DE4426458A1 - Düsenkopf für die Werkstück-Laserbearbeitung - Google Patents
Düsenkopf für die Werkstück-LaserbearbeitungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Düsenkopf für die Bearbeitung eines Werk
stücks mittels eines Laserstrahls gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1.
Ein derartiger Düsenkopf ist bereits aus dem DE-GM 93 13 671.4 bekannt.
Dieser bekannte Düsenkopf enthält ein Anschlußteil; einen im Anschluß
teil angeordneten Linsenhalter zur Aufnahme eines Linsensystems; eine
mit dem Anschlußteil verbundene Düseneinrichtung; und eine an der
Spitze der Düseneinrichtung angeordnete Sensorelektrode.
Wird der Düsenkopf 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
eine Regeleinrichtung, die den gemessenen Abstand zwischen der Sensor
elektrode und dem Werkstück als Istwert empfängt und die Lage des
Düsenkopfes in Abhängigkeit eines Vergleichs dieses Istwertes mit einem
vorgegebenen Sollwert steuert.
Der Abstand zwischen der Sensorelektrode und dem Werkstück wird auf
kapazitivem Wege gemessen, wozu an die Sensorelektrode eine wechsel
förmige Meßspannung angelegt wird. An den Düsenkopf kann dabei
Schirmpotential angelegt werden, um die Meßspannung gegenüber äuße
ren Einflüssen zu schützen. Dabei kann das Schirmpotential auch aktives
Schirmpotential sein, daß dadurch erhalten wird, daß die wechselförmige
Meßspannung z. B. über einen Kondensator und einen Verstärker mit ei
nem Verstärkungsgrad nahe bei 1 geführt wird. Der Verstärkungsgrad
kann auch gleich 1 sein. Die Sensorelektrode ist dabei gegenüber dem
restlichen Teil des Düsenkopfes elektrisch isoliert.
Das Werkzeug selbst kann z. B. eine Laserschneideinheit zur Erzeugung
eines Laserstrahls sein, mit dem sich das Werkstück zerschneiden oder in
sonstiger Weise bearbeiten läßt. Beispielsweise können mit Hilfe des
Laserstrahls auch Schweißarbeiten am Werkstück ausgeführt werden.
Durch die genannte Abstandsregelung kann ein gewünschter Abstand
zwischen dem Düsenkopf und der Werkstückoberfläche unabhängig vom
Verlauf der Werkstückoberfläche beibehalten werden. Dies bedeutet
auch, daß sich während der Bearbeitung des Werkstücks der Abstand
zwischen dem Brennpunkt der Fokussierungsoptik bzw. zwischen dem
Fokuspunkt des Laserstrahls und der Werkstückoberfläche nicht mehr
ändert.
In Abhängigkeit des zu bearbeitenden Werkstückes ist es allerdings oft
mals erforderlich, den Abstand des Laserstrahlfokus von der Werkstücko
berfläche nicht nur konstant zu halten, sondern auch bezüglich seiner Hö
henlage voreinzustellen. So kann z. B. bei relativ dünnen Werkstücken der
Fokus im Bereich der Werkstückoberfläche zu liegen kommen, während er
bei dickeren Werkstücken innerhalb des Werkstückes liegen sollte. Um
dies zu ermöglichen, muß beim bekannten Düsenkopf der Fokus des La
serstrahls in relativ großem Abstand unterhalb der Sensorelektrode lie
gen, um bei entsprechend dicken Werkstücken eine Positionierung des Fo
kus des Laserstrahls im Inneren des Werkstückes zu ermöglichen, ohne
daß die Sensorelektrode sich dem Werkstück zu weit nähert. Werden dann
mit demselben Düsenkopf dünnere Werkstücke bearbeitet, bei denen der
Fokus im Bereich der Werkstückoberfläche zu liegen kommen soll, ergibt
sich ein recht großer Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der
Düsenspitze bzw. Sensorelektrode, was zu fehlerhaften Abstandsmessun
gen und z. B. zu einer unzureichenden Schneidgaszuführung zum Schnitt
spalt führen kann. Natürlich könnte man beim bekannten Düsenkopf den
das Linsensystem aufnehmenden Linsenhalter verstellen, um den Fokus
nach innen zu ziehen und wieder zum alten Abstand zwischen der Spitze
des Düsenkopfes und dem Werkstück zu kommen, wozu der Düsenkopf
dann aber auseinandergebaut werden müßte.
Andererseits kann es nötig werden, für bestimmte Arbeiten die Strahltaille
des Laserstrahls im Fokusbereich zu verändern. Um unterschiedliche
Strahltaillen zu erhalten, müssen unterschiedliche Linsensysteme ver
wendet werden, die ihrerseits unterschiedliche Brennweiten aufweisen.
Zur Positionierung der Strahltaillen wäre beim bekannten Düsenkopf
wiederum eine Verstellung des Linsenhalters in Strahlrichtung erforder
lich, um die Lage der Strahltaille relativ zur Sensorelektrode zujustieren.
Bei dieser Justage fehlen jedoch die Düseneinrichtung und die Sensor
elektrode, da sonst der Linsenhalter nicht zugänglich wäre. Eine Justie
rung ist daher nur schwer und unter Umständen nur durch wiederholtes
Montieren und Demontieren des Düsenkopfes möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Düsenkopf der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß eine einfachere Positionierung des
Fokus des Linsensystems relativ zur Spitze der Düseneinrichtung möglich
ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patent
anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Düsenkopf nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die
Düseneinrichtung einen ersten und einen zweiten Hohlkörper aufweist,
die passend ineinandergeführt in Düsenlängsrichtung relativ zueinander
verschiebbar und jeweils mit einem äußeren Umfangsgewindeabschnitt
versehen sind, die entgegengesetzte Steigungen aufweisen, und daß auf
den Umfangsgewindeabschnitten ein gemeinsamer Verstellring sitzt.
Durch Drehen des Verstellringes in der einen oder anderen Richtung las
sen sich dann der erste und der zweite Hohlkörper teleskopartig ineinan
derführen oder auseinanderschieben, um die Lage der Sensorelektrode
relativ zum Fokus des verwendeten Linsensystems einstellen zu können.
Soll die Höhenlage des Fokus relativ zum Werkstück verändert werden, so
kann dies durch einfache Verschiebung des Düsenkopfes bei gleichzeiti
ger Höhenverstellung der Sensorelektrode relativ zum Anschlußteil erfol
gen, ohne daß der Düsenkopf zur Verstellung des Linsenhalters geöffnet
zu werden braucht. Auch nach Austausch des Linsensystems durch ein
anderes zur Erzielung einer anderen Strahltaille im Brennpunkt des
Laserstrahls braucht nach vollständiger Montage des Düsenkopfes nur
der Verstellring verdreht zu werden, um eine Lagepositionierung der
Sensorelektrode bzw. Düsenspitze relativ zu dieser Strahltaille vorneh
men zu können. Eine umständliche Montage und Demontage des Düsen
kopfes entfällt.
Dadurch, daß Linksgewinde und Rechtsgewinde auf den jeweiligen Hohl
körpern vorhanden sind, und auf diese Gewinde der gemeinsame Verstell
ring aufgeschraubt ist, ergibt sich im zusammengeschobenen Zustand
nur eine kurze Baulänge der aus erstem und zweit ein Hohlkörper beste
henden Baueinheit. Andererseits kann der äußere Umfangsgewinde
abschnitt auf demjenigen Hohlkörper, mit dem letztlich die Sensorelektro
de verbunden ist, relativ klein bzw. in Strahlrichtung kurz ausgelegt sein,
was zu einer relativ kurzen Baulänge der gesamten Düseneinrichtung
führt, die sich aber dennoch in einem relativ großen Bereich infolge der
gewählten Verstellvorrichtung verschieben läßt.
Nach einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sitzt in einem
der Hohlkörper wenigstens ein Radialstift, der an seinem einen Ende in
einer diesem Hohlkörper zu gewandten Führungsnut geführt ist, die in
Düsenlängsrichtung verläuft. Auf diese Weise wird eine Drehsicherung
erhalten, derart, daß sich die beiden Hohlkörper nicht mehr relativ zuein
ander drehen können. Dabei kann die Führungsnut stirnseitig auch ver
schlossen sein, um für den Radialstift einen Endanschlag zu bilden.
Sobald der Radialstift gegen diesen Endanschlag fährt, läßt sich der Ver
stellring nicht mehr verdrehen, wodurch verhindert wird, daß die Hohlkör
pergruppe auseinanderfällt.
Derartige Radlalstift/Nut-Verbindungen können an mehreren Umfangs
stellen der aus erstem und zweitem Hohlkörper bestehenden Baugruppe
vorhanden sein.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Hohlkörper
hohlzylindrisch ausgebildet und an seinem oberen Ende mit einem radia
len Umfangsflansch versehen. Weiterhin weist der erste Hohlkörper an
seinem unteren Ende den äußeren Umfangsgewindeabschnitt auf. Dabei
ist ferner der zweite Hohlkörper im ersten Hohlkörper geführt. Nicht zu
letzt kann der radiale Umfangsflansch des ersten Hohlkörpers mit Radial
spiel in eine innere, radiale Umfangsnut des Anschlußteils greifen.
Durch die genannten Maßnahmen läßt sich erreichen, daß die gesamte
Düseneinrichtung senkrecht zur Düsenlängsrichtung relativ zum An
schlußkopf verschoben werden kann, um z. B. in Radialrichtung eine Ju
stierung der Sensorelektrode relativ zum Fokus des Laserstrahls durch
führen zu können. Eine derartige Radialverstellung kann z. B. erforderlich
werden, nachdem der Düsenkopf versehentlich gegen eine Werkstück
struktur gefahren worden ist und sich aus diesem Grunde der Fokus des
Laserstrahls relativ zur Düsenspitze verstellt hat, oder dann, wenn nach
dem Austausch der Fokussierlinse eine Neuorientierung des Laserstrahls
aufgrund von Fertigungstoleranzen der Linse erforderlich ist.
Zur Radialverstellung der Düseneinrichtung können sich in der äußeren
Wand der genannten Umfangsnut radlal verlaufende Stellstifte, z. B. unter
gleichmäßigen Winkelabständen voneinander, befinden. Diese Verstell
stifte, z. B. Madenschrauben, drücken gegen den radialen Umfangsflansch
des ersten Hohlkörpers und können diesen, falls gewünscht in einer senk
recht zur Laserstrahlrichtung liegenden Ebene bewegen.
Der Linsenhalter ist vorzugsweise in den Anschlußteil herausnehmbar
eingesetzt und nimmt dort eine feste Sollposition ein. Hierzu kann er in
eine entsprechende Ausnehmung des Anschlußteils mit Anschlag passend
eingesetzt oder eingeschraubt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die einzige Zeich
nung näher beschrieben.
Der Düsenkopf nach der Erfindung umfaßt im wesentlichen einen An
schlußteil 2, eine Düseneinrichtung 3 und eine Sensorelektrode 4. Die ein
zelnen Baugruppen 2, 3 und 4 werden nachfolgend im einzelnen erläutert.
Der Anschlußteil 2 wird beim Betrieb des Düsenkopfes 1 in geeigneter
Weise mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung verbunden,
mit deren Hilfe sich der Düsenkopf 1 relativ zu einer ebenfalls nicht dar
gestellten Werkstückoberfläche führen läßt. Diese Führung erfolgt in
Abhängigkeit eines vorgegebenen Programms sowie unter Konstant
haltung des Abstands des Fokus eines den Düsenkopf durchlaufenden
Laserstrahls 5 relativ zur Werkstückoberfläche. Der Laserstrahl 5 liegt da
bei koaxial zu einer Längs- bzw. Symmetrieachse 6 des Düsenkopfes 1.
Genauer gesagt enthält der Anschlußteil 2 einen Linsenhalter 7, der koaxi
al zur Längsachse 6 angeordnet ist. Dieser Linsenhalter 7 weist in seinem
unteren und der Sensorelektrode 4 zugewandten Bereich eine Kammer 8
auf, in die ein nicht näher dargestelltes Linsensystem eingesetzt werden
kann. Das Linsensystem kann dabei aus z. B. einer oder mehreren Linsen
bestehen, die über geeignete Abstandsringe relativ zueinander positio
niert und in der Kammer 8 an vorbestimmten Längspositionen angeordnet
sind. Das Linsensystem wird, gegebenenfalls mit den Abstandsringen, in
der Figur von unten in die Kammer eingesetzt und gegen einen Anschlag 9
geführt, der durch einen inneren Umfangsflansch des Linsenhalters 7 ge
bildet ist. Um das Linsensystem anschließend in der Kammer 8 zu sichern,
wird auf das in der Figur untere Ende des Linsenhalters 7 eine
Sicherungskappe 10 aufgeschraubt, die mit einem Innengewinde 12 auf
einem äußeren Umfangsgewinde des Linsenhalters 7 sitzt. Gegebenenfalls
kann das Linsensystem innerhalb der Kammer 8 hermetisch abgedichtet
sein, um zu vermeiden, daß es durch äußere Einflüsse beschädigt wird.
Mindestens an der Strahlaustrittsseite kann zu diesem Zweck ein Schutz
fenster aus strahlungsdurchlässigem Material vorhanden sein. Dieses
Schutzfenster könnte z. B. Teil der Sicherungskappe 10 sein und ist in der
Zeichnung mit dem Bezugszeichen 11 versehen.
Der Linsenhalter 7 trägt an seinem in der Figur oberen Ende ein äußeres
Umfangsgewinde 12a, das in ein Innengewinde hineingeschraubt ist, das
sich am unteren Ende einer zylindrischen Verschlußhülse 13 befindet.
Der Einschraubvorgang wird beendet, sobald ein radialer Umfangsabsatz
14 an der Außenseite des Linsenhalters 7 gegen die untere Stirnkante der
zylindrischen Verschlußhülse 13 schlägt. Diese zylindrische Verschluß
hülse 13 weist darüber hinaus an ihrem oberen Ende einen radialen und
nach außen abstehenden Umfangsflansch 15 auf. Ferner ist die zylindri
sche Verschlußhülse 13 an ihrem in der Figur unteren Ende mit einem
äußeren Umfangsgewinde 16 versehen.
Koaxial zur Verschlußhülse 13 liegt an deren Außenseite und im Abstand
von ihr eine Mantelhülse 17, die an ihrem unteren Ende einen nach innen
vorspringenden Ansatz 18 mit einem koaxialen Innengewinde aufweist,
das auf dem äußeren Umfangsgewinde 16 der Verschlußhülse 13 sitzt. Im
zusammengeschraubten Zustand von Verschlußhülse 13 und Mantel
hülse 17 wird somit zwischen beiden ein Ringkanal 19 erhalten, der oben
durch den Umfangsflansch 15 und unten durch den Ansatz 18 verschlos
sen ist. In den jeweiligen Spaltbereichen können dabei geeignete Dich
tungselemente 20 vorhanden sein. Ferner weist die Mantelhülse 17 im
Bereich des Ringkanals 19 einen Einlaß 21 auf, über den ein Kühlgas in
den Ringkanal 19 hineinströmen kann. Ein entsprechender Auslaß für das
Kühlgas ist in der Figur nicht im einzelnen gezeigt.
Die innere Umfangsfläche der zylindrischen Verschlußhülse 13 und die
innere Umfangsfläche des oberen Teils des Linsenhalters 7 können strah
lungsabsorbierend oder aufgerauht sein, um zu verhindern, daß von dort
Randstrahlung in das Linsensystem reflektiert wird. Mit anderen Worten
können sich an den genannten Innenumfangsflächen Strahlenfallen be
finden, die beispielsweise dadurch erhalten werden, daß diese Innenab
schnitte jeweils mit einem Innengewinde versehen werden. Natürlich las
sen sich diese Innenumfangsflächen auch in anderer geeigneter Weise auf
rauhen, beschichten und dergleichen.
Wie die Figur erkennen läßt, ist der Linsenhalter 7 innerhalb eines koaxial
zur Längsachse 6 liegenden und hohlzylindrischen Trägerteils 22 des
Anschlußteils 2 positioniert. Hierzu wird die Mantelhülse 17 von oben pas
send in das Trägerteil 22 eingesetzt, und zwar soweit, bis ein Anschlag 23
am äußeren Umfangsrand der Mantelhülse 17 gegen die obere Stirnseite
des Trägerteils 22 schlägt. Eine Überwurfmutter 24 wird auf ein äußeres
Umfangsgewinde am oberen Ende des Trägerteils 22 aufgeschraubt und
hintergreift den Anschlag 23 mit ihrem nach innen weisenden Ansatz 25,
wodurch die Mantelhülse 17 mit ihrem Anschlag 23 gegen die Stirnseite
des Trägerteils 22 gezogen wird. Die Außenwand der Kammer 8 des Linsen
halters 7 und die Innenwand des Trägerteils 22 kommen dabei im Abstand
zueinander zu liegen, so daß ein weiterer Ringkanal 26 erhalten wird, der
ebenfalls von einem Kühlgas durch strömt werden kann. Zu diesem Zweck
sind ein weiterer Gaseinlaß 27 in der Mantelfläche des Trägerteils 22 und
ein zugehöriger Gasauslaß vorhanden. Um zu vermeiden, daß dieses Kühl
gas im Bereich des Gaseinlasses 27 direkt auf die Außenwand der Kammer
8 auftrifft und somit das Linsensystem an dieser Stelle unzulässig stark
abkühlen würde, kann nötigenfalls ein die Kühlgasströmung ablenkendes
(schematisch dargestelltes) Leitblech 26a im Ringkanal 26 vorhanden
sein.
Das Trägerteil 23 ist in seinem in der Figur unteren Ende so ausgebildet,
daß es sich zunächst über seine gesamte Umfangsrichtung radial nach
außen erstreckt und dann nach unten gesehen wieder koaxial zur Läng
sachse 6 verläuft. Auf diese Weise erhält das Trägerelement 22 einen tel
lerförmigen Ansatz 28. Auf der unteren bzw. offenen Seite des tellerförmi
gen Ansatzes 28 liegt ein Verschlußring 29, der außen mit dem Rand des
tellerförmigen Ansatzes 28 abschließt und eine relativ große Durchgangs
öffnung 30 aufweist. Der Verschlußring 29 ist an mehreren in Umfangs
richtung voneinander beabstandeten Stellen über Senkkopfschrauben 31
mit dem tellerförmigen Ansatz 28 verbunden, wobei die Senkkopf
schrauben 31 in entsprechende Gewindebohrungen des Ansatzes 28 hin
eingeschraubt sind. Der tellerförmige Ansatz 28 und der Verschlußring 29
bilden auf diese Weise eine innere, radiale Umfangsnut 32 des Anschluß
teils 2. In diese radiale Umfangsnut 32 ragen an mehreren in Umfangs
richtung voneinander beabstandeten Positionen radial verlaufende
Schraubstifte 33 hinein, beispielsweise Madenschrauben, die durch ent
sprechende radiale Gewindebohrungen hindurchgeschraubt sind, die
sich im tellerförmigen Ansatz 28 bzw. in dessen Seitenwand befinden.
Nachfolgend wird der Aufbau der Düseneinrichtung 3 näher beschrieben.
Die Düseneinrichtung 3 weist einen ersten Hohlkörper 34 auf, der hohl
zylindrisch ausgebildet ist und koaxial zur Längsachse 6 verläuft. Dieser
erste Hohlkörper 34 besitzt an seinem in der Figur oberen Ende einen nach
außen abstehenden bzw. radialen Umfangsflansch 35, der passend in die
innere, radiale Umfangsnut 32 des Anschlußteils 2 eingreift und in dieser
geführt ist. Dabei ist der Außendurchmesser des ersten Hohlkörpers 34
außerhalb seines Umfangsflansches 35 kleiner als der Innendurchmesser
der Durchgangsöffnung 30, so daß sich der erste Hohlkörper 34 durch
Betätigung der Radialstifte 33 in Radialrichtung des Anschlußteils 2
verschieben läßt. Die Radialstifte 33 können zu diesem Zweck gegen die
äußere Umfangsfläche des Umfangsflansches 35 drücken.
In seinem unteren Abschnitt weist der erste Hohlkörper 34 ein äußeres
Umfangsgewinde 36 auf, und ferner wenigstens eine oder mehrere radiale
Gewindebohrungen 37, die in gleichmäßigen Winkelabständen voneinan
der liegen und zur Aufnahme weiterer radialer Schraubstifte 38 dienen,
die mit ihrem einen Ende den ersten Hohlkörper 34 nach innen überragen.
Das andere Ende der Schraubstifte 38 überragt dabei nicht die Außen
wand des Hohlkörpers 34.
Zur Düseneinrichtung 3 gehört ferner ein zweiter Hohlkörper 39, dessen
äußere Umfangsfläche ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist, und der in
seinem in der Figur oberen Bereich passend innerhalb des ersten Hohlkör
pers 34 geführt ist. In seinem unteren Bereich weist der zweite Hohlkörper
39 ein äußeres Umfangsgewinde 40 auf, das gegenüber dem äußeren
Umfangsgewinde 36 des ersten Hohlkörpers 34 eine entgegengesetzte
Gewindesteigung besitzt. Ist das äußere Umfangsgewinde 36 ein Rechts
gewinde, so ist das äußere Umfangsgewinde 40 ein Linksgewinde.
Beide Hohlkörper 34 und 39 sind über einen Verstellring 41 miteinander
verbunden. Dieser Verstellring 41 greift in seinem oberen Bereich mit
einem inneren Umfangsgewinde auf das Umfangsgewinde 36 und an
seinem unteren Ende mit einem Inneren Umfangsgewinde auf das äußere
Umfangsgewinde 40. Je nach Drehrichtung des Verstellringes 41 läßt sich
dabei der zweite Hohlkörper 39 ins innere des ersten Hohlkörpers 34
ziehen oder aus dem ersten Hohlköper 34 herausbewegen. Dabei wird eine
Mitdrehung des zweiten Hohlkörpers 39 dadurch verhindert, daß die
Schraubstifte 38 in axial verlaufende Längsnuten 42 eingreifen, die sich
im oberen Abschnitt des zweiten Hohlkörpers 39 an dessen Außen
wandung befinden. Die axialen Längsnuten 42 weisen dabei eine solche
Länge auf, daß die Schraubstifte 38 schon gegen die oberen Stirnseiten der
axialen Längsnuten 42 schlagen, bevor der Verstellring 41 vom zweiten
Hohlkörper 39 abgeschraubt ist, wodurch vermieden wird, daß der zweite
Hohlkörper 39 versehentlich aus dem ersten Hohlkörper 34 herausfallen
kann.
Im Innern ist der zweite Hohlkörper 39 mit einer kegelförmigen und
symmetrisch zur Längsachse 6 verlaufenden Durchgangsöffnung verse
hen, die sich in Richtung zur Düsenspitze hin verjüngt.
Auf dem unteren bzw. freien Stirnende des zweiten Hohlkörpers 39 sitzt
ein Sensoreinsatz 43. Dieser Sensoreinsatz weist einen Innenkanal auf,
der sich in Richtung zur Düsenspitze hin verjüngt und als Fortsetzung des
Innenkanals im zweiten Hohlkörper 39 zu sehen ist. Dabei ist der Sensor
einsatz 43 mit einem oberen Innengewinde auf ein unteres Außengewinde
des zweiten Hohlkörpers 39 aufgeschraubt. Die entsprechende Schraub
verbindung ist mit dem Bezugszeichen 44 versehen. Der Sensoreinsatz 43
besteht aus elektrisch leitendem Material und ist über die Schraubverbin
dung 44 auch elektrisch leitend mit dem zweiten Hohlkörper 39 und über
diesen mit den anderen elektrisch leitenden Teilen von Düseneinrichtung
3 und Anschlußteil 2 verbunden. Dabei kann der Sensoreinsatz 42 auf
Schirmpotential liegen, das beispielsweise aktives Schirmpotential sein
kann, so daß auch die anderen Teile des Düsenkopfes dieses Potential
annehmen.
In den Sensoreinsatz 43 ist eine Koaxialsteckerbuchse 45 seitlich ein
gesetzt. Ihr Außen- bzw. Schirmleiter steht elektrisch leitend mit dem Sen
soreinsatz 43 In Verbindung, wobei dem Sensoreinsatz 43 das Schirm
potential über den Schirmleiter der Koaxialsteckerbuchse 45 zugeführt
wird. Ein Signalleiter 46 der Koaxialsteckerbuchse 45 ist mit einem
Kontaktstift 47 über eine der Übersicht wegen nicht dargestellte elektri
sche Leitung verbunden. Diese Leitung ist ein flexibles Kabel. Der
Kontaktstift 47 ist von der unteren Stirnseite her in den Sensoreinsatz 43
eingesetzt und gegenüber dem Sensoreinsatz 43 durch eine Hülse 48 elek
trisch isoliert. Der Kontaktstift 47 kann darüber hinaus in der Hülse 48 in
seiner Längsrichtung federnd gelagert sein, um in federndem Kontakt mit
einem weiteren Element zu stehen, wie nachfolgend noch beschrieben
wird. Der Sensoreinsatz 43 weist darüber hinaus im Verbindungsgereich
zwischen dem Signalleiter 46 und dem Kontaktstift 47 eine radiale Sack
lochöffnung 49 auf, so daß dieser Verbindungsbereich von außen zugäng
lich ist. Mit dem Innenkanal des Sensoreinsatzes 43 hat die radiale Sack
lochöffnung 49 jedoch keine Verbindung.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Signalleiter 46 und dem Kon
taktstift 47 kann beispielsweise so hergestellt werden, daß zunächst die
Koaxialsteckerbuchse 45 in eine entsprechende Öffnung des Sensorein
satzes 43 hineingeschraubt wird, wobei die bereits erwähnte elektrische
Leitung mit dem Signalleiter 46 der Koaxialsteckerbuchse 45 schon ver
bunden ist. Die Leitung durchragt dann die Öffnung, die für die Hülse 48
vorgesehen ist. Sodann wird der in der Hülse 48 befindliche Kontaktstift
47 mit dem freien Ende der elektrischen Leitung verlötet, wonach Hülse 48
und Kontaktstift 47 in die für sie vorgesehene Öffnung im Sensoreinsatz
43 hineingesteckt werden. Die elektrische Leitung, die natürlich mit einer
Isolation versehen ist, kann sich dann im Bereich der Sacklochöffnung 49
entsprechend krümmen. Die Hülse 48 ist klemmend in den Sensoreinsatz
43 eingesetzt und kann mit diesem auch verklebt sein.
Der Sensoreinsatz 43 nimmt an seiner freien bzw. unteren Stirnseite noch
einen Drehsicherungsstift 50 auf. Er erstreckt sich parallel zur Längsach
se 6. Ferner ist am unteren Ende des Sensoreinsatzes 43 sowie an dessen
Außenseite noch ein Umfangsgewinde 51 vorhanden.
Auf die zur Düsenspitze weisende Stirnfläche des Sensoreinsatzes 43 ist
ein Isolationskörper 52 aufgesetzt. Dieser Isolationskörper 52 besteht z. B.
aus Aluminium und trägt an seiner gesamten äußeren Oberfläche eine
Eloxalschicht, die elektrisch isolierend ist. Mit Hilfe einer Überwurfmutter
53 wird der Isolationskörper 52 gegen die genannte Stirnfläche des
Sensoreinsatzes 43 gezogen, wobei die Überwurfmutter 53 mit einem
Innengewinde auf das Umfangsgewinde 51 aufgeschraubt ist. Dabei über
greift die Überwurfmutter 53 mit einem Rand 54 einen entsprechenden
Umfangsflansch 55 des Isolationskörpers 52.
Um eine Verdrehung des Isolationskörpers 52 relativ zum Sensoreinsatz
43 zu verhindern, greift der Drehsicherungsstift 50 in eine entsprechende
Ausnehmung 56 in der ihm gegenüberliegenden Fläche des Isolationskör
pers 52. Da auch die Ausnehmung 56 die Eloxalschicht trägt, entsteht
kein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Drehsicherungsstift 50 und
dem Isolationskörper 52. Andererseits stößt das freie Ende des Kontakt
stiftes 47 gegen einen Flächenbereich des Isolationskörpers 52, in wel
chem die Eloxalschicht entfernt wurde. Hier kommt also ein elektrischer
Kontakt zwischen dem Kontaktstift 47 und dem Isolationskörper 52 zu
stande, so daß dem Isolationskörper 52 Sensorpotential über den Signal
leiter 46 und den Kontaktstift 47 zugeführt werden kann. Gegenüber der
Überwurfmutter 53 ist der Isolationskörper 52 infolge der Eloxalschicht
wiederum elektrisch isoliert.
Natürlich kann in den Isolationskörper 52 auch ein weiterer Kontaktstift
57 eingesetzt sein, um einen Kontakt zwischen ihm und dem Kontaktstift
47 herzustellen.
Der Isolationskörper 52 weist wiederum einen koaxial zur Längsachse 6
verlaufenden Innenkanal auf, der als Fortsetzung der Innenkanäle des
Sensoreinsatzes 43 und des zweiten Hohlkörpers 39 angesehen werden
kann und sich in Richtung zur Düsenspitze verjüngt. Ferner weist der
Isolationskörper 52 in seinem unteren Bereich ein äußeres Umfangsge
winde 58 auf. Auf dieses äußere Umfangsgewinde 58 ist mit einem entspre
chenden Innengewinde die Sensorelektrode 4 aufgeschraubt, wobei die
Sensorelektrode 4 über das Gewinde 58 mit dem Isolationskörper 52 elek
trisch in Kontakt steht, da im Bereich des Gewindes 58 keine Eloxal
schicht vorhanden ist. Die Sensorelektrode 4 besteht ebenfalls aus elek
trisch leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, und empfängt letzt
lich das Sensorpotential.
Zwischen der Stirnfläche des Isolationskörpers 52 und der Sensorelek
trode 4 kann auch eine kegelförmige Düsenspitze eingeklemmt sein, die
das Bezugszeichen 59 trägt. Diese kegelförmige Düsenspitze 59 weist
einen sich zur Sensorelektrode 4 hin verjüngenden Innenkanal 60 auf, der
koaxial zur Längsachse 6 liegt, sowie mehrere seitlich von diesem Innen
kanal 60 vorhandene Strömungskanäle 61, die parallel zur Längsachse 6
verlaufen. Diese Strömungskanäle 61 stehen ebenso wie der Innenkanal
60 mit dem Innenkanal des Isolationskörpers 52 in Verbindung, während
die Strömungskanäle 61 auf der gegenüberliegenden Seite mit einem
Raum 62 innerhalb der Sensorelektrode 4 in Verbindung stehen, der die
kegelförmige Düsenspitze 59 ringartig umgibt. Dieser Raum 62 mündet
dann in eine Axialöffnung der Sensorelektrode 4, in die auch die Öffnung
der kegelförmigen Düsenspitze 59 mündet. Hierdurch lassen sich eine
gute Arbeitsgasführung und eine verbesserte Kühlung der Sensorelek
trode 4 erzielen. Das Arbeits- bzw. Kühlgas kann dabei über den weiteren
Einlaß 27 zugeführt werden.
In der Figur sind weitere Dichtungsringe als volle Flächen gezeichnet und
tragen keine besonderen Bezugszeichen.
Claims (9)
1. Düsenkopf (1) für die Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines La
serstrahls, mit
- - einem Anschlußteil (2),
- - einem im Anschlußteil (2) angeordneten Linsenhalter (7) zur Auf nahme eines Linsensystems,
- - einer mit dem Anschlußteil (2) verbundenen Düseneinrichtung (3), und
- - einer an der Spitze der Düseneinrichtung (3) angeordneten Sensor elektrode (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinrichtung (3) einen ersten (34) und einen zweiten Hohlkörper (39) aufweist, die passend ineinander geführt, in Düsenlängsrichtung relativ zueinander verschiebbar und jeweils mit einem äußeren Umfangsgewindeabschnitt (36, 40) ver sehen sind, die entgegengesetzte Steigungen aufweisen, und daß auf den Umfangsgewindeabschnitten (36, 40) ein gemeinsamer Verstellring (41) sitzt.
2. Düsenkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in
einem der Hohlkörper (34) wenigstens ein Radialstift (38) sitzt, der mit
seinem einen Ende in einer diesem Hohlkörper (36) zugewandten
Führungsnut (42) des anderen Hohlkörpers (39) geführt ist, die in Düsen
längsrichtung verläuft.
3. Düsenkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Hohlkörper (34) hohlzylindrisch ausgebildet ist, an seinem
oberen Ende einen radialen Umfangsflansch (35) und an seinem unteren
Ende den äußeren Umfangsgewindeabschnitt (36) aufweist.
4. Düsenkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Hohlkörper (39) im ersten Hohlkörper (34) geführt ist.
5. Düsenkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
wenigstens eine Radialstift (38) im ersten Hohlkörper (34) sitzt und sich
die Führungsnut (42) an der Außenseite des zweiten Hohlkörpers (39) be
findet.
6. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Düseneinrichtung (3) senkrecht zur Düsenlängsrich
tung relativ zum Anschlußkopf (2) verstellbar ist.
7. Düsenkopf nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der radiale Umfangsflansch (35) des ersten Hohlkörpers (34) mit Radial
spiel in eine innere, radiale Umfangsnut (32) des Anschlußteils (2) greift.
8. Düsenkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß radial
verlaufende Stellstifte (33) die äußere Wand (28) der Umfangsnut (32)
durchsetzen.
9. Düsenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Linsenhalter (7) in den Anschlußteil (2) herausnehmbar
eingesetzt ist und dort eine feste Sollposition einnimmt.
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- 1994-07-26 DE DE19944426458 patent/DE4426458C2/de not_active Expired - Fee Related
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