CH673004A5

CH673004A5 -

Info

Publication number: CH673004A5
Application number: CH1945/87A
Authority: CH
Inventors: Karl-Heinz Schmall
Original assignee: Weidmueller C A Gmbh Co
Priority date: 1987-05-20
Filing date: 1987-05-20
Publication date: 1990-01-31
Also published as: DE3814985C2; DE3814985A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laserbearbeitungswerkzeug gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Mit einem derartigen Werkzeug wird ein Laserstrahl mit Hilfe einer Linse auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert, wobei sichletzte-55 res stark erhitzt. Dies ermöglicht verschiedene Arbeitsprozesse wie z. B. Schneidbrennen oder Schweissen. Durch die Düse kann ein Prozessgas, wie z. B. ein Schneidgas oder ein Schutzgas auf das Werkstück gerichtet werden. Infolge der sehr hohen Temperaturen ist es erforderlich, die empfindliche Linse zu kühlen. 60 Ausserdem ist eine axiale und/oder radiale Justierung der Düse relativ zur Optik erforderlich, um einerseits die Brennweite korrekt einzustellen und um anderseits die optische Achse auf die Düsenachse auszurichten.

Es sind bereits Laserbearbeitungswerkzeuge bekannt, bei 65 denen die Linsenhalterung mit der Linse starr mit einer Halterung verbunden ist. Diese Halterung weist ausserdem einen Linsenkühler auf, in dem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert, welche die Linse kühlt. Die Düse wird relativ zu der starr am Linsenküh-

673 004

1er befestigten Linse in vertikaler und in radialer Richtung justiert. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass bei einem nötig werdenden Wechsel der Linse oder der Düse die einmal eingestellte Justierung verloren geht. Bei jedem Wechsel muss daher eine Nachjustierung erfolgen, was unter Umständen bis zu einer Stunde dauern kann. Während dieser Zeit ist die gesamte Anlage ausser Betrieb, was eine erhebliche Einbusse der Produktionskapazität und damit unnötige Kosten zur Folge hat. Die konventionellen Linsenkühler sind ausserdem relativ kompliziert, da das Kühlmedium eine separate Zu- und Abfuhr- und ein Umwälzsystem benötigt.

Die konventionellen Linsenkühler haben ausserdem nur eine begrenzte Kühlkapazität, da sie zu wenig Wärme abtransportieren können. Die Leistungsaufnahme des Lasers und damit die Trennkapazität wird dadurch ebenfalls begrenzt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Laserbearbeitungswerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine einmal eingestellte Justierung von Brennweite und Düsenachse auch bei einem Auswechseln einzelner Komponenten nicht verloren geht und das bei möglichst kompakter Bauweise ein komplettes Kühlsystem für die Linse ohne komplizierte Kühlvorrichtungen enthält. Diese Aufgabe wird mit einem Laserbearbeitungswerkzeug gelöst, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.

Die zylindrische Aussenwand dient auf einfachste Weise als Zentrierrohr für verschiedene darin angeordnete Bauteile. Die Linsenhalterung mit der Linse ist nicht mehr starr gelagert, sondern relativ zur Düse sowohl in axialer als auch in radialer Richtung verschiebbar in der Aussenwand gelagert. Das Laserbearbeitungswerkzeug lässt sich dadurch von der Halterung als kompakte Einheit zusammen mit der Linse entfernen, wodurch Stillstandzeiten der Maschine auf ein Minimum reduziert werden können. Es lassen sich nämlich jeweils vorjustierte Werkzeuge vorbereiten, welche mit wenigen Handgriffen eingesetzt werden können und praktisch sofort wieder betriebsbereit sind.

Besonders einfach lässt sich die Linsenhalterung über eine in der Aussenwand geführten Gleitfassung axial und radial verschieben . Die Linsenhalterung kann dabei gegen die Kraft einer Feder nach unten gegen die Düse verstellt werden, welche Feder gleichzeitig die Linsenhalterung gegen eine quer zur Mittelachse verlaufende Gleitfläche an der Gleitfassung presst. Durch radiales Verschieben an dieser Gleitfläche lässt sich auch die optische Achse der Linse äusserst präzise auf die Mittelachse der Düse ausrichten. Dazu dienen vorzugsweise Stellschrauben, welche über den Umfang der Gleitfassung verteilt sind und welche gegen das Zentrum der Gleitfassung gedreht werden können. Die axiale Verschiebung der Gleitfassung erfolgt vorzugsweise über eine in die Aussenhülse einschraubbare Stellmutter.

15

Das Problem der Linsenkühlung lässt sich auf besonders optimale Weise lösen, wenn unter der Linse ein Ringkanal angeordnet ist, in welchen das Prozessgas einleitbar ist und wenn das Prozessgas aus dem Ringkanal zur Kühlung auf die Unterseite der Linse richtbar ist, bevor es durch die Düse strömt. Dabei erfolgt die Kühlung unmittelbar durch das Arbeitsmedium und ein zusätzliches Kühlmittel bzw. ein separater Kühlkreislauf fällt völlig weg. Die gesamte Vorrichtung kann dadurch ersichtlicherweise erheblich vereinfacht werden. Das mit hoher Geschwindigkeit gegen die Linse gerichtete Prozessgas schützt diese ausreichend vor Überhitzung. Um die Justierfunktion für die Linsenhalterung nicht zu beeinträchtigen, wird der Ringkanal vorzugsweise durch einen Gleitkörper gebildet, der zusammen mit der Linsenhalterung in axialer Richtung verschiebbar in der Aussenwand gelagert ist. Der Gleitkörper hat Bohrungen, welche vom Ringkanal gegen die Unterseite der Linse gerichtet sind. Die verschiebbare Anordnung des Gleitkörpers hat ausserdem den Vorteil, dass die Relativposition der Bohrungen zur Linse immer gleich bleibt. Wenn der Gleitkörper eine sich konisch nach unten verjüngende Innenwand aufweist, werden die an der Linse umgelenkten Gasströme bereits gegen die Düse hin gebündelt und beschleunigt.

Weitere Vorteile am Laserbearbeitungswerkzeug lassen sich erzielen, wenn die Düse axial und im Winkel zur Achse auslenk-5 bar an der Aussenhülse angeordnet ist und wenn die Schneiddüse mit der Feder in eine neutrale Lage pressbar ist. Dadurch wird eine Zerstörung des Werkzeuges vermieden, wenn die Düse bei ihrem Vorschub auf ein unerwartetes Hindernis auf trifft. Bei einer isolierten Befestigung der Düse relativ zu den übrigen 10 Bauteilen des Werkzeuges lässt sich bei Kollision mit dem Werkstück ein elektrisches Signal bilden, mit dessen Hilfe der Vorschub des Werkzeuges abgeschaltet werden kann.

Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Verschiebung der Linsenhalterung, wenn das Gehäuseteil ein kreisringförmiges Kühlerteil und eine sich vom Kühlerteil nach unten erstreckend Aussenwand aufweist und wenn die Linsenhalterung mittels einer Feder gegen die Unterseite des Kühlerteils pressbar ist, welche an der Aussenwand abgestützt ist. Mit der Feder kann eine Presskraft aufgebracht werden, welche für ein dichtendes 2o Anpressen der Linsenhalterung an die Unterseite des Kühlerteils ausreicht. Die Linsenhalterung bleibt rund um die Mittelachse des Gehäuseteils verschiebbar, so dass auch im Betrieb justiert werden kann. Die Verschiebung der Linsenhalterung erfolgt vorteilhaft mittels über den Umfang der Aussenwand verteilter 25 und gegen das Zentrum gerichteter Stellschrauben. Mit Hilfe dieser Stellschrauben lässt sich die Reibung zwischen Linsenhalterung und Kühlerteil mühelos überwinden und je nach Steigung am Gewinde der Stellschrauben ist eine äusserst präzise Justierung möglich.

30 Die Kühlung der gesamten Anordnung kann verbessert werden, wenn das Kühlerteil wenigstens einen Ringkanal zur Durchleitung eines Kühlmediums aufweist. Das Kühlerteil ersetzt damit den bisher üblichen Linsenkühler, da der Kühlkanal praktisch direkt in das Gehäuseteil integriert ist. Eine besonders 35 vorteilhafte Kühlung ergibt sich ausserdem, wenn das Prozessgas über einen Ringkanal am Kühlerteil und über die verschiebbare Linsenhalterung zur Düse leitbar ist. Auf diese Weise wird das Prozessgas selbst zu Kühlzwecken eingesetzt und strömt von oben her durch die Linsenhalterung hindurch. Damit wird eine 40 Kühlung nahe bei der wärmeempfindlichen Linse erzielt.

Eine wesentliche Verbesserung der Kühlleistung kann erzielt werden, wenn zusätzlich zum Ringkanal für das Prozessgas ein Ringkanal für die Zu- und Ableitung eines externen Kühlmittels am Kühlerteil angeordnet ist. Im Gegensatz zum Prozessgas, bei 45 dem die zugeführte Menge und die Temperatur weitgehend durch den Bearbeitungsprozess selbst bestimmt werden, kann das externe Kühlmittel, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, mit sehr tiefer Temperatur und mit hohem Druck durch das Kühler-teil durchgeleitet werden. Damit kann die Kühlleistung im Gegensatz zu den bekannten Linsenkühlern wesentlich verbessert werden, da die Kühlung durch Eigenmedium und mittels externem Kühlmittel sich gegenseitig ergänzen.

Besonders vorteilhaft und ohne Beeinträchtigung der Justiermöglichkeit an der Linsenhalterung erfolgt die Durchleitung des 55 Prozessgases, wenn die Linsenhalterung zusammen mit der Unterseite des Kühlerteils einen Ringkanal bildet, der über Öffnungen mit dem Ringkanal für das Prozessgas im Kühlerteil verbunden ist und wenn das Prozessgas aus dem Ringkanal in der Linsenhalterung über mehrere Kanäle unter die Linse leitbar ist. 60 Die Relativlage des Ringkanals an der Linsenhalterung kann so relativ zu den feststehenden Öffnungen im Kühlerteil verschoben werden, ohne dass die Strömung des Prozessgases beeinflusst wird. Dieser Ringkanal sorgt ausserdem für eine grosse Kühlfläche und damit für eine optimale Kühlung der Linsenhalterung. 65 Die Linse selbst stellt nach oben gegen das Anschlussrohr einen gasdichten Abschluss dar, so dass über die Kanäle bis unter die Ebene der Linse gekühlt wird. Die Kühlwirkung kann dabei noch dadurch verbessert werden, dass die Mündungsabschnitte der

50

673 004 4

Kanäle gegen die Unterseite der Linse gerichte.t sind. Der mit einer Schulter gegen die Gleitfläche 7 einer Gleitfassung 5 Prozessgasstrom kühlt auf diese Weise direkt die untere Oberflä- pressbar ist. Die Gleitfassung 5 wird ebenso wie der Gleitkörper che der Linse, bevor das Gas durch die Düse ausströmt. n durch die Innenwand der Aussenwand 4 geführt und ist nur in Die Düse selbst wird besonders vorteilhaft gehalten, wenn sie axialer Richtung verschiebbar. Die Linsenhalterung 1 wird somit einen umlaufenden Kragen aufweist, der auf einem Haltering am 5 durch die Kraft der Feder 6 zwischen dem Gleitkörper 11 und der unteren Rand der Aussenwand aufliegt und wenn die Düse durch Gleitfassung 5 eingeklemmt, lässt sich jedoch in alle Richtungen eine auf den Kragen pressbare Feder in einer neutralen Lage quer zur Mittelachse radial verschieben.

fixierbar ist. Gegen diesen Federdruck kann die Düse somit Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfolgt diese allseitig ausgelenkt werden, da sie nicht fest eingespannt ist. radiale Verschiebung mit Hilfe von mehreren Stellschrauben 8, Dadurch werden Beschädigungen der Gesamtanordnung verhin- 10 welche verteilt über den gesamten Umfang in den Gleitkörper 5

dert, wenn beispielsweise die Düsenspitze auf ein Hindernis eingeschraubt sind. Je nach dem, welche Schrauben verstellt auftrifft bzw. wenn sie das Werkstück berührt. Ein elektroni- werden, lässt sich eine radiale Verschiebung der Linsenfassung 1 scher oder ein mechanischer Kollisionssensor kann beim Auslen- in Pfeilrichtung B erreichen. Die optische Achse der Linse 2 lässt ken der Düse bzw. bei Berührung mit dem Werkstück den sich so exakt auf die Mittelachse der Schneiddüse 3 ausrichten.

Vorschub des Laserbearbeitungswerkzeuges sofort abschalten. 15 Für das Verstellen der Stellschrauben 8 sind in der Aussenwand 4 Die Düse lässt sich mit Hilfe der genannten Halterung auch rasch Langlöcher 20 vorgesehen, so dass bei jeder axialen Position der auswechseln, in dem der Haltermg von der Aussenwand entfernt Gleitfassung 5 die Stellschrauben 8 gut zugänglich sind.

wird. Zum Einstellen der Brennweite des von oben zugeführten

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich- Laserstrahls 21 dient eine Stellmutter 9, welche rohrförmig nungen dargestellt und werden nachstehend genauer beschrie- M ausgebildet ist und welche von oben in die Aussenwand 4

ben. Es zeigen: einschraubbar ist. Die Stellmutter 9 dient gleichzeitig als Wieder-

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemässes lager für das gesamte Paket bestehend aus Gleitfassung 5,

Laserbearbeitungswerkzeug, nämlich einen Laserschneidbrenn- Linsenhalterung 1 und Gleitkörper 11. Durch Verdrehen der köpf; Stellmutter 9 lässt sich dieses gesamte Paket ersichtlicherweise in

Fig. 2 einen Schnitt durch die Ebene I-I gemäss Fig. 1, und 25 Pfeilrichtung A verschieben.

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch ein abgewandeltes Ausfüh- Dadurch lässt sich die Brennweite des Laserstrahles auch rungsbeispiel eines Laserbearbeitungswerkzeuges. ausserhalb der Schneidvorrichtung exakt vorjustieren, in dem Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht ein Laserschneidbrennkopf beispielsweise ein Laserhilfsstrahl an den Laserschneidbrenn-aus einer zylindrischen Aussenwand 4, in welcher konzentrisch köpf angeschlossen wird. Die Brennweite kann aber auch im verschiedene Bauteile angeordnet sind. Am unteren Rand der 30 Betriebszustand bei eingeschaltetem Laser justiert werden. Das Aussenwand 4 ist ein Hülsenunterteil 16 eingeschraubt, das eine gleiche gilt auch für die Justierung der optischen Achse, welche nach innen ragende Kreisringfiäche aufweist. Zwischen das entweder ausserhalb der Maschine oder im Betriebszustand Hülsenunterteil 16 und die Aussenwand 4 lassen sich Distanz- erfolgen kann. Mit den Pfeilen C ist der Verlauf des Schneidgaringe 17 von unterschiedlicher Höhe einsetzen, um damit den ses, z. B. Sauerstoff, angedeutet, welches durch die Bohrungen Brennpunkt ausserhalb der Düse noch variieren zu können. Die 35 12 mit hoher Geschwindigkeit aus dem Ringkanal 10 gegen die Schneiddüse 3 ist an einer Düsenhalterung 14 befestigt, wobei sie Unterseite der Linse 2 strömt und dann nach unten umgelenkt gegenüber dieser mit Hilfe eines Isolierrings 18 elektrisch isoliert wird. Um ein Entweichen von Schneidgas nach aussen zu verhinist. An der Schneiddüse 3 ist aussen ein Anschluss 22 angeordnet, dem, sind zwischen der Linsenhalterung 1, dem Gleitkörper 11, an den ein hier nicht näher dargestellter Kollisionssensor ange- dem Hülsenunterteil 16 und der Aussenwand 4 j eweils geeignete schlössen werden kann, der bei Berührung mit dem Werkstück 40 Dichtungen eingesetzt. Um ein Verdrehen der Gleitfassung 5 anspricht und den Vorschub für den Brennkopf unterbricht. nach einer einmal erfolgten Justierung der Linsenhalterung 1 zu Die Düsenhalterung 14 weist einen Kragen 15 auf, welcher verhindern, kann die Gleitfassung 5 beispielsweise an einer axial auf dem Hülsenunterteil 16 aufliegt. Ersichtlicherweise ist verlaufenden Nut an der Aussenwand 4 geführt sein.

dadurch die Schneiddüse 3 nicht starr in der Aussenwand 4 Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist die Prozessgas-

gelagert, sondern lässt sich in Pfeilrichtung D auf alle Seiten 45 durchführung etwas anders gelöst. Ausserdem ist eine zusätzli-

auslenken. Bei Berührung mit dem Werkstück wird dabei eine che Kühlung mit einem flüssigen Kühlmedium vorgesehen. Der

ZerstörungdesLaserschneidbrennkopfesvermieden,bevorder SchneidbrennkopfistaneinemAnschlussrohr23befestigt,das

Kolhsionssensor den Vorschub abschdten kann. beispielsweise mit einem Roboterarm über das Werkstück vorge-

Die Schneidduse 3 wird durch emeDruckfeder 6, die auf dem schobenwird.Die Schneiddüse wird dabei über hier nicht näher

Kragen 15 aufliegt m einer neutralen Lage festgehalten. Diese 5Q d bellte Sensorvorrichtungen in einem bestimmten Arbeits-

Druckfeder 6 hat gleichzog auch noch die Funktion, die abstandzum Werkstück gehalten: Dunidas Anschlussrohr 23

Linsenhalterung 1 gegen die Gleitfassung 5 zupressen, wie wird auch der Laserstrahl zugeführt, der mit Hilfe der Linse 2 auf nachstehend noch genauer beschrieben wird. das Werkstück fokussiert wfrd

Uber die Feder 6 ist ein rotationssymmetnscher Gleitkorper _ . .... T . ^ . ». 11 geschoben, der zusammen mit der Aussenwand 4 einen u Im Ausfuhrangsbeispielwnd die Lmse 2 durch eine Linsen-Ringkanal 10 bildet. Gegen untenistder Gleitkörper 11 mit einer 55 halterun§1 §ehalÌfn' die sich jedoch aus mehreren Einzelheiten sich konisch verjüngenden Innenwand 13 versehen, welche vor- "mensetzt. Diese Linsenhalterung 1 ist relativ zu einem zugsweise die Düsenhalterung 14 teilweise überlappt. DerGleit- Gehauseteil 24 quer zur Mittelachse bzw. quer zur optischen körper 11 ist über seinen gesamten Umfang mit Bohrungen 12 Achse verschiebbar. Auch das Gehauseteil 24 besteht aus mehreversehen, welche vom Ringkanal 10 gegen die Unterseite der 60 ^fnzelteilen, wie nachstehend noch genauer beschneben

Linse 2 gerichtet sind. Der Ringkanal 10 wird über Einlassboh- ' ... ,

?n „vc u „„ <. t-i; „„ u Das Gehauseteil 24 setzt sich im wesentlichen aus einem etwa rungen 19 von aussen mit Schneidgas versorgt. Diese Emlassboh- , . . r.. . „..,. ^ ,

° in • j a * a ■ u • ■ j r u kreisnngformigenKuhlerteil 25 zusammen, das auf das untere rungen 19 smd so angeordnet, dass sie bei jeder möglichen -c a a a ti ,, . . •

r. i « * -,i .r . j , . , Ende des Anschlussrohres 23 aufschraubbar ist. Mit Hilfe einer

Position des Gleitkorpers 11 von diesem nicht verdeckt werden. ..... , ,, ,

r gegenläufig verschraubbaren Stellmutter 44 wird das Kuhlerteil

Auf dem Gleitkörper 11 liegt die Linsenhalterung 1 auf, in 65 24 in der gewünschten Relativlage am Anschlussrohr 23 verweicher die Linse 2 fest eingeklemmt ist. Dabei kann es sich wie spannt.

dargestellt um eine konvexe oder auch um eine plankonvexe Vom äusseren Rand des Kühlerteils 25 erstreckt sich eine

Linse handeln. Die Linsenhalterung 1 ist so ausgebildet, dass sie Aussenwand 4 gegen unten. Diese hat eine etwa zylindrische

Form und ist mit dem Kühlerteil 25 verschraubt. Theoretisch wäre es aber auch möglich, dass die Aussenwand und das Kühlerteil einstückig ausgebildet sind. Über den Umfang der Aussenwand 4 sind Stellschrauben 8 angeordnet, deren Achsen gegen das Zentrum gerichtet sind. Diese Stellschrauben greifen an der Linsenhalterung 1 an und verschieben diese je nach Position der Stellschrauben.

Die Linsenhalterung 1 setzt sich zusammen aus einer Linsenfassung 40, einem Linsenkühlring41 und aus einem Düsenring 42. Die Linsenfassung 40 ist mit dem Linsenkühlring 41 verschraubt oder verklebt. Der Düsenring 42 wird von unten in die Linsenfassung 40 eingeschraubt und presst die Linse 2 mit Hilfe einer Linsenfeder 39 gegen eine Schulter an der Linsenfassung 40.

Der Linsenkühlring 41 wird mit Hilfe eines Federpakets 26 von unten gegen die Unterseite des Kühlerteils 25 gepresst. Das Federpaket 26 ruht auf einem Klemmring 43, der von unten in die Aussenwand 4 eingeschraubt ist. Auf diese Weise ist die gesamte Linsenhalterung 1 von unten her demontierbar, ohne dass der Brennkopf vom Anschlussrohr entfernt werden muss.

Am Kühlerteil 25 sind zwei konzentrische Ringkanäle 27 und 28 angeordnet. Der Ringkanal 28 dient für die Zufuhr des Schneidgases und ist gegen oben mit einem Ringdeckel 34 verschlossen. Dieser Ringdeckel trägt einen Anschlussstutzen 36 für den Gasanschluss. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist dieser Anschlussstutzen 36 auf der rechten Seite der Abbildung angedeutet, obwohl in der Regel nur ein einziger Anschlussstutzen für die Gaszufuhr vorgesehen ist. Mit Hilfe von Ringdichtungen 45 ist der Ringdeckel 34 gasdicht gegenüber dem Kühlerteil 6 abgedichtet. Der Ringdeckel wird auf das Kühlerteil 25 aufgeschraubt, wobei durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben die optimale Position für den Anschlussstutzen 36 gewählt werden kann.

Über Öffnungen 30, welche über den gesamten Umfang des Ringkanals 28 verteilt sind, gelangt das Schneidgas in einen weiteren Ringkanal 29, der durch den Linsenkühlring 41 gebildet wird. Auch dieser Ringkanal ist auf beiden Seiten mit Ringdichtungen gasdicht gegenüber der Unterseite des Kühlerteils 25 abgedichtet. Die Anordnung der Öffnungen 30 ist so gewählt, dass bei jeder radialen Extremposition der Linsenhalterung 1 ein Übertritt des Schneidgases von der Ringkammer 28 in die Ringkammer 29 gewährleistet ist. Über den Umfang des Linsen-kühlrings 41 verteilte Kanäle 31 führen vom Ringkanal 29 nach unten und gehen in die Mündungsabschnitte 32 über, welche am Düsenring 42 angeordnet sind. Diese Mündungsabschnitte 32 sind schräg gegen die Unterseite der Linse 2 gerichtet, so dass der austretende Schneidgasstrahl zuerst auf die Linse aufprallt,

bevor er durch die Schneiddüse 3 nach unten gegen das Werkstück strömt. Ersichtlicherweise wird so die Linse von allen Seiten optimal durch das Schneidgas gekühlt. Das Schneidgas erwärmt sich auf seinem Weg zur Schneiddüse 3, was für den Schneidprozess vorteilhaft ist.

673 004

Der äussere Ringkanal 27 am Kühlerteil 25 dient für die Durchleitung eines externen Kühlmediums, wie z.B. Wasser oder einer speziellen Kühlflüssigkeit. Der Ringkanal 27 ist mit Hilfe eines Ringdeckels 33 verschlossen, der auf das Kühlerteil 25 aufgeschraubt und/oder aufgeklebt wird. Am Ringdeckel sind zwei Anschlussstutzen 35 für die Zu- und Ableitung vorgesehen, von denen hier nur ein einziger dargestellt ist. Die beiden Anschlussstutzen 35 liegen einander vorzugsweise diametral gegenüber, so dass eine gleichförmige Strömung im Ringkanal 27 erzielt wird. Theoretisch wäre es auch denkbar, den Ringkanal 27 mit einer Querwand zu unterteilen und die beiden Anschlussstutzen auf beiden Seiten der Querwand anzuordnen. In diesem Fall würde die Kühlflüssigkeit praktisch über 180° in die gleiche Richtung durch den Ringkanal 27 strömen. Die Kühlflüssigkei* im Ringkanal 27 transportiert zusätzlich zum Schneidgas Wärme ab.

Die eigentliche Schneiddüse 3 hat an ihrem oberen Ende einen umlaufenden Kragen 15, der auf einem Haltering 37 aufliegt. Der Haltering 37 ist von unten in die Aussenwand 4 eingeschraubt. Eine Druckfeder 38 presst den Kragen 15 gegen den Haltering 37,sodass die Schneiddüse 3 in einer neutralen Lage koaxial zur Mittelachse des Gehäuseteils 24 gehalten wird. Eine Ringdichtung 46 zwischen dem Kragen 15 und dem Haltering 37 sorgt für eine gasdichte Abdichtung in der neutralen Lage. Die Druckfeder 38 stützt sich oben gegen den Linsenkühlring 41 ab, und hilft somit die Linsenhalterung 1 gegen das Kühlerteil 25 zu pressen. Die Stärke der Druckfeder 38 ist so bemessen, dass die Schneiddüse 3 beim Auftreten einer Querkraft allseitig in Pfeilrichtung E ausschwenken kann. Damit wird verhindert, dass der Brennkopf oder das Anschlussrohr beschädigt wird, wenn die Schneiddüse 3 auf ein Hindernis auftrifft. Die Brennköpfe sind normalerweise mit Kollisions-Sensoren ausgerüstet, welche den Vorschub des Brennkopfes automatisch abschalten, wenn die Schneiddüse auf ein Hindernis auftrifft. Bis zum vollständigen Stillstand der Maschine verstreicht jedoch eine bestimmte Reaktionszeit, die bei starrer Schneiddüse bereits ausreichen würde, um Beschädigungen hervorzurufen. Das Auslenken der Schneiddüse 3 dient somit auf einfache Weise zum Überbrücken dieser Reaktionszeit.

Vor dem Betrieb der Anlage wird mit Hilfe der Stellschrauben 8 die Linsenhalterung 1 in Pfeilrichtung B derart radial justiert, bis die optische Achse der Linse 2 konzentrisch zur Mittelachse der Schneiddüse 3 verläuft. Theoretisch genügen vier Stellschrauben 8, welche in einem Winkel von j e 90° zueinander angeordnet sind. Je nach der gewünschten Feineinstellung können aber auch acht Schrauben über den Umfang der Aussenwand 4 verteilt werden. Für die Einstellung der Relativlage zwischen Brennpunkt und Düsenspitze 47 kann die Schneiddüse 3 in Pfeilrichtung F relativ zur Linse 3 verstellt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch gegenseitiges Verschrauben einzelner Teile der Schneiddüse 3.

Auf ähnliche Weise wie der beschriebene Laserschneidbrenn-kopf kann auch ein Laserschweisskopf aufgebaut sein. Das Prozessgas wäre dann ein Schutzgas, welches Umgebungsluft von der Schweissstelle fernzuhalten hat.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

M

3 Blatt Zeichnungen

Claims

673 004 PATENTANSPRÜCHE

1. Laserbearbeitungswerkzeug, das an einem Anschlussstück, insbesondere an einem Anschlussrohr (23) befestigt ist, mit einer Linsenhalterung (1) zur Aufnahme einer Linse (2), mit einer unter der Linse angeordneten Düse (3) sowie mit einer Justiervorrichtung zum Verändern der Relativlage zwischen der Linse (2) und der Düse (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenhalterung (1) relativ zur feststehenden Düse (3) im Laserbearbeitungswerkzeug verschiebbar gelagert ist.

2. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3) am unteren Abschnitt einer zylindrischen Aussenwand (4) angeordnet ist und dass die Linsenhalterung (1) in der Aussenwand (4) relativ zur feststehenden Düse (3) sowohl parallel, als auch quer zur Mittelachse der Düse (3) verschiebbar gelagert ist.

3. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenhalterung (1) über eine in der Aussenwand (4) geführte Gleitfassung (5) axial verschiebbar ist und dass die Linsenhalterung (1) an der Gleitfassung (5) radial verschiebbar gelagert ist.

4. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linst nhalterung (1) mit der Gleitfassung (5) gegen die Kraft einer zwischen der Linsenhalterung (1) und der Düse (3) angeordneten Feder gegen die Düse (3) verstellbar ist und dass mittels der Feder (6) die Linsenhalterung

(I) gegen eine quer zur Mittelachse verlaufende Gleitfläche (7) an der Gleitfassung (5) pressbar ist.

5. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenhalterung (1) mittels über den Umfang der Gleitfassung (5) vorteilte Stellschrauben (8) relativ zur Gleitfassung (5) verstellbar ist.

6. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfassung (5) mit einer in die Aussenwand (4) einschraubbaren Stellmutter (9) verschiebbar ist.

7. Laserbearbeitungswerkzeug, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass unter der Linse (2) ein Ringkanal (10) angeordnet ist in welchen ein Prozessgas einleitbar ist und daß das Prozessgas -us dem Ringkanal (10) zur Kühlung auf die Unterseite der Linse (2) richtbar ist, bevor es durch die Düse (3) strömt.

8. Laserbearbeitungswerkzeug nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (10) durch einen in der Aussenwand (4) geführten Gleitkörper (11) gebildet wird, der zwischen der Feder (6) und der Linsenhalterung (1) angeordnet ist und zusammen mit letzterer axial verschiebbar ist, wobei die Linsenhalterung (1 ) radial verschiebbar auf dem Gleitkörper

(II) aufliegt.

9. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkörper (11) über seinen Umfang mit Bohrungen (12) versehen ist, welche vom Ringkanal gegen die Unterseite der Linse (2) gerichtet sind.

10. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkörper (11) eine sich konisch nach unten verjüngende Innenwand (13) aufweist.

11. Laserbearbeitungswerkzeugnach einem der Ansprüche? bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3) axial und im Winkel zur Achse auslenkbar an der Aussenwand (4) angeordnet ist und dass die Düse (3) mit der Feder (6) in eine neutrale Lage pressbar ist.

12. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenhalterung (1) gegen ein am Anschlussstück (22) befestigtes, rotationssymmetrisches Gehäuseteil (24) pressbar ist, welches die Düse (3) trägt, und relativ zu diesem in einer Ebene quer zur optischen Achse der Linse (2) verschiebbar ist.

13. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (24) ein kreisringförmiges Kühlerteil (25) und eine sich vom Kühlerteil nach unten erstrek-

kende Aussenwand (4) aufweist, und dass die Linsenhalterung (1) mittels einer Feder (6) gegen die Unterseite des Kühlerteils (25) pressbar ist, welche an der Aussenwand (4) abgestützt ist.

14. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 13, dadurch 5 gekennzeichnet, dass die Linsenhalterung (1) mittels über den

Umfang der Aussenwand (4) verteilter und gegen das Zentrum gerichteter Stellschrauben (8) verschiebbar ist.

15. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerteil (25) wenigstens io einen Ringkanal zur Durchleitung eines Kühlmediums aufweist

16. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessgas über einen Ringkanal (10) am Kühlerteil (25) und über die verschiebbare Linsenhalterung (1) zur Düse leitbar ist.

I5

17. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Ringkanal (10) für das Prozessgas ein Ringkanal (10) für die Zu- und Ableitung eines externen Kühlmittels am Kühlerteil (25) angeordnet ist.

18. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 16 oder 17, 2g dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenhalterung (1) zusammen mit der Unterseite des Kühlerteils (25) einen Ringkanal (10) bildet, der über Öffnungen (30) mit dem Ringkanal (10) für das Prozessgas im Kühlerteil (25) verbunden ist und dass das Prozessgas aus dem Ringkanal (10) in der Linsenhalterung (1) über

2s mehrere Kanäle (31) unter die Linse leitbar ist.

19. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsabschnitte (32) der Kanäle (31) gegen die Unterseite der Linse (2) gerichtet sind.

20. Laserbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 3015 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (31) im

Kühlerteil (25) durch Ringdeckel (33,34) verschliessbarsind, welche die Anschlussstutzen (35,36) für die Zu- und/oder Ableitung von Kühlmittel und/oder Prozessgas tragen.

21. Laserbearbeitungswerkzeugnach Anspruch 11 oder 13, 35 dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3) an einer Düsenhalte-

rung (14) befestigt ist, die einen umlaufenden Kragen (15) aufweist, der auf einem in die Aussenwand (4) einschraubbaren Hülsenunterteil (16) aufliegt und dass die Düse (3) durch eine auf den Kragen (15) pressbare Feder in einer neutralen Lage fixier-40 bar ist.

22. Laserbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem unteren Rand der Aussenwand (4) und dem Hülsenunterteil (16) Distanzringe (17) einlegbar sind.

so BESCHREIBUNG