des Fluidkanals 28 ist vorzugsweise größer oder gleich 2,5 mm.
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Das Isolatorteil 10 kann gemäß 3 ferner eine Durchgangsbohrung 34 zur Kontaktierung für eine kapazitive Abstandsmessung umfassen, die sich in einer Position, die gegenüber der zentralen Ausnehmung 16 und dem Fluidkanal 28 versetzt ist, durch das Isolatorteil 10 vollständig erstreckt. Die Durchgangsbohrung weist also eine obere Öffnung 36 auf der ersten Seite 24 und eine gegenüberliegende untere Öffnung 38 auf der zweiten Seite 26 des Isolatorteils 10 auf. Die Durchgangsbohrung 34 erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Rotationsachse X-X und ist in Umfangsrichtung gegenüber dem Fluidkanal 28 versetzt, wie in 1 erkennbar ist. Der Durchmesser E dieser Durchgangsbohrung 34 ist vorzugsweise größer oder gleich 2,5 mm und kleiner oder gleich 4,0 mm.
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Ferner umfasst das Isolatorteil 10 eine Ausrichtungsbohrung 40 mit einem Durchmesser K zur Ausrichtung des Isolatorteils 10 an dem Laserbearbeitungskopf, so dass der Fluidkanal 28 mit einer entsprechenden Anschlussbohrung im Laserbearbeitungskopf fluchtet. Da der Grundkörper des Isolatorteils 10 um die Rotationsachse X-X rotationssymmetrisch ist, muss seine Drehposition im eingesetzten Zustand an einem Aufnahmeteil des Laserbearbeitungskopfes festgelegt werden, damit die der Düse abgewandte Öffnung 30 des Fluidkanals 28 auf einen entsprechenden Einspeisungskanal zur Einspeisung eines Kühlmediums in das Isolatorteil 10 ausgerichtet werden kann. Entsprechendes gilt für eine Ausrichtung der Durchgangsbohrung 34 für die Kontaktierung für die kapazitive Abstandsmessung. Die Ausrichtungsbohrung 40 ist als Sackbohrung ausgeführt, die gegenüber dem Fluidkanal 28 und der Durchgangsbohrung 34 in Umfangsrichtung versetzt auf der ersten Seite 24 des Isolatorteils 10 angeordnet ist. Sie kann auf eine entsprechende Markierung, einen Zapfen oder dergleichen ausgerichtet werden, der auf in 4 nicht näher dargestellte Weise im Aufnahmeteil des Laserbearbeitungskopfes vorgesehen ist.
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4 zeigt einen Laserbearbeitungskopf 100 mit einem Isolatorteil 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und einer Düse 300. Der Laserbearbeitungskopf 100 kann einen Aufnahmeteil 102 mit einer ringförmigen Ausnehmung umfassen, in welche das Isolatorteil 10 mit seiner ersten Seite 24, die der Düse 300 abgewandt ist, eingesetzt ist. Die Rotationsposition des Isolatorteils 10 kann mittels der Ausrichtungsbohrung 40 (in 4 nicht dargestellt) derart ausgerichtet werden, dass die Öffnung 30 des Fluidkanals 28 des Isolatorteils 10 auf ein Mündungsende 104 eines Einspeisungskanals 106 zur Einspeisung eines Kühlmediums ausgerichtet ist. Das Kühlmedium, das von einer in 4 nicht näher dargestellten Quelle in den Einspeisungskanal 106 eingespeist wird, kann somit durch das Mündungsende 104 in den Fluidkanal 28 gelangen. Diese Quelle kann einen Zerstäuber umfassen, um das Kühlmedium als Aerosol bzw. als zerstäubte Flüssigkeit in den Einspeisungskanal 106 einzuspeisen.
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Das Isolatorteil 10 weist auf seiner zweiten Seite 26 Mittel zur lösbaren Befestigung einer Düse 300 oder Mittel zur Aufnahme eines Einsatzes 202 zur lösbaren Halterung der Düse auf. Der Einsatz 202 kann ein Gewindeeinsatz sein. In 4 ist das Ausführungsbeispiel mit dem Einsatz 202 gezeigt, der eine im wesentlichen zylindrische Buchse 204 mit einem Außengewinde auf der Außenseite der Buchse 204 umfasst, sowie einen Ringflansch 206, der sich von einem Ende der Buchse 204 aus radial nach außen erstreckt. Der Einsatz 202 ist am Isolatorteil 10 befestigt. Beispielsweise kann der Einsatz 202 derart in ein Innengewinde des zweiten axialen Abschnitts 20 der zentralen Ausnehmung 16 eingeschraubt werden, dass der Ringflansch 206 an der zweiten Seite 26 des Isolatorteils 10 anschlägt, die der Düse 300 zugewandt ist. In die Buchse 204 ist wiederum ein zentraler zylindrischer Ansatz 302 der Düse 300 eingesetzt, während ein ringförmiger Flächenbereich 304 der Düse 300 um den zylindrischen Ansatz 302 herum am Ringflansch 206 anschlägt. Alternativ kann der Einsatz 202 im zweiten axialen Abschnitt 20 der zentralen Ausnehmung 16 zentriert und mit einem Gewindering oder Klebstoff fixiert werden. Der Einsatz 202 kann auch einstückig oder integriert mit dem Isolatorteil 10 ausgebildet sein.
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Durch den Laserbearbeitungskopf 100 erstreckt sich ein zentraler Durchgangskanal 108 für den Laserstrahl, der sich in Richtung der Düse 300 verjüngt. Ein oberer Abschnitt 110 dieses Durchgangskanals 108 erstreckt sich durch den Aufnahmeteil 102 und öffnet sich in die zentrale Ausnehmung 16 im Isolatorteil 10, der in einen Düsenkanalabschnitt 112 übergeht. Der Düsenkanalabschnitt 112 erstreckt sich konisch zulaufend durch die Düse 300 bis zu einer Laseraustrittsöffnung 306 der Düse 300. Aus dieser Laseraustrittsöffnung 306 tritt somit während der Laserbearbeitung der Bearbeitungsstrahl, optional zusammen mit einem Prozessgas, aus.
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Der Einsatz 202 ist in seinem Ringflansch 206 mit einer Durchgangsöffnung 208 versehen, die auf die Mündung 32 des Fluidkanals 28 des Isolatorteils 10 ausgerichtet ist. Unterhalb dieser Durchgangsöffnung 208 verläuft innerhalb der Düse 300 ein Ringkanal 308, der über die Durchgangsöffnung 208 mit dem Fluidkanal 28 kommuniziert und sich um die Mittelachse des Isolatorteils 10 bzw. um die Hauptachse des Laserbearbeitungskopfes 100 herum erstreckt. Von diesem Ringkanal 308 gehen wiederum mehrere Mündungskanäle 310 aus, die sich vom Ringkanal 308 in Richtung der Laseraustrittsöffnung 306 erstrecken und zu einem geometrischen Punkt außerhalb der Laseraustrittsöffnung 306 konvergieren. Die unteren Öffnungen 312 dieser Mündungskanäle 310 sind um die Laseraustrittsöffnung 306 herum in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Die Mündungskanäle 310 weisen einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des Fluidkanals 28 im Isolatorteil 28.
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Das Kühlmedium kann somit von der Quelle durch den Einspeisungskanal 106 im Laserbearbeitungskopf 100, den Fluidkanal 28 innerhalb des Isolatorteils 10, die Durchgangsöffnung 208 im Einsatz 200, den Ringkanal 308 und die Mündungskanäle 310 in der Düse 300 geleitet werden und dort durch die in Umfangsrichtung verteilten Öffnungen 312 benachbart zur Laseraustrittsöffnung 306 austreten, so dass es auf das Werkstück gelangen und dieses kühlen kann. Bei dem Kühlmedium kann es sich insbesondere um ein zerstäubtes flüssiges Kühlmedium, also um ein Aerosol handeln. Zu diesem Zweck kann der Laserbearbeitungskopf 100 eine nicht näher dargestellte Quelle für ein flüssiges Kühlmedium und eine Zerstäubungseinrichtung für das flüssige Kühlmedium umfassen.
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Wie oben angedeutet kann die Düse 300 auch ohne den Einsatz 202 am Isolatorteil 10 befestigt werden, beispielsweise indem der zentrale zylindrische Ansatz 302 der Düse 300 durch ein Gewinde oder ein Bajonettverschluss im Isolatorteil 10 befestigt wird, wobei der ringförmige Flächenbereich 304 der Düse 300 um den zylindrischen Ansatz 302 herum an der zweiten Seite 26 des Isolatorteils aufliegt. In diesem Fall steht die Mündung 32 des Fluidkanals 28 unmittelbar in Verbindung mit dem Ringkanal 308 der Düse 300, so dass Kühlmedium durch den Einspeisungskanal 106 im Laserbearbeitungskopf 100 und den Fluidkanal 28 innerhalb des Isolatorteils 10 in den Ringkanal 308 in der Düse 300 und von dort über die Mündungskanäle 310 auf das Werkstück geleitet werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Isolatorteil angegeben, das die Zuführung eines Kühlmediums zu einer Laserbearbeitungsdüse sowie eine isolierte Halterung der Düse für eine kapazitive Abstandsmessung ermöglicht, wobei die Düse sich in einfacher Weise manuell oder durch eine automatisierte Wechseleinrichtung auswechseln lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007040843 A1 [0002]
- DE 2338514 A1 [0005]
- DE 3637568 A1 [0006]
- DE 3940766 [0007]
- WO 2017/075567 [0008]
