KR20190133733A

KR20190133733A - 절단 가스 제트를 포위하기 위한 가스 노즐용의 내마모성 슬리브

Info

Publication number: KR20190133733A
Application number: KR1020197031766A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 베아
Original assignee: 트룸프 베르크초이그마쉬넨 게엠베하 + 코. 카게
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-12-03
Also published as: WO2018177804A1; CN110461532A; EP3600753A1; US11618101B2; DE202018006425U1; DE102017205084A1; US20200023464A1

Abstract

본 발명에 따른 가스 노즐(1)용 슬리브(10)로서, 슬리브 본체(21)와, 마모 보호 요소(22)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 슬리브 단부면(17)을 포함하고, 상기 마모 보호 요소는 상기 슬리브 본체(21)에 체결되며 상기 슬리브 단부면(17)에 인접한 상기 슬리브 본체(21)보다 내마모성이 큰 재료로 구성되는 것인 슬리브에서는, 상기 슬리브 단부면(17)의 내측 및/또는 외측 경사부(18a, 18b)가 상기 마모 보호 요소(22)에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.

Description

절단 가스 제트를 포위하기 위한 가스 노즐용의 내마모성 슬리브

본 발명은 가스 노즐용 슬리브로서, 슬리브 본체와, 마모 보호 요소에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 슬리브 단부면을 포함하고, 상기 마모 보호 요소는 상기 슬리브 본체에 체결되며 상기 슬리브 단부면에 인접한 상기 슬리브 본체보다 내마모성이 큰 재료로 구성되는 것인 슬리브에 관한 것이고, 또한 상기한 슬리브를 구비하는 레이저 가공 헤드용 가스 노즐에 관한 것이다.

이러한 가스 노즐은 예를 들어 US 9,610,652 B2로부터 알려져 있다.

가스 노즐, 특히 절단 가스 노즐의 하면과, 상기 노즐 밑에 배치된 피가공물의 표면 사이의 공간을 포위함으로써, 하기의 효과들이 현저해질 수 있다.

- 천공 프로세스에 필요한 시간의 감소,

- 가스 압력의 감소 그리고 이에 따른 필요 가스 인프라(예를 들어, 고압 대신 저압 공급)의 단순화,

- 가스 소비의 감소,

- 가공 속도의 증가,

- 만들어지는 절단 에지에서 미세 거칠기 및 버어(burr)의 감소.

US 9,610,652 B2로부터 알려진 슬리브는 슬리브 본체를 구비하고, 이 슬리브 본체의 슬리브 단부면에는, 예를 들어 Al₂O₃, AlN, ZrO 또는 Al₂TiO₅ 등과 같은 전기 절연 세라믹 재료, 또는 폴리머 재료로 제조되는 슬리브 형태의 마모 보호 요소가 체결된다. 상기 마모 보호 요소는 슬리브 본체의 슬리브 단부면을 넘어 수 밀리미터 돌출되어, 용융 온도의 초과 또는 마멸 등과 같은 손상 메커니즘으로부터 슬리브를 국부적으로 제한된 방식으로 보호한다.

WO 2015/170029 A1에서는, 절단 가스 제트를 포위하기 위한 절단 가스 노즐로서, 납-함유 청동 합금의 이동형 금속 슬리브를 구비하는 절단 가스 노즐이 알려져 있다. 그러나, 이러한 금속 슬리브는, 절단 프로세스 동안에 피가공물의 표면에 대한 절단 가스 노즐의 용량성 거리 제어에 악영향을 미친다. 용량성 거리 제어를 위해, 절단 가스 노즐의 표면과 금속판의 표면은, 커패시터의 전기 전도성 표면으로서, 고주파 교류 전압이 레이저 절단 설비의 작동 중에 인가되는 커패시터의 전기 전도성 표면의 역할을 한다. 2개의 커패시터 표면 사이에서의 전계 강도의 변화가 연속적으로 측정되고, 절단 가스 노즐과 금속판의 표면 사이의 거리를 조정("용량성 거리 제어")하는 데 사용된다. 이에 따라, 커패시터 요소들 사이에서의 유전체의 조작에 의한 전계의 변화는, 용량성 거리 제어의 무장애 작동을 보장하기 위해 최소로 제한될 필요가 있다.

WO 2016/177595 A1에서 알려진 슬리브는 비-전기 전도성 재료로, 특히 세라믹 재료 또는 플라스틱 재료로 형성되므로, 금속 산화물 세라믹의 경우에는, 용량성 거리 제어에 미치는 악영향은 아주 약간이고, 플라스틱 재료의 경우에는, 사용된 플라스틱 재료에 추가 유전체 활성 물질이 없거나 미량만이 있는 한, 용량성 거리 제어에 미치는 악영향이 없다. 가스 노즐의 작동 중에, 전방 슬리브 단부면은 가공될 피가공물의 표면과 직접 기계적으로 접촉할 수 있고, 이에 따라 전방 슬리브 단부면은 마모를 받게 된다.

레이저 절단 프로세스의 초기에는, 집속 레이저 빔을 통해 가공될 피가공물을 천공할 필요가 있다("천공 프로세스"). 이러한 천공 프로세스 동안에, 레이저 빔에 의해 국부적으로 용융되는 피가공물의 금속은, 방금 만들어진 "시작 구멍"으로부터, 레이저 빔의 전파 방향과는 반대의 방향으로, 고속으로 벗어난다. 따라서, 절단 가스 제트를 포위하기 위해 마련된 슬리브와 절단 가스 노즐이 천공 프로세스 동안에, 천공된 구멍으로부터 빠져나온 용융 액적에 노출된다.

천공 프로세스 동안에 액화된 금속의 일부가 피가공물의 표면에 추가적으로 부착되어, 국부적으로 표면 온도와 거칠기가 증가된다. 일단 천공 프로세스가 행해지면, 작업은 즉시 실제 절단 작업으로 변경되고, 그 결과 전방 슬리브 단부면은, 천공 프로세스 이후에 고온의 거친 피가공물의 표면 상에 놓인 후, 고온의 거친 피가공물의 표면 위에서 직접 기계적으로 접촉하면서 이동된다. 피가공물의 표면의 높은 온도와 부착 용융 금속의 마멸 작용으로 인해, 취성 세라믹 슬리브가 사용되는 경우와 플라스틱 슬리브가 사용되는 경우 모두에, 전방 슬리브 단부면의 마모가 야기된다.

레이저 가공 프로세스, 특히 절단 또는 용접 프로세스 동안에, 한편으로는 피가공물의 표면으로부터 반사되어 나온 레이저 광선으로 인해, 그리고 다른 한편으로는 절단 갭 또는 용융 풀로부터 확산 방출되는 열복사선으로 인해, 슬리브의 내부에 열적 부하가 야기되고, 그 결과 용융 온도의 초과와 이에 따른 손상이 야기될 수 있다.

따라서, 본 발명의 기본적인 목적은, 특히 용량성 거리 제어의 기능적 능력에 부적합한 방식으로 슬리브의 유전 특성을 변화시키는 일 없이, 대안적인 가스 노즐용 슬리브를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 슬리브 단부면의 내측 및/또는 외측 경사부가 마모 보호 요소에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 본 발명에 따라 달성된다. 바람직하게는, 상기 슬리브 단부면의 상기 내측 및/또는 외측 경사부는 상기 마모 보호 요소에 의해서만 형성된다.

예를 들어 기울어짐에 의해 피가공물의 일부분이 무단으로 절단된 결과 발생 가능한 바와 같은, 피가공물의 표면의 작은 단차부들 위로 손상 없이 미끄럼 이동할 수 있기 위하여, 상기 전방 슬리브 단부면은, 상기 마모 보호 요소에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 내측 및/또는 외측 경사부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 마모 보호 요소는 특히, 작업 중에 피가공물의 표면으로부터 최소 거리에 있는, 상기 전방 슬리브 단부면의 슬리브 팁을 보호해야 하므로, 바람직하게는 상기 슬리브 팁으로부터 시작하여, 상기 외측 경사부의 2 ㎜ 이상, 특히 바람직하게는 절반 이상, 그리고 바람직하게는 4 ㎜ 이하에 걸쳐 슬리브 내로 연장된다.

본 발명에 따르면, 용융 구조용 강재 또는 스테인리스강과의 접촉에 의해 응력이 과도해지는 것으로부터, 그리고 또한 마모가 증대되는 것으로부터, 슬리브를 충분히 보호하는 것은, 특히 노출되어 마모의 위험에 처해 있는 전방 슬리브 단부면만이, 적어도 부분적으로 마모 보호 재료로 형성되고, 이로써 슬리브 본체가 부분적으로 액화된 피가공물 재료와 직접 접촉하는 것으로부터 보호되는 경우에, 이미 달성될 수 있는 것으로 인정되었다. 하나의 (전방) 슬리브 단부면의 특성들이 국부적으로 제한되는 변형은, 이 변형의 반작용으로 슬리브의 보다 높은 레벨의 특성들(최대 전기 절연 저항 및 유전적 중성)이 제한되거나 또는 심지어 완전히 버려지는 일 없이, 슬리브의 사용 기간이 현저히 증가되는 것을 허용한다.

바람직하지 않은 마모를 최소화하기 위해, 기계적 재료 특성(인장 강도/경도)과 열적 재료 특성(용융 온도) 양자 모두가 중요하다. 따라서, 상기 마모 보호 재료는 하기의 요건들을 최적으로 충족해야 한다:

- 용량성 거리 제어의 기능에 미치는 악영향은 최소일 것,

- 전방 슬리브 단부면이 피가공물의 표면 위로 미끄럼 이동한 결과로 금속 피가공물의 표면에 스크래치가 형성되는 일이 없을 것,

- 치수 안정성과 마멸 저항은 최대일 것,

- 반사도와 내고온성은 최대일 것, 및

- 금속 스패터의 부착 경향이 최소일 것.

유리하게는 마모 보호 재료로서,

- 용융 온도가 400℃보다 높고,

- 경도 및 탄성률이 알루미늄의 것보다 크거나 같고,

- 적외선에 대한 열 전도율 및 반사율이 스테인리스강의 것보다 크거나 같고,

- 금속 스패터의 부착 경향이 스테인리스강의 경우보다 낮거나 같은, 마모 보호 재료가 선택된다.

상기 마모 보호 요소는 바람직하게는 적어도 부분적으로 금속 재료로, 특히 구리 합금으로 형성된다. 주석-인-청동은, 특히 이 재료의 높은 구리 함량이 또한 상기 열적 요건들(높은 용융 온도, 금속 스패터의 낮은 부착성)과 상기 광학적 요건들(높은 반사도)을 충족시키므로, 내마모성의 측면에서 만들어진 상기한 요건들을 최적으로 충족시킨다. 알루미늄 합금, 구리-텔루륨 합금, 경질 황동, 또는 금속 산화물 또는 금속 질화물도 마찬가지로 적합하다.

상기 슬리브 본체는 비-전기 전도성 재료로, 특히 플라스틱 재료 또는 세라믹 재료(예를 들어, 알루미늄 산화물)로 형성되는 것이 바람직하다. 플라스틱 재료는 세라믹 재료보다 높은 탄성을 가지므로, 내온도성, 열가소성 플라스틱 재료[예를 들어, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)]가 슬리브용으로 가장 적합한 기본 재료인 것으로 입증되었다.

사용되는 플라스틱 재료의 중요 특성들로는:

- 열가소적 성형성

- 유리, 카본, 고체 윤활제, 또는 착색 안료 등과 같은 충전제로부터의 해방

- 낮은 비밀도(specific density)

- 높은 인장 탄성 계수 및 높은 인장 강도

- 높은 경도

- 높은 용융 온도 및 연속 작동 온도

- 높은 열 전도율

- 낮은 유전율

- 불연성이 있다.

특히 유익하게는, 상기 슬리브 단부면에 인접한 상기 슬리브 본체의 내측 부분에서의 상기 마모 보호 요소의 벽 두께는 상기 슬리브의 벽 두께의 절반 미만이고, 2 ㎜ 이하, 특히 1.5 ㎜ 이하이다. 가능한 한 얇은 벽을 갖는 마모 보호 요소를 형성함으로서, 노즐의 용량성 거리 제어의 기능이 약화되지 않는다. 상기 마모 보호 요소와 상기 슬리브 본체 사이의 중첩 영역의 축방향 길이는 바람직하게는 1 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하이다. 이러한 방식에서, 한편으로는 상기 슬리브 본체의 내측 부분이 산란된 방사선과 용융된 피가공물 재료로부터 보호받고, 다른 한편으로는 상기 거리 제어의 기능이 약화되지 않는다.

바람직하게는, 상기 마모 보호 요소는 그 형상이 환형 또는 관형이고, 상기 마모 보호 요소와 상기 슬리브 본체는 유리하게는 서로 끼워 맞춰질 수 있다.

상기 슬리브 본체와 상기 마모 보호 요소 사이의 연결에 대해서는 많은 가능성이 있다. 어느 한 변형예는, 상기 마모 보호 요소가 접착제 의해 상기 슬리브 본체에 접합되는 것을 제공하는데, 이 접착제는 내고온성이고 고탄성일 필요가 있다.

다른 변형예에서, 상기 마모 보호 요소는 상기 슬리브 본체에 대해 인터로킹 및/또는 힘-기반 연결에 의해 연결되는데, 상기 슬리브 본체와 상기 마모 보호 요소 사이에 상기 힘-기반 또는 인터로킹 연결을 재현 가능하게 그리고 저비용으로 구현하기 위해서는, 사용되는 재료가, 기계 가공에 의한 가공에 또는 성형 프로세스에 적합한 것이 유리하다. 마모 보호 요소가 관 형태 또는 슬리브 형태인 경우, 큰 결합면이 확보되고, 이 결합면을 통하여 상기 마모 보호 요소와 상기 슬리브 본체가 서로 접촉한다. 그 결과, 단지 작은 반경방향 결합 응력으로도, 축방향으로 작용하는 미끄럼 마찰이 커지며, 이로써 또한 축방향으로 작용하는 중력과 가스 유동의 벽 전단 응력으로 인해 마모 보호 요소가 슬리브 본체에서 미끄러져 떨어지는 것이 방지된다. 마모 보호 요소는 그 외주면에, 인터로킹 연결을 초래하기 위한, 원주형 환형 돌출부 또는 복수 개의 개별 돌출부를 구비한다면, 특히 유리하다. 추가적인 변형예에서, 상기 슬리브 본체는 그 원통형 내면에 언더컷(예를 들어, 환형 홈)을 구비할 수 있고, 이 언더컷에는 상기 마모 보호 요소의 하나 이상의 돌출부가 결합된다. 이러한 변형예는, 상기 슬리브 본체가 비-열가소성 재료, 즉 세라믹 재료로 형성되는 경우에, 특히 적합하다.

용량성 거리 제어와 관련이 있는, 노즐의 표면과 피가공물의 표면 사이의 전자기장에, 마모 보호 재료에 의해 가능한 적게, 영향을 미치기 위하여, 상기 전방 슬리브 단부면을 형성하는 상기 마모 보호 요소는, 가능한 한 얇거나 얇은 벽일 필요가 있고, 상기 슬리브에 있어서, 정상 작동시, (예를 들어, 천공 작업 동안에는) 용융된 금속 스패터에 의해 그리고 (예를 들어, 절단 또는 용접 작업 동안에는) 프로세스 배출물에 의해 영구적인 열적 부하를 받게 되거나, 또는 피가공물의 표면과의 충돌에 의해 기계적 부하를 받게 되는 영역들에, 제한될 필요가 있다. 상기 슬리브 본체의 내측 원통형 부분에서의 상기 마모 보호 요소의 두께(벽 두께)는 상기 슬리브 본체의 원통형 부분의 벽 두께의 절반보다 작은 것이 바람직하다. 전방 슬리브 단부의 영역에서, 다른 한편으로는, 상기 슬리브 본체의 원주 플랜지를 넘어 돌출되는 상기 마모 보호 요소의 두께는, 충분한 내마모성을 보장하기 위해, 상기 슬리브의 전방 단부면에서의 원주 플랜지의 두께의 적어도 절반, 바람직하게는 대략 2/3인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 마모 보호 요소는 상기 원주 플랜지를 완전히 덮고, 이에 따라 산란된 방사선과 용융된 피가공물 재료로부터 상기 슬리브를 최선으로 보호하는 것이 보장된다.

추가적인 변형예에서, 가스 압력이 전방 방향, 즉 피가공물을 향한 방향으로 작용하는 상기 슬리브의 표면 부분은, 가스 압력이 후방 방향, 즉 피가공물로부터 멀어지는 방향으로 작용하는 상기 슬리브의 표면 부분의 1.2배 내지 1.4배이다. 이러한 구성의 결과로, 상기 노즐의 작동 중에, 상기 슬리브는, 상기 슬리브의 내측 경사부에서 가스의 들어올리는 동작에 의해 상기 피가공물의 표면으로부터 들어올려지지 않을 정도로, 충분히 강하게 유동하는 가스에 의해, 상기 피가공물의 표면에 밀어붙여진다. 이에 따라, 가스 압력의 결과로 상기 슬리브에 작용하는 들어올리는 힘과 누르는 힘이 서로 균형을 이루게 되며, 그 결과 상기 슬리브는 상기 피가공물의 표면 위에서 가능한 한 마찰이 없는 방식으로 미끄럼 이동한다.

본 발명의 대상의 추가적인 장점 및 유익한 실시형태들은 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면을 통해 명백해질 것이다. 마찬가지로, 앞서 언급되고 이하에 기술되는 특징들은 각각 독자적으로 사용되거나 또는 복수의 임의의 요망되는 조합으로 사용될 수 있다. 도시되고 기술된 실시형태들은 완전한 리스트인 것으로 해석되어서는 안 되며, 그 대신에 본 발명을 분명히 보여주는 예시적인 성질의 것으로 해석되어야 한다.

도면에서:
도 1a, 도 1b는 변위 가능한 슬리브를 구비하는 절단 가스 노즐 형태의 본 발명에 따른 가스 노즐을 보여주는 도면들로서, 상기 변위 가능한 슬리브는 도 1a에서는 앞으로 당겨진 그 전방 단부 위치로 그리고 도 1b에서는 뒤로 밀려난 그 후방 위치로 도시되어 있고;
도 2a, 도 2b는 도 1에 도시된 슬리브를 2-부품 형태로(도 2a) 그리고 분해된 상태로(도 2b) 보여주며;
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 슬리브의 여러 추가적인 실시형태들을 보여준다.

이하의 도면에 대한 설명에서, 동일하거나 또는 기능적으로 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용된다.

도 1a, 도 1b에 도시된 절단 가스 노즐(1)은 레이저 가공 헤드(2) 상에 배치되어, 레이저 빔(3)에 의해 가공되는 피가공물(예를 들어 금속판)(4) 상으로 절단 가스를 지향시키는 역할을 한다. 이러한 절단 가스 노즐(1)은, 예를 들어 DE 10 2013 210 844 B3에 개시된 바와 같은 레이저 가공 기계에서 사용될 수 있다.

절단 가스 노즐(1)은, 코어 유동(7)을 형성하기 위한 내부 노즐(6)을 구비하고 상기 내부 노즐(6)을 둘러싸며 환형 유동(9)을 형성하기 위한 환형 갭 노즐(8)을 구비하는 노즐체(5), 뿐만 아니라 상기 내부 노즐(6)을 넘어 돌출되는 슬리브(10)를 포함한다. 상기 노즐체(5)는 외부 및 내부 노즐 본체(5a, 5b)의 두 부분으로 구성된다. 상기 슬리브(10)는, 축방향으로 전방과 후방으로 변위 가능한 방식으로, 상기 환형 갭 노즐(8)의 상기 환형 갭(11) 내에서, 보다 정확하게는 상기 환형 갭(11)의 외벽(12)에서 안내되며, 도 1a에서는 앞으로 당겨진 그 전방 단부 위치로 그리고 도 1b에서는 뒤로 밀려난 후방 위치로 도시되어 있다. 상기 내부 노즐(6)의 외측면에 의해 형성되는 상기 환형 갭(11)의 내벽(13)에는 밸브 시트(14)가 형성되어 있고, 상기 슬리브(10)는 그 전방 단부 위치에서 상기 밸브 시트 상에 놓여진다. 상기 내부 노즐(6)은 그 중앙 노즐 개구(15)를 통하여 가스 공급부(도시 생략)에 연결되고, 상기 환형 갭(11)은 하나 이상의 연결 개구(16)를 통하여 노즐 개구(15)에 연결된다. 레이저 빔(3)은 노즐 개구(15)를 통하여 피가공물(4) 상으로 지향된다.

예를 들어 기울어짐에 의해 피가공물의 일부분이 무단으로 절단된 결과 발생 가능한 바와 같은, 피가공물의 표면의 작은 단차부들 위로 손상 없이 미끄럼 이동할 수 있기 위하여, 상기 슬리브(10)의 전방 슬리브 단부면(17)은 내측 및/또는 외측에 경사부(18a, 18b)를 구비한다.

도 1a에 도시된 전방 단부 위치에서, 상기 슬리브(10)는 피가공물(4)로부터 이격되어 있고, 환형 플랜지(19)를 통해 밸브 시트(14) 상에 밀봉식으로 놓여져 있으며, 이에 따라 환형 갭 노즐(8)의 노즐 단면(20)이 대부분 폐쇄되어 있다. 레이저 가공 헤드(2)로부터 절단 가스 노즐(1)로 흘러 들어가는 절단 가스는, 실질적으로 중앙 내부 노즐(6)을 통해서만 코어 유동(7)으로서 흘러나올 수 있다. 이러한 단일-구멍 노즐은, 레이저 가공 헤드(2)가 그리고 이에 따라 내부 노즐(6)이 피가공물의 표면으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에, 레이저 빔(3)을 피가공물(4)에 관통시키거나 얇은 금속판을 가공하기에 바람직하다.

슬리브(10)가 그 전방 단부 위치에서 도 1b에 도시된 후방 위치로 뒤로 밀리는 경우, 슬리브는 밸브 시트(14)로부터 들어올려진다. 절단 가스는 연결 개구(16)를 통하여 환형 갭(11) 내로 유동할 수 있고, 그리고 환형 갭에서부터, 이제는 막혀 있지 않은 노즐 단면(20)을 통하여, 환형 유동(9)으로서 흘러나올 수 있다. 절단 가스가 내부 노즐(6)과 환형 갭 노즐(8) 양자 모두로부터 흘러나오는, 상기한 보충적인 유동 노즐은, 특히 두꺼운 피가공물을 절단하는 경우에 바람직하다.

상기 슬리브(10)가 피가공물(4) 상에 위치해 있지 않을 때, 상기 슬리브(10)는 절단 가스 압력에 의해 그 전방 단부 위치로 밀린다. 상기 절단 가스 노즐(10)을 피가공물(4)에 대해 서로 다른 거리로 하강시킴으로써, 상기 슬리브(10)는 뒤로 밀리며, 이에 따라 상기 슬리브(10)는 피가공물 표면 상에 놓여지고 후방 위치로 뒤로 밀린다.

도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 슬리브(10)는 슬리브 본체(21)와, 이 슬리브 본체에 체결되며 상기 전방 슬리브 단부면(17)의 일부분을 형성하는 환형 마모 보호 요소(22)를 구비한다. 대안적으로, 상기 슬리브 단부면(17)의 상기 내측 및/또는 외측 경사부(18a, 18b)는 또한, 상기 마모 보호 요소(22)에 의해서만 형성될 수 있다. 상기 슬리브 본체(21)는 비-전기 전도성 재료로, 특히 예를 들어 PEEK 등의 플라스틱 재료 또는 세라믹 재료로 형성되고, 상기 마모 보호 요소(22)는 내마모성이 보다 큰 재료로, 특히 예를 들어 주석-인-청동, 구리-텔루륨, 알루미늄 합금, 또는 경질 황동 등과 같은 금속 재료로 형성된다. 상기 마모 보호 요소(22)와 상기 슬리브 본체(21)는 서로 끼워 맞춰지며, 상기 슬리브 본체(21)의 내측 원통형 부분에서의 상기 마모 보호 요소(22)의 두께(벽 두께)(d)는 상기 슬리브(10)의 벽 두께(D)보다 작다. 바람직하게는, 상기 마모 보호 요소(22)의 벽 두께(d)는 2 ㎜ 이하, 특히 1.5 ㎜ 이하이고, 상기 마모 보호 요소(22)와 상기 슬리브 본체(21) 사이의 중첩 영역의 축방향 길이(L)는 1 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하이다. 상기 슬리브(10)의 상기 전방 단부면(17)은 원주 플랜지(23)의 형태이고, 상기 원주 플랜지(23)를 넘어 돌출되는 상기 마모 보호 요소(22)의 두께(높이)(h)는 상기 원주 플랜지(23)의 두께(높이)(H)의 적어도 절반에 대응한다. 특히 상기 전방 슬리브 단부면(17)의 하부 팁을 대신하는 상기 마모 보호 요소(22)는, 내측 경사부(18a)를 구비하고, 슬리브 팁으로부터 시작하여 외측 경사부(18b)의 2 ㎜ 이상 그리고 바람직하게는 4 ㎜ 이하에 걸쳐 슬리브(10) 내로 연장된다. 상기 마모 보호 요소(22)는, 예를 들어 내고온성 및 고탄성의 접착제에 의해, 상기 슬리브 본체(21)의 단차형 슬리브 개구에 안쪽으로 접합되거나, 또는 상기 마모 보호 요소(22)와 상기 슬리브(10) 사이의 해당 직경차로 인하여 상기 슬리브(10)에 힘-기반 방식으로 고정된다.

도 3은 상기 마모 보호 요소(22)가 상기 슬리브 본체(21)에 접착 접합되는 슬리브의 두 가지 추가적인 변형예를, 각각 반단면도의 형태로 보여준다. 상기 외측 경사부(18b)는 환형 마모 보호 요소(22)에 의해 형성된다. 좌측 반단면도에서, 단차형 마모 보호 요소(22)는 상기 슬리브 본체(21)의 외부에는 끼워지고 상기 슬리브 본체(21)의 평탄한 단부면에는 접착 접합된다. 우측 반단면도에서, 마모 보호 요소(22)는 대략 U-자형의 삽입 개구(24)를 갖는 캡의 형태인데, 이로써 상기 마모 보호 요소는 상기 슬리브 본체(21)의 슬리브 단부에 끼워지며 그리고 거기에 접착 접합된다.

도 4는 상기 마모 보호 요소(22)가 상기 슬리브 본체(21)에 대해 인터로킹 및 힘-기반 연결에 의해 연결되는 슬리브의 두 가지 추가적인 변형예를, 각각 반단면도의 형태로 보여준다. 상기 마모 보호 요소(22)를 관형-원통형 형태로 함으로써, 결합면이 커지고, 이를 통하여, 마모 보호 요소(22)와 슬리브 본체(21)가 조립 상태에서 힘-기반 연결에 의해 함께 연결된다. 그 결과, 단지 작은 반경방향 결합 응력으로도, 축방향으로 작용하는 미끄럼 마찰이 커지며, 이로써 또한 축방향으로 작용하는 중력과 절단 가스 유동의 벽 전단 응력으로 인해 마모 보호 요소(22)가 슬리브(10)에서 미끄러져 떨어지는 것이 방지된다. 좌측 반단면도에서, 상기 마모 보호 요소(22)는 그 내측 상부 에지에, 원주형 러그 또는 복수 개의 개별 러그(25)를 구비하는데, 이 러그는 상기한 목적을 위해 슬리브 본체(21)의 개구 벽에 상응하게 마련되는 원주형 오목부에 반경방향 외측으로 결합되고 이에 따라 슬리브 본체의 뒤에 결합된다. 우측 반단면도에서, 상기 마모 보호 요소(22)는 그 외측 상부 에지에, 원주형 러그 또는 복수 개의 개별 러그(26)를 구비하는데, 이 러그는 슬리브 본체(21)의 외측 숄더 둘레에 외측에서 결합되고 이에 따라 슬리브 본체의 뒤에 결합된다.

도 5의 좌측 반단면도에 도시된 슬리브의 변형예에서, 상기 마모 보호 요소(22)는 그 원주면에, 원주형의, 특히 후크-형상의 돌출부(27) 또는 복수 개의 개별 돌출부를 구비하는데, 이 돌출부는 슬리브 본체(21)의 개구 벽에 압입되고 이에 따라 미늘형 후크의 역할을 한다. 상기 돌출부(들)(27)의 외경은 상기 슬리브 본체(21)의 슬리브 개구의 직경보다 크고, 이에 따라 상기 슬리브 본체(21)의 재료는 상기 압입에 의해 유발되는 내부 응력으로 인하여 적어도 미세한 규모로 상기 돌출부(들)(27) 주위로 흐른다. 이에 의해, 상기 돌출부(들)(27)와의 인터로킹 연결("언더컷")이 형성된다. 도 5의 우측 반단면도에 도시된 슬리브의 변형예에서, 상기 슬리브 본체(21)는 그 개구 벽에 환형 홈(28)을 구비하고, 이 환형 홈에는 원주형 돌출부(29) 또는 복수 개의 개별 돌출부가 잠금 고정 방식으로 결합된다. 이러한 변형예는, 상기 슬리브 본체(21)의 재료가 열가소성이 아니고, 즉 예를 들어 세라믹 재료인 경우에, 특히 적합하다.

도 6에 도시된 슬리브(10)는 원주 플랜지(23)를 구비하는 슬리브 본체(21)와, 상기 원주 플랜지(23)에 체결되며 상기 원주 플랜지(23)를 그 전방측에서 캡의 방식으로 덮는 마모 보호 요소(22)를 포함한다. 상기 원주 플랜지(23)를 넘어 돌출되는 상기 마모 보호 요소(22)의 두께(h)는 상기 원주 플랜지(23)의 두께(H)의 적어도 절반에 대응한다. 상기 슬리브 단부면에 인접한 상기 슬리브 본체(21)의 내측 부분에서의 상기 마모 보호 요소(22)의 벽 두께(d)는 상기 슬리브(10)의 벽 두께(D)의 절반 미만이고, 2 ㎜ 이하, 특히 1.5 ㎜ 이하이다. 상기 마모 보호 요소(22)와 상기 슬리브 본체(21) 사이의 중첩 영역의 축방향 길이(L)는 1 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하이다. 절단 가스 압력이 전방 방향(31), 즉 피가공물(4)을 향한 방향으로 작용하는, 피가공물(4)로부터 멀리 떨어져 있는 표면(30), 즉 슬리브(10)의 표면 부분(F)은, 절단 가스 압력이 후방 방향(32), 즉 피가공물(4)로부터 멀어지는 방향으로 작용하는 표면 부분(f)의 1.2배 내지 1.4배이다.

Claims

가스 노즐(1)용 슬리브(10)로서, 슬리브 본체(21)와, 마모 보호 요소(22)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 슬리브 단부면(17)을 포함하고, 상기 마모 보호 요소는 상기 슬리브 본체(21)에 체결되며 상기 슬리브 단부면(17)에 인접한 상기 슬리브 본체(21)보다 내마모성이 큰 재료로 구성되는 것인 슬리브에 있어서,
상기 슬리브 단부면(17)의 내측 및/또는 외측 경사부(18a, 18b)가 상기 마모 보호 요소(22)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항에 있어서, 상기 슬리브 단부면(17)의 상기 내측 및/또는 외측 경사부(18a, 18b)는 상기 마모 보호 요소(22)에 의해서만 형성되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬리브 단부면(17)에 인접한 상기 슬리브 본체(21)의 내측 부분에서의 상기 마모 보호 요소(22)의 벽 두께(d)는 상기 슬리브(10)의 벽 두께(D)보다 작은 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브 단부면(17)에 인접한 상기 슬리브 본체(21)의 내측 부분에서의 상기 마모 보호 요소(22)의 벽 두께(d)는 2 ㎜ 이하, 특히 1.5 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)와 상기 슬리브 본체(21) 사이의 중첩 영역의 축방향 길이(L)는 1 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)는 적어도 부분적으로, 용융 온도가 400℃보다 높은 재료로서 경도 및 탄성률이 알루미늄의 것보다 크거나 같고 적외선에 대한 열 전도율 및 반사율이 스테인리스강의 것보다 크거나 같으며 금속 스패터의 부착 경향이 스테인리스강의 경우보다 낮거나 같은 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)는 적어도 부분적으로, 금속 재료로, 특히 예를 들어 주석-인-청동, 구리-텔루륨 또는 경질 황동 등과 같은 구리 또는 알루미늄 합금, 또는 금속 산화물 또는 금속 질화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브 본체(21)는 비-전기 전도성 재료로, 특히 플라스틱 재료 또는 세라믹 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제8항에 있어서, 상기 슬리브 본체(21)는 열가소성 플라스틱 재료, 특히 PEEK로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브 단부면(17)은 부분적으로, 상기 슬리브 본체(21)의 원주 플랜지(23)에 의해 형성되고, 상기 원주 플랜지 상에는 상기 마모 보호 요소(22)가 놓이며, 특히 상기 원주 플랜지에 상기 마모 보호 요소가 체결되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제10항에 있어서, 상기 원주 플랜지(23)를 넘어 돌출되는 상기 마모 보호 요소(22)의 두께(h)는 상기 원주 플랜지(23)의 두께(H)의 적어도 절반에 대응하는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)는 상기 플랜지(23)를 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)는 그 형상이 환형 또는 관형이고, 특히 그 외주면에 환형 돌출부 또는 복수 개의 돌출부(25, 26, 27, 29)를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)와 상기 슬리브 본체(21)는 서로 끼워 맞춰지는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)는 상기 슬리브 본체(21)에 접착 접합되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마모 보호 요소(22)는 상기 슬리브 본체(21)에 대해 인터로킹 및/또는 힘-기반 연결에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 슬리브.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 압력이 전방 방향(31)으로 작용하는 슬리브(10)의 표면 부분(F)은, 가스 압력이 후방 방향(32)으로 작용하는 슬리브(10)의 표면 부분(f)의 1.2배 내지 1.4배인 것을 특징으로 하는 슬리브.
레이저 가공 헤드(2)용 가스 노즐(1)로서, 개구(15)를 갖는 노즐체(5)를 포함하고, 상기 개구(15)를 둘러싸는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 슬리브(10)를 포함하며, 상기 슬리브는 축방향으로 전방과 후방으로 변위 가능한 방식으로 상기 노즐체(5) 상에서 안내되며, 상기 슬리브의 전방 슬리브 단부면(17)은 적어도 전방 단부 위치에서 상기 노즐체(5)를 넘어 돌출되는 것인 가스 노즐.