DE3814985C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserbearbeitungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Mit einem derartigen Werkzeug wird ein Laserstrahl mit Hilfe einer Linse auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert, wobei sich letzteres stark erhitzt. Dies ermöglicht verschiedene Arbeitsprozesse wie z.B. Schneidbrennen oder Schweißen. Durch die Düse kann ein Prozeßgas wie z.B. ein Schneidgas oder ein Schutzgas auf das Werkstück gerichtet werden. In Folge der sehr hohen Tem­ peraturen ist es erforderlich, die empfindliche Linse zu küh­ len. Außerdem ist eine axiale und/oder radiale Justierung der Düse relativ zur Optik erforderlich, um einerseits die Brennweite korrekt einzustellen und um anderseits die opti­ sche Achse auf die Düsenachse auszurichten.

Es sind bereits Laserbearbeitungswerkzeuge bekannt, bei denen die Linsenhalterung mit der Linse starr mit einer Halterung verbunden ist. Diese Halterung weist außerdem einen Linsen­ kühler auf, in dem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert, welche die Linse kühlt. Die Düse wird relativ zu der starr am Lin­ senkühler befestigten Linse in vertikaler und in radialer Richtung justiert. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß bei einem nötig werdenden Wechsel der Linse oder der Düse die einmal eingestellte Justierung verloren geht. Bei jedem Wechsel muß daher eine Nachjustierung erfolgen, was unter Umständen bis zu einer Stunde dauern kann. Während dieser Zeit ist die gesamte Anlage außer Betrieb, was eine erhebliche Einbuße der Produktionskapazität und damit unnö­ tige Kosten zur Folge hat. Die konventionellen Linsenkühler sind außerdem relativ kompliziert, da das Kühlmedium eine separate Zu- und Abfuhr- und ein Umwälzsystem benötigt.

Die konventionellen Linsenkühler haben außerdem nur eine begrenzte Kühlkapazität, da sie zu wenig Wärme abtransportie­ ren können. Die Leistungsaufnahme des Lasers und damit die Trennkapazität wird dadurch ebenfalls begrenzt.

Durch die EP-A-2 16 728 ist ein Laserbearbeitungswerkzeug bekannt geworden, bei dem die Linsenhalterung relativ zur fest­ stehenden Düse mittels Gewindespindeln in vertikaler Richtung verstellbar ist. Hierbei wird zwar ein einmal eingestellter Brennpunkt auch bei einem Düsenwechsel aufrechterhalten. Ein radiales Justieren der Linse ist jedoch nicht möglich. Außer­ dem muß die Kühlung der Linsenhalterung über die Gewinde­ spindeln erfolgen.

Eine in vertikaler Richtung teleskopartig verschiebbare Werk­ zeughalterung mit Linse und Düse ist auch durch die GB-A- 20 94 933 bekannt geworden. Die Linsenhalterung selbst ist weder vertikal noch radial verschiebbar. Dagegen kann die Position der Düsenhalterung mittels Justierschrauben auch noch radial verstellt werden. Die Zufuhr des Arbeitsgases erfolgt seitlich zwischen Düse und Linse.

Bei der Vorrichtung gemäß DD-A-1 10 199 ist auch die Linsen­ halterung mittels Justierschrauben radial verstellbar, nach­ dem vorher eine Klemmschraube gelöst wurde. Eine einmal ge­ wählte Einstellung geht nach dem Ausbau der Linsenhalterung wieder verloren, da in der y- und in der z-Achse nur je eine Justierschraube in die Halterung eingreift. Im Linsengehäuse ist ein Kühlkanal vorgesehen, der aber mit einem separaten Kühlmedium gespeist wird. Auch hier erfolgt die Zufuhr des Arbeitsgases seitlich zwischen Düse und Linse und ohne un­ mittelbare Kühlwirkung auf die Linse.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Laserbearbei­ tungswerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine einmal eingestellte Justierung von Brennweite und Düsen­ achse auch bei einem Auswechseln einzelner Komponenten nicht verloren geht und das bei möglichst kompakter Bauweise ein komplettes Kühlsystem für die Linse ohne komplizierte Kühl­ vorrichtungen enthält. Außerdem soll die Düse bei einer Havarie mit dem Werkstück federnd zurückweichen können, wobei die ursprüngliche Relativlage zwischen Düse und Linse eben­ falls nicht verloren gehen soll.

Diese Aufgabe wird mit einem Laserbearbeitungswerkzeug gelöst, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.

Die Linsenhalterung mit der Linse ist nicht mehr starr gela­ gert, sondern relativ zur Düse sowohl in axialer als auch in radialer Richtung verschiebbar im Gehäuse gelagert. Das Laserbearbeitungswerkzeug läßt sich dadurch vom Anschluß­ stück als kompakte Einheit zusammen mit der Linse entfernen, wodurch Stillstandzeiten der Maschine auf ein Minimum redu­ ziert werden können. Es lassen sich nämlich jeweils vorju­ stierte Werkzeuge vorbereiten, welche mit wenigen Handgriffen eingesetzt werden können und praktisch sofort wieder betriebsbereit sind. Die Düse ist an der Düsenhalterung federnd gelagert und kehrt immer wieder in die Ausgangslage zurück.

Besonders einfach läßt sich die Linsenhalterung über eine in der Außenwand geführten Gleitfassung axial und radial ver­ schieben. Die Linsenhalterung kann dabei gegen die Kraft der Feder nach unten gegen die Düse verstellt werden, welche Feder gleichzeitig die Linsenhalterung gegen eine quer zur Mittelachse verlaufende Gleitfläche an der Gleitfassung preßt. Durch radiales Verschieben an dieser Gleitfläche läßt sich auch die optische Achse der Linse äußerst präzise auf die Mittelachse der Düse ausrichten. Dazu dienen vorzugs­ weise Stellschrauben, welche über den Umfang der Gleitfassung verteilt sind und welche gegen das Zentrum der Gleitfassung gedreht werden können. Die axiale Verschiebung der Gleitfas­ sung erfolgt vorzugsweise über eine in die Außenhülse ein­ schraubbare Stellmutter.

Das Problem der Linsenkühlung läßt sich auf besonders opti­ male Weise lösen, wenn unter der Linse ein Ringkanal angeord­ net ist, in welchen das Prozeßgas einleitbar ist und wenn das Prozeßgas aus dem Ringkanal zur Kühlung auf die Unter­ seite der Linse richtbar ist, bevor es durch die Düse strömt. Dabei erfolgt die Kühlung unmittelbar durch das Arbeitsmedium und ein zusätzliches Kühlmittel bzw. ein separater Kühlkreis­ lauf fällt völlig weg. Die gesamte Vorrichtung kann dadurch ersichtlicherweise erheblich vereinfacht werden. Das mit hoher Geschwindigkeit gegen die Linse gerichtete Prozeßgas schützt diese ausreichend vor Überhitzung. Um die Justier­ funktion für die Linsenhalterung nicht zu beeinträchtigen, wird der Ringkanal vorzugsweise durch einen Gleitkörper ge­ bildet, der zusammen mit der Linsenhalterung in axialer Rich­ tung verschiebbar in der Außenwand gelagert ist. Der Gleit­ körper hat Bohrungen, welche vom Ringkanal gegen die Unter­ seite der Linse gerichtet sind. Die verschiebbare Anordnung des Gleitkörpers hat außerdem den Vorteil, daß die Relativ­ position der Bohrungen zur Linse immer gleich bleibt. Wenn der Gleitkörper eine sich konisch nach unten verjüngende Innenwand aufweist, werden die an der Linse umgelenkten Gas­ ströme bereits gegen die Düse hin gebündelt und beschleunigt.

Weitere Vorteile am Laserbearbeitungswerkzeug lassen sich erzielen, wenn die Düse axial und im Winkel zur Achse aus­ lenkbar an der Außenhülse angeordnet ist und wenn die Schneiddüse mit der Feder in eine neutrale Lage preßbar ist. Dadurch wird eine Zerstörung des Werkzeuges vermieden, wenn die Düse bei ihrem Vorschub auf ein unerwartetes Hindernis auftrifft. Bei einer isolierten Befestigung der Düse relativ zu den übrigen Bauteilen des Werkzeuges läßt sich bei Kolli­ sion mit dem Werkstück ein elektrisches Signal bilden, mit dessen Hilfe der Vorschub des Werkzeuges abgeschaltet werden kann.

Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Verschiebung der Linsenhalterung, wenn das Gehäuseteil ein kreisringförmiges Kühlerteil und eine sich vom Kühlerteil nach unten er­ streckende Außenwand aufweist und wenn die Linsenhalterung mittels einer Feder gegen die Unterseite des Kühlerteils preßbar ist, welche an der Außenwand abgestützt ist. Mit der Feder kann eine Preßkraft aufgebracht werden, welche für ein dichtendes Anpressen der Linsenhalterung an die Untersei­ te des Kühlerteils ausreicht. Die Linsenhalterung bleibt rund um die Mittelachse des Gehäuseteils verschiebbar, so daß auch im Betrieb justiert werden kann. Die Verschiebung der Linsenhalterung erfolgt vorteilhaft mittels über den Umfang der Außenwand verteilter und gegen das Zentrum gerichteter Stellschrauben. Mit Hilfe dieser Stellschrauben läßt sich die Reibung zwischen Linsenhalterung und Kühlerteil mühelos überwinden und je nach Steigung am Gewinde der Stellschrauben ist eine äußerst präzise Justierung möglich.

Die Kühlung der gesamten Anordnung kann verbessert werden, wenn das Kühlerteil wenigstens einen Ringkanal zur Durchlei­ tung eines Kühlmediums aufweist. Das Kühlerteil ersetzt damit den bisher üblichen Linsenkühler, da der Kühlkanal praktisch direkt in das Gehäuseteil integriert ist. Eine besonders vorteilhafte Kühlung ergibt sich außerdem, wenn das Prozeß­ gas über einen Ringkanal am Kühlerteil und über die ver­ schiebbare Linsenhalterung zur Düse leitbar ist. Auf diese Weise wird das Prozeßgas selbst zu Kühlzwecken eingesetzt und strömt von oben her durch die Linsenhalterung hindurch. Damit wird eine Kühlung nahe bei der wärmeempfindlichen Linse erzielt.

Eine wesentliche Verbesserung der Kühlleistung kann erzielt werden, wenn zusätzlich zum Ringkanal für das Prozeßgas ein Ringkanal für die Zu- und Ableitung eines externen Kühlmit­ tels am Kühlerteil angeordnet ist. Im Gegensatz zum Prozeß­ gas, bei dem die zugeführte Menge und die Temperatur weit­ gehend durch den Bearbeitungsprozeß selbst bestimmt werden, kann das externe Kühlmittel, beispielsweise eine Kühlflüssig­ keit, mit sehr tiefer Temperatur und mit hohem Druck durch das Kühlerteil durchgeleitet werden. Damit kann die Kühl­ leistung im Gegensatz zu den bekannten Linsenkühlern wesent­ lich verbessert werden, da die Kühlung durch Eigenmedium und mittels externem Kühlmittel sich gegenseitig ergänzen.

Besonders vorteilhaft und ohne Beeinträchtigung der Justier­ möglichkeit an der Linsenhalterung erfolgt die Durchleitung des Prozeßgases, wenn die Linsenhalterung zusammen mit der Unterseite des Kühlerteils einen Ringkanal bildet, der über Öffnungen mit dem Ringkanal für das Prozeßgas im Kühlerteil verbunden ist und wenn das Prozeßgas aus dem Ringkanal in der Linsenhalterung über mehrere Kanäle unter die Linse leit­ bar ist. Die Relativlage des Ringkanals an der Linsenhalte­ rung kann so relativ zu den feststehenden Öffnungen im Küh­ lerteil verschoben werden, ohne daß die Strömung des Pro­ zeßgases beeinflußt wird. Dieser Ringkanal sorgt außerdem für eine große Kühlfläche und damit für eine optimale Küh­ lung der Linsenhalterung. Die Linse selbst stellt nach oben gegen das Anschlußrohr einen gasdichten Abschluß dar, so daß über die Kanäle bis unter die Ebene der Linse gekühlt wird. Die Kühlwirkung kann dabei noch dadurch verbessert werden, daß die Mündungsabschnitte der Kanäle gegen die Unterseite der Linse gerichtet sind. Der Prozeßgasstrom kühlt auf diese Weise direkt die untere Oberfläche der Linse, bevor das Gas durch die Düse ausströmt.

Die Düse selbst wird besonders vorteilhaft gehalten, wenn sie einen umlaufenden Kragen aufweist, der auf einem Haltering am unteren Rand der Außenwand aufliegt und wenn die Düse durch eine auf den Kragen preßbare Feder in einer neutralen Lage fixierbar ist. Gegen diesen Federdruck kann die Düse somit allseitig ausgelenkt werden, da sie nicht fest eingespannt ist. Dadurch werden Beschädigungen der Gesamtanordnung ver­ hindert, wenn beispielsweise die Düsenspitze auf ein Hinder­ nis auftrifft bzw. wenn sie das Werkstück berührt. Ein elek­ tronischer oder ein mechanischer Kollisionssensor kann beim Auslenken der Düse bzw. bei Berührung mit dem Werkstück den Vorschub des Laserbearbeitungswerkzeuges sofort abschalten. Die Düse läßt sich mit Hilfe der genannten Halterung auch rasch auswechseln, in dem der Haltering von der Außenwand entfernt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und werden nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Laserbearbeitungswerkzeug, nämlich einen Laser­ schneidbrennkopf,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Ebene I-I gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch ein abgewandeltes Aus­ führungsbeispiel eines Laserbearbeitungswerkzeuges.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht ein Laserschneidbrennkopf aus einer zylindrischen Außenwand 4, in welcher konzentrisch verschiedene Bauteile angeordnet sind. Am unteren Rand der Außenwand 4 ist ein Hülsenunterteil 16 eingeschraubt, das einen umlaufenden Gehäuseabschnitt bzw. eine nach innen ragende Kreisringfläche aufweist. Zwischen das Hülsenunter­ teil 16 und die Außenwand 4 lassen sich Distanzringe 17 von unterschiedlicher Höhe einsetzen, um damit den Brennpunkt außerhalb der Düse noch variieren zu können. Die Schneiddüse 3 ist an einer Düsenhalterung 14 befestigt, wobei sie gegen­ über dieser mit Hilfe eines Isolierrings 18 elektrisch iso­ liert ist. An der Schneiddüse 3 ist außen ein Anschluß 22 angeordnet, an den ein hier nicht näher dargestellter Kolli­ sionssensor angeschlossen werden kann, der bei Berührung mit dem Werkstück anspricht und den Vorschub für den Brennkopf unterbricht.

Die Düsenhalterung 14 weist einen Kragen 15 auf, welcher auf dem Hülsenunterteil 16 aufliegt. Ersichtlicherweise ist da­ durch die Schneiddüse 3 nicht starr in der Außenwand 4 gela­ gert, sondern läßt sich in Pfeilrichtung D auf alle Seiten auslenken. Bei Berührung mit dem Werkstück wird dabei eine Zerstörung des Laserschneidbrennkopfes vermieden, bevor der Kollisionssensor den Vorschub abschalten kann.

Die Schneiddüse 3 wird durch eine Druckfeder 6, die auf dem Kragen 15 aufliegt, in einer neutralen Lage festgehalten. Diese Druckfeder 6 hat gleichzeitig auch noch die Funktion, die Linsenhalterung 1 gegen die Gleitfassung 5 zu pressen, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Über die Feder 6 ist ein rotationssymmetrischer Gleitkörper 11 geschoben, der zusammen mit der Außenwand 4 einen Ring­ kanal 10 bildet. Gegen unten ist der Gleitkörper 11 mit einer sich konisch verjüngenden Innenwand 13 versehen, welche vor­ zugsweise die Düsenhalterung 14 teilweise überlappt. Der Gleitkörper 11 ist über seinen gesamten Umfang mit Bohrungen 12 versehen, welche vom Ringkanal 10 gegen die Unterseite der Linse 2 gerichtet sind. Der Ringkanal 10 wird über Einlaß­ bohrungen 19 von außen mit Schneidgas versorgt. Diese Ein­ laßbohrungen 19 sind so angeordnet, daß sie bei jeder mög­ lichen Position des Gleitkörpers 11 von diesem nicht verdeckt werden.

Auf dem Gleitkörper 11 liegt die Linsenhalterung 1 auf, in welcher die Linse 2 fest eingeklemmt ist. Dabei kann es sich wie dargestellt um eine konvexe oder auch um eine plankonvexe Linse handeln. Die Linsenhalterung 1 ist so ausgebildet, daß sie mit einer Schulter gegen die Gleitfläche 7 einer Gleit­ fassung 5 preßbar ist. Die Gleitfassung 5 wird ebenso wie der Gleitkörper 11 durch die Innenwand der Außenwand 4 ge­ führt und ist nur in axialer Richtung verschiebbar. Die Lin­ senhalterung 1 wird somit durch die Kraft der Feder 6 zwi­ schen dem Gleitkörper 11 und der Gleitfassung 5 eingeklemmt, läßt sich jedoch in alle Richtungen quer zur Mittelachse radial verschieben.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfolgt diese radiale Verschiebung mit Hilfe von mehreren Stellschrauben 8, welche verteilt über den gesamten Umfang in den Gleitkörper 5 eingeschraubt sind. Je nach dem, welche Schrauben verstellt werden, läßt sich eine radiale Verschiebung der Linsenfas­ sung 1 in Pfeilrichtung B erreichen. Die optische Achse der Linse 2 läßt sich so exakt auf die Mittelachse der Schneid­ düse 3 ausrichten. Für das Verstellen der Stellschrauben 8 sind in der Außenwand 4 Langlöcher 20 vorgesehen, so daß bei jeder axialen Position der Gleitfassung 5 die Stell­ schrauben 8 gut zugänglich sind.

Zum Einstellen der Brennweite des von oben zugeführten Laser­ strahls 21 dient eine Stellmutter 9, welche rohrförmig ausge­ bildet ist und welche von oben in die Außenwand 4 ein­ schraubbar ist. Die Stellmutter 9 dient gleichzeitig als Wiederlager für das gesamte Paket bestehend aus Gleitfassung 5, Linsenhalterung 1 und Gleitkörper 11. Durch Verdrehen der Stellmutter 9 läßt sich dieses gesamte Paket ersichtlicher­ weise in Pfeilrichtung A verschieben.

Dadurch läßt sich die Brennweite des Laserstrahles auch außerhalb der Schneidvorrichtung exakt vorjustieren, in dem beispielsweise ein Laserhilfsstrahl an den Laserschneidbrenn­ kopf angeschlossen wird. Die Brennweite kann aber auch im Betriebszustand bei eingeschaltetem Laser justiert werden. Das gleiche gilt auch für die Justierung der optischen Achse, welche entweder außerhalb der Maschine oder im Betriebszu­ stand erfolgen kann. Mit den Pfeilen C ist der Verlauf des Schneidgases z.B. Sauerstoff angedeutet, welches durch die Bohrungen 12 mit hoher Geschwindigkeit aus dem Ringkanal 10 gegen die Unterseite der Linse 2 strömt und dann nach unten umgelenkt wird. Um ein Entweichen von Schneidgas nach außen zu verhindern, sind zwischen der Linsenhalterung 1, dem Gleitkörper 11, dem Hülsenunterteil 16 und der Außenwand 4 jeweils geeignete Dichtungen eingesetzt. Um ein Verdrehen der Gleitfassung 5 nach einer einmal erfolgten Justierung der Linsenhalterung 1 zu verhindern, kann die Gleitfassung 5 beispielsweise an einer axial verlaufenden Nut an der Außen­ wand 4 geführt sein.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Prozeßgas­ durchführung etwas anders gelöst. Außerdem ist eine zusätz­ liche Kühlung mit einem flüßigen Kühlmedium vorgesehen. Der Schneidbrennkopf ist an einem Anschlußrohr 23 befestigt, das beispielsweise mit einem Roboterarm über das Werkstück vorge­ schoben wird. Die Schneiddüse wird dabei über hier nicht näher dargestellte Sensorvorrichtungen in einem bestimmten Arbeitsabstand zum Werkstück gehalten. Durch das Anschluß­ rohr 23 wird auch der Laserstrahl zugeführt, der mit Hilfe der Linse 2 auf das Werkstück fokussiert wird.

Im Ausführungsbeispiel wird die Linse 2 durch eine Linsenhal­ terung 1 gehalten, die sich jedoch aus mehreren Einzelteilen zusammensetzt. Diese Linsenhalterung 1 ist relativ zu einem Gehäuseteil 24 quer zur Mittelachse bzw. quer zur optischen Achse verschiebbar. Auch das Gehäuseteil 24 besteht aus meh­ reren Einzelteilen, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Das Gehäuseteil 24 setzt sich im wesentlichen aus einem etwa kreisringförmigen Kühlerteil 25 zusammen, das auf das untere Ende des Anschlußrohres 23 aufschraubbar ist. Mit Hilfe einer gegenläufig verschraubbaren Stellmutter 44 wird das Kühlerteil 25 in der gewünschten Relativlage am Anschlußrohr 23 verspannt.

Vom äußeren Rand des Kühlerteils 25 erstreckt sich eine Außenwand 4 gegen unten. Diese hat eine etwa zylindrische Form und ist mit dem Kühlerteil 25 verschraubt. Theoretisch wäre es aber auch möglich, daß die Außenwand und das Küh­ lerteil einstückig ausgebildet sind. Über den Umfang der Außenwand 4 sind Stellschrauben 8 angeordnet, deren Achsen gegen das Zentrum gerichtet sind. Diese Stellschrauben grei­ fen an der Linsenhalterung 1 an und verschieben diese je nach Position der Stellschrauben.

Die Linsenhalterung 1 setzt sich zusammen aus einer Linsen­ fassung 40, einem Linsenkühlring 41 und aus einem Düsenring 42. Die Linsenfassung 40 ist mit dem Linsenkühlring 41 ver­ schraubt oder verklebt. Der Düsenring 42 wird von unten in die Linsenfassung 40 eingeschraubt und preßt die Linse 2 mit Hilfe einer Linsenfeder 39 gegen eine Schulter an der Linsen­ fassung 40.

Der Linsenkühlring 41 wird mit Hilfe eines Federpakets 26 von unten gegen die als Gleitfläche 7 dienende Unterseite des Kühlerteils 25 gepreßt. Das Federpaket 26 ruht auf einem Klemmring 43, der von unten in die Außenwand 4 eingeschraubt ist. Auf diese Weise ist die gesamte Linsenhalterung 1 von unten her demontierbar, ohne daß der Brennkopf vom Anschlußrohr entfernt werden muß.

Am Kühlerteil 25 sind zwei konzentrische Ringkanäle 27 und 28 angeordnet. Der Ringkanal 28 dient für die Zufuhr des Schneidgases und ist gegen oben mit einem Ringdeckel 34 ver­ schlossen. Dieser Ringdeckel trägt einen Anschlußstutzen 36 für den Gasanschluß. Aus Gründen der besseren Übersicht­ lichkeit ist dieser Anschlußstutzen 36 auf der rechten Seite der Abbildung angedeutet, obwohl in der Regel nur ein einzi­ ger Anschlußstutzen für die Gaszufuhr vorgesehen ist. Mit Hilfe von Ringdichtungen 45 ist der Ringdeckel 34 gasdicht gegenüber dem Kühlerteil 6 abgedichtet. Der Ringdeckel wird auf das Kühlerteil 25 aufgeschraubt, wobei durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben die optimale Position für den Anschlußstutzen 36 gewählt werden kann.

Über Öffnungen 30, welche über den gesamten Umfang des Ringkanals 28 verteilt sind, gelangt das Schneidgas in einen weiteren Ringkanal 29, der durch den Linsenkühlring 41 gebil­ det wird. Auch dieser Ringkanal ist auf beiden Seiten mit Ringdichtungen gasdicht gegenüber der Unterseite des Kühler­ teils 25 abgedichtet. Die Anordnung der Öffnungen 30 ist so gewählt, daß bei jeder radialen Extremposition der Linsen­ halterung 1 ein Übertritt des Schneidgases von der Ringkam­ mer 28 in die Ringkammer 29 gewährleistet ist. Über den Umfang des Linsenkühlrings 41 verteilte Kanäle 31 führen vom Ringkanal 29 nach unten und gehen in die Mündungsabschnitte 32 über welche am Düsenring 42 angeordnet sind. Diese Mün­ dungsabschnitte 32 sind schräg gegen die Unterseite der Linse 2 gerichtet, so daß der austretende Schneidgasstrahl zuerst auf die Linse aufprallt, bevor er durch die Schneiddüse 3 nach unten gegen das Werkstück strömt. Ersichtlicherweise wird so die Linse von allen Seiten optimal durch das Schneid­ gas gekühlt. Das Schneidgas erwärmt sich auf seinem Weg zur Schneiddüse 3, was für den Schneidprozeß vorteilhaft ist.

Der äußere Ringkanal 27 am Kühlerteil 25 dient für die Durchleitung eines externen Kühlmediums, wie z.B. Wasser oder einer speziellen Kühlflüßigkeit. Der Ringkanal 27 ist mit Hilfe eines Ringdeckels 33 verschlossen, der auf das Kühler­ teil 25 aufgeschraubt und/oder aufgeklebt wird. Am Ringdeckel sind zwei Anschlußstutzen 35 für die Zu- und Ableitung vor­ gesehen, von denen hier nur ein einziger dargestellt ist. Die beiden Anschlußstutzen 35 liegen einander vorzugsweise dia­ metral gegenüber, so daß eine gleichförmige Strömung im Ringkanal 27 erzielt wird. Theoretisch wäre es auch denkbar, den Ringkanal 27 mit einer Querwand zu unterteilen und die beiden Anschlußstutzen auf beiden Seiten der Querwand anzu­ ordnen. In diesem Fall würde die Kühlflüssigkeit praktisch über 180° in die gleiche Richtung durch den Ringkanal 27 strömen. Die Kühlflüssigkeit im Ringkanal 27 transportiert zusätzlich zum Schneidgas Wärme ab.

Die eigentliche Schneiddüse 3 hat an ihrem oberen Ende einen umlaufenden Kragen 15, der auf einem Haltering 37 aufliegt. Der Haltering 37 ist von unten in die Außenwand 4 einge­ schraubt. Eine Druckfeder 38 preßt den Kragen 15 gegen den Haltering 37, so daß die Schneiddüse 3 in einer neutralen Lage koaxial zur Mittelachse des Gehäuseteils 24 gehalten wird. Eine Ringdichtung 46 zwischen dem Kragen 15 und dem Haltering 37 sorgt für eine gasdichte Abdichtung in der neu­ tralen Lage. Die Druckfeder 38 stützt sich oben gegen den Linsenkühlring 41 ab, und hilft somit die Linsenhalterung 1 gegen das Kühlerteil 25 zu pressen. Die Stärke der Druckfeder 38 ist so bemessen, daß die Schneiddüse 3 beim Auftreten einer Querkraft allseitig in Pfeilrichtung E ausschwenken kann. Damit wird verhindert, daß der Brennkopf oder das Anschlußrohr beschädigt wird, wenn die Schneiddüse 3 auf ein Hindernis auftrifft. Die Brennköpfe sind normalerweise mit Kollisions-Sensoren ausgerüstet, welche den Vorschub des Brennkopfes automatisch abschalten, wenn die Schneiddüse auf ein Hindernis auftrifft. Bis zum vollständigen Stillstand der Maschine verstreicht jedoch eine bestimmte Reaktionszeit, die bei starrer Schneiddüse bereits ausreichen würde, um Beschä­ digungen hervorzurufen. Das Auslenken der Schneiddüse 3 dient somit auf einfache Weise zum Überbrücken dieser Reaktions­ zeit.

Vor dem Betrieb der Anlage wird mit Hilfe der Stellschrauben 8 die Linsenhalterung 1 in Pfeilrichtung B derart radial justiert, bis die optische Achse der Linse 2 konzentrisch zur Mittelachse der Schneiddüse 3 verläuft. Theoretisch genügen vier Stellschrauben 8, welche in einem Winkel von je 90° zueinander angeordnet sind. Je nach der gewünschten Feinein­ stellung können aber auch acht Schrauben über den Umfang der Außenwand 4 verteilt werden. Für die Einstellung der Rela­ tivlage zwischen Brennpunkt und Düsenspitze 47 kann die Schneiddüse 3 in Pfeilrichtung F relativ zur Linse 3 ver­ stellt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch gegenseiti­ ges Verschrauben einzelner Teile der Schneiddüse 3.

Auf ähnliche Weise wie der beschriebene Laserschneidbrennkopf kann auch ein Laserschweißkopf aufgebaut sein. Das Prozeß­ gas wäre dann ein Schutzgas, welches Umgebungsluft von der Schweißstelle fernzuhalten hat.

Claims (14)

1. Laserbearbeitungswerkzeug, das an einem Anschlußstück, insbesondere an einem Anschlußrohr (23) befestigt ist, mit einer axial verstellbaren Linsenhalterung (1) mit Kühleinrichtung zur Aufnahme einer Linse (2), mit einer unter der Linse angeordneten Düse (3) zum Aus­ stoßen eines Prozeßgases, sowie mit einer Justiervor­ richtung zum Verändern der Relativlage zwischen der Linsenhalterung (1) und der Düse (3), wobei die Linsen­ halterung (1) relativ zur feststehenden Düse (3) im La­ serbearbeitungswerkzeug quer zur Laserstrahlausbreitungs­ richtung mittels Stellschrauben, die auf dem Umfang einer Fassung für die Linsenhalterung verteilt sind, verschieb­ bar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (6) die Linsenhalterung (1) gegen eine Gleitfläche (7) preßt und daß unter der Linse (2) mehrere gegen die Unterseite der Linse (2) gerichtete Kanäle (12) angeord­ net sind, welche das Prozeßgas aus einem Ringkanal gegen die Linse leiten.

2. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düse (3) an einer Düsenhalterung (14) befestigt ist, die einen umlaufenden Kragen (15) aufweist, der auf einem umlaufenden Gehäuseabschnitt aufliegt, und daß die Feder (6) zwischen der Linsenhal­ terung und dem umlaufenden Kragen angeordnet ist, wobei die Düsenhalterung mit der Düse in einer neutralen Lage fixierbar ist.

3. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenhalterung (1) über eine in einer Außenwand (4) geführte Gleitfassung (5) axial ver­ schiebbar ist und daß die Gleitfläche (7) an der Gleit­ fassung (5) angeordnet ist.

4. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Linsenhalterung (1) mittels über den Umfang der Gleitfassung (5) verteilte Stellschrauben (8) relativ zur Gleitfassung (5) quer verstellbar ist.

5. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gleitfassung (5) mit einer in die Außenwand (4) einschraubbaren Stellmutter (9) axial verschiebbar ist.

6. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ringkanal (10) durch einen in der Außenwand (4) geführten Gleitkörper (11) gebildet wird, der die Kanäle (12) aufweist und der zwischen der Feder (6) und der Linsenhalterung (1) angeordnet ist und zu­ sammen mit letzterer axial verschiebbar ist, wobei die Linsenhalterung (1) quer verschiebbar auf dem Gleitkörper (11) aufliegt.

7. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gleitkörper (11) eine sich konisch nach unten verjüngende Innenwand (13) aufweist.

8. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (7) an einem am An­ schlußstück (22) befestigten, rotationssymmetrischen Ge­ häuseteil (24) angeordnet ist.

9. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuseteil (24) ein kreisringför­ miges Kühlerteil (25) und eine sich vom Kühlerteil nach unten erstreckende Außenwand (4) aufweist, und daß die Unterseite des Kühlerteils (25) als Gleitfläche ausgebil­ det ist.

10. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Prozeßgas über einen Ringkanal (28) am Kühlerteil (25) und durch Öffnungen (30) in der Gleitfläche (7) über die verschiebbare Linsenhalterung (1) gegen die Linse leitbar ist.

11. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich zum Ringkanal (28) für das Prozeßgas ein Ringkanal (27) für die Zu- und Ableitung eines externen Kühlmittels am Kühlerteil (25) angeordnet ist.

12. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Linsenhalterung (1) zu­ sammen mit der Unterseite des Kühlerteils (25) einen Ringkanal (29) bildet, der über die Öffnungen (30) mit dem Ringkanal (28) für das Prozeßgas im Kühlerteil (25) verbunden ist und daß das Prozeßgas aus dem Ringkanal (29) in der Linsenhalterung (1) über mehrere Kanäle (31, 32) unter die Linse leitbar ist.

13. Laserbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanäle (27, 28) im Kühlerteil (25) durch Ringdeckel (33, 34) verschließ­ bar sind, welche die Anschlußstutzen (35, 36) für die Zu- und/oder Ableitung von Kühlmittel und/oder Prozeßgas tragen.

14. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der umlaufende Gehäuseabschnitt, auf dem der Kragen (15) aufliegt, als einschraubbares Hülsen­ unterteil (16) ausgebildet ist.