WO2009030431A2

WO2009030431A2 - Laserbearbeitungskopf zur bearbeitung eines werkstücks mittels eines laserstrahls mit lösbar verbundenem gehäuse, aufnahmevorrichtung und düse; düsenelement mit einem verrundeten verjüngungsbereich; aufnahmevorrichtung

Info

Publication number: WO2009030431A2
Application number: PCT/EP2008/007060
Authority: WO
Inventors: Christian Loose; Bert Schürmann
Original assignee: Precitec Ag
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2009-03-12
Also published as: WO2009030431A3; DE102007040843A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf (10) zur Bearbeitung eines Werkstücks (12) mittels eines Laserstrahls, der ein Gehäuse (18), durch das ein Strahlengang (4) für einen Laserstrahl hindurchgeführt ist, welcher zusammen mit einem Prozessgas aus einer werkstückzugewandten Gehäuseausgangsöffnung (44) austritt, eine Aufnahmevorrichtung (22), die mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist und die einen Durchgangskanal (20) für das Prozessgas und den Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung und einer werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung (68) aufweist, wobei die Kanaleingangsöffnung mit der Gehäuseausgangsöffnung in Verbindung steht, und eine Düse (30) umfasst, die mit der Aufnahmevorrichtung lösbar verbunden ist und eine mit der Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung in Verbindung stehende Düseneingangsöffnung (70) sowie eine werkstückzugewandte Düsenöffnung (32) aufweist, durch die im Betrieb der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten. Um eine Bearbeitung eines Werkstücks (12) mittels eines Laserstrahls bei verringertem Prozessgasdruck mit gleicher oder höherer Qualität zu ermöglichen, ist zumindest einer der Übergänge von Gehäuseausgangsöffnung zu Kanaleingangsöffnung der Aufnahmevorrichtung und von Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung zu Düseneingangsöffnung stufenlos.

Description

Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls.

Mit Hilfe eines Laserbearbeitungskopfes lässt sich ein Werkstück unter Ver- wendung eines Laserstrahls bearbeiten, dass z. B. Schweiß- oder Schneidarbeiten durchgeführt werden können. Hierzu wird der Laserbearbeitungskopf relativ zum Werkstück in geeigneter Weise positioniert. Die Positionierung erfolgt über eine Abstandsregelung, wobei der Abstand zwischen dem Düsenelement und dem Werkstück z. B. auf kapazitivem Weg gemessen werden kann. Dazu wird an das Düsenelement eine wechseiförmige Messspannung angelegt. Um das elektrisch leitende Düsenelement in geeigneter Weise elektrisch kontaktieren zu können, ist es notwendig, das an einem Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfes angebrachte Düsenelement von dem Gehäuse zu isolieren. Hierfür werden in der Regel Isolatorteile zur Halterung von Düsenelementen an Laserbearbeitungsköpfen eingesetzt, die in ihrer Funktion allgemein bekannt sind.

Bei der Verwendung des Laserbearbeitungskopfes für Schneidarbeiten wird neben dem Laserstrahl zusätzlich ein Prozessgas durch die Düse auf das Werkstück geleitet, welches das durch den Laserstrahl aufgeschmolzene Material eines zu bearbeitenden Werkstücks nach unten aus der Schnittfuge bläst. Hierbei wird das Prozessgas in der Regel über ein Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes durch eine zentrale Ausnehmung des Isolatorteils in einen Düsenkanal geleitet, welcher in eine dem Werkstück gegenüberliegende Dü- senöffnung mündet.

Die EP 0 452 785 B l beschreibt einen Laserschneidkopf mit einer Aufnahmevorrichtung für eine Düse. Hierbei weist die Aufnahmevorrichtung ein ringförmiges Isolatorteil mit einer zentralen Ausnehmung auf. In diese zentrale Aus- nehmung ist ein metallischer Einsatz zur lösbaren Aufnahme der Düse eingesetzt, der einen Buchsenabschnitt und einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch umfasst, wobei der Einsatz mit seinem Buchsenab- schnitt so in der zentralen Ausnehmung angeordnet ist, dass sein Flansch die der Düse zugewandte Stirnseite des Isolatorteils abdeckt. In dem Buchsenabschnitt des metallischen Einsatzes ist wiederum ein Innengewinde vorgesehen, in das die Düse mit einem entsprechenden Gegengewinde einschraubbar ist. Die Aufnahmevorrichtung ist mit einer Überwurfmutter an einem Gehäuse des Laserschneidkopfes angebracht. Im Betrieb wird das Prozessgas zunächst aus einer Öffnung des Gehäuses in einen ersten Bereich der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils geleitet, die in einen zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung übergeht, in welchem der Buchsenabschnitt des Einsatzes ange- ordnet ist, um schließlich dann in den Düsenkanal der Düse geleitet zu werden, wobei die Kanalbereiche abgestuft ineinander übergehen.

Die US 6,025,571 A beschreibt eine Aufnahmevorrichtung zur Verwendung in einem Laserschneidkopf mit einem keramischen ringförmigen Isolatorteil und einem in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils angebrachten Metalleinsatz, wobei der Einsatz durch Schrauben, die sich durch in axialer Richtung laufende Löcher in dem Isolatorteil erstrecken, an dem Isolatorteil lösbar befestigt ist. In einer zentralen Ausnehmung des Einsatzes ist wiederum eine Düse eingeschraubt. Der durch die Anordnung dieser Bauteile gebildete Pro- zessgaskanal weist in einem der Düse abgewandten Bereich des Isolatorteils und bei dem Übergang zwischen Düse und Isolatorteil jeweils eine sich radial nach innen erstreckende Stufe auf.

Die JP 10-216978 beschreibt einen Laserbearbeitungskopf. Der Laserbearbei- tungskopf weist eine Düse auf, welche einen zentralen Düsenkanal mit einer zentralen Düsenöffnung, durch die ein Laserstrahl geleitet wird, und einen den zentralen Düsenkanal umgebenen Ringkanal aufweist, welcher in eine die zentrale Düsenöffnung umgebene Ringöffnung mündet. Hierbei wird in einen Prozessgaszuführkanal eines Gehäuses des Laserbearbeitungskopfes, der mit dem zentralen Düsenkanal der Düse in Verbindung steht, ein erstes Gas geleitet, wobei der Ringkanal der Düse mit einem zweiten Gas versorgt wird. Ein zentrales Düsenelement der Düse, das den zentralen Düsenkanal umgibt, ist so in eine Ausgangsöffnung des Gehäuses eingeschraubt, dass eine sich nach innen radial erstreckende Stufe am Übergang zwischen Prozessgaszuführka- nal und zentralem Düsenkanal ausgebildet wird. Schnittansichten von weiteren herkömmlichen Laserbearbeitungsköpfen sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt, wobei sich diese Laserbearbeitungsköpfe nur in der Verwendung unterschiedlicher Düsen unterscheiden. Daher sind die Merkmale der gleichen Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und sol- len nur anhand der Beschreibung der Fig. 5 erläutert werden.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Laserbearbeitungskopf 100 wird ein Arbeitslaserstrahl zusammen mit einem Prozessgas durch ein Gehäuse 102, durch eine Aufnahmevorrichtung 104 und durch eine konische Düse 106 auf ein Werk- stück 108 gelenkt, wie durch die optische Achse L angedeutet wird.

Das Gehäuse 102 weist an seiner werkstückzugewandten Stirnseite eine Gehäuseöffnung 1 10 auf, durch die der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten. Die werkstückzugewandte Stirnseite des Gehäuses 102 weist ferner einen ringförmigen Vorsprung 1 12 auf, der zentral um die optische Achse L herum angeordnet ist, um in seinem Inneren die Aufnahmevorrichtung 104 aufzunehmen. Die Aufnahmevorrichtung 104 weist an ihrem von der Düse abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 1 14 auf, über den die Aufnahmevorrichtung 104 an dem Gehäuse 102 des La- serbearbeitungskopfes 100 mittels einer Überwurfmutter 1 16 lösbar befestigt ist.

Um einen für das Prozessgas gegenüber der Umgebung dichten Übergang zwischen Gehäuse 102 und Aufnahmevorrichtung 104 zu schaffen, ist in einem Randbereich im Inneren des ringförmigen Vorsprungs 1 12 in der werkstückzugewandten Stirnseite des Gehäuses 102 innerhalb einer Ringnut 1 18 ein Dichtungsring 120 angebracht, der für einen dichten Kontakt zwischen werkstückzugewandter Stirnseite des Gehäuses 102 und werkstückabgewand- ter Stirnseite der Aufnahmevorrichtung 104 sorgt, wenn die Aufnahmevor- richtung 104 mittels der Überwurfmutter 1 16 gegen die Stirnseite des Gehäuses 102 gezogen ist.

Die Aufnahmevorrichtung 104 umfasst ein ringförmiges Isolatorteil 122 und einen Einsatz 124. Die werkstückabgewandte Öffnung einer zentralen Aus- nehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 ist so angeordnet, dass sie mit geringerem Durchmesser zentriert der Gehäuseöffnung 1 10 gegenüberliegt. Somit ragt die werkstückabgewandte Stirnseite des Isolatorteils 122 noch in die Gehäuseöffnung 1 10 hinein und bildet eine sich radial nach innen erstreckende Stufe in dem Prozessgaskanal. In die zentrale Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 ist der Einsatz 124 mit einem Buchsenabschnitt 128, an welchen sich ein radialer Flansch 130 anschließt, zentrisch eingesetzt und mit diesem verbunden. Hierbei ist der Buchsenabschnitt 128 mittels eines Außengewindes 132 in einem Innengewinde 134 in der zentralen Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 eingeschraubt.

In ein Innengewinde 136 im Buchsenabschnitt 128 des Einsatzes 124 ist die Düse 106, die eine Düsenöffnung 138 aufweist, eingeschraubt. Als Zentrierung zwischen Düse 106 und Einsatz 124 dienen kegelige Zentrierflächen 140 an dem Einsatz 124. Die Düse 106 weist einen Düsenkanal 141 auf, der sich konisch in Richtung der Düsenöffnung 138 verjüngt. Eine werkstückabge- wandte Düseneingangsöffnung 142 der Düse 106 liegt der Öffnung der zentra- len Ausnehmung 126 des ringförmigen Isolatorteils 122 zentral gegenüber, wobei jedoch der Durchmesser der Düseneingangsöffnung 142 kleiner ist als der der zentralen Ausnehmung 126 des Isolatorteils 122.

Somit wird das Prozessgas auf dem Weg zum Werkstück 108 durch einen Pro- zessgaskanal geleitet, der sowohl am Übergang zwischen Gehäuseausgangsöffnung 1 10 und werkstückabgewandter Öffnung der zentralen Ausnehmung 126 des Isolatorteils 122 sowie am Übergang zwischen zentraler Ausnehmung 126 und der Düseneingangsöffnung 142 der Düse 106 jeweils eine sich nach innen erstreckende radiale Stufe aufweist.

Auch in Fig. 6, bei dem ein Übergang zwischen der zentralen Ausnehmung 126 und einer Düseneingangsöffnung 144 einer sombreroförmigen Düse 146 gezeigt ist, ist diese Stufe im Prozessgaskanal vorhanden.

Die zylindrische Form des Durchgangskanals der Ausnehmung 126 des Isolatorteils 122 führt also zu einem Prozessgaskanal, der an den jeweiligen Übergängen zwischen den Bauteilen des Laserbearbeitungskopfes 100, nämlich dem Gehäuse 102, der Aufnahmevorrichtung 104 und der Düse 106 oder 146 jeweils Abstufungen aufweist, wodurch aufgrund der jeweiligen Stufen Verwirbelungen des Prozessgases auftreten können. In der Schnittansicht des Laserbeaxbeitungskopfes 100 in Fig. 6 ist die som- breroförmige Düse 146 im eingebauten Zustand gezeigt, wobei eine vergrößerte Darstellung der Düse 146 im ausgebauten Zustand in Fig. 7 gezeigt ist. Hierbei sind wieder gleiche Merkmale der Düse 146 in Fig. 6 und Fig. 7 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Düse 146 weist einen mit einem Außengewinde 148 versehenen Buchsenabschnitt 150 auf, der in das Innengewinde 136 des Einsatzes 124 einschraubbar ist. An diesen Buchsenabschnitt 150 schließt sich ein Flanschab- schnitt 152 an, der dem Flansch 130 des Einsatzes 124 gegenüberliegt und an diesen angrenzt. Zum leichteren Ein- oder Ausschrauben der Düse 146 kann die Umfangsseite des Flanschabschnitts 152 mit einer Rändelung versehen sein. An diesen Flanschabschnitt 152 schließt sich ein in Richtung des Werkstücks 108 konisch verjüngender Düsenbereich 154 an, dessen werk- stückzugewandte Stirnseite eine Düsenöffnung 156 aufweist.

Innerhalb der Düse 146 verläuft ein zentraler Düsenkanal 158, der in die Düsenöffnung 156 mündet. Der zentrale Düsenkanal 158 verjüngt sich in einem ersten Bereich 160 ausgehend von der Eingangsöffnung 144 konisch mit einer ersten Neigung und geht dann in einen zweiten Bereich 162 über, der sich wiederum kegelförmig mit einer zweiten Neigung verjüngt, wobei sich zwischen dem ersten Bereich 160 und dem zweiten Bereich 162 des Düsenkanals 158 ein knickartiger Übergang 164 befindet. Der zweite Bereich 162 geht in die als zylindrische Ausnehmung ausgeformte Düsenöffnung 156 über, wobei sich an dem Übergang eine zweite Kante 166 befindet.

Aufgrund der Abstufungen an den Übergängen zwischen den verschiedenen Bauteilen und/oder aufgrund von Kanten in den verwendeten Düsen treten Verwirbelungen des Prozessgases auf, die zu einer Reduzierung der Schnitt- qualität bei einem bestimmten Prozessgasdruck führen können.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls zu schaffen, der eine Bearbeitung eines Werkstücks bei verringertem Prozessgasdruck mit gleicher oder höherer Qualität ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch den Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.

Erfindungsgemäß ist ein Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls vorgesehen, der ein Gehäuse, durch das ein Strahlengang für einen Laserstrahl hindurchgeführt ist, welcher zusammen mit einem Prozessgas aus einer werkstückzugewandten Gehäuseausgangsöffnung austritt, eine Aufnahmevorrichtung, die mit dem Gehäuse lösbar ver- bunden ist und die einen Durchgangskanal für das Prozessgas und den Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung und einer werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung aufweist, wobei die Kanaleingangsöffnung mit der Gehäuseausgangsöffnung in Verbindung steht, und eine Düse umfasst, die mit der Aufnahmevorrichtung lösbar verbunden ist und eine mit der Kanalausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung in Verbindung stehende Düseneingangsöffnung sowie eine werkstückzugewandte Düsenöffnung aufweist, durch die im Betrieb der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten, wobei zumindest einer der Übergänge von Gehäuseausgangsöffnung zu Kanaleingangsöffnung der Aufnahmevorrichtung und von Kanalaus- gangsöffnung der Aufnahmevorrichtung zu Düseneingangsöffnung stufenlos ist.

Es ist also ein Laserbearbeitungskopf vorgesehen, bei dem an einem Gehäuse, durch das ein Laserstrahl zur Bearbeitung eines Werkstücks sowie ein Pro- zessgas austritt, eine Aufnahmevorrichtung und eine Düse montiert sind, bei denen der Durchgangskanal der Aufnahmevorrichtung so gestaltet ist, dass er an die Öffnung des Gehäuses und an die Düseneingangsöffnung angepasst ist, sodass an beiden Übergängen zwischen Gehäuse und Aufnahmevorrichtung sowie Aufnahmevorrichtung und Düse bei dem durch die drei Kompo- nenten gebildeten Prozessgaskanal keine Stufen gebildet werden, durch die Verwirbelungen des Prozessgases erzeugt werden könnten. Das Prozessgas kann also den Durchgangskanal glatt durchströmen und als gleichmäßiger Arbeitsgasstrahl austreten, wodurch die Schnittqualität bei geringerem Schneid- oder Prozessgasdruck erhöht wird.

Für eine weitere Reduzierung von möglichen Verwirbelungen des Prozessgases auf dem Weg vom Gehäuse zum Werkstück ist es von Vorteil, wenn eine sich von der Gehäuseausgangsöffnung in das Gehäuseinnere hinein erstreckende Wand eines Prozessgaszuführkanals und die Innenwand des Durchgangskanals der Aufnahmevorrichtung und/oder wenn eine sich von der Düseneingangsöffnung in das Düseninnere hinein erstreckende Wand und die Innen- wand des Durchgangskanals der Aufnahmevorrichtung am Übergang der entsprechenden Öffnungen eine Neigung aufweisen, deren Übergangswinkel vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5° ist.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Gehäuseausgangsöffnung, die Kanalein- und -ausgangsöffnung der Aufnahmevorrichtung sowie die Düseneingangsöffnung kreisförmig ausgebildet sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Aufnahme- Vorrichtung ein ringförmiges Isolatorteil mit einer zentralen Ausnehmung, welche in einen werkstückabgewandten ersten Bereich, der den Durchgangskanal bildet, und in einen werkstückzugewandten zweiten Bereich zur Aufnahme der Düse aufgeteilt ist, wobei sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung eine radiale Stufe befindet, und einen Einsatz, der in den zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung eingesetzt ist und eine mit einem Haltemittel versehene zentrale Ausnehmung aufweist, in welcher die Düse aufgenommen ist, wobei der Durchmesser der Kanalausgangsöffnung des Durchgangskanals am Übergang zwischen erstem und zweiten Bereich in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils so dimensioniert ist, dass er gleich dem Durchmesser der Düseneingangsöffnung ist.

Um eine hohe Stabilität der Verbindung des Einsatzes mit dem Isolatorteil, insbesondere in Axialrichtung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Einsatz ein Außengewinde an seiner Umfangsseite aufweist, mit dem er in ein in dem zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils befindliches Innengewinde einschraubbar ist.

Für ein einfaches Auswechseln der Düse ist es zweckmäßig, wenn die zentrale Ausnehmung des Einsatzes ein Innengewinde aufweist ist, in welches die mit einem Außengewinde versehene Düse einschraubbar ist. Ein stabiler Halt des Einsatzes in dem Isolatorteil wird erzielt, wenn der Einsatz als Buchse mit Flansch ausgebildet ist, wobei der Flansch die Stirnfläche des Isolatorteils abdeckt.

Der Einsatz ist aufgrund der benötigten elektrischen Leitfähigkeit und der bevorzugten guten Wärmeleitfähigkeit vorteilhafter Weise aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt.

Aufgrund der guten elektrischen Isolationseigenschaften ist es vorteilhaft, wenn das Isolatorteil aus Keramik hergestellt ist, hierbei ist es insbesondere für die Herstellung eines Gewindes oder sonstiger nichtzylindrischer Formen zweckmäßig, wenn das Isolatorteil aus einer spanend bearbeitbaren Glaskeramik hergestellt ist.

Für den praktischen Einsatz an Laserbearbeitungsanlagen ist es vorteilhaft, wenn das Isolatorteil an seinem vom Einsatz abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch aufweist, über den die Aufnahmevorrichtung an dem Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes mittels einer Überwurfmutter lösbar befestigbar ist.

Für eine weitere Reduzierung von Verwirbelungen des Prozessgases kann in dem erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopf ein Düsenelement verwendet werden, das einen Düsenkanal aufweist, der sich von einer Düseneingangsöffnung zur Düsenöffnung hin erstreckt und einen verrundeten Verjüngungsbe- reich aufweist.

Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Düsenkanal sich zunächst von einer Düseneingangsöffnung zur Düsenöffnung hin kegelförmig verjüngt und in den verrundeten Verjüngungsbereich übergeht, wobei der verrundete Verjüngungsbereich vorzugsweise weniger als 1 /2, weiter bevorzugt weniger als 1 /5 und insbesondere weniger als 1 / 10 der Gesamtlänge des Düsenelements einnimmt, wobei der verrundete Verjüngungsbereich vorteilhafterweise die Form einer Kugelschicht aufweist.

Hiebei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Düsenöffnung in der werkstückzugewandten Stirnseite des Düsenelements als zylindrische Ausnehmung aus- 1 gebildet ist, die sich an den Düsenkanal anschließt, wobei der Übergang zwischen Düsenkanal und zylindrischer Ausnehmung abgerundet ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Dü- senelement hierbei einen mit einem Außengewinde versehenen Buchsenabschnitt, der in die Aufnahmevorrichtung einschraubbar ist, einen Flanschabschnitt, der an die werkstückzugewandte Stirnseite der Aufnahmevorrichtung angrenzt, und einen sich konisch verjüngenden Düsenbereich, dessen werkstückzugewandte Stirnseite die Düsenausgangsöffnung aufweist.

I O

Die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung zur lösbaren Befestigung einer Düse an einem Laserbearbeitungskopf zeichnet sich also dadurch aus, dass die Aufnahmevorrichtung einen Durchgangskanal für Prozessgas und einen Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung und einer

15 werkstückzugewandten Kanalausgangsöffnung aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kanaleingangsöffnung ist. Hierdurch lässt es sich erreichen, wie oben bereits dargelegt, dass eine Düse so am Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes angebracht werden kann, dass Durchlass für den Laserstrahl und das Prozessgas durch das Gehäuse, die Aufnahmevorrichtung 0 und die Düse so gestaltet werden kann, dass an den jeweiligen Übergängen zwischen Gehäuse und Aufnahmevorrichtung bzw. zwischen Aufnahmevorrichtung und Düse keine Stufen, insbesondere keine strömungstechnisch relevanten Stufen auftreten, dass also abgesehen von fertigungs- und/oder toleranzbedingten Fugen, Fasen oder dergleichen die Seitenwände der einzelnen 5 Durchgangsabschnitte glatt ineinander übergehen.

Zweckmäßigerweise wird der Durchgangskanal der Aufnahmevorrichtung von einem werkstückabgewandten ersten Bereich einer zentralen Ausnehmung in einem ringförmigen Isolatorteil gebildet, in deren werkstückzugewandten 0 zweiten Bereich ein Einsatz eingesetzt ist, der zur Aufnahme und lösbaren Befestigung einer Düse dient. Der Durchmesser der Kanalausgangsöffnung des Durchgangskanals am Übergang zwischen erstem und zweiten Bereich in der zentralen Ausnehmung des Isolatorteils ist dabei so dimensioniert, dass er gleich dem Durchmesser einer Düseneingangsöffnung ist, während der 5 Durchmesser der Kanaleingangsöffnung gleich einem Durchmesser einer werkstückzugewandten Gehäuseausgangsöffnung eines Laserbearbeitungskopfes ist, durch die der Laserstrahl und das Prozessgas austritt. Die erfindungsgemäß ausgebildete Aufnahmevorrichtung dient also dazu die Durchmesser der verschiedenen Durchgangsöffnungen am Gehäuse des Laserbearbeitungskopfes und an der Düse so aneinander anzupassen, dass sich auch an den verschieden Übergängen von Gehäuse, Aufnahmevorrichtung und Düse eine glatte und im Wesentlichen ungestörte Prozeßgassströmung ausbilden kann, so dass mit geringeren Prozeßgassdrücken die gleichen oder sogar eine besser Bearbeitungsqualität erreichen lässt.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes mit einer konischen Düse,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes mit einer sombreroförmigen Düse,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer sombreroförmigen Düse gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Gutschnittbereiche von verschiedenen Laserbearbeitungsköpfen mit unterschiedlichen Düsen vom Schneidgasdruck,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Laserbearbeitungkopfes mit einer konischen Düse,

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Laserbearbeitungskopfes mit einer sombreroförmigen Düse, und

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen sombreroförmigen Düse.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 1 ist ein Teil eines Laserbearbeitungskopfes I O gezeigt, wie er mit Laserbearbeitungsmaschinen oder -anlagen verwendet wird. Hierbei wird ein von der Laserbearbeitungsmaschine kommender Arbeitslaserstrahl durch den Laserbearbeitungskopf 10 hindurch auf ein Werkstück 12 gelenkt, wie durch die optische Achse L angedeutet wird. Besonders bevorzugt ist der Einsatz des Laserbearbeitungskopfes 10 zum Laserstrahlschneiden des Werkstücks 12.

Hierfür wird neben dem Laserstrahl ein Prozessgas durch einen den Strahlengang des Laserstrahls umgebenen Prozessgaskanal 14 in Richtung des Werk- Stücks 12 geleitet, um das durch den Laserstrahl geschmolzene Material des Werkstücks nach unten aus der Schnittfuge zu blasen.

Das Prozessgas kann je nach Einsatzgebiet unterschiedlich ausgebildet sein. So ist beispielsweise für die Verwendung zum Brennschneiden von beispiels- weise Baustahl Sauerstoff als Prozessgas besonders vorteilhaft, da durch die freiwerdende Energie der chemischen Reaktion mit dem Material das Bearbeiten dicker Bleche ermöglicht wird. Für den erfindungsgemäßen Einsatz des Laserbearbeitungskopfes 10 ist jedoch eher das Schmelzschneiden von Interesse, da bei diesem Verfahren auf die Erzeugung von glatten Schnittkanten Wert gelegt wird. Hierfür wird als Prozessgas ein Gas verwendet, das nicht mit dem Material reagiert, sondern dieses nur nach unten aus der Schnittfuge bläst. Hierfür kommt beispielsweise Stickstoff für fast alle Metalle in Frage, wobei Titan, das sowohl mit Sauerstoff als auch mit Stickstoff heftig reagiert, mit Argon geschnitten wird. Es ist jedoch auch vorstellbar, aus Kostengrün- den in bestimmten Fällen als Prozessgas einfach Druckluft zu verwenden.

Der Prozessgaskanal 14 setzt sich zusammen aus einem Prozessgaszuführka- nal 16 in einem Gehäuse 18 des Laserbearbeitungskopfes 10, einem Durchgangskanal 20 in einer Aufnahmevorrichtung 22 mit einem Isolatorteil 24 und einem Einsatz 26, und einem Düsenkanal 28 in einer konischen Düse 30, und mündet schließlich in die Düsenöffnung 32 der konischen Düse 30, die dem Werkstück 12 im Betrieb des Laserbearbeitungskopfes 10 gegenüberliegt.

Das Gehäuse 18 des Laserbearbeitungskopfes 10 weist an seiner dem Werk- stück 12 gegenüberliegenden Stirnseite einen ringförmigen Vorsprung 34 auf, in dem die Aufnahmevorrichtung 22 aufgenommen ist, wobei diese mittels einer Überwurfmutter 36, die in einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 38 des Isolatorteils 24 eingreift, gegen das Gehäuse 18 gezogen ist. Für eine Abdichtung des Prozessgaskanals 14 gegenüber der Umgebung ist an der werkstückzugewandten Stirnseite des Gehäuses 18 eine den Prozessgaskanal 14 umgebende Ringnut 40 vorgesehen, in der ein Dichtungsring 42 an- geordnet ist, um einen dichten Kontakt zwischen werkstückabgewandter Stirnseite des Isolatorteils 24 und der werkstückzugewandten Stirnseite des Gehäuses 18 zu schaffen.

Der Prozessgaszuführkanal 16 im Gehäuse 18 mündet in eine Gehäuseaus- gangsöffnung 44. Die Gehäuseausgangsöffnung 44 ist bevorzugter Weise kreisförmig, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellt. Hierbei kann die kreisförmige Gehäuseausgangsöffnung 44 an seinem Rand eine Fase 46 aufweisen, um scharfe Kanten zu vermeiden. Hierbei ist es jedoch wichtig, dass die Fase 46 in ihren Abmessungen so gering gehalten wird, dass keine oder nur wenig Verwirbelungen des durch den Prozessgaskanal 14 geleiteten Prozessgases am Übergang zwischen der Gehäuseausgangsöffnung 44 und einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung 48 des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 entstehen können.

Ein Vergleich mit dem herkömmlichen Laserbearbeitungskopf aus Fig. 5 zeigt, dass an dem Übergang zwischen Gehäuseausgangsöffnung 44 und Kanaleingangsöffnung 48 keine Stufe ausgebildet ist, wodurch Stau- oder Verwirbe- lungsbereiche des Prozessgases vermieden werden. Werden also gedanklich die Seitenwände des Prozessgaskanals 14 im Gehäuse und in der Aufnahme- Vorrichtung über die jeweilige Öffnung hinaus verlängert, so schneiden sie sich anders als bei Stand der Technik im Bereich der Öffnungen. Eine Kurve oder Linie die nach Art einer Einhüllenden an die Wände des sich durch das Gehäuse, die Aufnahmevorrichtung und die Düse verlaufenden Prozessgaskanals 14 gelegt wird, verläuft also auch im Bereich der Übergänge glatt und stetig.

Der Prozessgaszuführkanal 16 des Gehäuses 18 weist eine sich von der Gehäuseausgangsöffnung 44 in das Gehäuseinnere hineinerstreckende Wand auf, wobei der Prozessgaszuführkanal 16 kegelstumpfförmig ausgebildet sein kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Durchgangskanal 20 der Aufnahmevorrichtung 22 ebenfalls kegel-stumpfförmig ausgebildet, wobei im verbundenen Zustand der Aufnahmevorrichtung 22 mit dem Gehäuse 18 die Wand des Pro- zessgaszuführkanals 16 und die Innenwand des Durchgangskanals 20 an den jeweiligen Übergangspunkten nahezu die gleiche Neigung aufweisen. Darüber hinaus besitzt die Gehäuseausgangsöffnung 44 und die Kanaleingangsöffnung 48 der Aufnahmevorrichtung 22, abgesehen von der geringen Ausweitung des Durchmessers der Gehäuseausgangsöffnung 44 durch die Fase 46 den gleichen Durchmesser, sodass keine Abstufung an dem Übergang zwischen Gehäuse 18 und Aufnahmevorrichtung 22 im Prozessgaskanal 14 entsteht.

Obwohl in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Neigungen der Innenwand des Prozessgaszuführkanals 16 und der Innenwand des Durchgangskanals 20 im Wesentlichen gleich sind, können diese auch unterschiedlich sein. Im Falle eines rotationssymetrischen Aufbaus des in Fig. 1 gezeigten Teils des Laserbearbeitungskopfes 10 bemisst sich ein Übergangswinkel an einem Übergangspunkt durch den Betrag der Differenz des Winkels zwischen Innenwand des Prozessgaszuführkanals 16 und der Rotationsachse, die in diesem Falle dem Strahlengang L entspricht, und des Winkels zwischen der Innenwand des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 und der Rotationsachse. Hierbei ist, um eine Verwirbelung des Prozessgases an dem entsprechenden Übergang zu vermeiden, der Übergangswinkel an sämtlichen Übergangspunk- ten vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5°. Die Knickkante am Übergang der entsprechenden Wände kann entweder in das Innere des Prozessgaskanals 14 hineinragen oder entsprechend von ihm weg zeigen.

Im Folgenden soll auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Aufnahmevorrichtung 22 näher eingegangen werden. Wie oben bereits erläutert, weist die Aufnahmevorrichtung 22 einen Durchgangskanal 20 auf, der den Prozessgas- zuführkanal 16 des Gehäuses 18 mit dem Düsenkanal 28 der konischen Düse 30 verbindet. Hierbei ist die Düse 30 mittels eines Außengewindes 50 in ein Innengewinde 52 eines Buchsenabschnitts 54 des Einsatzes 26 eingeschraubt. Der Einsatz 26 weist neben dem Buchsenabschnitt 54 einen Flansch 56 auf, und ist in eine zylinderförmige Ausnehmung 58 des Isolatorteils 24, welche ein Innengewinde 60 aufweist, mit einem Außengewinde 62 an seinem Buchsenabschnitt 54 eingeschraubt. Hierbei ist es jedoch auch möglich, dass der Einsatz 26 mit seinem Buchsenabschnitt 54 lediglich in die zylinderförmige Ausnehmung 58 des Isolatorteils 24 eingesetzt und mit diesem verklebt oder auf andere Weise verbunden ist. Im eingesetzten Zustand des Einsatzes 26 bedeckt der Flansch 56 des Einsatzes 26 die werkstückzugewandte Stirnseite des Isolatorteils 24. Am Übergang zwischen Flansch 56 und Buchsenabschnitt 54 befinden sich kegelförmige Zentrierflächen 64.

Das Isolatorteil 24 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Keramik hergestellt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, eine Glaskeramik zu verwenden, die spanend bearbeitet werden kann, wie beispielsweise die Glaskeramik Macor der Firma Corning Incorporated. Derartige Glaskeramiken können im Dauerbetrieb bei Arbeitstemperaturen von etwa 800° C bis zu Spitzentemperaturen von etwa 1000° C eingesetzt werden, darüber hinaus ist dieses Material ein ausgezeichneter Elektroisolator und weist eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Dieses Material besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass es nicht nur geklebt, sondern auch hartgelötet werden kann. Der Einsatz 26 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, insbesondere einem Metall oder einer Metalllegierung. Hierbei ist wichtig, dass das verwendete Material einen hohen Schmelzpunkt aufweist, um eine Zerstörung des Materials bei den auftretenden hohen Temperaturen zu vermeiden.

Das ringförmige Isolatorteil 24 weist eine zentrale Ausnehmung 66 mit einem ersten Bereich, der den Durchgangskanal 20 bildet, und einem zweiten Bereich, nämlich der zylinderförmigen Ausnehmung 58, auf, wobei der Durchgangskanal 20 kegelstumpfförmig ausgebildet ist und durch eine sich radial nach innen erstreckende Stufe von der zylinderförmigen Ausnehmung 58 getrennt ist. Hierbei ist der Durchmesser einer werkstückzugewandten Kanal- ausgangsöffnung 68 des Durchgangskanals 20 am Übergang zwischen dem ersten und zweiten Bereich der zentralen Ausnehmung 66 des Isolatorteils 24 so dimensioniert, dass er gleich dem Durchmesser einer Düseneingangsöffnung 70 des Düsenkanals 28 der konischen Düse 30 ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzen die Wand des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 und des Düsenkanals 28 der konischen Düse 30 eine nahezu identische Neigung, jedoch können sich beide Neigungen wiederum durch einen Übergangswinkel unterscheiden, wie oben beim Übergang zwischen Gehäuse 18 und Aufnahmevorrichtung 22 erläutert wurde. Auch bei diesem Übergang ist der Übergangswinkel vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5°. Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22, der bevorzugter Weise sowohl im Durchmesser der entsprechenden Öffnungen als auch in seiner Neigung an die entsprechenden Neigungen der Innenwände des Prozessgaszuführkanals 16 und des Düsenka- nals 28 angepasst ist, kann also erfindungsgemäß ein besonders glatter und stufenfreier Prozessgaskanal 14 ausgebildet werden, wodurch ein Minimum an Streu- oder Verwirbelungsräumen erzeugt wird. Auf die daraus resultierenden Vorteile wird bei der Erläuterung der Fig. 4 noch näher eingegangen werden.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes 10, wobei sich dieser Laserbearbeitungskopf 10 lediglich von dem in Fig. 1 verwendeten Laserbearbeitungskopf 10 darin unterscheidet, dass statt der konischen Düse 30 eine sombreroförmige Düse 72 verwendet wird. Diese herkömmliche som- breroförmige Düse wurde bereits bei der Beschreibung der Fig. 7 eingehend erläutert. An dieser Stelle soll lediglich darauf hingewiesen werden, dass durch die neue erfindungsgemäße Ausgestaltung des Durchgangskanals 20 der Aufnahmevorrichtung 22 auch beim Übergang zwischen Kanalausgangs- Öffnung 68 des Durchgangskanals 20 und einer Düseneingangsöffnung 74 eines Düsenkanals 76 der sombreroförmigen Düse 72, der in eine Düsenöffnung 77 mündet, die jeweiligen Durchmesser so aufeinander abgestimmt sind, dass keine Stufe entsteht, wodurch Verwirbelungen des Prozessgases vermieden werden. Der Übergangswinkel zwischen Durchgangskanal 20 und Düsenkanal 76 der sombreroförmigen Düse 70 ist in diesem Fall etwa 10°, wobei sich die Kante des Übergangs leicht in den Prozessgaskanal 14 hineinerstreckt.

Die Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer sombreroförmigen Düse 78 gemäß der Erfindung.

Wie bereits bei der Beschreibung der herkömmlichen sombreroförmigen Düse 146 in Fig. 7 erläutert, weist die sombreroförmige Düse 78 einen mit einem Außengewinde 80 versehenen Buchsenabschnitt 82 auf, mit dem die Düse 78 in die Aufnahmevorrichtung 22 des Laserbearbeitungskopfes 10 einschraubbar ist, wie es in Fig. 1 und 2 bei anderen Düsen gezeigt ist. Die erfindungsgemäße sombreroförmige Düse 78 weist ferner einen Flanschabschnitt 84 auf, wobei zwischen dem Buchsenabschnitt 82 und dem Flanschabschnitt 84 ein Zwischenbereich gebildet ist, der Zentrierflächen 86 aufweist. Der Flanschabschnitt 84 kann an seinem äußerem Umfang mit einer Rändelung versehen sein, um ein leichteres Ein- und Ausschrauben der Düse 78 in die Aufnahme- Vorrichtung 22 zu ermöglichen. An den Flanschabschnitt 84 schließt sich ein sich konisch verjüngender Düsenbereich 88 an, dessen im Betrieb des Laserbearbeitungskopfes 10 werkstückzugewandte Stirnseite eine Düsenausgangsöffnung 90 aufweist.

Ein im Inneren der Düse 78 verlaufender Düsenkanal 92 weist eine Düseneingangsöffnung 94 auf, die der Düsenöffnung 90 gegenüberliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Düsenkanal 92 in drei Abschnitte A, B und C unterteilt. Im ersten Abschnitt A, der sich von der Düseneingangsöffnung 94 in Richtung der Düsenöffnung 90 hin erstreckt, ist der Düsenkanal 92 kegel- stumpfförmig ausgebildet, wobei er sich in Richtung der Düsenöffnung 90 verjüngt. Hierbei ist es jedoch auch möglich, dass der Düsenkanal 92 im Abschnitt A zylinderförmig ausgebildet ist, oder eine andere Form aufweist, die keine Kanten aufweist.

Ausgehend von dem Abschnitt A des Düsenkanals 92 geht dieser in einen verrundeten Verjüngungsbereich 96 über, wie in Abschnitt B gezeigt. Dieser verrundete Verjüngungsbereich 96 kann beispielsweise in der Form einer Kugelschicht ausgebildet sein, wobei an dem Übergang zwischen Abschnitt A und Abschnitt B des Düsenkanals 92 die Innenwand des Düsenkanals 92 keine Kante aufweist.

Schließlich geht der verrundete Verjüngungsbereich in Abschnitt B in eine zylindrische Ausnehmung 98 im Abschnitt C über, welche in die Düsenöffnung 90 mündet. Hierbei ist der Übergang zwischen zylindrischer Ausneh- mung 98 und verrundetem Verjüngungsbereich 96 im Abschnitt B so gestaltet, dass wiederum keine Kante entsteht, was durch eine Abrundung des Übergangs erzeugt wird.

Das Verhältnis zwischen der Länge des verrundeten Verjüngungsbereiches 96 zur Gesamtlänge des Düsenelements 78 ist vorzugsweise weniger als 1 / 2, weiter bevorzugt weniger als 1 / 5 und insbesondere weniger als ein 1 / 10. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass der verrundete Verjüngungsbereich 96 nicht zwingend die Form einer Kugelschicht annehmen muss. Hier besteht lediglich die Vorgabe, dass die Innenwand an dem Übergang zwischen Abschnitt A und Abschnitt B sowie am Übergang zwischen Abschnitt B und Abschnitt C jeweils glatt ist. Es ist also vorstellbar, dass der verrundete Verjüngungsbereich eine Innenwandfläche besitzt, die durch Rotation einer hyperbolischen Funktion oder einer sonstigen Funktion mit einer stetigen, vorzugsweise positiven Ableitung gebildet wird, so dass das Prozessgas auf dem Weg zur Düsenöffnung 90 an der Innenwand des Verjüngungsbereichs 96 entlang geleitet wird, ohne gestaut oder verwirbelt zu werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, insbesondere des Laserbearbeitungskopfes 10 und der in Fig. 3 dargestellten sombreroförmigen Düse 78 werden anhand des Diagramms in Fig. 4 deutlich.

Dargestellt sind die Gutschnittbereiche von vier verschiedenen Kombinationen A, B, C und D aus Gehäuse und Aufnahmevorrichtung mit einer entsprechenden Düse. Hierbei entspricht der Kombination A eine Verwendung eines herkömmlichen Laserbearbeitungskopfes 100 mit einer konischen Düse 106, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der Kombination B entspricht die Verwendung eines Laserbearbeitungskopfes 10 mit einer Aufnahmevorrichtung 22 und einer konischen Düse 30, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Kombination C entspricht die Verwendung eines herkömmlichen Laserbearbeitungskopfes 100 mit einer herkömmlichen Aufnahmevorrichtung 104, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, wobei als Düse die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße sombreroförmige Düse 78 verwendet wird. Der Kombination D entspricht die Verwendung eines Laserbearbeitungskopfes 10 mit einer Aufnahmevorrichtung 22, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, unter Verwendung der neuen erfindungsgemäßen sombreroförmigen Düse 78, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.

Hierbei soll unter Gutschnittbereich, der durch die entsprechenden schwarzen Balken im Diagramm der Fig. 4 repräsentiert wird, der Bereich verstanden werden, bei dem unter Verwendung eines entsprechenden Schneidgasdruckes ein noch qualitativ ausreichender Laserschnitt erreicht werden kann. Der Schneidgasdruck ist in bar angegeben. Es zeigt sich deutlich, dass schon beim Übergang von herkömmlicher Aufnahmevorrichtung 104 zu neuartiger Aufnahmevorrichtung 22 aufgrund der unterschiedlich ausgebildeten Durch- gangskanäle, wobei eine herkömmliche Düse verwendet wird, wie sie in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigt ist, sich eine Ausweitung des Gutschnittbereichs in einen niedrigeren Schneidgasdruckbereich ergibt. Dies wird dadurch erreicht, dass Verwirbelungen oder Stauräume in dem Prozessgaskanal reduziert werden, wodurch auch bei Verwendung eines geringeren Schneidgasdruckes das Prozessgas an der Düsenöffnung mit einer ausreichenden Prozessgasgeschwindigkeit austreten kann, um noch qualitativ hochwertige Laserschnitte zu erzeugen.

Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße sombreroförmige Düse 78 eingesetzt wird. So ergibt sich bei dem Übergang der Kombination A zu Kombination C, die sich lediglich in der Verwendung unterschiedlicher Düsen unterscheidet, dass die neue erfindungsgemäße Düse 78 aus Fig. 3 den für einen guten Schnitt benötigten Schneidgasdruck erheblich reduzieren kann. Das beste Resultat, nämlich einen Gutschnittbereich zwischen 8 und 1 1 bar Schneidgasdruck, ergibt sich bei der Kombination D, bei der die neuartige Aufnahmevorrichtung 22, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, mit der neuen erfindungsgemäßen sombreroförmigen Düse 78, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, kombiniert wird. Bei dieser Kombination sind die Verwirbelungen des Prozessgases minimiert, wodurch auch bei niedrigen Schneidgasdrücken optimale Schnittergebnisse erzielt werden können.

Claims

Patentansprüche

1 Laserbearbeitungskopf ( 10) zur Bearbeitung eines Werkstucks ( 12) mittels eines Laserstrahls, mit - einem Gehäuse ( 18), durch das ein Strahlengang (L) für einen Laserstrahl hindurchgefuhrt ist, welcher zusammen mit einem Prozessgas aus einer werkstuckzugewandten Gehauseausgangsoffnung (44) austritt, einer Aufnahmevorrichtung (22), die mit dem Gehäuse ( 18) losbar verbunden ist und die einen Durchgangskanal (20) für das Prozessgas und den Laserstrahl mit einer werkstuckabgewandten Kanalemgangsoffnung (48) und einer werkstuckzugewandten Kanalausgangsoffnung (68) aufweist, wobei die Kanalemgangsoffnung (48) mit der Gehauseausgangsoffnung (44) in Verbindung steht, und einer Düse (30, 72 , 78), die mit der Aufnahmevorrichtung (22) losbar verbunden ist und eine mit der Kanalausgangsoffnung (68) der Aufnahmevorrichtung (22) in Verbindung stehende Dusenemgangsoffnung (70, 74, 94) sowie eine werkstuckzugewandte Dusenoffnung (32, 77, 90) aufweist, durch die im Betrieb der Laserstrahl sowie das Prozessgas austreten, wobei zumindest einer der Übergänge von Gehauseausgangsoffnung (44) zu Kanaleingangsoffnung (48) der Aufnahmevorrichtung (22) und von Kanalausgangsoffnung (68) der Aufnahmevorrichtung (22) zu Dusenemgangsoffnung (70, 74, 94) stufenlos ist

2 Laserbearbeitungskopf ( 10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine sich von der Gehauseausgangsoffnung (44) in das Gehauseinnere hinein erstreckende Wand eines Prozessgaszufuhrkanals ( 16) und die Innenwand des Durchgangskanals (20) der Aufnahmevorrichtung (22) am Übergang der entsprechenden Offnungen eine Neigung aufweisen, deren Ubergangswin- kel vorzugsweise kleiner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbe- sondere kleiner als 5° ist

3 Laserbearbeitungskopf ( 10) nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass eine sich von der Dusenemgangsoffnung ( 70, 74 78) in das Duseninnere hinein erstreckende Wand und die Innenwand des Durchgangs- kanals (20) der Aufnahmevorrichtung (22) am Übergang der entsprechenden Offnungen eine Neigung aufweisen , deren Ubergangswinkel vorzugsweise klei- ner als 20°, weiter bevorzugt kleiner als 10° und insbesondere kleiner als 5° ist.

4. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseausgangsöffnung (44), die Kanalein- und -ausgangsöffnung (48, 68) der Aufnahmevorrichtung (22) sowie die Düseneingangsöffnung (70, 72, 78) kreisförmig ausgebildet sind.

5. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (22) folgendes um- fasst: ein ringförmiges Isolatorteil (24) mit einer zentralen Ausnehmung (66), welche in einen werkstückabgewandten ersten Bereich, der den Durchgangskanal (20) bildet, und in einen werkstückzugewandten zweiten Bereich (58) zur Aufnahme der Düse (30, 72, 78) aufgeteilt ist, wobei sich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (58) der zentralen Ausnehmung (66) eine radiale Stufe befindet, und einen Einsatz (26), der in den zweiten Bereich (58) der zentralen Ausnehmung (66) eingesetzt ist und eine mit einem Haltemittel versehene zentra- Ie Ausnehmung aufweist, in welcher die Düse (30, 72, 78) aufgenommen ist, wobei der Durchmesser der Kanalausgangsöffnung (68) des Durchgangskanals (20) am Übergang zwischen erstem und zweiten Bereich in der zentralen Ausnehmung (66) des Isolatorteils (24) so dimensioniert ist, dass er gleich dem Durchmesser der Düseneingangsöffnung (70, 74, 94) ist.

6. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (26) ein Außengewinde (62) an seiner Umfangsseite aufweist, mit dem er in ein in dem zweiten Bereich (58) der zentralen Ausnehmung (66) des Isolatorteils (24) befindliches Innengewinde (60) einschraubbar ist.

7. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Ausnehmung des Einsatzes (26) ein Innengewinde (52) aufweist ist, in welches die mit einem Außengewinde (50) versehene Düse (30, 72 , 78) einschraubbar ist.

8. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (26) als Buchse (54) mit Flansch (56) aus- gebildet ist, wobei der Flansch (56) die Stirnfläche des Isolatorteils (24) abdeckt.

9. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (26) aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt ist.

10. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorteil (24) aus Keramik hergestellt ist.

1 1. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorteil (24) aus einer spanend bearbeitbaren Glaskeramik hergestellt ist.

12. Laserbearbeitungskopf ( 10) nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorteil (24) an seinem vom Einsatz abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch (38) aufweist, über den die Aufnahmevorrichtung an dem Gehäuse ( 18) mittels einer Überwurfmutter (36) lösbar befestigbar ist.

13. Düsenelement (78), insbesondere zur Verwendung in einem Laserbearbeitungskopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Düsenkanal (92), der sich von einer Düseneingangsöffnung (94) zur Düsenöffnung (90) hin erstreckt und einen verrundeten Verjüngungsbereich (96) aufweist.

14. Düsenelement (78) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkanal (92) sich zunächst von einer Düseneingangsöffnung (94) zur Düsenöffnung (90) hin kegelförmig verjüngt und in den verrundeten Verjüngungsbereich (96) übergeht, wobei der verrundete Verjüngungsbereich (96) vorzugsweise weniger als 1 /2, weiter bevorzugt weniger als 1 /5 und insbesondere weniger als 1 / 10 der Gesamtlänge des Düsenelements (78) einnimmt.

15. Düsenelement (78) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der verrundete Verjüngungsbereich (96) die Form einer Kugel- schicht aufweist.

16. Düsenelement (78) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (90) in der werkstückzugewandten Stirnseite des Düsenelements (78) als zylindrische Ausnehmung (98) ausgebildet ist, die sich an den Düsenkanal (92) anschließt, wobei der Übergang zwi- sehen Düsenkanal (92) und zylindrischer Ausnehmung (98) abgerundet ist.

17. Düsenelement (78) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, mit einem mit einem Außengewinde (80) versehenen Buchsenabschnitt (82), der in die Aufnahmevorrichtung (22) einschraubbar ist, - einem Flanschabschnitt (84), der an die werkstückzugewandte Stirnseite der Aufnahmevorrichtung (22) angrenzt, und einem sich konisch verjüngenden Düsenbereich (88), dessen werkstückzugewandte Stirnseite die Düsenöffnung (90) aufweist.

18. Aufnahmevorrichtung (22) zur lösbaren Befestigung einer Düse (30, 72, 78) an einem Laserbearbeitungskopf ( 10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Aufnahmevorrichtung einen Durchgangskanal (20) für Prozessgas und einen Laserstrahl mit einer werkstückabgewandten Kanaleingangsöffnung (48) und einer werkstückzugewandten Kanalausgang- söffnung (68) aufweist, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kanaleingangsöffnung (48) ist.

19. Aufnahmevorrichtung (22) nach Ansprcuch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangskanal (20) von einem werkstückabgewandten ersten Bereich einer zentralen Ausnehmung (66) in einem ringförmigen Isolatorteil (24) gebildet ist, in deren werkstückzugewandten zweiten Bereich (58) ein Einsatz (26) eingesetzt ist, der zur Aufnahme und lösbaren Befestigung einer Düse (30, 72, 78) dient, wobei der Durchmesser der Kanalausgangsöffnung (68) des Durchgangskanals (20) am Übergang zwischen erstem und zweiten Bereich in der zentralen Ausnehmung (66) des Isolatorteils (24) so dimensioniert ist, dass er gleich dem Durchmesser einer Düseneingangsöffnung (70, 74, 94) ist.

20. Aufnahmevorrichtung (22) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Durchmesser der Kanaleingangsöffnung (48) des Durchgangskanals (20) gleich einem Durchmesser einer werkstückzugewandten Ge- häuseausgangsöffnung (44) eines Laserbearbeitungskopfes ( 1 1 ) ist, durch die der Laserstrahl und das Prozessgas austritt.

21. Aufnahmevorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, da- durch gekennzeichnet, dass der Einsatz (26) als Buchse (54) mit Flansch

(56) ausgebildet ist, der die Stirnfläche des Isolatorteils (24) abdeckt.

22. Aufnahmevorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (26) aus Metall oder einer Metallle- gierung hergestellt ist.

23. Aufnahmevorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorteil (24) aus Keramik hergestellt ist.

24. Aufnahmevorrichtung (22) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorteil (24) aus einer spanend bearbeitbaren Glaskeramik hergestellt ist.

25. Aufnahmevorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 18 bis 24, da- durch gekennzeichnet, dass das Isolatorteil (24) an seinem vom Einsatz abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch (38) aufweist, über den die Aufnahmevorrichtung an dem Gehäuse ( 18) mittels einer Überwurfmutter (36) lösbar befestigbar ist.