DE4326254C2 - Maschinenkopf für das Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Maschinenkopf für das Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung, insbesondere für das Dickblechschneiden mit CO₂-Laserstrahlung im Höchstlei­ stungsbereich, mit einer eine Längscharakteristik aufweisenden Düse, die mit einer Halterung des die Fokussieroptik aufweisen­ den Maschinenkopfes gehalten ist, mit einer Gasversorgung der Düse mittels der Halterung, die ein an eine stationäre Gaszu­ leitung angeschlossenes feststehendes Halterungsteil und ein rotierbares, an die Düse angeschlossenes Halterungsteil hat, das am feststehenden Halteteil mit zwei beabstandeten Wälzla­ gern lagert, zwischen denen das rotierbare Halterungsteil abge­ dichtet an die stationäre Gaszuleitung angeschlossen ist.

Bei einem allgemein bekannten Maschinenkopf mit diesen Merkmalen erfolgt der Anschluß der Düse an die Gasversorgung über einen gesonderten Spiralschlauch. Mit Hilfe dieses Spiral­ schlauchs ist es möglich, hohe Vordrücke von z. B. 30 bar anzu­ wenden. Konventionelle Drehdurchführungen könnten bei so hohen Gasdrücken nicht mehr angewendet werden. Der Spiralschlauch ist locker um den Düsenkörper gewickelt, da die Düse wegen ihrer Längscharakteristik rotierbar verstellbar sein muß. Diese Ro­ tierbarkeit bzw. Verdrehbarkeit der Düse ist jedoch durch den Spiralschlauch grundsätzlich begrenzt. Der Spiralschlauch läßt nur eine durch seine Lockerheit vorbestimmte Anzahl von Düsen­ rotationen zu, wonach er am Düsenkörper eng anliegt, so daß die Gefahr besteht, den Schlauch bei der Bearbeitung zu beschädigen oder abzureißen und damit die Bearbeitung des Bauteils zu stö­ ren. Im ungünstigsten Fall muß die Düse bei einer weiteren Durchführung der Bearbeitung einige Rotationen zurückgedreht werden.

Voraussetzung für die Rotationsverstellung der Düse ist deren Längscharakteristik. Derartige Düsen mit Längscharakteri­ stik sind z. B. Doppelstrahldüsen oder Doppelwand-Langlochdüsen, die bei Materialdicken von 13 mm und mehr unter Verwendung von Laserleistungen im Multikilowattbereich zum Schneiden einge­ setzt werden. Mit ihnen können blanke, oxidfreie Schnittkanten beim Schneiden mit einem Inertgas hergestellt werden, wie z. B. Stickstoff (N₂). Das Gas wird in einem feingebündelten Strahl in die Schnittfuge eingeblasen, um die durch den fokussierten Laserstrahl erzeugte Metallschmelze auszutreiben. Das Einstrah­ len des Gases erfolgt mit einem hohen Gasdruck im Bereich von 15 bar und mehr. Es ist unproblematisch, mit derartigen Düsen lineare Schnittkonturen herzustellen. Bei komplizierten Form­ schnittgeometrien, z. B. bei Kreisausschnitten oder im Winkel zueinander stehenden Kanten, muß die Düse ihrer Längscharakte­ ristik entsprechend der Schnittfuge nachgeführt werden.

Aus der JP-1-62 295 A ist ein Maschinenkopf mit den ein­ gangs genannten Merkmalen bekannt. Das bekannte rotierbare Hal­ terungsteil ist mit Abdichtungen am feststehenden Halterungs­ teil abgedichtet. Lager- und Bautoleranzen der Halterungsteile des Maschinenkopfes können die Abdichtungswirkung auch im Fall einer Elastizität der Abdichtungen beeinträchtigen. Außerdem kann die Abdichtungseinwirkung durch Kipp- und Antriebseinwir­ kungen beeinträchtigt werden. Die Folge wäre ein schwankender Gasdruck insbesondere bei hohem Gasdruck, wie er zum Austreiben von erzeugter Metallschmelze angewendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Maschinen­ kopf mit den eingangs genannten Merkmalen so auszubilden, daß eine störungsfreie Gaszuführung zur Düse auch bei beliebiger Verdrehung bzw. Rotation der Düse ermöglicht wird, insbesondere auch bei hohem Gasdruck.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Halterungsteilen ein von diesen beiden Teilen separates, deren Gasleitungen verbindendes Gasleitungsteil vorhanden ist, daß das Gasleitungsteil beidseits der Querbohrung am Innenumfang des rotierbaren Halterungsteils abgedichtet ist, daß das Gas­ leitungsteil axial vorspringende, an Innenlagerringen der Wälz­ lager anliegende Dichtungslippen hat, die an jeweils einer Fe­ derzunge des aus einem flexiblen Kunststoff bestehenden Gaslei­ tungsteils angeordnet sind, und daß die Innenlagerringe jeweils am Außenumfang des feststehenden Halterungsteils abgedichtet sind.

Eine von dem Ausmaß der Verstellung bzw. sogar von der An­ zahl der Umdrehungen der Düse und damit von der Bearbeitungsge­ ometrie unabhängige Ausbildung des Maschinenkopfs wird durch die vorbeschriebene Ausbildung der Düsenhalterung erreicht. Während das eine Halterungsteil an die stationäre Gaszuleitung angeschlossen wird, ist das andere Teil an die Düse angeschlos­ sen und beide Halterungsteile stehen durch das Gasleitungsteil in gasleitender Verbindung miteinander. Das Gasleitungsteil kann so ausgebildet werden, daß es den Anforderungen an die Gasleitung einerseits und an die Abdichtung andererseits ge­ recht wird. Es ist insbesondere ein rotationssymmetrisches Teil, so daß es entsprechend auch Rotationen der Düse in beiden Drehrichtungen zuläßt.

Für eine präzise Lagerung des rotierbaren Halterungsteils am feststehenden Halterungsteil ist der Maschinenkopf so ausge­ bildet, daß das rotierbare Halterungsteil am feststehenden Hal­ terungsteil mit zwei beabstandeten Wälzlagern lagert, zwischen denen das Gasleitungsteil axial gehalten ist. Die Wälzlager dienen nicht nur der axialen Halterung des Gasleitungsteils, sondern sind auch zu Abdichtungszwecken herangezogen.

Im Sinne einer einfachen und zuverlässigen Abdichtung der Gasdurchführung wird der Maschinenkopf so ausgebildet, daß das Gasleitungsteil beidseitig der Querbohrung am Innenumfang des rotierbaren Halterungsteils und jeweils am Innenlagerring abge­ dichtet ist, der seinerseits am Außenumfang des feststehenden Halterungsteils abgedichtet ist. Infolgedessen ist nur eine einzige Dichtungsstelle vorhanden, bei der sich zwei Teile re­ lativ zueinander bewegen, nämlich die am Innenlagerring erfol­ gende Abdichtung.

Die Abdichtung des Gasleitungsteils an den Innenlagerrin­ gen der Wälzlager ist so ausgebildet, daß das Gasleitungsteil axial vorspringende an den Innenlagerringen anliegende Dich­ tungslippen hat, die an jeweils einer Federzunge des aus einem flexiblen Kunststoff bestehenden Gasleitungsteils angeordnet sind. Durch die Bemessung der Federzunge kann erreicht werden, daß der in Abhängigkeit von dem Gasdruck zu bestimmende erfor­ derliche Andruck der Dichtungslippen an den Innenlagerringen den Erfordernissen entsprechend angepaßt werden kann.

Der Maschinenkopf ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das feststehende Halterungsteil ein mit der Düse koaxiales, am Schneidkopf befestigtes zylindrisches Rohrstück ist, an dem au­ ßen das rotierbare Halterungsteil lagert. Die Außenanordnung des rotierbaren Halterungsteils ergibt einen vergleichbaren einfachen Zusammenbau der gesamten Halterung und vor allem die Möglichkeit, den Drehantrieb des Halterungsteils mit einfachen Mitteln zu bewirken.

Um den Maschinenkopf einfach ausbilden zu können, ist das rotierbare Halterungsteil ein mit der Düse koaxiales zylindri­ sches Rohrstück, das außen eine Verzahnung für den Eingriff ei­ nes Drehantriebes hat. Infolge der Verzahnung ist eine schlupf­ freie Positionierung des rotierbaren Halterungsteils möglich. Als Antriebselemente kommen bewährte Bauteile infrage, wie Zahnriemen oder Zahnräder.

Der Maschinenkopf wird dadurch ausgestaltet, daß das Gas­ leitungsteil ein zwischen den beiden Halterungsteilen axial fi­ xiertes Ringteil mit mindestens einer Querbohrung ist. In sei­ ner Ausbildung als Ringteil ist das Gasleitungsteil optimal an die Ausbildung der beiden Halterungsteile als zylindrische Rohrstücke angepaßt. Seine axiale Fixierung und Ausbildung mit einer Querbohrung gewährleistet eine einwandfreie Druckluftzu­ leitung, wobei der Maschinenkopf wegen der unterschiedlichen relativen Rotationsstellungen der beiden Halterungsteile vor­ teilhafterweise so ausgebildet sein kann, daß die Querbohrung in je eine Ringnut mündet, von denen die eine mit der Gaslei­ tung des feststehenden Halterungsteils und die andere mit der Gasleitung des rotierbaren Halterungsteils in Verbindung steht.

Die Düse kann nicht starr am rotierbaren Halterungsteil angebracht werden, da sie relativ zum Maschinenkopf höhenver­ stellbar sein muß. Diese Höhenverstellbarkeit dient Justier­ zwecken, beispielsweise zur Anpassung an die Strahlgeometrie. Um eine derartige Justierbarkeit zu erreichen, ist der Maschi­ nenkopf so ausgebildet, daß die Düse an einem Haltezylinder an­ gebracht ist, der in einem Führungszylinder einstellbar tele­ skopiert, welcher an dem rotierbaren Halterungsteil befestigt und im wesentlichen innerhalb des als zylindrisches Rohrstück ausgebildeten feststehenden Halterungsteils angeordnet ist, und daß die Düse mit einem Schlauch an die Gasleitung des rotierba­ ren Halterungsteils angeschlossen ist. Der die Düse mit der Gasleitung des rotierbaren Halterungsteils verbindende Schlauch erstreckt sich nur über eine geringe Länge und rotiert mit al­ len rotierbaren Teilen. Da sich zwischen dem rotierbaren Halte­ rungsteil und der rotierbaren Düse keine bestimmungsgemäßen Re­ lativverstellungen in Drehumfangsrichtung ergeben, ist die me­ chanische Beanspruchnung des Schlauchs in soweit unkritisch.

Beim Bearbeiten und insbesondere beim Schneiden von Ble­ chen ist gelegentlich zu beobachten, daß diese infolge der freigesetzten mechanischen Spannungen aufspringen. Infolge die­ ses sogenannten Knackfroscheffekts kann es zu Beschädigungen der Düse durch aufprallende Bleche kommen. Der Maschinenkopf ist daher in Weiterbildung der Erfindung so ausgebildet, daß die Düse an ihrem Halteorgan axial relativverschieblich ange­ bracht und federnd am werkstücknahen Ende dieses Halteorgans gehalten ist. Aufspringende Bleche verschieben daher die Düse in Bezug zu ihrem Halteorgan, ohne Zerstörungen zu verursachen. Die verschobene Düse wird danach durch ihre federnde Abstützung wieder in ihre Ursprungsstellung zurückgedrückt.

Das Blech kann auch schief aufspringen, also mit einer ho­ rizontalen Bewegungskomponente. Daher kann der gesamte Maschi­ nenkopf horizontal beaufschlagt werden. Um eine solche zerstö­ rerische horizontale Beaufschlagung des Maschinenkopfes zu ver­ meiden, und um eine an die Strahlgeometrie angepaßte Ausgestal­ tung der Axialhalterung der Düse zu erreichen, wird der Maschi­ nenkopf so ausgebildet, daß die Düse einen werkstückseitig ko­ nisch verjüngenden Ringvorsprung aufweist, der von einem Innen­ ringvorsprung des Haltezylinders hintergriffen und von einer an dessen Innenwand abgestützten Zylinderfeder beaufschlagt ist.

Es ist allgemein bekannt, Düsen mit Abstandssensoren zu verwenden, um Werkstücke mit nicht planen Oberflächen bearbei­ ten zu können. Die rotierbare Verstellung der Düse und auch de­ ren Beaufschlagung durch aufspringende Bleche machen es erfor­ derlich, eine Düsenabstandsmessung vorzunehmen, deren mechani­ sche Bestandteile nicht mehr starr mit der Düse verbunden sein können. Der Maschinenkopf wird daher so ausgebildet, daß die Spitze der rotierbaren Düse von einem ringförmigen, kapazitiv wirkenden und feststehenden Abstandssensor mit vorbestimmtem Abstand umgeben ist. Infolgedessen sind Relativbewegungen der Düsenspitze zum Abstandssensor möglich. Seine Ausgestaltung in Ringform gewährleistet die gewünschte kapazitive Erfassung des Abstands, ohne daß die Rotationsverstellung der Düse einen Ein­ fluß auf die kapazitive Abstandserfassung hätte.

Zur Anpassung des Abstands des Sensors an die Höhenver­ stellbarkeit der Düse ist der Maschinenkopf so ausgebildet, daß der Abstandssensor entsprechend der Düse höhenverstellbar zum Werkstück ist und/oder mit einem abgeschirmten Koaxialkabel an eine Auswertungseinheit angeschlossen ist und/oder federnd an einem mit der Düse höhenverstellbaren Halteteil des Maschinen­ kopfes befestigt ist. Die abgeschirmte Verbindung zwischen dem Abstandssensor und der Auswertungseinheit meidet Einstreuungen, die das Meßergebnis verfälschen. Die federnde Befestigung des Abstandssensors bewirkt, daß auch aufspringende Bleche nicht zu einer Zerstörung des Abstandssensors führen können.

Üblicherweise werden Bearbeitungsoptiken in Drei-Spiegel- Konfiguration so ausgebildet, daß die Laserstrahlung innerhalb des Maschinenkopfes von zwei planen Umlenkspiegeln einem fokus­ sierenden Parabolspiegel zugeleitet werden, z. B. einem 35°-off- axis-Parabolspiegel. Diese Drei-Spiegel-Konfiguration ist für kleinere Brennweiten geeignet und wird vornehmlich bei dünneren Blechen eingesetzt. Bei größeren Blechdicken müssen die Brenn­ weiten entsprechend angepaßt werden und es kommt darauf an, daß eine qualitativ möglichst hochwertige Fokussierung zur Erzie­ lung kleiner Fokusradien und geringer astigmatischer Abbil­ dungsfehler erreicht werden kann. Der Meßkopf wird daher vor­ teilhafterweise so ausgebildet, daß der im Gehäuse des Maschi­ nenkopfes im wesentlichen horizontale Laserstrahl von einem Pa­ rabolspiegel über einen Planspiegel auf das Werkstück fokus­ siert ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die Laser­ strahlung mit einem vergleichsweise kleinen off-axis-Winkel des Parabolspiegels umgelenkt werden kann, so daß die Fokussierung bei langer Brennweite verbessert werden kann. Es ergibt sich auch eine Reduzierung des Bauvolumens und des Arbeitsabstandes der Bearbeitungsoptik vom Werkstück.

Vorteilhaft ist es, wenn der Planspiegel mit einer Ein­ richtung zur Korrektur der Strahllage in der Horizontalebene versehen ist. Es kann die Strahllage relativ zur Düse so einge­ stellt werden, daß die an sich gewünschte Gleichachsigkeit op­ timal angenähert wird.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Drei-Spiegel- Konfiguration eines Meßkopfs,

Fig. 2 eine in Bezug auf Fig. 1 um 90° um die Düsenachse ge­ schwenkte Schnittdarstellung durch den Meßkopf, und

Fig. 3 eine vergrößerte schematische Darstellung des Gas­ leitungsteils im Bereich der rotierbar verstellbaren Halterung.

Der Maschinenkopf 10 für das Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 43, in dem die Laserstrahlung auf der strichpunktierten Bahn 47 durch die Düse 11 dem in Fig. 1 nicht dargestellten Werkstück zugeleitet wird. Der Maschinenkopf hat einen Anschlußflansch 48 mit einer Strahlöffnung 49, welche einen maximalen Strahldurch­ messer 50 zuläßt. Der vertikal in das Innere des Gehäuses 43 gelenkte Strahl trifft auf einen Spiegel 51, der unter 45° zum Strahl angeordnet ist und diesen horizontal auf einen Parabol­ spiegel 44 lenkt. Von diesem wird der Strahl unter einem off- axis-Winkel von ca. 25° auf einen weiteren Planspiegel 45 umge­ lenkt, der die fokussierte Laserstrahlung durch die Düse 11 auf das zu bearbeitende Werkstück lenkt. Abweichend von herkömmli­ chen Drei-Spiegel-Konfigurationen ist der fokussierende Spie­ gel, nämlich der Parabolspiegel 44, zwischen den beiden Plan­ spiegeln 45, 51 angeordnet, was eine Minimierung des off-axis- Winkels des Parabolspiegels 44 bedeutet. Dementsprechend sind die durch den Parabolspiegel 44 erzeugten optischen Fehler ver­ gleichsweise gering, was für die hier zum Einsatz kommende ver­ gleichsweise große Brennweite von z. B. 450 mm günstig ist. Der Planspiegel 45 ist mit einer Einrichtung 46 zur Korrektur der Strahllage in der Horizontalebene versehen. Diese X/Y-Justage gestattet es, den Laserstrahl im X/Y-Koordinatensystem relativ zur Düse zu verschieben, um eine optimale Anpassung der Strahl­ lage in Bezug auf die Bauteile der Düse zu erreichen, welche den Strahlengang nicht stören soll.

Eine weitere Justiermöglichkeit ist die Z-Justage, d. h. die Verstellbarkeit der Düse 11 vertikal zur X/Y-Ebene, also die Justierung der Düse 11 senkrecht zum Werkstück. Diese Ju­ stiermöglichkeit ist in Fig. 1 lediglich schematisch durch einen Haltezylinder 30 angedeutet, der relativ zur Druckdurchführung verstellbar ist. Die Druckdurchführung der Fig. 1 beinhaltet die anhand der Fig. 2 zu erläuternden Mittel zur rotierbaren Ver­ stellung der Düse 11. In Fig. 1 ist für diese Verstellung ein Riemenantrieb 51 schematisch angedeutet.

Des weiteren zeigt Fig. 1 eine mit hier nicht erkennbarer Längscharakteristik versehene Doppelwanddüse, durch deren Hohl­ raum 52 ein Gas zum Werkstück geleitet werden kann, beispiels­ weise das oben erwähnte Inertgas N₂. Diese Düse 11 ist über einen Schlauch 32 mit der Druckdurchführung verbunden, die im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert wird.

Fig. 2 zeigt schematisch den Anschlußflansch 48 mit dem Ge­ häuse 43. Dieses Gehäuse 43 ist mit einer Tragplatte 53 verbun­ den, die einen z. B. als Schrittmotor ausgebildeten Drehantrieb 21 trägt, dessen Abtrieb über ein Getriebe 54 mit einem Ritzel 55 in drehantriebsmäßiger Verbindung steht. Das Ritzel 55 be­ aufschlagt einen Zahnriemen 59, der mit einer Verzahnung 20 der Druckdurchführung der Fig. 1 in Eingriff ist und so jegliche Drehverstellbewegung des Ritzels 55 entsprechend der vorgese­ henen Übersetzung auf die Düse 11 überträgt.

Mit der Tragplatte 53 ist ein feststehendes Halterungsteil 15 verbunden, das im wesentlichen aus einem zylindrischen Rohr­ stück besteht, welches maschinenkopfseitig einen radial nach außen vorspringenden Ringkragen 56 hat. In dem Halterungsteil 15 ist eine Gasleitung 18 vorhanden, die aus der gemäß Fig. 2 vorhandenen achsparallelen Bohrung 57 und der in diese einmün­ den, dazu aber radial im Ringkragen 56 vorhandenen Bohrung 58 besteht, mit der der Anschluß an die stationäre Gaszuleitung 14 gemäß Fig. 1 erfolgt.

Auf der Außenumfangsfläche 60 des feststehenden Halte­ rungsteils 15 sind zwei Wälzlager 25 mit Abstand zueinander an­ geordnet. Der Abstand wird durch ein ringförmiges Gasleitungs­ teil 19 gewährleistet, das zwischen beiden Wälzlagern 25 vor­ handen ist. Die aus den beiden Wälzlagern 25 mit dem dazwischen angeordneten Gasleitungsteil 19 bestehende Anordnung wird axial durch einen Überwurfring 26 auf der Außenfläche 60 des festste­ henden Halterungsteils 15 fixiert. Diese Gesamtanordnung wird außen von einem rotierbaren Halterungsteil 16 umschlossen, wel­ ches ein mit der Düse 11 koaxiales zylindrisches Rohrstück ist. Dieses besitzt außen die Verzahnung 20 zum Antrieb der Düse über den Zahnriemen 59. In dem rotierbaren Halterungsteil 16 ist eine düsenparallele Bohrung als Gasleitung 17 vorgesehen.

Die strömungsmäßige Verbindung der Gasleitungen 17, 18 des rotierbaren Halterungsteils 16 und des feststehenden Halte­ rungsteils 15 erfolgt über mindestens eine Querbohrung 22 des Gasleitungsteils 19, indem beide Halterungsteile 15, 16 in der­ selben horizontalen Ebene mit je einer Bohrung 61 versehen ist, die mit der Querbohrung 22 fluchtet. Da die Relativlage der beiden Halterungsteile 15, 16 in Abhängigkeit von der Drehver­ stellung der Düse 11 abweichend von Fig. 3 verändert wird, muß dafür gesorgt werden, daß die strömungsmäßige Verbindung bei jeder möglichen Relativstellung der Teile 15, 16 ununterbrochen bleibt. Das wird durch eine Ringnut 23 im Innenumfang 62 und eine Ringnut 24 im Außenumfang 63 des Gasleitungsteils 19 er­ reicht. Unabhängig von der Relativstellung der Querbohrung 22 oder mehrerer Querbohrungen ist stets eine Gasströmung über diese Querbohrungen zwischen den Ringnuten 23, 24 möglich, die ihrerseits stets über die Bohrungen 61 mit den Gasleitungen 17, 18 in Verbindung stehen.

Von der Gasleitung 17 des rotierbaren Halterungsteils 16 leitet ein Schlauch 32 das Gas zur Düse 11, die es ihrer Kon­ struktion entsprechend dem Werkstück zuleitet.

Das rotierbare Halterungsteil 16 ist mit den nicht darge­ stellten Außenringen der Wälzlager z. B. durch Klemmringe fest verbunden und kann sich daher axial nicht bewegen. Dieses Teil 16 ist mit einer sich im wesentlichen radial nach innen er­ streckenden Führungsplatte 65 fest verbunden. Mit der Führungs­ platte 65 ist ein Führungszylinder 31 einstückig, der vom In­ nenumfang der Führungsplatte 65 axial in das als Rohrstück aus­ gebildete feststehende Halterungsteil 15 vorspringt und diesem mit geringem, reibungslose Drehverstellung ermöglichenden Ab­ stand dicht benachbart ist. Im Führungszylinder 31 ist ein Hal­ tezylinder 30 axial mit einer nur schematisch angedeuteten Ver­ stelleinrichtung 66 axial verstellbar. Der Haltezylinder 30 kann mit dem Führungszylinder 31 entsprechend seiner Betätigung durch die Verstelleinrichtung 66 teleskopieren und ist als zy­ lindrisches Rohrstück ausgebildet. An seinem unteren Ende 33 hat der Haltezylinder 30 einen Innenringvorsprung 35, mit dem er einen Düsentubus 67 hält. An diesem Düsentubus 67 bzw. an der Düse 11 ist werkstückseitig die Düse 11 mit ihrer Düsen­ spitze 38 vorhanden, während das andere Ende einen Ringvor­ sprung 34 trägt, der sich radial nach außen erstreckt und von dem Innenringvorsprung 35 des Haltezylinders 30 hintergriffen ist. Eine im Inneren des Haltezylinders 30 angeordnete und sich an dessen Innenwand 36 abstützende Zylinderfeder 37 beauf­ schlagt die Düse 11 bzw. den Ringvorsprung 34, der infolgedes­ sen an dem Ringvorsprung 35 des Haltezylinders 30 abgestützt ist. Wird die Kraft der Feder 37 überwunden, so kann die Düse 11 teilweise in den Innenraum des Haltezylinders 30 bewegt wer­ den. Eine solche Bewegung erfolgt beispielsweise durch Beauf­ schlagung der Düsenspitze 38 mit dem Werkstück, beispielsweise wenn dieses ein Blech ist, dessen Spannungen beim Schneiden in­ folge des sogenannten Knackfroscheffekts zu einer Vertikalbewe­ gung des Blechs führen. Damit die Düse 11 auch seitlich etwas ausweichen kann, ist der Ringvorsprung 34 der Düse 11 zur Dü­ senspitze 38 hin konisch verjüngt.

Im Bereich der Düsenspitze 38 ist ein diese umgebender ringförmiger Abstandssensor 39 vorhanden. Der Abstandssensor 39 ist von einem Halteteil 42 gehalten, beispielsweise von einem Stab. Dieser wird von einer teleskopierenden Verstelleinrich­ tung 68 in dem Maße verstellt, wie der Haltezylinder 30 zur Z- Justage der Düse 11 verstellt wird. Infolgedessen wahrt der Ab­ standssensor 39 stets seine Relativlage zur Düse 11. Der Ab­ standssensor ist über ein abgeschirmtes Koaxialkabel 40 mit ei­ ner Auswertungseinheit 41 verbunden, deren Auswertungsergebnis in einer Steuereinrichtung für den Maschinenkopf verwendet wird, der beispielsweise insgesamt höhenverstellt werden kann. Die Verstellung des Maschinenkopfs in der Z-Achse kann so erfolgen, daß kleinere und größere Unebenheiten bzw. Höhenkon­ figurationen des Werkstücks Berücksichtigung finden.

Im Falle einer nicht zu beherrschenden schnellen Werk­ stückbewegung, wie sie beim Knackfroscheffekt auftreten kann, darf der Abstandssensor 39 nicht zerstört werden. Er ist infol­ gedessen von einer starken Feder 69 des Halteteils 42 getragen, die normalerweise die Relativlage zwischen Sensor 39 und Düse 11 gewährleistet, bei starken Beaufschlagungen des Sensors 39 jedoch dessen Ausweichen ermöglicht.

Fig. 3 zeigt etwas detaillierter eine Ausgestaltung des Gasleitungsteils 19 zwischen den beiden Halterungsteilen 15, 16. Dieses z. B. aus Polyamid-Kunststoff bestehende Teil 19 ist we­ der mit dem Teil 15, noch mit dem Teil 16 formschlüssig verbun­ den. Es wird jedoch in der Regel von dem rotierbaren Halte­ rungsteil 16 mitbewegt, weil die Haftreibung zwischen dem Teil 16 und dem Teil 19 größer ist, als zwischen diesem und dem Teil 15. Ein übermäßiger Gleitverschleiß tritt jedoch nicht auf und damit auch keine Beeinträchtigung der Gaszuleitung, auch nicht bei hohen Gasdrücken, wie sie beim Dickblechschneiden mit CO₂- Strahlung im Höchstleistungsbereich angewendet werden müssen.

Das Gasleitungsteil 19 wird in die Abdichtung eingebunden. Es besitzt an seinem Außenumfang beidseitig der Querbohrung 22 Abdichtungsringe 70, die am Innenumfang 26 des rotierbaren Hal­ terungsteils 16 die Abdichtung übernehmen. Des weiteren sind nahe dem Außenumfang 60 des feststehenden Halterungsteils 15 Dichtringe 71 angeordnet, die an den nicht näher dargestellten Innenlagerringen 27 der Wälzlager 25 abdichten. Auch der Gas­ durchgang durch diese Wälzlager 25 muß verhindert werden. Hierzu wird ein Gasleitungsteil 19 eingesetzt, an dem jeweils ringförmige Dichtungslippen 28 ausgebildet sind, die an den nicht näher dargestellten Seitenflächen der Innenlagerringe 27 anliegen und dort abdichten. Jede Dichtungslippe 28 ist er­ zeugt, indem in die an die Wälzlager 25 angrenzenden Umfangs­ flächen 72 zwei zur Düsenachse konzentrische Ringnuten 73, 74 eingearbeitet sind. Der Abstand dieser Ringnuten 73, 74 bestimmt die Breite der Dichtungslippen 28, die entsprechend ringförmig an den Innenlagerringen 27 anliegen. Um den Anlagedruck im Sinne einer Abmilderung beeinflussen zu können, ist im Radial­ bereich der inneren Ringnut 74 und der Dichtungslippe 28 eine Federzunge 29 vorhanden, die von einer Ringnut 75 gebildet wird, die zum feststehenden Halterungsteil 15 hin offen ist. In dieser Ringnut 75 kann sich der Gasdruck der Querbohrung 22 auswirken und die Federungswirkung der Federzunge 29 und damit den Anlagedruck der Dichtungslippe 28 am Innenlagerring 27 be­ einflussen.

Die Erfindung wurde für einen Schmelzschneidkopf beschrie­ ben. Sie kann jedoch auch beim Schweißen eingesetzt werden, wenn die Düse eine Längscharakteristik aufweist.

Claims (12)

1. Maschinenkopf (10) für das Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung, insbesondere für das Dickblech­ schneiden mit CO₂-Laserstrahlung im Höchstleistungsbe­ reich, mit einer eine Längscharakteristik aufweisenden Düse (11), die mit einer Halterung (12) des die Fokus­ sieroptik (13) aufweisenden Maschinenkopfes (10) gehal­ ten ist, mit einer Gasversorgung der Düse (11) mittels der Halterung (12), die ein an eine stationäre Gaszulei­ tung (14) angeschlossenes feststehendes Halterungsteil (15) und ein rotierbares, an die Düse (11) angeschlosse­ nes Halterungsteil (16) hat, das am feststehenden Halte­ teil (15) mit zwei beabstandeten Wälzlagern (25) lagert, zwischen denen das rotierbare Halterungsteil (16) abge­ dichtet an die stationäre Gaszuleitung (14) angeschlos­ sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Halterungsteilen (15, 16) ein von diesen beiden Teilen (15, 16) separates, deren Gasleitungen (17, 18) verbinden­ des Gasleitungsteil (19) vorhanden ist, daß das Gaslei­ tungsteil (19) beidseits der Querbohrung (22) am Innen­ umfang (26) des rotierbaren Halterungsteils (16) abge­ dichtet ist, daß das Gasleitungsteil (19) axial vor­ springende, an Innenlagerringen (27) der Wälzlager (25) anliegende Dichtungslippen (28) hat, die an jeweils ei­ ner Federzunge (29) des aus einem flexiblen Kunststoff bestehenden Gasleitungsteils (19) angeordnet sind, und daß die Innenlagerringe (27) jeweils am Außenumfang (60) des feststehenden Halterungsteils (15) abgedichtet sind.

2. Maschinenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Halterungsteil (15) ein mit der Dü­ se (11) koaxiales, am Schneidkopf (10) befestigtes zy­ lindrisches Rohrstück ist, an dem außen das rotierbare Halterungsteil (16) lagert.

3. Maschinenkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das rotierbare Halterungsteil (16) ein mit der Düse (11) koaxiales zylindrisches Rohrstück ist, das außen eine Verzahnung (20) für den Eingriff eines Dreh­ antriebes (21) hat.

4. Maschinenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasleitungsteil (19) ein zwi­ schen den beiden Halterungsteilen (15, 16) axial fixier­ tes Ringteil mit mindestens einer Querbohrung (22) ist.

5. Maschinenkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (22) in je eine Ringnut (23, 24) mün­ det, von denen die eine (23) mit der Gasleitung (17) des feststehenden Halterungsteils (15) und die andere (24) mit der Gasleitung (17) des rotierbaren Halterungsteils (16) in Verbindung steht.

6. Maschinenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (11) an einem Haltezylinder (30) angebracht ist, der in einem Führungszylinder (31) einstellbar teleskopiert, welcher an dem rotierbaren Halterungsteil (16) befestigt und im wesentlichen inner­ halb des als zylindrisches Rohrstück ausgebildeten fest­ stehenden Halterungsteils (15) angeordnet ist, und daß die Düse (11) mit einem Schlauch (32) an die Gasleitung (18) des rotierbaren Halterungsteils (16) angeschlossen ist.

7. Maschinenkopf, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (11) an ih­ rem Halteorgan (Haltezylinder 30) axial relativver­ schieblich angebracht und federnd am werkstücknahen Ende (33) dieses Halteorgans gehalten ist.

8. Maschinenkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (11) einen werkstückseitig konisch verjün­ genden Ringvorsprung (34) aufweist, der von einem Innen­ ringvorsprung (35) des Haltezylinders (30) hintergriffen und von einer an dessen Innenwand (36) abgestützten Zy­ linderfeder (37) beaufschlagt ist.

9. Maschinenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (38) der rotierbaren Düse (11) von einem ringförmigen, kapazitiv wirkenden und feststehenden Abstandssensor (39) mit vorbestimmtem Ab­ stand umgeben ist.

10. Maschinenkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (39) entsprechend der Düse (11) höhenverstellbar zum Werkstück ist und/oder mit einem abgeschirmten Koaxialkabel (40) an eine Auswertungsein­ heit (41) angeschlossen ist und/oder federnd an einem mit der Düse (11) höhenverstellbaren Halteteil (42) des Maschinenkopfes (10) befestigt ist.

11. Maschinenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gehäuse (43) des Maschinen­ kopfes (10) im wesentlichen horizontale Laserstrahl von einem Parabolspiegel (44) über einen Planspiegel (45) auf das Werkstück fokussiert ist.

12. Maschinenkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Planspiegel (45) mit einer Einrichtung (46) zur Korrektur der Strahllage in der Horizontalebene versehen ist.