DE4201640C1 - Nozzle for processing workpiece e.g. by laser beam - consists of nozzle body with sensor element of e.g. copper@ attached to insulating body for contactless measurement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse zur Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Düse gehört be­ reits zum Stand der Technik (JP 21 37 686 A in: "Patents abstracts of Japan", 1990, Vol. 14/No. 375, Sec. M-1010) und enthält

• - einen Düsenkörper,
• - ein an der Spitze des Düsenkörpers angeordnetes Sensorelement zur berührungslosen Messung beispielsweise des Abstands zwi­ schen ihm und dem Werkstück oder zur Prozeßkontrolle,
• - einen Signalleitungsanschluß,
• - einen weiteren Leitungsanschluß und
• - eine erste Leitung, über die das Sensorelement mit dem Signallei­ tungsanschluß in Kontakt steht.

Wird die Düse fest mit einem Werkzeug verbunden, so ist es möglich, das Werkzeug relativ zum Werkstück zu positionieren, um das Werkstück in geeigneter Weise bearbeiten zu können. Die Positionierung erfolgt über ei­ ne Regeleinrichtung, die den gemessenen Abstand zwischen Sensorele­ ment und Werkstück als Istwert empfängt und die Lage der Düse in Ab­ hängigkeit eines Vergleichs des Istwertes mit einem vorgegebenen Sollwert steuert.

Das Werkzeug kann zum Beispiel eine Laserschneideinheit zur Erzeugung eines Laserstrahls sein, mit dem sich das Werkstück zerschneiden oder in sonstiger Weise behandeln läßt.

Der Abstand zwischen dem Sensorelement und dem Werkstück wird auf kapazitivem Wege gemessen, wozu über den Signalleitungsanschluß und die erste Leitung eine Meßspannung an das Sensorelement angelegt wird. Über den weiteren Leitungsanschluß kann ein Schirmpotential an den Dü­ senkörper angelegt werden, um die Meßspannung gegenüber äußeren Ein­ flüssen zu schützen. Das Sensorelement ist gegenüber dem Düsenkörper elektrisch isoliert.

Der Signalleitungsanschluß ist beispielsweise mit dem Innenleiter eines Koaxialkabels verbindbar, dessen äußerer Schirmleiter mit dem weiteren Leitungsanschluß verbindbar ist. Das andere Ende des Koaxialkabels ist mit einer Sensorelektronik verbunden, die zur Erzeugung der Meßspan­ nung dient, die eine Wechselspannung ist. Diese wechselformige Meß­ spannung wird an den Innenleiter des Koaxialkabels gelegt. Im Falle einer aktiven Schirmung gelangt die wechselformige Meßspannung auch an den Schirmleiter, z. B. über einen Kondensator und einen Verstärker mit dem Verstärkungsgrad V=1.

Beim Laserschneiden kann es vorkommen, daß sich durch Vibrationen während der Bearbeitung des Werkstückes das Sensorelement lockert, das die Spitze der Düse bildet und zum Beispiel aus Kupfer besteht. In die­ sem Fall kommt es zu einer schlechten Schnittqualität, und die Abstands­ regelung kann durch einen entstehenden Wackelkontakt instabil werden.

Hat andererseits ein Bediener beim Wechsel des Düsenkörpers vergessen, die Sensorelektrode in die Spitze der Düse hineinzuschrauben, so können durch entstehende Spritzer bei der Bearbeitung des Werkstückes mit Hilfe eines Laserstrahls Schäden an der Fokussierungslinse auftreten, die am Düseneingang angeordnet ist. Außerdem ist ohne Sensorelektrode keine Abstandregelung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Düse der eingangs genann­ ten Art so weiterzubilden, daß sich auf elektronischem Wege ein lockerer Sitz oder ein Fehlen des Sensorelements sicher erkennen lassen.

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

Die Düse nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß

• - das Sensorelement an einer im Abstand von der ersten Leitung lie­ genden Stelle mit einer zweiten Leitung in Kontakt steht und
• - die zweite Leitung über einen Widerstand mit dem weiteren Leitungs­ anschluß verschaltet ist.

Die Sensorelektronik kann daher in einfacher Weise den Verbindungszu­ stand zwischen Sensorelement und Düsenkörper dadurch detektieren, daß sie überprüft, ob der Stromkreis zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung mit Hilfe des Sensorelementes geschlossen ist oder nicht. Zu diesem Zweck kann sie einen Abfragestrom über den Innenleiter des Koaxialkabels, den Signalleitungsanschluß, die erste Leitung, das Sen­ sorelement, die zweite Leitung, den Widerstand, den weiteren Leitungsan­ schluß und zum Beispiel den Schirmleiter des Koaxialkabels schicken, derart, daß dieser Abfragestrom die wechselformige Meßspannung zur Er­ mittlung des Abstandes zwischen Sensorelement und Werkstück nicht be­ einflußt. Beispielsweise können wechselformige Meßspannung und Abfra­ gestrom periodisch nacheinander angelegt werden, oder es kann zur Er­ zeugung des Abfragestromes eine Abfrage-Gleichspannung der wechsel­ formigen Meßspannung überlagert werden. Dabei kann die Zeit, in der der Abfragestrom fließt, so weit ausgedehnt werden, daß auch Wackelkontak­ te zwischen Sensorelement und Düsenkörper sicher erkannt werden kön­ nen. Wird während der Abfragezeit eine Stromkreisunterbrechung detek­ tiert, so erzeugt die Sensorelektronik ein Fehler- bzw. Alarmsignal, das wenigstens zur Ausschaltung der Lasereinheit führt. Selbstverständlich läßt sich durch dieses Fehler- bzw. Alarmsignal auch die gesamte Anlage stillsetzen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Düse zu­ sätzlich einen Widerstand zwischen dem Signalleitungsanschluß und dem weiteren Leitungsanschluß.

In diesem Fall lassen sich durch die Sensorelektronik zwei Fehlersignale erzeugen, und zwar durch Überwachung der Größe des Abfragestromes. Ist zum Beispiel die Düse nicht mit der Sensorelektronik verbunden, so kann überhaupt kein Abfragestrom fließen, was zu einem Fehlersignal führt, durch das die gesamte Anlage stillgesetzt wird. Ist dagegen die Düse mit der Sensorelektronik verbunden, fehlt jedoch das Sensorelement, oder liegt ein Wackelkontakt zwischen Sensorelement und Düsenkörper vor, so fließt der Abfragestrom nur durch den zwischen dem Signalleitungsan­ schluß und dem weiteren Leitungsanschluß geschalteten Widerstand, was zu einem weiteren Fehlersignal führt, durch das wenigstens die Laser­ schneideinheit ausgeschaltet wird, um sicher zu verhindern, daß zum Bei­ spiel aufgrund eines fehlenden Sensorelementes keine Beschädigung der Optik am Eingang der Düse durch Spritzer beim Laserschneiden auftritt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorele­ ment an der Spitze eines Isolationskörpers gehalten, der am Düsenkörper befestigt ist, wobei die erste und die zweite Leitung durch den Isolations­ körper hindurchgeführt sind. Dabei sind die erste und die zweite Leitung an der Spitze des Isolationskörpers zu Kontaktflächen erweitert.

Im Betriebszustand drückt das Sensorelement im allgemeinen fest gegen diese Kontaktflächen, so daß ein guter elektrischer Kontakt zwischen ih­ nen und dem Sensorelement vorliegt. Sobald sich jedoch das Sensorele­ ment infolge von Vibrationen bei der Werkstückbearbeitung auch nur ge­ ringfügig lockert, wird die elektrische Verbindung zwischen ihm und der ersten bzw. zweiten Leitung sofort unterbrochen, so daß sich ein derarti­ ger Fehlerzustand schnell detektieren läßt.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die erste und die zweite Leitung im Bereich des Düsenkörpers jeweils einen isolierten, federnden Kontaktabschnitt, wobei diese Kontaktabschnitte gegen die entsprechenden Leitungsabschnitte drücken, die im Isolations­ körper verlaufen.

Für ein und denselben Düsenkörper stehen häufig mehrere Sensorele­ mente zur Auswahl, die sich jeweils mit ihm über einen besonderen Isola­ tionskörper verbinden lassen. Mit dem Austausch der Sensorelemente ist daher auch ein Austausch der Isolationskörper verbunden, so daß für die­ sen Fall eine einwandfreie Leitungsverbindung zwischen den im Düsen­ körper und Isolationskörper verlaufenden Abschnitten von erster und zweiter Leitung sichergestellt sein muß. Hierfür sorgen die federnden Kon­ taktabschnitte, die im Düsenkörper isoliert und fest angeordnet sind.

Der Isolationskörper kann beispielsweise aus Keramik bestehen und an seiner Spitze ein Innengewinde aufweisen, in das das düsenformige Sen­ sorelement hineingeschraubt ist. Die erweiterten Kontaktflächen von er­ ster und zweiter Leitung können sich dabei auch an gegenüberliegenden Seiten dieses Innengewindes befinden. Möglich ist auch eine entsprechen­ de Versilberung der Stirnfläche des Keramikteils.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Sensorelement auch in das stirnseitige Ende einer oberflächenisolierten Metallhülse ein­ geschraubt sein, an deren äußerem Umfang zwei voneinander beabstan­ dete Kontakteile befestigt sind, die stirnseitig gegen einen Flansch des Sensorelementes schlagen.

Ein derartiger Aufbau führt zu besonders schlanken Düsen, wie sie bei­ spielsweise für die dreidimensionale Werkstückbearbeitung erforderlich sind. In diesem Fall ist ein Kontaktteil mit dem Signalleitungsanschluß verbunden, während das andere Kontaktteil über den Widerstand mit dem weiteren Leitungsanschluß verbunden ist. Beide Kontaktteile stehen leicht über die Stirnseite der Metallhülse hinaus, damit eine einwandfreie elektrische Verbindung zur Sensorelektrode bzw. zum Sensorelement möglich ist.

Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorele­ ment in das stirnseitige Ende einer oberflächenisolierten Metallhülse ein­ gesetzt, an deren äußeren Umfang zwei voneinander beabstandete Kon­ taktteile befestigt sind, die stirnseitig gegen einen Flansch des Sensorele­ mentes schlagen, wobei das Sensorelement mittels eines oberflächeniso­ lierten Überwurfelementes gehalten ist, das mit der Außenseite der Kon­ taktteile in Eingriff steht. Vorzugsweise sind die Metallhülse und das Überwurfelement aus eloxiertem Aluminium hergestellt. Sie tragen also an ihrer gesamten Oberfläche eine elektrisch isolierende Schicht. Dabei kann das Überwurfelement als Überwurfmutter ausgebildet sein, die auf die Außenseite der Kontaktteile aufgeschraubt ist. Eine Eloxalschicht ist auch im Bereich des Innengewindes der Überwurfmutter vorhanden. Im zuletzt genannten Fall kann das Sensorelement in die Metallhülse ledig­ lich hineingesteckt oder auch hineingeschraubt sein. Das Überwurfele­ ment kann auch eine Teflonbeschichtung oder Keramikbeschichtung tra­ gen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Düse nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit ei­ nem Widerstand zur Sensorelementerkennung,

Fig. 2 eine Düse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Widerstand zur Sensorelementerkennung und ei­ nem Widerstand zur Düsenkennung,

Fig. 3 einen Düsenkörper mit federnden Kontaktabschnitten für die erste und zweite Leitung,

Fig. 4 einen Düsenkörper mit angesetztem Sensorelement und

Fig. 5 im linken Abschnitt einen Düsenkörper mit einge­ schraubtem Sensorelement und im rechten Abschnitt ei­ nen Düsenkörper mit einem Sensorelement, das von einer Überwurfmutter gehalten wird.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Düse nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Düse 1 enthält einen Düsenkörper 2, der zum Beispiel aus Metall be­ steht. An der Spitze des Düsenkörpers 2 ist ein Isolationskörper 3 befe­ stigt, beispielsweise ein Keramikkörper. Dieser Isolationskörper 3 trägt wiederum an seiner Spitze ein Sensorelement 4, das beispielsweise aus Kupfer hergestellt ist. Durch den Keramikkörper 3 sind Düsenkörper 2 und Sensorelement 4 gegeneinander elektrisch isoliert.

Die gesamte Düse 1 weist einen nicht dargestellten Innenkanal auf, durch den ein Laserstrahl und gegebenenfalls Bearbeitungsgase zur Bearbei­ tung eines Werkstückes hindurchgeführt werden.

Eine Koaxialsteckerbuchse 5 befindet sich an einer Seitenwand des Sen­ sorkörpers 2. Die Koaxialsteckerbuchse 5 weist einen Signalleitungsan­ schluß 6 und einen weiteren Leitungsanschluß 7 auf. Mit der Koaxial­ steckerbuchse 5 ist von außen ein nicht dargestellter Koaxialstecker ver­ bindbar, der an einem Ende eines Koaxialkabels angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit der Sensorelektronik verbunden ist. Der Mittelleiter des Koaxialkabels kommt dabei mit dem Signalleitungsanschluß 6 in Kontakt, während die Schirmung des Koaxialkabels mit dem weiteren Leitungsan­ schluß 7 in Verbindung steht. Die Schirmung kann beispielsweise auf Massepotential oder auf aktivem Potential liegen, wie bereits erwähnt.

Zur kapazitiven Messung des Abstandes zwischen dem Sensorelement 4 und dem Werkstück wird von der Sensorelektronik über den Mittelleiter des Koaxialkabels sowie über den Signalleitungsanschluß 6 ein wechsel­ formiges Meßsignal (Meßspannung) zum Sensorelement 4 übertragen, das in herkömmlicher Weise ausgewertet wird. Beispielsweise läßt sich seine Amplitude zur Abstandsbestimmung erfassen, wenn es eine feste Frequenz aufweist.

Die Übertragung des wechselformigen Meßsignals vom Signalleitungsan­ schluß 6 zum Sensorelement 4 erfolgt über eine erste Leitung 8, die sich vom Signalleitungsanschluß 6 zum Sensorelement 4 erstreckt und zum ei­ nen Teil innerhalb des Düsenkörpers 2 sowie zum anderen Teil innerhalb des Isolationskörpers 3 verläuft. Da der Isolationskörper 3 vom Düsenkör­ per 2 abnehmbar ist, befindet sich an der Verbindungsstelle ein erster Kontakt 9 zur Verbindung der beiden Leitungsabschnitte der ersten Lei­ tung 8. An der Spitze des Isolationskörpers 3 ist die erste Leitung 8 zu einer Kontaktfläche 10 erweitert, um einen guten elektrischen Kontakt zum Sensorelement 4 herstellen zu können.

Das Sensorelement 4 ist an einer im Abstand von der ersten Leitung 8 lie­ genden Stelle mit einer zweiten Leitung 11 in Kontakt, die ebenfalls im Iso­ lationskörper 3 verläuft. Diese zweite Leitung 11 ist an der Spitze des Iso­ lationskörpers 3 zu einer zweiten Kontaktfläche 12 erweitert, um einen gu­ ten Kontakt mit dem Sensorelement 4 herstellen zu können. Erste und zweite Kontaktfläche 10 und 12 können beispielsweise aus Silber beste­ hen. Das Sensorelement 4 bildet dabei praktisch eine Brücke zwischen diesen beiden Kontaktflächen 10 und 12.

Das andere Ende der zweiten Leitung 11 wird über einen zweiten Kontakt 13, der zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Isolationskörpers angeord­ net ist, in den Düsenkörper 2 hineingeführt und ist dort mit einem Ende eines Widerstandes 14 verbunden. Das andere Ende dieses Widerstandes 14 ist über einen weiteren Abschnitt der zweiten Leitung 11 zum Beispiel mit dem weiteren Leitungsanschluß 7 der Koaxialsteckerbuchse 5 verbun­ den. Statt mit dem zweiten Leitungsanschluß 7 kann dieses Ende der Lei­ tung 11 auch direkt mit dem Düsenkörper 2 verbunden sein, wenn dieser aus Metall besteht und ebenfalls auf Erd- bzw. Schirmpotential liegt.

Um zu erkennen, ob das Sensorelement 4 in vorschriftsmäßiger Weise mit dem Isolationskörper 3 verbunden ist, wird von der Sensorelektronik über den Signalleitungsanschluß 6 ein Abfragestrom (Abfragespannung) gelie­ fert. Liegt eine ordnungsgemäße Verbindung des Sensorelementes 4 mit dem Isolationskörper 3 vor, so fließt dieser Abfragestrom vom Signallei­ tungsanschluß 6 über die erste Leitung 8, das Sensorelement 4, die zweite Leitung 11 und den Widerstand 14 zurück zu dem weiteren Leitungsan­ schluß 7 der Koaxialsteckerbuchse 5. Da die Größe des Widerstandes 14 und die der Abfragespannung bekannt sind, läßt sich auf diese Weise überprüfen, ob ein ordnungsgemäßer elektrischer Kontakt zwischen dem Sensorelement 4 und der ersten Kontaktfläche 10 bzw. der ersten Leitung 8 vorhanden ist. Ein derartiger Kontakt ist erforderlich, um eine einwand­ freie Abstandsregelung vornehmen zu können, oder allgemeiner eine ein­ wandfreie Abstandsmessung oder Prozeßkontrolle durchführen zu kön­ nen.

Hat sich dagegen infolge von Vibrationen oder anderer Erscheinungen das Sensorelement 4 gelockert, oder ist es ganz aus dem Isolationskörper 3 herausgefallen, so werden die erste Leitung 8 und die zweite Leitung 11 nicht mehr durch das Sensorelement 4 überbrückt, so daß der Abfrage­ strom nicht mehr fließen kann. Dieser Zustand wird durch die Sensorelek­ tronik detektiert, die daraufhin ein Fehler- bzw. Alarmsignal erzeugt. Die­ ses Alarmsignal kann dazu benutzt werden, wenigstens den Laser auszu­ schalten, um eine Beschädigung des Werkstückes oder anderer Bauteile, beispielsweise der Optik oberhalb der Düse, zu verhindern.

Wie bereits erwähnt, beeinflussen sich der Abfrage-Gleichstrom (Abfrage- Gleichspannung) und das wechselformige Meßsignal gegenseitig nicht, da die Meßkapazität zwischen dem Signalleitungsanschluß 6 bzw. Mittellei­ ter des Koaxialkabels und dem zu bearbeitenden Werkstück liegt, während der Widerstand letztlich zwischen dem Mittelleiter des Koaxialkabels bzw. dem Signalleitungsanschluß 6 und dem weiteren Leitungsanschluß 7 bzw. Schirmleiter zu liegen kommt. Da der Abstandsmeßwert nur aus dem wechselförmigen Meßsignal generiert wird, das entsprechend gefiltert werden kann, wird er durch die am Signalleitungsanschluß 6 liegende Gleichspannung bzw. Abfragespannung nicht beeinflußt.

In der Fig. 2 ist eine Düse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben.

Bei der Düse nach Fig. 2 befindet sich zwischen dem Signalleitungsan­ schluß 6 und dem weiteren Leitungsanschluß 7 der Koaxialsteckerbuchse 5 ein Kennungswiderstand 15, der praktisch parallel zu der Reihenschal­ tung liegt, die aus Widerstand 14 und einem Schalter besteht, der durch die Elemente 4, 10 und 12 gebildet ist.

Durch die Kombination der Widerstände 14 und 15 lassen sich verschiede­ ne Zustande der Düse ermitteln, und zwar durch Überprüfung des Abfra­ ge-Gleichstroms durch die Sensorelektronik.

Ist keine Düse 1 mit dem Koaxialkabel über die Koaxialsteckerbuchse 5 verbunden, so fließt kein Abfragestrom, was die Sensorelektronik veran­ laßt, ein Alarmsignal zu erzeugen und die gesamte Anlage stillzusetzen. Ist dagegen die Düse 1 mit dem Koaxialkabel bzw. der Sensorelektronik ver­ bunden, hat sich jedoch das Sensorelement 4 am Isolationskörper 3 ge­ lockert oder sich von diesem gelöst, so ist eine ordnungsgemäße Abstands­ messung bzw. Abstandsregelung nicht mehr möglich. In diesem Fall wird die Größe des Sensorstromes nur durch den Kennungswiderstand 15 be­ stimmt, so daß sich ein zweites Fehlersignal erzeugen läßt, das den fehler­ haften Betriebszustand des Sensorelements 4 angibt. Bei ordnungsgemä­ ßer Verbindung von Sensorelement 4 und Isolationskörper 3 wird dagegen der Abfragestrom durch die Kombination der Widerstände 14 und 15 fest­ gelegt, so daß in diesem Fall kein Fehlersignal generiert wird.

Wie bereits erwähnt, läßt sich der Isolationskörper 3 vom Düsenkörper 2 abnehmen, so daß Kontakte zur Verbindung der jeweiligen Leitungsab­ schnitte von erster und zweiter Leitung 8 bzw. 11 vorhanden sein müssen. Diese Kontaktabschnitte werden durch die Kontakte 9 und 13 gebildet, die zum Beispiel federnd ausgelegt sein können. Es lassen sich somit ver­ schiedene Isolationskörper 3 mit unterschiedlichen Sensorelementen 4 an den Düsenkörper 2 ansetzen, wobei die Isolationskörper 3 an der dem Dü­ senkörper 2 gegenüberliegenden Flache alle gleich ausgebildet sind.

Die Fig. 3 zeigt den genaueren Aufbau des Düsenkörpers 2. Gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Düsenkörper 2 besteht im wesentlichen aus einem konisch verlaufen­ den Düsenteil 16, das aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Stahl, hergestellt ist. Am äußeren Umfang des dickeren Endes des Dü­ senteils 16 befindet sich eine Befestigungshülse 17, die außen zylindrisch ausgebildet ist und ein Außengewinde 18 trägt. Düsenteil 16 und Befesti­ gungshülse 17 sind fest miteinander verbunden, so daß die gesamte Düse über das Außengewinde 18 in eine Halterung eingeschraubt werden kann.

Am spitzen Ende des Düsenteils 16 befindet sich umfangsseitig ein ring­ förmiger Kanal 19, der zur Aufnahme elektrischer Leitungen dient. In die Außenwandung 20 des ringförmigen Kanals 19 ist die Koaxialstecker­ buchse 5 (siehe Fig. 1 und 2) eingesetzt, die außen mit einem Koaxial­ kabel verbindbar ist. Der ringförmige Kanal 19 besteht ebenfalls aus elek­ trisch leitendem Material, wobei der weitere Leitungsanschluß 7 der Ko­ axialsteckerbuchse 5 direkt mit der Außenwandung 20 in elektrischem Kontakt steht. Auf diese Weise wird das Schirmpotential an den ringförmi­ gen Kanal 19 und über diesen an das Düsenteil 16 gelegt. Düsenteil 16 und ringförmiger Kanal 19 stehen beispielsweise über ein Außengewinde 21 des Düsenteils 16 in elektrisch leitender Verbindung, auf das der ringför­ mige Kanal 19 aufgeschraubt ist.

In die Bodenfläche 22 des ringförmigen Kanals 19 sind die Kontakte 9 und 13 schräg nach unten weisend eingelassen. Die Kontakte 9 und 13 sind ge­ genüber dem ringförmigen Kanal 19 bzw. der Bodenfläche 22 elektrisch isoliert, und zwar über Isolierhülsen 23, in denen die Kontakte 9 und 13 zu liegen kommen. Die Kontakte 9 und 13 weisen an ihrer der Düsenspitze zu­ gewandten Stirnfläche jeweils ein federndes Kontaktelement 24 auf, daß in Axialrichtung der Kontakte 9 und 13 verschiebbar ist.

An den den Kontaktelementen 24 gegenüberliegenden Stirnflächen der Kontakte 9 und 13 sind mit diesen die Abschnitte von erster und zweiter Leitung 8 und 11 verbunden. Der Abschnitt der Leitung 8 in Fig. 3 ist un­ mittelbar mit dem Signalleitungsanschluß 6 der Koaxialsteckerbuchse 5 verbunden, während der Abschnitt der Leitung 11 in Fig. 3 mit einem Ende des in Fig. 3 nicht dargestellten Widerstandes 14 verbunden ist. Der Rest der elektrischen Schaltung ist entweder entsprechend der Fig. 1 oder der Fig. 2 aufgebaut.

An der Spitze des Düsenkörpers 2 ist ein Ansatz 25 vorhanden, auf den der Isolationskörper 3 aufsetzbar ist. Ferner befindet sich ein zylindrischer Ansatz 26 an der unteren Seite der Bodenfläche 22. Dieser Ansatz 26 weist ein Außengewinde 27 auf, auf das eine in Fig. 4 dargestellte Überwurfmut­ ter aufschraubbar ist, um den Isolationskörper 3 am Düsenkörper 2 zu be­ festigen, wie noch ausgeführt wird.

Die Fig. 4 zeigt den Düsenkörper 2 nach Fig. 3 mit daran angesetztem Sen­ sorelement 4.

Der Düsenkörper 2 wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 beispiels­ weise mit Hilfe eines Flansches 28 gehalten, der auf das Außengewinde 18 aufgeschraubt wird, nachdem der Düsenkörper mit seiner Befestigungs­ hülse 17 durch eine geeignete Öffnung eines nicht dargestellten Trägerele­ ments geschoben worden ist.

Wie die Fig. 4 erkennen läßt, ist auf den Ansatz 25 des Düsenkörpers 2 der Isolationskörper 3 aufgesetzt, der zum Beispiel aus Keramik besteht. Mit Hilfe einer Überwurfmutter 29 wird dieser Isolationskörper 3 gegen den Düsenkörper 2 bzw. Ansatz 25 gezogen, wozu die Überwurfmutter 29 über einen Flansch 30 des Isolationskörpers 3 greift und andererseits auf das Außengewinde 27 des zylindrischen Ansatzes 26 aufgeschraubt ist. Der Isolationskörper 3 weist eine axiale Durchgangsbohrung auf, die an seiner Spitze mit einem Innengewinde 31 versehen ist. In dieses Innengewinde 31 ist mit einem entsprechenden Außengewinde das Sensorelement 4 hinein­ geschraubt, das zum Beispiel aus Kupfer besteht. Das Sensorelement 4 weist eine axiale Durchgangsöffnung 32 auf, durch die der Laserstrahl und gegebenenfalls ein Bearbeitungsgas hindurchtreten.

Die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 24 der Kon­ takte 9 und 13 einerseits und dem Sensorelement 4 andererseits erfolgt durch Abschnitte der ersten und zweiten Leitung 8 und 11, die innerhalb des Isolationskörpers 3 verlaufen. Zu diesem Zweck befinden sich inner­ halb des Isolationskörpers 3 zum Beispiel aneinander gegenüberliegen­ den Seiten Hohlkanäle, durch die die Leitungen 8 und 11 hindurchgezogen sind. An den Austrittsflächen der Hohlkanäle sind die Leitungen 8 und 11 zu Kontaktflächen erweitert, die in Fig. 4 mit den Bezugszeichen 10 und 12 bezeichnet sind. Auch an den gegenüberliegenden Enden dieser Leitungs­ abschnitte können derartige Kontaktflächen vorhanden sein, gegen die dann die Kontaktelemente 24 drücken. Die Kontaktflächen 10 und 12 be­ finden sich an der unteren Stirnseite des Isolationskörpers 3 und kommen in Kontakt mit dem Sensorelement 4, wenn dieses fest in das Innengewinde 31 hineingeschraubt ist und gegen die Stirnfläche des Isolationskörpers 3 drückt. Sollte sich das Sensorelement 4 aus irgendeinem Grunde lockern oder vom Isolationskörper 3 abfallen, so öffnet sich der Leitungskontakt zwischen dem Sensorelement 4 und den Kontaktflächen 10 und 12, was zur Unterbrechung des Stromkreises für den Abfragestrom führt. Es wird dann das bereits erwähnte Fehlersignal generiert.

Das Fehlersignal wird auch dann erzeugt, wenn beispielsweise versehent­ lich die Düse gegen ein Hindernis gefahren wird und infolgedessen der Ke­ ramikkörper 3 zerbricht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßem Düse ist in der Fig. 5 gezeigt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Sensorelement 4a in das stirnseiti­ ge Ende einer oberflächenisolierten Metallhülse hineingeschraubt, die das Bezugszeichen 33 trägt. Zu diesem Zweck trägt ein Ansatz 4b des Sensore­ lements 4a ein Außengewinde 34, das in ein Innengewinde 35 der Metall­ hülse 33 greift. Auf dem Außenumfang der Metallhülse 33 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten metallische Kontaktteile 36, 37, die gegenein­ ander isoliert und mit der Metallhülse 33 fest verbunden sind. Die Kon­ taktteile 36 und 37 sind auch gegenüber der Metallhülse 33 elektrisch iso­ liert, die ihrerseits gegenüber dem Sensorelement 4a elektrisch isoliert ist, und zwar durch die isolierende Oberflächenbeschichtung, die beispiels­ weise eine Eloxalschicht sein kann, wenn das Element 33 aus Aluminium besteht. Die metallischen Kontaktteile 36 und 37 ragen etwas über die stirnseitige Endfläche der Metallhülse hinaus und schlagen gegen einen Flansch 4c des Sensorelementes 4a, wenn dieses ganz in die Metallhülse 33 hineingeschraubt ist. Ferner sind die metallischen Kontaktteile 36 und 37 jeweils über die ersten bzw. zweiten Leitungen 8 und 11 in derselben Weise verschaltet, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Löst sich das Sensorelement 4a von der Metallhülse 33, so hebt sich der Flansch 4c von den Spitzen der Kontaktteile 36 und 37 ab, was zur Stromkreisunter­ brechung führt, und damit zur Erzeugung des bereits erwähnten Fehler­ signals.

Die metallische Hülse 33 selbst kann auch auf Schirm- bzw. Erdpotential liegen, ebenso wie eine äußere Hülse 38, die die Hülse 33 und die Kontakt­ teile 36 und 37 konzentrisch umgibt. Zur Stabilisierung der Anordnung in­ nerhalb der äußeren Hülse 38 kann zwischen ihr und den Kontaktteilen 36 und 37 eine weitere Hülse 39 vorhanden sein, die eine elektrisch isolieren­ de Oberflächenbeschichtung trägt, um einen Kurzschluß zwischen der äu­ ßeren Hülse 38 und den Kontakthaltern 36 und 37 zu verhindern. Diese weitere Hülse 39 kann ebenfalls eine eloxierte Aluminiumhülse sein, die den Spalt zwischen den äußeren Kontaktteilen 36 und 37 und der äußeren Hülse 38 ausfüllt.

Die Kontaktteile 36 und 37 können beispielsweise auf den Außenumfang der Metallhülse 33 aufgeklebt sein.

Im Bereich des Sensorelementes 4a zeigt die Fig. 5 im rechten Teil eine wei­ tere Ausgestaltung der Erfindung. So kann das Sensorelement 4a durch eine Überwurfmutter 40 gegen die Spitze der Hülse 33 gezogen werden. Da­ zu hintergreift die Überwurfmutter 40 den Flansch 4c und wird mit einem nicht dargestellten Innengewinde auf ein spitzenseitiges Außengewinde der metallischen Kontaktteile 36 und 37 aufgeschraubt. Die Überwurf­ mutter 40 trägt wenigstens im Berührungsbereich mit dem Sensorelement 4a und den Kontaktteilen 36 und 37 eine elektrisch isolierende Oberflä­ chenbeschichtung, beispielsweise eine Eloxalschicht, wenn sie aus Alu­ minium besteht. Bei Verwendung der Überwurfmutter 40 kann das Sen­ sorelement 4a auch nur in die Hülse 33 eingesteckt sein, ohne daß dann dort ein Gewinde vorhanden sein muß.

In der Fig. 5 ist ein Werkstück mit dem Bezugszeichen 41 versehen. Ein La­ serstrahl durchsetzt die gesamte Düse und tritt durch einen Kanal 42 aus der Spitze des Sensorelements 4a aus. Der Laserstrahl trägt das Bezugs­ zeichen L. Seine Fokussierungsoptik (nicht dargestellt) befindet sich im Eingangsbereich der Düse.

Claims (12)

1. Düse zur Bearbeitung eines Werkstücks, mit

• - einem Düsenkörper (2),
• - einem an der Spitze des Düsenkörpers (2) angeordneten Sensorele­ ment (4, 4a) zur berührungslosen Messung,
• - einem Signalleitungsanschluß (6),
• - einem weiteren Leitungsanschluß (7) und
• - einer ersten Leitung (8), über die das Sensorelement (4, 4a) mit dem Signalleitungsanschluß (6) in Kontakt steht,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Sensorelement (4, 4a) an einer im Abstand von der ersten Leitung (8) liegenden Stelle mit einer zweiten Leitung (11) in Kontakt steht und
• - die zweite Leitung (11) über einen Widerstand (14) mit dem weiteren Leitungsanschluß (7) verschaltet ist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätz­ lich einen Widerstand (15) zwischen dem Signalleitungsanschluß (6) und dem weiteren Leitungsanschluß (7) enthält.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (4) an der Spitze eines Isolationskörpers (3) gehalten ist, der am Düsenkörper (2) befestigt ist, und daß die erste und zweite Leitung (8, 11) durch den Isolationskörper (3) hindurchgeführt sind.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Leitung (8, 11) an der Stirnfläche des Isolationskörpers (3) zu Kontaktflächen (10, 12) erweitert sind.

5. Düse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (4) in ein Innengewinde (31) des Isolationskörpers (3) hin­ eingeschraubt ist.

6. Düse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (10, 12) an gegenüberliegenden Seiten des Innengewindes (31) liegen.

7. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Leitung (8, 11) im Bereich des Düsenkörpers (2) jeweils einen isolierten, federnden Kontaktabschnitt (9, 13) enthalten, die gegen die entsprechenden Leitungsabschnitte drücken, die im Isolations­ körper (3) verlaufen.

8. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (3) aus Keramik besteht.

9. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (4a) in das stirnseitige Ende einer oberflächenisolierten Metallhülse (33) geschraubt ist, an deren äußerem Umfang zwei voneinan­ der beabstandete Kontaktteile (36, 37) befestigt sind, die stirnseitig gegen einen Flansch (4c) des Sensorelements (4a) schlagen.

10. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (4a) in das stirnseitige Ende einer oberflächenisolierten Metallhülse (33) eingesetzt ist, an deren äußerem Umfang zwei voneinan­ der beabstandete Kontaktteile (36, 37) befestigt sind, die stirnseitig gegen einen Flansch (4c) des Sensorelements (4a) schlagen, und daß das Sensor­ element (4a) mittels eines oberflächenisolierten Überwurfelements (40) gehalten ist, das mit der Außenseite der Kontaktteile (36, 37) in Eingriff steht.

11. Düse nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (33) und das Überwurfelement (40) aus eloxiertem Aluminium bestehen.