DE4317384A1 - Laserbearbeitungskopf und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vor liegende Erfindung bezieht sich auf einen Laserbearbeitungskopf, bei dem der Laser ein Werkstück durch Konzentrieren und Projizieren eines Laserstrahls sowie durch Zuführen von Schneidgas schneidet oder schweißt; und sie bezieht sich auf ein entsprechendes Betriebsverfahren.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Laserschneidkopfes, wie er in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho. 63-273588 dargestellt ist.

In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Laserstrahl, 2 eine Schneidlinse zum optischen Konzentrieren des Laserstrahls, und 3 einen beweglichen Halter, der die Schneidlinse 2 hält. Der Halter 3 ist in den äußeren Zylinder 4 eingefügt und in beiden Richtungen zusammen mit der Linse in der Achse des Laserstrahls 1 beweglich angeordnet. Zähne 3a sind in eine Seitenfläche des Halters zum Eingreifen in ein Schneckenrad 6 eingearbeitet. Ein Motor 5 treibt über einen Schneckenmechanismus, bestehend aus dem Schneckenrad 6 und den Zähnen 3a, den beweglichen Halter 3 an. Der Motor 5 und der Schneckenmechanismus bilden einen Antriebsteil zum Antreiben des beweglichen Halters 3. Eine Dichtung 7, die als Abdichtung für das Schneidgas 9 dient, dient auch als Führung für den beweglichen Halter 3. Eine Düse 8, die ein Düsenende 8a umfaßt, richtet einen Laserstrahl auf ein Werkstück 10, nachdem der Strahl durch die Schneidlinse 2 konzentriert wurde. Die Düse 8 umfaßt weiter einen Schneidgasversorgungsstutzen 8b zur Entgegennahme des Schneidgases 9 und zum zielgerichteten Blasen desselben auf das Werkstück 10. Die Bezugszeichen 2a und 2b bezeichnen Positionen der Schneidlinse 2 im Bewegungsbereich, während die entsprechenden Brennpunkte des Laserstrahls durch 11a und 11b bezeichnet sind. Typischerweise ist das vom Zylinder 4 in Laserquellenrichtung definierte Volumen dem Atmosphärendruck ausgesetzt.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Laserschneidkopfes gemäß Fig. 5 beschrieben. Der Laserstrahl 1 wird optisch durch die Schneidlinse 2 konzentriert und auf das Werkstück 10 projiziert. Das Schneidgas 9, bei dem es sich beim Schneiden von Aluminium im allgemeinen um trockene Luft handelt, wird vom Stirnende 8a der Düse 8 her in der gleichen Achse auf das Werkstück 10 gerichtet, ebenso wie der konzentrierte Laserstrahl 1.

Nunmehr wird der Schneidablauf des Laserschneidkopfes beschrieben. Wenn sich die Schneidlinse 2 in der Position 2a befindet, liegt der entsprechende Brennpunkt 11a auf der Oberfläche des Werkstückes 10, um das Werkstück 10 im Schneidstart zu bohren. Wenn ein Loch gebohrt wird, wird der Motor aufgrund eines von einem nicht dargestellten numerischen Steuergerät gelieferten Steuersignals angetrieben, um den beweglichen Halter 3 durch das Schneckenrad 6 auf das Werkstück 10 zuzubewegen. Die Schneidlinse 2 bewegt sich in die Position 2b und der entsprechende Brennpunkt 11b gelangt zum Boden des Werkstückes 10.

In dieser Lage des Brennpunktes 11b erfolgt das Laserschneiden relativ zum gebohrten Loch. Da zu diesem Zeitpunkt der Schneidgasdruck groß genug sein muß, um das durch die Laserenergie geschmolzene Material zur Bodenoberfläche des Werkstückes 10 zu blasen, muß der innere Gasdruck der Düse 8 auf einen extrem hohen Druck gebracht werden, beispielsweise auf einen Druck im Bereich zwischen 5 kgG/cm² und 9 kgG/cm².

Entsprechend wird ein hoher Schneidgasdruck auf die Abschnitte A der Linse und des Linsenhalters aufgebracht, die in der Zeichnung mit Pfeilen (↑) markiert. Wenn die Schneidlinse beispielsweise einen Durchmesser von 50 mm besitzt und der aufgebrachte Schneidgasdruck 8 kgG/cm² beträgt, beläuft sich der Schub, der den beweglichen Halter 3 durch den Schneidgasdruck zur Auftreffseite des Laserstrahls 1 hin drückt (obere Seite in der Zeichnung) annähernd 300 kgf, weil der Außendurchmesser des die Schneidlinse 2 haltenden beweglichen Halters 3 annähernd 70 mm beträgt. Der Motor 5, das Schneckenrad 6 und weitere Teile, die den Antriebsteil zum Verschieben des beweglichen Halters 3 bilden, müssen dementsprechend so bemessen sein, daß sie einer noch größeren Kraft bzw. größerem Schub standhalten können.

Bei dem wie beschrieben aufgebauten herkömmlichen Laserschneidkopf sind die düsenseitigen Endabschnitte der Schneidlinse und des beweglichen Halters, der die Schneidlinse trägt, einer verhältnismäßig starken Kraft ausgesetzt, die vom Schneidgas herrührt, das durch den Schneidgasversorgungsstutzen zugeführt wird und von der Düsenspitze her zum Aufstrahlen auf das Werkstück durch die Düse strömt. Demgegenüber steht das entgegengesetzte Ende des Halters und der Linse nur mit dem umgebenden Luftdruck in Berührung. Entsprechend muß die Antriebseinrichtung, bestehend aus dem Motor, dem Schneckenrad und anderen Teilen, zur Durchführung der Hin- und Herbewegung des beweglichen Halters in der Richtung des Laserstrahls dimensionsmäßig relativ groß ausfallen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem Stande der Technik verbundenen Nachteile durch Schaffung eines Laserschneidkopfes mit einem Halter zu überwinden, der als Reaktion auf eine kleine Antriebskraft bewegt werden kann, und der von einer Antriebseinrichtung bewegt wird, die eine relativ geringe Größe besitzt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, auf einer Seite der beweglichen Linsenhalterstruktur einen Gegendruck vorzusehen, der dazu dient, den vom Schneidgas an der entgegengesetzten Seite der Linse und des Linsenhalters erzeugten Druck zu kompensieren.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, an einer Seite der beweglichen Linsenhalterstruktur Gegendrücke vorzusehen, die entweder von einer getrennten Gasquelle oder von der gleichen Gasquelle aufgebracht werden, welche zur Speisung des Schneidgases benutzt wird.

Diese und weitere Ziele werden durch eine erste Ausführungsform erreicht, bei der ein Laserschneidkopf sowohl eine Düse, als auch eine Linse in einem Halter aufweist, der durch eigen mechanischen Antrieb entlang der Laserstrahlachse beweglich ist und einen Arbeitsgasversorgungsstutzen an der Düsenseite des Kopfes trägt. Der Kopf weist weiter eine ringförmige Nut, die durch einen inneren und äußeren, jeweils konzentrisch angeordneten Zylinder definiert ist, und einen Antriebsgasversorgungsstutzen auf, der im äußeren Zylinder an der Laserversorgungsseite des Kopfes angebracht ist. Ein ringförmiger Kolben ist am Laserstrahlauftreffseitenende des beweglichen Linsenhalters gebildet und in der ringförmigen Nut angebracht. Der Kolben kann durch den Druck des Treibgases, das durch den Treibgasversorgungsstutzen geliefert wird, zur Düsenseite des Kopfes hingedrückt werden.

Als weiteres Merkmal des Laserschneidkopfes entspricht die Druckbeaufschlagungsfläche des ringförmigen Kolbens für das Antriebsgas im wesentlichen der Druckbeaufschlagungsfläche des Schneidgases, die aus den düsenseitigen Endabschnitten der Schneidlinse und dem beweglichen Halter besteht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß ein Teil des der Kopfdüse zugeführten Schneidgases abgezweigt wird, um als Antriebsgas geliefert zu werden, wodurch die Kraft, die gegen den ringförmigen Kolben drückt, so aufgebracht wird, daß sie unabhängig von den Änderungen des Druckes des Schneidgases und des Antriebsmotors den Druck ausgleicht, der auf die düsenseitigen Endabschnitte der Schneidlinse und des beweglichen Halters wirkt.

Ein weiteres Merkmal ist ein Laserschneidkopf, der Gaszylinder zur Lieferung eines Antriebsgasdruckes aufweist, der einen beweglichen Linsenhalter in Richtung einer Kopfdüse drückt, wodurch der Kraft eines Arbeitsgases, das auf die düsenseitigen Endabschnitte der Linse und des beweglichen Halters wirkt, mindestens nur das Treibgas oder dieses kombiniert mit einer mechanischen Antriebseinrichtung entgegengesetzt wird, um den beweglichen Halter sensibel in Richtung des Laserstrahls zu bewegen.

Schließlich besteht ein zusätzliches Merkmal in der Abzweigung eines Teils des der Düse zugeführten Schneidgases als Antriebsgas für eine zusätzliche Versorgung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Laserschneidkopfes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Laserschneidkopfes gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Laserschneidkopfes gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Laserschneidkopfes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Laserschneidkopfes des Standes der Technik.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, in der Bezugszeichen, die denen der Ausführungsform des Standes der Technik bzw. entsprechender Teile gleichen, identische oder entsprechende Teile bezeichnen.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines Laserschneidkopfes. Gemäß dieser Zeichnung ist der bewegliche Halter 13, der die Schneidlinse 2 zum Konzentrieren des Laserstrahls 1 haltert, beweglich in einem äußeren Zylinder 14 angeordnet. Der Halter 13 wird in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung entlang der Achse des Laserstrahls 1 bewegt (senkrecht bewegbar in der Zeichnung). Zähne 13a sind in die Seitenfläche des beweglichen Halters 13 zum Eingreifen in die Schnecke 6 eingearbeitet. Ein ringförmiger Kolben 13b ist an einem Ende des beweglichen Halters 13 angebracht. An einem Ende des äußeren Zylinders 14 ist die Düse 8 befestigt, während der bewegliche Halter 13 verschiebbar in die Hülse eingefügt ist. Eine ringförmige Nut 14a dient zur Aufnahme des ringförmigen Kolbens 13b des beweglichen Halters 13. Der ringförmige Kolben 13b ist gleitend in die im äußeren Zylinder 14 gebildete ringförmige Nut 14a eingefügt und durch O-Ringe 16, 17 abgedichtet.

Ein Gas 15 (beispielsweise Werksluft oder dergleichen) wird von außerhalb als Antriebsgas zum Verstellen des ringförmigen Kolbens 13b zugeführt und mit einstellbarem Druck geliefert. Die in der Zeichnung mit Pfeilen markierten Abschnitte A zeigen eine Druckbeaufschlagungsoberfläche für das Schneidgas 9, die sich über die zur Düse 8 hinweisenden Endflächen der Schneidlinse 2 und des beweglichen Zylinders 13 erstrecken, der die Schneidlinse 2 haltert. Der in der Zeichnung mit Pfeilen markierte Abschnitt B zeigt die Druckbeaufschlagungsoberfläche für ein äußeres Antriebsgas 15 auf dem ringförmigen Kolben 13b.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Laserschneidkopfes gemäß Fig. 1 beschrieben. Das Laserschneidverfahren wird nicht beschrieben, da es mit dem des Standes der Technik übereinstimmt, so daß nur das Verfahren zum Aufbringen von Gegendrücken beschrieben wird. Gemäß Fig. 1 tritt beim Laserschneiden das Schneidgas 9 in die Düse 8 ein, wobei der Gasdruck in der Düse auf 5 bis 9 kgG/cm² eingestellt ist. Dementsprechend wird an der Druckbeaufschlagungsoberfläche an den zur Düse 8 weisenden Endflächen der Schneidlinse 2 und am beweglichen Halter 13, der die Schneidlinse 2 trägt, das heißt, an den in der Zeichnung mit Pfeilen markierten Abschnitten A, ein Schub erzeugt, der den ringförmigen Kolben 13b in der Zeichnung nach oben drückt.

Da gleichzeitig das äußere Gas (beispielsweise Werksgas) als Antriebsgas 15 an die durch die ringförmige Nut 14a zwischen dem äußeren Zylinder 14 und dem ringförmigen Kolben 13b gebildete kleine Kammer geleitet wird, erzeugt das Gas einen Schub, der den ringförmigen Kolben 13b nach unten drückt und dabei auf die Druckbeaufschlagungsoberfläche des ringförmigen Kolbens 13b für das Antriebsgas 15 wirkt, das heißt, auf den in der Zeichnung mit Pfeilen markierten Abschnitt B. Unter Vernachlässigung der Reibung, des Widerstandes, etc. des Schneidlinsenantriebsteils wird auf den Antriebsteil folgende Nettokraft ausgeübt:

(Fläche der Abschnitte A)×Schneidgasdruck)
- (Fläche des Abschnittes B)×(äußerer Gasdruck).

Während im Vergleich zum Stande der Technik, bei dem nur die Kraft: (Fläche der Abschnitte A)×(Schneidgasdruck) auf den Antriebsteil wirkt, wird der bei der vorliegenden Erfindung auf den Antriebsteil wirkende Nettodruck durch die Gegenkraft: (Fläche des Abschnittes B)×(äußerer Gasdruck) verringert.

Falls aufgrund struktureller Begrenzungen des Gerätes die Fläche des Abschnittes B nicht ausreicht, kann der Druck des Antriebsgases 15 so eingestellt werden, daß die resultierende Kraft, die aus der Differenz zwischen dem vom Schneidgas 9 erzeugten Schub und dem vom Antriebsgas 15 erzeugten Druck hervorgeht, optimal verringert und sogar zum Verschwinden gebracht wird.

Wie oben beschrieben, weist der in Fig. 1 dargestellte Laserschneidkopf eine kleine Kammer auf, die durch die ringförmige Nut 14a und den Abschnitt des ringförmigen Kolbens 13b an der Laserstrahlauftreffseite der Schneidlinse 2 definiert ist. Der Kolben 13b ist mechanisch mit der Schneidlinse 2 durch die Struktur des beweglichen Halters 13 verbunden. Wenn also von außen ein Antriebsgasdruck in die kleine Kammer eingebracht wird, wird der ringförmige Kolben 13b mit einer Kraft beaufschlagt, die der durch den Schneidgasdruck von der Werkstückoberflächenseite (Seite der Düse 8) der Schneidlinse 2 her erzeugten Kraft entgegengerichtet ist. Die vom Antriebsteil erzeugte Kraft braucht also nur die aus den einander entgegengerichteten Drücken resultierende Nettokraft überwinden und kann im Vergleich zum Stande der Technik extrem klein gemacht werden.

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 beschrieben, die eine Querschnittsansicht eines Laserschneidkopfes darstellt. Gemäß der Zeichnung wird das Schneidgas 9 an die Düse 8 geliefert und weiter als Antriebsgas zur Lieferung an eine kleine Kammer abgezweigt, die aus dem ringförmigen Kolben 13b und der ringförmigen Nut im äußeren Zylinder 14 gebildet ist. Der in Fig. 2 dargestellte Laserschneidkopf ist im Aufbau dem in Fig. 1 dargestellten Kopf gleich, mit Ausnahme der Rohrleitung 18 für das in die kleine Kammer zu liefernde Antriebsgas, wobei die Kammer aus dem ringförmigen Kolben 13b und der ringförmigen Nut 14a im äußeren Zylinder 14 gebildet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Druckbeaufschlagungsfläche des ringförmigen Kolbens 13b im wesentlichen der Summe der Druckbeaufschlagungsflächen an der Werkstückoberflächenseite (Seite der Düse 8) der Schneidlinse 2, und der Haltestruktur der Schneidlinse 2 entspricht. Wenn die Flächen verschieden sind, können Ventile 19, 20 in die Rohrleitung 18 eingebaut werden, um das gewünschte Druckniveau herzustellen.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Laserschneidkopfes der Fig. 2 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird das Schneidgas 9 zur Beschickung der kleinen Kammer abgezweigt, die aus der ringförmigen Nut 14a im äußeren Zylinder 14 und dem ringförmigen Kolben 13b gebildet ist. Wird die Reibung, der Widerstand, etc. des Antriebsmechanismus vernachlässigt, ergibt sich der Schub auf den Motor 5, die Schnecke 6, etc., welche den Antriebsteil des beweglichen Halters 13 bilden und als Schneidlinsenantrieb dienen, wirkt wie folgt:

|(Fläche der Abschnitte A)-(Fläche des Abschnittes B)|×(Schneidgasdruck).

Daher kann im wesentlichen durch Gleichmachen der Fläche der mit Pfeilen markierten Abschnitte A in der obigen Formel, das heißt, der Summe der Druckbeaufschlagungsflächen für das Schneidgas 9, nämlich der zur Düse 8 hin gelegenen Seiten der Schneidlinse 2 und des beweglichen Halters 13, der die Schneidlinse 2 trägt, mit der Fläche des mit Pfeilen markierten Abschnittes B, also der Druckbeaufschlagungsfläche des ringförmigen Kolbens 13b, der auf den beweglichen Halter 13 in der Zeichnung nach oben wirkende Schub unabhängig von der Druckänderung des Schneidgases 9 im wesentlichen zum Verschwinden gebracht werden.

Wie oben beschrieben, entspricht bei dem in Fig. 2 dargestellten Laserschneidkopf die Druckbeaufschlagungsfläche des ringförmigen Kolbens 13b im wesentlichen der Summe der Druckbeaufschlagungsflächen für das Schneidgas 9 auf der zur Werkstückoberflächenseite (Seite der Düse 8) innen gelegenen Oberfläche der Schneidlinse 2 und der die Schneidlinse 2 tragenden Struktur, wobei das abgezweigte Schneidgas als Antriebsgas zugeführt wird. Daher wird die auf den Antriebsteil der Schneidlinse wirkende Belastung im wesentlichen auf Null reduziert, unabhängig von der beim Schneiden erfolgenden Druckänderung des Schneidgases, so daß der vom Antriebsteil erzeugte Schub im Vergleich zu dem beim Gerät des Standes der Technik auftretenden Druck extrem klein ist, wobei das anstelle eines äußeren Gases als Antriebsgas benutzte Schneidgas eine vorzusehende neue Gasrohrleitung, etc. erfordert. Weiter können im Falle, daß eine zusätzliche Steuerung gewünscht wird oder daß die Flächen, auf die die entgegengesetzten Drücke wirken, unterschiedlich sind, gesteuerte Ventile 19, 20 eingesetzt werden, um Relativdrücke zu liefern, die das Reduzieren der Nettokraft, die der Antriebsteil überwinden muß, auf Null ermöglichen.

Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 beschrieben, die eine Querschnittsansicht eines Laserschneidkopfes darstellt. In der Zeichnung bezeichnet 23 einen beweglichen Halter, der die Schneidlinse 2 trägt, während 24 einen äußeren Zylinder bezeichnet. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet pneumatische Schubvorrichtungen, die am äußeren Zylinder 24 befestigt sind. Die Kolben (nicht dargestellt) der pneumatischen Schubvorrichtungen 25 sind mit dem beweglichen Halter 23 verbunden, und der Druck wird durch das von außen gelieferte Antriebsgas 15 gesteuert. Der in Fig. 3 dargestellte Laserschneidkopf entspricht im Aufbau dem in Fig. 1 dargestellten Kopf, mit der Ausnahme, daß die pneumatischen Schubvorrichtungen 25 anstelle der beim Gerät der Fig. 1 vorhandenen kleinen Kammer vorgesehen sind, die aus dem ringförmigen Kolben 13b des beweglichen Halters 13 und der ringförmigen Nut 14a des äußern Zylinders 14 besteht. Der bewegliche Halter 13 ist mit dem Kolben der pneumatischen Schubvorrichtungen 25 verbunden.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des in Fig. 3 dargestellten Laserschneidkopfes beschrieben. Sie entspricht derjenigen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, das heißt, daß beim Laserschneiden Schneidgas 9 in die Düse 8 eintritt und der Gasdruck in der Düse 8 auf einen Wert im Bereich von 5 bis 9 kgG/cm² eingestellt ist. Auf die Druckbeaufschlagungsoberfläche der zur Düse 8 hin weisenden Flächen der Schneidlinse 2 und des die Schneidlinse 2 tragenden beweglichen Halters 23 wird somit ein Schub ausgeübt, der den beweglichen Halter 23 in der Zeichnung nach oben bewegt. Währenddessen wird den pneumatischen Schubvorrichtungen 25 von außen das Antriebsgas 15 zugeführt und erzeugt einen Schub, der den beweglichen Halter 23, der mit den Kolben der Luftzylinder 25 verbunden ist, nach unten drückt.

Der Druck des von außen an die pneumatischen Schubvorrichtungen 25 gelieferten Antriebsgases 15 wird so eingestellt, daß er den Schub, der den beweglichen Halter 23 in der Zeichnung nach oben schiebt, und den Schub, der den beweglichen Halter 23 mit Hilfe der pneumatischen Schubvorrichtung 25 nach unten schiebt, ausgleicht, so daß der Unterschied zwischen dem vom Antriebsgas 9 erzeugten Schub und dem vom Antriebsgas 15 erzeugten Schub auf Null gebracht werden kann.

Wie oben beschrieben, ist der in Fig. 3 dargestellte Laserschneidkopf mit pneumatischen Schubvorrichtungen 25 versehen, die in bezug auf ihren Schub mechanisch gemeinsam mit dem Antriebsteil der Schneidlinse zusammenarbeiten, das heißt, mit dem Antriebsteil des beweglichen Halters 23. Die Schubvorrichtungen 25 sind allgemein auf dem Markt erhältlich, wodurch die Kosten reduziert und die Wirkungen der ersten Ausführungsform erzielt werden. Verglichen mit dem in Fig. 1 dargestellten Laserschneidkopf erfordert der Schneidkopf der vorliegenden Ausführungsform im Kopfteil keinen ringförmigen Kolben, keine ringförmige Nut etc., was die Gestaltungsfreiheit vergrößert.

Nunmehr wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 beschrieben, die eine Schnittansicht eines Laserschneidkopfes darstellt. Gemäß der Zeichnung wird das Schneidgas 9 in die Düse 8 geliefert und gleichzeitig als Antriebsgas den Luftzylindern 25 zugeführt. Der in Fig. 1 dargestellte Laserschneidkopf entspricht im Aufbau demjenigen der Fig. 3 mit Ausnahme der Rohrleitung für das an die Luftzylinder 25 zu liefernde Antriebsgas. Es sei bemerkt, daß die Gesamtsumme der Druckbeaufschlagungsflächen der Kolben (nicht dargestellt) der beiden Luftzylinder 25 im wesentlichen der Gesamtsumme der Druckbeaufschlagungsflächen der zum Werkstück weisenden Schneidgasseite (Seite der Düse 8) der Schneidlinse 2 und der die Schneidlinse 2 tragenden Struktur entspricht.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des Laserschneidkopfes der Fig. 4 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird das Schneidgas 9 zur Lieferung an die Kolben der beiden Luftzylinder 25 abgezweigt, die an dem äußeren Zylinder 24 befestigt sind. Wenn die Reibung, der Widerstand etc. des Antriebsmechanismus außer acht gelassen werden, kann also der auf den Motor 5, die Schnecke 6 und andere den Antriebsteil des beweglichen Halters 23, der als Antrieb einer Schneidlinse dient, ausgeübte Schub, oder der auf den beweglichen Zylinder 23 ausgeübte und in der Zeichnung nach oben gerichtete Schub im wesentlichen zum Verschwinden gebracht werden, unabhängig von der Druckänderung des Schneidgases 9, da die Summe der Druckbeaufschlagungsflächen der zur Düse 8 weisenden Seiten der Schneidlinse 2 und des sie tragenden beweglichen Halters 13 im wesentlichen der Gesamtsumme der Druckbeaufschlagungsflächen der Kolben (nicht dargestellt) der Luftzylinder 25 entspricht.

Wie oben beschrieben, entspricht die Summe der Beaufschlagungsflächen der zur Düse 8 weisenden Endseiten der Schneidlinse 2 für das Schneidgas 9 und des die Schneidlinse 2 tragenden beweglichen Halters 13 im wesentlichen der Gesamtsumme der Druckbeaufschlagungsflächen der Kolben (nicht dargestellt) der Luftzylinder 25, wobei das abgezweigte Schneidgas als Antriebsgas zugeführt wird. Die Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform entspricht also derjenigen der zweiten Ausführungsform. Die Luftzylinder 25 sind allgemein auf dem Markt erhältlich, wie im Falle der dritten Ausführungsform, so daß die Herstellungskosten verringert und die Gestaltungsfreiheit erhöht wird.

Weiter können der Motor und das Schneckenrad, die bei jeder der Ausführungsformen 1 bis 4 das Antriebssystem der Schneidlinse bilden, durch einen Motor und eine Kugelrollspindel, einen Motor und einen Helicoidmechanismus, oder einen ähnlichen Mechanismus zur Erzeugung entsprechender Wirkungen ersetzt werden.

Die gesamte Offenbarung jeder ausländischen Patentanmeldung, deren ausländische Priorität bei der vorliegenden Anmeldung beansprucht wurde, ist durch Bezugnahme in die Beschreibung einbezogen, so als ob sie vollständig wiedergegeben wäre.

Obwohl die Erfindung im Falle mindestens einer bevorzugten Ausführungsform durch ein gewisses Maß an Eigentümlichkeit beschrieben wurde, sei bemerkt, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform nur als Beispiel gilt und zahlreiche Änderungen hinsichtlich der Einzelheiten und der Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne daß von Prinzip und Umfang der Erfindung, wie sie nachfolgend beansprucht wird, abgewichen wird.

Claims (11)

1. Laserbearbeitungskopf mit einer optischen Achse zum orientierten Richten eines Laserstrahls von der Laserquellenseite zu einer Werkstückseite und auf ein Werkstück gemeinsam mit einem aus einer Versorgungsquelle gelieferten Schneidgas, umfassend:
einen äußeren Zylinder mit einer ringförmigen Nut;
eine Schneidlinse, die quer zur optischen Achse angeordnet ist und zum Konzentrieren des Laserstrahls dient;
eine Düse, die an einem Ende des äußeren Zylinders angebracht ist, um den konzentrierten Laserstrahl und das zugeführte Schneidgas auf ein Werkstück zu richten und zu projizieren;
einen beweglichen Halter, der die Schneidlinse trägt und in den äußeren Zylinder eingefügt ist;
Antriebsmittel, die neben dem äußeren Zylinder angeordnet sind und zum Hin- und Herbewegen des beweglichen Halters entlang der optischen Achse des Laserstrahls dienen;
einen ringförmigen Kolben, der an einem Ende der zur Laserquelle hin gerichteten Seite des beweglichen Halters ausgebildet und dicht in die ringförmige Nut des äußeren Zylinders eingefügt ist;
Einrichtungen zum Liefern eines Antriebsgases in die ringförmige Nut; und
wodurch der ringförmige Kolben durch den Druck des in die ringförmige Nut gespeisten Antriebsgases zur Düse hingedrückt wird.

2. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, bei dem die Antriebsgasversorgungseinrichtung Mittel zum Liefern mindestens eines abgezweigten Teils des der Düse zugeführten Schneidgases aufweist.

3. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, bei der die Gesamtsumme des Antriebsgasdruckes multipliziert mit der Antriebsgasbeaufschlagungsfläche im wesentlichen der Gesamtsumme des Schneidgasdruckes multipliziert mit der Schneidgasdruckbeaufschlagungsfläche entspricht, wobei die Fläche die düsenseitigen Endabschnitte der Schneidlinse und des beweglichen Halters umfaßt, der die Schneidlinse trägt.

4. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1, bei dem die Druckbeaufschlagungsfläche des ringförmigen Kolbens für das Treibgas, der an dem beweglichen Halter gebildet ist, im wesentlichen der Druckbeaufschlagungsfläche des Schneidgases entspricht, wobei die Fläche die düsenseitigen Endabschnitte der Schneidlinse und des die Schneidlinse tragenden beweglichen Halters umfaßt, und das zugeführte Antriebsgas der abgezweigte Teil des an die Düse gelieferten Schneidgases ist.

5. Laserbearbeitungskopf zum orientierten Richten eines Laserstrahls mit einer optischen Achse, umfassend:
einen äußeren Körper;
eine Schneidlinse zum Konzentrieren des Laserstrahls;
eine Düse, die an einem Ende des äußeren Körpers angeordnet ist, um den Laserstrahl und das zugeführte Schneidgas auf ein Werkstück zu richten und zu projizieren;
einen beweglichen Halter zum Haltern der Schneidlinse, wobei der Halter in den äußeren Körper eingefügt ist und mindestens einen ersten Gasoberflächenbereich definiert und entlang der optischen Achse des Laserstrahls hin- und herbeweglich ist;
Antriebsmittel zum Hin- und Herbewegen des beweglichen Halters entlang der optischen Achse des Laserstrahls; und
Einrichtungen zum Zuführen von Antriebsgas zum ersten Oberflächenbereich, um den beweglichen Halter in Richtung der Düse zu drücken.

6. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 5, bei dem die Einrichtungen zum Zuführen des Antriebsgases eine Gasversorgungsquelle aufweisen, die von der Schneidgasversorgung getrennt ist.

7. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtungen zum Zuführen des Antriebsgases mindestens einen Zylinder umfassen, der auf dem äußeren Körper angebracht ist.

8. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtungen zum Zuführen des Antriebsgases Mittel zur Lieferung mindestens eines abgezweigten Teils des der Düse zugeführten Schneidgases aufweisen.

9. Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 5, bei dem die Gesamtsumme des Antriebsgasdruckes multipliziert mit der Antriebsgasbeaufschlagungsfläche im wesentlichen der Gesamtsumme des Schneidgasdruckes multipliziert mit der Schneidgasdruckbeaufschlagungsfläche entspricht, die aus den düsenseitigen Endabschnitten der Schneidlinse und des die Schneidlinse tragenden beweglichen Halters besteht.

10. Verfahren zum Justieren eines Laserbearbeitungskopfes, der eine Schneidlinse enthält, welche eine Laserquellenseite und eine Düsenseite definiert, wobei die Linse in einem Halter montiert ist, der entlang der Laserstrahlachse zum Fokussieren des Laserstrahls an der Düsenseite beweglich ist, und wobei ein Schneidgas zu Zwecken der Werkstückbearbeitung mit einem ersten Druck zur Düsenseite geliefert wird, umfassend:
Beaufschlagen des Halters an der Laserquellenseite durch ein Antriebsgas mit einem zweiten Druck; und
mechanisches Verstellen des Halters, wobei die mechanische Antriebskraft und die zweite Druckkraft die Kraft des gegen die Linse und den Halter anliegenden ersten Druckes überwinden.

11. Verfahren zum Justieren eines Laserbearbeitungskopfes nach Anspruch 10, das weiter die Lieferung des Gases mit dem ersten Druck und des Gases mit dem zweiten Druck aus einer gemeinsamen Gasquelle vorsieht.