DE4109567C2 - Einrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist bereits aus der JP 63-56 390 A in "Patents Abstracts of Japan", 1968, Vol. 12/No. 274, Section M-725, bekannt. Diese bekannte Einrichtung enthält einen Düsenkörper, der an seiner Düsenspitze eine Düsenelektrode trägt, einen Anschlußkopf, der den Düsenkörper an seinem der Düsenspitze gegenüberliegenden Ende hält, und eine wenigstens eine koaxial zur Längsachse des Düsenkörpers verlaufende Nut zur Bildung eines Sollbruchbereichs.

Eine entsprechende Einrichtung ist aus der JP 63-104 796 A in "Patents Abstracts of Japan", 1988, Vol. 12/No. 343, Section M-741, bekannt. Hier befindet sich allerdings an der Düsenspitze keine Düsenelektrode.

Die JP 63-281 788 A in "Patents Abstracts of Japan", 1989, Vol. 13/No. 83, Section M-802 beschreibt eine Düse, die überhaupt keine Sollbruchstelle enthält. Dort werden lediglich bei Kollision dünne Metallteile verbogen. Bei sehr starker Kollision kann eine solche Verbiegung unter Umständen dazu führen, daß sich die Düse überhaupt nicht mehr benutzen läßt. Ein besonderes Verbindungselement, das unabhängig von der Düse deformiert werden könnte, ist hier nicht vorgesehen.

Entsprechendes gilt für die aus der JP 2-80 192 A bekannte Düse, veröffentlicht in "Patents Abstracts of Japan", 1990, Vol. 14/No. 271, Section M- 983.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Düse der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß beim versehentlichen Anfahren der Düse gegen ein Werkstück der Düsenkörper vom Anschlußkopf getrennt wird, ohne daß dabei jedoch der Düsenkörper selbst geschädigt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine Einrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Düsenkörper über ein separates Verbindungselement mit dem Anschlußkopf verbunden ist, das Verbindungselement aus einem spröden Material besteht, und die Nut zur Bildung des Sollbruchbereichs im Verbindungselement liegt.

Wird die Düsenspitze bzw. Düsenelektrode versehentlich gegen ein Werkstück gefahren, so zerbricht das Verbindungselement im Sollbruchbereich und gibt damit die Düse vom Anschlußkopf frei. Düse, Anschlußkopf und Werkstück können daher nach der Kollision keinen weiteren Schaden mehr nehmen, sieht man einmal von Geringfügigkeiten ab, die durch den Aufprall der Düse auf das Werkstück nach Zerbrechen des Verbindungselements eventuell auftreten können.

Ein zerbrochenes Verbindungselement läßt sich sehr schnell gegen ein neues ersetzen. Das Verbindungselement kann darüber hinaus kostengünstig hergestellt werden. Das Verbindungselement kann beispielsweise ein einfaches Drehteil sein.

Bei der Auswahl des Werkstoffs für das Verbindungselement muß berücksichtigt werden, daß es ausgesprochen spröde sein soll, um leicht brechen zu können. Es darf bei einer Kollision nicht zu einer bleibenden plastischen Verformung kommen, wie dies z. B. bei Kupfer der Fall ist. Der Werkstoff darf unter Belastung zwar einen begrenzten elastischen, aber keinen plastischen Bereich aufweisen, wobei der Bruch bei Überbelastung in definierter Weise auftreten muß. Das Verbindungselement sollte ferner temperaturstabil sein, da Düsen der genannten Art sehr heiß werden können. Ein Bruch infolge großer Hitze darf unter keinen Umständen auftreten. Für Schirmzwecke und für Zwecke der Signalübertragung sollte der Werkstoff andererseits leitend beschichtbar sein. Andererseits muß der Werkstoff spanend bearbeitbar sein, um unter anderem Sollbruchbereiche herausbilden zu können. Der Werkstoff sollte sich darüber hinaus für eine Spritzgußfertigung eignen und unbrennbar bzw. selbstverlöschend sein.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement als koaxial zur Düsenlängsachse liegender Zylinder ausgebildet, dessen Seitenwand wenigstens eine den Sollbruchbereich bildende Umfangsnut aufweist.

Die Umfangsnut kann z. B. an der äußeren oder an der inneren Oberfläche des Zylinders liegen. Es können aber auch mehrere und benachbart zueinander liegende Umfangsnuten vorhanden sein, die an beiden Zylinderseiten vorhanden sind. Ein stirnseitiger Bereich des Zylinders ist dann mit der Düse fest verbunden, während der andere stirnseitige Zylinderbe­ reich mit dem Anschlußkopf fest verbunden ist, wobei die Nu­ ten zwischen Anschlußkopf und Düse zu liegen kommen. Die Nu­ ten können eine solche Tiefe haben, daß die Stabilität des Zylinders bei normalen Betriebsbedingungen noch ausreicht, die Düse am Anschlußkopf zu halten. Wird dagegen die Düse mit ihrer Spitze gegen ein Hindernis gefahren, so bricht der Zylinder definiert im Bereich der Umfangsnuten, also im Sollbruchbereich und gibt die Düse vom Anschlußkopf frei. Es verbleiben dabei sowohl in der Düse als auch im Anschlußkopf definierte und relativ große Zylinderteile, die sich dann leicht von den jeweiligen Elementen abnehmen lassen, um ein neues Verbindungselement einsetzen zu können.

Der Zylinder läßt sich in einfacher Weise und als Drehteil herstellen, so daß er relativ kostengünstig gefertigt werden kann. Beispielsweise kann er mit einem Innen- und einem Au­ ßengewinde versehen sein, so daß er sich mit seinem Innenge­ winde auf einen zur Düse gehörenden Düsenkörper aufschrauben läßt, während sich sein Außengewinde in eine entsprechende Gewindebohrung des Anschlußkopfs hineinschrauben läßt. Auch der umgekehrte Fall ist denkbar.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement als koaxial zur Düsenlängsachse liegende Ringscheibe ausgebildet, die wenigstens in einer ihrer ebenen Scheibenoberflächen mindestens eine den Soll­ bruchbereich bildende, koaxiale Ringnut aufweist. Auch diese Ringscheibe kann eine oder mehrere und gegebenenfalls auf beiden Scheibenseiten vorhandene Ringnuten besitzen, um ei­ nen möglichst definierten Sollbruchbereich zu erhalten.

Die Ringscheibe kann vorteilhaft mit einem Innen- und mit einem Außengewinde versehen sein, so daß sie ebenfalls mit ihrem Innengewinde auf einen zur Düse gehörenden Düsenkörper aufgeschraubt und über ihr Außengewinde mit dem Anschlußkopf verbindbar ist.

Hierzu kann auf das Außengewinde der Ringscheibe ein in ih­ rer Scheibenebene liegender Ringflansch aus bruchfestem Ma­ terial aufgeschraubt werden, über den dann letztlich die Verbindung zum Anschlußkopf, z. B. durch eine geeignete Klemmung oder dergleichen hergestellt wird. Der Ringflansch dient aber auch dazu, die effektive Fläche der Ringscheibe relativ klein zu halten. Beim Betrieb der Düse baut sich in ihrem Inneren ein relativ hoher Gasdruck auf, der zu einer starken Belastung der Ringscheibe führt. Durch eine kleinere effektive Fläche der Ringscheibe lassen sich somit die auf sie wirkenden Kräfte verkleinern, damit sie während des nor­ malen Betriebs nicht ungewollt zerbricht. Auch die Ringnuten müssen unter Berücksichtigung des Innendrucks der Düse di­ mensioniert werden.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann auch die Ringscheibe mit ihrem Außengewinde in einen Flansch der Düse eingeschraubt werden, wobei sie über ihr Innengewinde mit dem Anschlußkopf verbindbar ist. Hierzu läßt sich in das In­ nengewinde z. B. ein Verbindungszylinder des Anschlußkopfs hineinschrauben.

Nach einer sehr vorteilhaften weiteren Ausbildung der Erfin­ dung besteht das Verbindungselement aus elektrisch isolie­ rendem Material, wobei der Sollbruchbereich von einem elek­ trischen Leiter überquert wird, der beim Zerbrechen des Sollbruchbereichs reißt.

Hierdurch wird es möglich, den Bruch des Verbindungselements zu detektieren, um die Bearbeitungseinrichtung stillzuset­ zen, wenn eine Kollision aufgetreten ist. Der Leiter kann auch ein Dehnungsmeßstreifen sein, so daß sich schon vor dem Zerreißen eine unzulässige Annäherung der Düse an ein Hin­ dernis detektieren läßt, um unter Umständen einen Bruch noch vermeiden zu können.

Fließt im Normalfall ein Strom über den elektrischen Leiter, so wird dieser Strom beim Bruch des Verbindungselements un­ terbrochen. Auf diese Weise wird ein Warn- bzw. Steuersignal erhalten, das z. B. dazu verwendet werden kann, Bewegungs­ einrichtungen der Bearbeitungseinrichtung stillzusetzen, ei­ nen Laser abzuschalten, dessen Strahl durch die Düse hin­ durchtritt, um auf diese Weise zu verhindern, daß die Düse durch den Laserstrahl beschädigt wird, und dergleichen. Das Warn- bzw. Steuersignal wird mittels einer Überwachungs­ schaltung erzeugt, mit der die Düse verbindbar ist.

Zur Erzeugung des Warn- und Steuersignals wird also der Stromfluß durch den elektrischen Leiter überwacht. Für die Zuführung des Stroms zum elektrischen Leiter auf dem Verbin­ dungselement gibt es mehrere Möglichkeiten.

Z. B. kann der elektrische Leiter direkt mit weiteren An­ schlußkabeln verbunden sein, über die der elektrische Strom zugeführt wird. Es lassen sich aber auch bereits vorhandene Potentiale innerhalb der Düse ausnutzen, um einen Strom durch den elektrischen Leiter auf dem Verbindungselement fließen zu lassen. Dabei ist dann der elektrische Leiter mit einem Widerstand in Reihe geschaltet. Der elektrische Leiter kann auch direkt aus Widerstandsmaterial hergestellt sein.

Z. B. ist es möglich, für den genannten Zweck das bereits an der Düse vorhandene Schirmpotential einerseits und ein am Anschlußkopf bereits vorhandenes Erdpotential andererseits zu verwenden. Zwischen diesen beiden Potentialen kommt dann die Reihenschaltung oder der elektrische Leiter aus Wider­ standsmaterial zu liegen. Dabei müssen die genannten Poten­ tiale in geeigneter Weise zum elektrischen Leiter geführt werden, wozu z. B. Teile des Verbindungselements leitend be­ schichtet sein können.

Andererseits ist es aber auch möglich, den elektrischen Lei­ ter in Reihe mit einem Widerstand zwischen Sensorpotential und Schirmpotential zu schalten. Es gibt bereits Düsen der genannten Art, die einen Kennungswiderstand mit definiertem Widerstandswert aufweisen, über den ein Abfragestrom fließt. Eine derartige Düse ist z. B. in der deutschen Patentanmel­ dung P 40 35 403.2 beschrieben. Der genannte Widerstand liegt zwischen der Seele des zum Sensor führenden Koaxilka­ bels und der Schirmung. Trennt man diese Leitungsverbindung auf und legt den genannten elektrischen Leiter in Reihe mit dem erwähnten Widerstand, so kann man durch Überwachung des Stroms zwischen Seele und Schirmung nicht nur die verwendete Düse erkennen, sondern auch einen Bruch des Verbindungsele­ ments feststellen. Auch in diesem Fall sind natürlich die elektrischen Potentiale in geeigneter Weise an den elektri­ schen Leiter auf dem Verbindungselement heranzuführen.

Der genannte Widerstand, der in Reihe zum elektrischen Lei­ ter liegt, kann sich z. B. ebenfalls auf dem Verbindungsele­ ment befinden oder aber auch ganz entfallen, wenn der elek­ trische Leiter aus Widerstandsmaterial hergestellt ist und einen definierten Widerstand aufweist. In einem solchen Fall läßt sich eine Düsenkennung auch über den elektrischen Lei­ ter durchführen.

Der elektrische Leiter wird vorzugsweise durch Niederschla­ gung elektrisch leitenden Materials gebildet, beispielsweise durch chemische Abscheidung oder durch Vakuumaufdampfung. Beispielsweise kann Chrom aufgedampft werden, um den elek­ trischen Leiter herzustellen. Es wird vorzugsweise ein sol­ ches Material verwendet, das in jedem Fall sicher reißt, wenn das Verbindungselement im Sollbruchbereich bricht. Chrom eignet sich hierfür besonders.

Nach einer vorteilhaften anderen Ausgestaltung der Erfindung überdeckt der elektrische Leiter den Sollbruchbereich in dessen Längsrichtung mäanderförmig. Auf diese Weise läßt sich der gesamte Sollbruchbereich überwachen, so daß sich das Kollisionssignal noch sicherer feststellen läßt.

Nach einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Verbindungselement aus Polyvinylensulfid, das alle gestellten Materialanforderungen erfüllt und darüber hinaus kostengünstig ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Düse innerhalb einer die Düsenspitze freilas­ senden Kappe positioniert ist, die am Anschlußkopf befestigt und deren Innenfläche metallisiert ist.

Tritt somit eine Kollision zwischen Düsenspitze und Werk­ stück auf, so fällt einerseits nach Brechen des Sollbruchbe­ reichs die Düse nicht unkontrolliert auf das Werkstück. Dies führt zu einer weiteren Schadensbegrenzung. Andererseits kommt die Düse dabei in Kontakt mit der Metallisierung an der Innenfläche der Kappe, so daß sich dadurch ein weiteres Warn- und Steuersignal mit Hilfe der Überwachungsschaltung erzeugen läßt. Beim Kontakt der Düse mit der Kappe wird bei­ spielsweise das Schirmpotential der Düse an die Metallisie­ rung der Kappe gelegt, was ein entsprechendes Signal zur Folge hat, wenn das Potential der Kappenmetallisierung über­ wacht wird. Dieses über die Kappe erzeugte Warn- und Steuer­ signal kann anstelle des oder zusätzlich zum zuvor erwähnten Warn- und Steuersignal erzeugt werden, das beim Bruch des elektrischen Leiters generiert wird, der im Sollbruchbereich angeordnet ist.

Um zu verhindern, daß ein derartiges Warn- und Steuersignal bei Berührung zwischen Kappe und Düse schon dann erzeugt wird, wenn lediglich die Kappe verbogen wird, kann vorgese­ hen sein, die Stillsetzung der Einrichtungen erst dann vor­ zunehmen, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne nach Kontakt zwischen Kappe und Düse verstrichen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Düse mit zylinderförmig ausgebildetem Verbin­ dungselement,

Fig. 2 eine Düse mit ringscheibenförmig ausgebildetem Ver­ bindungselement,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch Düse und ring­ scheibenförmig ausgebildetem Verbindungselement nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das ringscheibenförmig ausge­ bildete Verbindungselement nach Fig. 3 mit Ring­ flansch und

Fig. 5 eine Düse mit einem anderen ringscheibenförmig aus­ gebildeten Verbindungselement.

Die Fig. 1 zeigt eine Düse nach einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. Diese Düse ist in ihrem unteren Bereich allerdings ohne Düsenelektrode und die sie haltende Einrich­ tung dargestellt.

Entsprechend der Fig. 1 weist die Düse einen Düsenkörper 1 auf, der aus metallischem Material besteht, z. B. aus Stahl. Der Düsenkörper 1 ist innen durchgehend konisch ausgebildet und außen in seinem unteren Spitzenbereich ebenfalls ko­ nisch. Im oberen Bereich ist der Düsenkörper 1 außen zylin­ drisch ausgebildet und weist dort ein Außengewinde 2 auf. Mit dem Außengewinde 2 ist der Düsenkörper 1 in eine mit In­ nengewinde versehene Öffnung 3 eines Außenmantels 4 der Düse eingeschraubt. Der Außenmantel 4 reicht nur etwa bis zum un­ teren Drittel des Düsenkörpers 1, so daß letzterer den Au­ ßenmantel 4 überragt. In den Außenmantel 4 kann von unten und den Düsenkörper 1 übergreifend eine nicht dargestellte Hülse eingeschraubt werden, die zur Befestigung einer eben­ falls nicht dargestellten Düsenelektrode an der Spitze des Düsenkörpers 1 dient. Dabei können die Hülse gegenüber der Düsenelektrode und der Spitzenbereich des Düsenkörpers 1 ge­ genüber seinem oberen und erweiterten Bereich elektrisch isoliert sein.

Der Außenmantel 4 weist ferner einen radialen Durchgangska­ nal 5 mit einem Innengewinde 6 auf, so daß in den radialen Durchgangskanal 5 eine nicht dargestellte Anschlußbuchse hineinschraubbar ist. Die Anschlußbuchse besitzt einen zen­ tralen und isolierten Innenleiter sowie einen mit einem Au­ ßengewinde versehenen Außenleiter, wobei dieses Außengewinde in das Innengewinde 6 greift und in elektrischem Kontakt mit dem Außenmantel 4 steht. Die Anschlußbuchse dient zum An­ schluß eines Koaxialkabels.

Wie anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Düsenkörper 1 nur zu einem Teil in den Außenmantel 4 hineingeschraubt, z. B. so weit, daß noch zwei Drittel des Außengewindes 2 oberhalb des Außenmantels 4 zu liegen kommen. Auf dieses freiliegende Außengewinde 2 des Düsenkörpers 1 wird ein als Verbindungselement zu einem nicht dargestellten Anschlußkopf dienender Zylinder 7 aufgeschraubt, der zu diesem Zweck ein Innengewinde 8 aufweist. Der Zylinder 7 ist ferner mit einem Außengewinde 9 versehen, so daß er in eine mit einem ent­ sprechenden Innengewinde versehene Öffnung des Anschlußkopfs hineinschraubbar ist. Auf diese Weise wird die Düse über den Zylinder 7 mit dem Anschlußkopf starr verbunden.

Der Zylinder 7 besteht aus einem spröden Material, bei­ spielsweise aus Polyvinylensulfid (PPS) oder aus Keramik, ist also elektrisch isolierend. Durch ihn wird der Anschluß­ kopf potentialmäßig von der Düse getrennt.

Wie zu erkennen ist, wird der Zylinder 7 so weit auf das Au­ ßengewinde 2 des Düsenkörpers 1 aufgeschraubt, bis er mit seiner stirnseitigen Sockelfläche auf dem Anschlußmantel 4 zu liegen kommt. Dabei kann zwischen der Innenwand des Zy­ linders 7 und der zylindrischen Außenwand des Düsenkörpers 1 ein Dichtungsring 10 vorhanden sein, um an dieser Stelle ei­ nen Austritt von Gasen aus dem Inneren der Düse zu verhin­ dern.

Kurz oberhalb des Dichtungsrings 10 und im stirnseitigen Be­ reich des Düsenkörpers 1 weist der Zylinder 7 einen Soll­ bruchbereich 11 auf. Der Sollbruchbereich 11 wird durch zwei Umfangsnuten 12 und 13 gebildet, die sich in der Wand des Zylinders 7 befinden. Die Umfangsnut 12 befindet sich dabei in der Außenwand des Zylinders 7, während sich die Umfangs­ nut 13 in der Innenwand des Zylinders 7 befindet. Beide Um­ fangsnuten 12 und 13 liegen sehr nahe beieinander, so daß zwischen ihnen die Wand des Zylinders 7 einen mäanderförmi­ gen Verlauf aufweist. Die Wandstärke des Zylinders 7 im Be­ reich der Umfangsnuten 12 und 13 ist dabei so gewählt, daß der Zylinder 7 auch bei maximaler Beschleunigung bei der Be­ wegung der Düse sowie bei maximalem Düseninnendruck im Nor­ malfall nicht bricht. Erst wenn die Düse mit ihrer Spitze gegen ein Hindernis läuft, beispielsweise gegen das zu bear­ beitende Werkstück, werden so große Kräfte auf den Soll­ bruchbereich 11 übertragen, daß dieser zerbricht. Durch die Ringnuten 12 und 13 wird dabei der Bruchbereich relativ stark eingegrenzt, so daß eine saubere Trennung der Düse vom Anschlußkopf auftritt. Die verbleibenden Teile des Zylinders 7 nach einer Kollision der Düse mit dem Hindernis lassen sich in einfacher Weise vom Anschlußkopf und von der Düse abnehmen, da sie lediglich losgeschraubt zu werden brauchen. Der Einsatz eines neuen Zylinders ist daher völlig unproble­ matisch. Zu diesem Zweck ist es nicht erforderlich, die Düse in weitere Einzelteile zu zerlegen, so daß sich der Zylin­ deraustausch auch in kurzer Zeit durchführen läßt.

Wie bereits erwähnt, besteht der Zylinder 7 aus sprödem und elektrisch isolierendem Material. Zur Überwachung des Soll­ bruchbereichs 11 kann der Zylinder 7 daher einen elektri­ schen Leiter tragen, der z. B. auf den Zylinder 7 aufge­ dampft ist und den Sollbruchbereich 11 einmal oder mehrmals in Axialrichtung des Zylinders 7 überquert. Der elektrische Leiter kann auch chemisch aufgebracht werden. Er ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 14 versehen. Der elektrische Leiter 14 befindet sich an der äußeren Fläche des Zylinders 7 und deckt praktisch die obere Nut 13 ab. Ferner durchläuft der elektrische Leiter 14 die untere Nut 12 und endet kurz da­ nach auf der Oberfläche des Zylinders 7. Ein derartiger Ver­ lauf kann an mehreren Stellen in Umfangsrichtung des Zylin­ ders 7 vorgesehen sein, wobei sich insgesamt eine mäander­ förmige Struktur des elektrischen Leiters 14, gesehen in Zy­ linderumfangsrichtung, ergibt.

Über den elektrischen Leiter 14 fließt ein Strom, der mit Hilfe einer nicht dargestellten Sensoreinrichtung überwacht wird. Wird der Stromfluß unterbrochen, so gibt dies das Zer­ brechen des Sollbruchbereichs 11 an. In diesem Fall reißt nämlich auch der Leiter 14.

Der Leiter 14 in Fig. 1 kann beispielsweise zwischen Erdpo­ tential und Schirmpotential liegen, wobei der Leiter 14 zur Strombegrenzung noch mit einem elektrischen Widerstand in Reihe geschaltet ist oder selbst aus Widerstandsmaterial be­ steht. Das Schirmpotential ist üblicherweise am Außenmantel 4 der Düse vorhanden, wobei es dem Außenmantel 4 über den Schirmleiter der Steckerbuchse zugeführt wird, die in den radialen Durchgangskanal 5 hineingeschraubt wird. Das Schirmpotential läßt sich somit vom Außenmantel 4, der aus Metall besteht, leicht zu einem Ende des elektrischen Lei­ ters 14 übertragen, und zwar über eine geeignete Metallisie­ rung 15 an der unteren Stirn- und Umfangsfläche des Zylin­ ders 7. Die Metallisierung an der unteren Stirnfläche des Zylinders 7 liegt somit auf dem Außenmantel 4 auf und über­ trägt das Schirmpotential über die äußere und untere Um­ fangsfläche des Zylinders 7 zu dem einen Ende des elektri­ schen Leiters 14. Das andere Ende des elektrischen Leiters 14 kann ebenfalls über eine weitere Metallisierung 16 an der äußeren Umfangsfläche des Zylinders 7 zu einem geeigneten Kontakt am Anschlußkopf übertragen werden, wobei dieser Kon­ takt (z. B. Metallisierung) auf Erdpotential liegt. Im ge­ nannten Fall besteht der elektrische Leiter 14 aus Wider­ standsmaterial. Ist dies nicht der Fall, so kann ein zusätz­ licher Widerstand am unteren Umfangsrand des Zylinders 7 zwischen stirnseitiger Metallisierung und dem unteren Ende des elektrischen Leiters 14 vorhanden sein.

Die Metallisierungen 15 und 16 können in ihren jeweiligen Bereichen den ganzen Zylinder 7 umgreifen. Zwischen ihnen verläuft dann der mäanderförmig ausgebildete elektrische Leiter 14, der oberhalb des Sollbruchbereichs 11 an einer Stelle mit der Metallisierung 16 verbunden ist und unterhalb des Sollbruchbereichs an einer Stelle mit der Metallisierung 15 gegebenenfalls über einen elektrischen Widerstand.

Abweichend von Fig. 1 kann auch nur eine der Umfangsnuten 12 oder 13 vorhanden sein. In diesem Fall ist ein elektrischer Leiter 14 jeweils nur an der gegenüberliegenden Wandung des Zylinders 7 im Bereich dieser Umfangsnut vorgesehen.

Die Fig. 2 zeigt eine Düse nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind da­ bei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das spröde und elek­ trisch isolierende Verbindungselement als koaxial zur Düsen­ längsachse A liegende Ringscheibe 17 ausgebildet, die wenig­ stens in einer ihrer ebenen Scheibenoberflächen 18, 19 min­ destens eine den Sollbruchbereich bildende, koaxiale Ringnut 20 aufweist. Die Ringscheibe 17 besitzt ein Innengewinde 21 und ein Außengewinde 22. Mit dem Innengewinde 21 ist sie auf das Gewinde 2 des zylindrischen Teils am oberen Ende des Dü­ senkörpers 1 aufgeschraubt. Dagegen ist auf ihr Außengewinde 22 ein Ringflansch 23 aufgeschraubt, der z. B. aus Metall besteht und dazu dient, die Düse am nicht dargestellten An­ schlußkopf zu befestigen. Dabei kann der Ringflansch 23 in geeigneter Weise mit dem Anschlußkopf verklemmt werden.

Wie im Falle der Fig. 1 ist auch hier der Düsenkörper 1 nur zu einem gewissen Teil in die Öffnung 3 des Außenmantels 4 hineingeschraubt. Auf den verbleibenden Bereich des Düsen­ körpers 1 ist, wie erwähnt, die Ringscheibe 17 aufge­ schraubt, so daß ihre obere Fläche mit der Stirnseite des Düsenkörpers 1 fluchtet. Die Ringscheibe 17 kommt dabei mit einem Ansatz, wie noch unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wird, auf dem Außenmantel 4 zu liegen. Sie weist ferner an ihrer unteren Scheibenoberfläche 19 einen radialen Flansch 24 zur axialen Positionierung des Ringflansches 23 auf.

Ist die Düse über den Ringflansch 23 mit dem Anschlußkopf verklemmt und wird die Düsenelektrode 25, die mit Hilfe ei­ ner in den Außenmantel 4 hineingeschraubten Hülse 26 gegen die Spitze des Düsenkörpers 1 gezogen wird, versehentlich gegen ein Werkstück gefahren, so zerbricht die Ringscheibe 17 im Bereich ihrer koaxialen Ringnut 20, wenn die auftre­ tenden Kräfte ein bestimmtes Maß übersteigen. Welche Kräfte auf die Düsenelektrode 25 zum Zerbrechen der Ringscheibe 17 führen, hängt von der Dimensionierung der Ringnut 20 ab. Im Kollisionsfall löst sich also die Düse vom Anschlußkopf, so daß sie, der Anschlußkopf oder das Werkstück keine stärkeren Beschädigungen erfahren. Die verbleibenden Reststücke der Ringscheibe 17 können dann in einfacher Weise abgeschraubt und durch eine neue Ringscheibe 17 ersetzt werden. Hierzu wird vorher der Ringflansch 23 vom Anschlußkopf gelöst. Der Ringflansch 23 kann auch unmittelbar ein Teil des Anschluß­ kopfs sein, so daß sich die Düse unmittelbar mit ihrer Ring­ scheibe 17 in den Anschlußkopf bzw. in den Ringflansch ein­ schrauben läßt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, in welcher Weise sich die Ring­ scheibe 17 auf ein Zerbrechen ihres Sollbruchbereichs 20 hin überwachen läßt.

Gemäß Fig. 3 ist die Ringscheibe 17 so ausgebildet, daß sie an ihrer unteren Fläche 19 und dem Außenmantel 4 gegenüber­ liegend eine axiale Ausnehmung aufweist. Diese Ausnehmung erstreckt sich über den gesamten Umfang der Ringscheibe 17. Innerhalb der Ausnehmung trägt die Ringscheibe 17 einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden, mäanderförmigen Leiter 27, der der koaxialen Ringnut 20 gegenüberliegt und diese in Ra­ dialrichtung wiederholt überquert. Konzentrisch zum mäander­ förmigen Leiter 27 und ebenfalls in der Ausnehmung liegend befinden sich eine innere ringförmige Metallisierung 28 und eine äußere ringförmige Metallisierung 29. Sie werden bei­ spielsweise durch elektrisch leitendes Material gebildet, das auf die Ringscheibe 17 aufgedampft worden ist. In ent­ sprechender Weise läßt sich der mäanderförmige Leiter 27 herstellen. Er ist mit einem Ende mit der äußeren ringförmi­ gen Metallisierung 29 und mit einem anderen Ende mit der in­ neren ringförmigen Metallisierung 28 verbunden, die auch zum Teil oder vollständig das Innengewinde der Ringscheibe 17 bedeckt. Wird die Ringscheibe 17 somit auf das Außengewinde 2 des Düsenkörpers 1 aufgeschraubt, der aus Metall besteht, so stehen der Düsenkörper 1 und das eine Ende des mäander­ förmigen Leiters 27 über die innere ringförmige Metallisie­ rung 28 in elektrischem Kontakt.

An einer Stelle befindet sich innerhalb des Außenmantels 4 eine Ausnehmung 30, die zur Aufnahme eines Kontaktelements 31 dient. Ein Kontaktstift 32 des Kontaktelements 31, der federnd gelagert ist, steht über den oberen Rand des Außen­ mantels 4 hervor und wird gegen die äußere ringförmige Me­ tallisierung 29 gedrückt, wenn die Ringscheibe 17 vollstän­ dig auf das Außengewinde 2 des Düsenkörpers 1 aufgeschraubt ist. Um den Abstand zwischen Ringscheibe 17 und Außenmantel 4 in Axialrichtung im Bereich der genannten Ausnehmung ein­ stellen zu können, kann ein Distanzstück 33 vorhanden sein, das einstückig entweder mit dem Außenmantel 4 oder der Ring­ scheibe 17 verbunden ist. In Fig. 3 ist es mit dem Außenman­ tel 4 verbunden. Das Distanzstück 33 soll verhindern, daß der mäanderförmige Leiter 27 durch die obere Fläche des Au­ ßenmantels 4 beschädigt wird, wenn die Ringscheibe 17 auf den Düsenkörper 1 aufgeschraubt wird.

Wie die Fig. 4 am besten erkennen läßt, die eine Draufsicht auf die Unterseite der Ringscheibe 17 bei abgenommenem Au­ ßenmantel und Düsenkörper darstellt, dienen die innere ring­ förmige Metallisierung 28 und die äußere ringförmige Metal­ lisierung 29 als Stromzufuhrelektroden für den mäanderförmi­ gen Leiter 27, der oberhalb der Ringnut 20 liegt und sich in deren Längsrichtung erstreckt. Da, wie bereits erwähnt, am Außenmantel 4 das Schirmpotential anliegt, wird dieses über den Düsenkörper 1 und die innere ringförmige Metallisierung 28 zu einem Ende des mäanderförmigen Leiters 27 übertragen. Das andere Ende des mäanderförmigen Leiters 27, das mit der äußeren ringförmigen Metallisierung 29 verbunden ist, erhält ein anderes Potential über das Kontaktelement 31, dessen Kontaktstift 32 mit der Metallisierung 29 in Kontakt steht. Dieses andere Potential ist das Meßpotential, das über einen Widerstand z. B. vom Mittelleiter der Koaxialsteckerbuchse abgenommen wird, also letztlich von der Düsenelektrode, die ebenfalls mit dem Mittelleiter der Koaxialsteckerbuchse ver­ bunden ist. Zu diesem Zweck wird also das Kontaktelement 31 über ein Kabel 34 mit dem besagten Widerstand verbunden.

Dieser Widerstand ist üblicherweise zwischen Mittelleiter der Koaxialsteckerbuchse und dessen Schirmung geschaltet. Er weist einen bestimmten Widerstandswert auf und dient zur Kennung der Düse, wozu der durch ihn hindurchfließende Strom gemessen wird. Wird nun dieser Widerstand von der Schirmung gelöst und statt dessen über das Kabel 34 mit dem Kontakt­ element 31 verbunden, so liegt dieses Widerstandsende letzt­ lich auch auf Schirmpotential, allerdings über den mäander­ förmigen Leiter 27. Mit dem Widerstand kann also ebenfalls die Kennung der Düse erfolgen, wenn der durch ihn hindurch­ fließende Strom überwacht wird, gleichzeitig kann jedoch bei einer Unterbrechung dieses Stromflusses festgestellt werden, daß die Ringscheibe 17 im Sollbruchbereich zerbrochen ist, da der mäanderförmige Leiter 27 in diesem Falls ebenfalls reißt. Auf diese Weise lassen sich mit einer Stromüberwa­ chung zwei Aufgaben erfüllen, nämlich die Kennung der Düse und die Überwachung der Sollbruchstelle.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 5. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Im vorliegenden Fall ist der Düsenkörper 1 mit seinem Außen­ gewinde 2 vollständig in die Öffnung 3 mit Innengewinde des Außenmantels 4 hineingeschraubt. Der Außenmantel 4 ist in seinem oberen Endbereich flanschartig erweitert und weist ein Innengewinde auf, in das sich die als Verbindungselement mit Sollbruchbereich dienende Ringscheibe 17 über ihr Außen­ gewinde 22 hineinschrauben läßt. Die Ringscheibe 17 kommt dabei vollständig innerhalb des Außenmantels 4 zu liegen. Sie ist ferner so ausgebildet, daß sie an ihrer der Düsen­ elektrode 25 zugewandten Seite einen radial nach innen und über ihr Innengewinde 21 hinausstehenden Ansatz 35 aufweist, der praktisch den oberen Bereich des Düsenkörpers 1 abdeckt. Die Ringscheibe 17, die aus isolierendem Material besteht, isoliert somit den Düsenkörper 1 gegenüber einem nicht dar­ gestellten und aus Metall bestehenden Zylinder, der von oben in das Innengewinde 21 der Ringscheibe 17 hineingeschraubt wird, bis er gegen den Flansch 35 schlägt. Dieser Zylinder dient dann dazu, die gesamte Düse über die Ringscheibe 17 am Anschlußkopf zu befestigen. Der Zylinder kann beispielsweise ein geeigneter Ansatz des Anschlußkopfs sein, der ein ent­ sprechendes Außengewinde aufweist, das zum Innengewinde 21 paßt.

Auch hier kann die Überwachung der Sollbruchstelle 20 mit Hilfe eines mäanderförmigen Leiters wie im Falle der Fig. 3 und 4 erfolgen. Im Unterschied zu der dort beschriebenen Ausführungsform ist jetzt allerdings die innere ringförmige Metallisierung so weit radial nach innen gezogen, daß sie mit dem Düsenkörper 1 elektrisch in Kontakt kommt. Auf diese Weise wird das Schirmpotential über den Düsenkörper 1 und die innere ringförmige Metallisierung zu einem Ende des mä­ anderförmigen Leiters geliefert. Das andere Ende des mäan­ derförmigen Leiters ist in gleicher Weise wie in den Fig. 3 und 4 über eine entsprechende äußere ringförmige Metallisie­ rung und das Kontaktelement mit dem Meßpotential verbunden.

Claims (18)

1. Einrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls, enthaltend:

• - einen Düsenkörper (1), der an seiner Düsenspitze eine Düsenelektrode (25) trägt,
• - einen Anschlußkopf, der den Düsenkörper (1) an seinem der Düsenspitze gegenüberliegenden Ende hält, und
• - wenigstens eine koaxial zur Längsachse des Düsenkörpers (1) verlaufende Nut (12, 13 bzw. 20) zur Bildung eines Sollbruchbereichs, dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Düsenkörper (1) über ein separates Verbindungselement (7; 17) mit dem Anschlußkopf verbunden ist,
• - das Verbindungselement (7; 17) aus einem spröden Material besteht, und
• - die Nut (12, 13 bzw. 20) zur Bildung des Sollbruchbereichs im Verbindungselement (7; 17) liegt.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement als koaxial zur Düsenlängsachse (A) liegende Zylinder (7) ausgebildet ist, dessen Seitenwand wenigstens eine den Sollbruchbereich (M) bildende Umfangsnut (12, 13) aufweist.

3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement als koaxial zur Düsenlängsrichtung (A) liegende Ringscheibe (17) ausgebildet ist, die wenigstens in einer ihrer ebenen Scheibenoberfläche (18, 19) mindestens eine den Sollbruchbereich bildende, koaxiale Ringnut (20) aufweist.

4. Düse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (7; 17) mit Innen- und Außengewinde versehen ist.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (7; 17) mit seinem Innengewinde auf einen zur Düse gehörenden Düsenkörper (1) aufgeschraubt und über sein Außengewinde mit dem Anschlußkopf verbindbar ist.

6. Düse nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Außengewinde ein in der Scheibenebene des Verbindungselement (17) liegender Ringflansch (23) aus bruchfestem Material aufgeschraubt ist.

7. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (7, 17) mit seinem Außengewinde in den zur Düse gehörenden Düsenkörper (1) eingeschraubt und über sein Innengewinde mit dem Anschlußkopf ( ) verbindbar ist.

8. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (7; 17) aus elektrisch isolierendem Material besteht und der Sollbruchbereich (11; 20) von einem elektrischen Leiter (14: 27) überquert wird, der beim Zerbrechen des Sollbruchbereichs (11; 20) reißt.

9. Düse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (14; 27) durch Niederschlagung elektrisch leitenden Materials gebildet ist.

10. Düse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (14; 27) den Sollbruchbereich (11; 20) in dessen Längsrichtung mäanderförmig überdeckt.

11. Düse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (14; 27) mit einem Widerstand in Reihe geschaltet und der Widerstand am Verbindungselement oder an der Düse befestigt ist.

12. Düse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (14; 27) aus Widerstandsmaterial hergestellt ist.

13. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (7; 17) aus Polyvinylensulfid besteht.

14. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (7; 17) aus Keramik besteht.

15. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie innerhalb einer die Düsenspitze freilassenden Kappe positioniert ist, die am Anschlußkopf befestigt und deren Innenfläche metallisiert ist.

16. Düse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe aus Teflon hergestellt ist.

17. Düse nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (14; 27) als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet ist.

18. Düse nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer elektrischen Überwachungsschaltung verbindbar ist, die den Strom durch den elektrischen Leiter (14; 27) und/oder den Strom zwischen Düsenspitze und Kappeninnenmetallisierung überwacht.