DE4133198C3 - Düse für ein Werkzeug zur Materialbearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse für ein Werkzeug zur Materialbearbeitung gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 6.

Eine derartige Düse geht bereits aus der DE 40 35 404 A1 hervor. Diese Düse enthält einen aus elektrisch leitendem Material bestehenden Düsenkörper, wobei:

• - der Spitzenbereich des Düsenkörpers und sein verbleibender Bereich durch separate Teile gebildet sind,
• - die Düsenelektrode unmittelbar mit dem Spitzenbereich in Kontakt steht,
• - der Spitzenbereich gegenüber dem verbleibenden Bereich des Düsenkörpers elektrisch isoliert ist, und
• - der Düsenkörper von einer im Abstand zu ihm liegenden Hülse aus elektrisch leitendem Material umgeben ist, welche mit dem verbleibenden Bereich des Düsenkörpers elektrisch in Kontakt steht.

Aus JP 1-2 78 981 A in "Patents abstracts of Japan", 1990, Vol. 14/No. 52, Sec. M-928 ist eine weitere Düse zur Materialbearbeitung bekannt, die einen einteiligen Düsenkörper aufweist, der an seiner Spitze eine Düsenelektrode über einen Isolationskörper trägt.

Düsen der genannten Art können z. B. zur Bearbeitung von metallischen Werkstücken mit Hilfe von Laserstrahlung verwendet werden, beispielsweise zum Schneiden eines Werkstücks mit Hilfe eines Laserstrahls hoher Leistung. Der Laserstrahl durchläuft dabei einen Kanal im Düsenzentrum, der auch durch die Düsenelektrode hindurchführt.

Die Düsenelektrode wird zur kapazitiven Abstandsmessung herangezogen, um die Düse relativ zum Werkstück zu führen. Dazu wird ein von der Düsenelektrode geliefertes Sensorsignal weiterverarbeitet, das am Ausgang einer mit dem Düsenkörper verbundenen Steckerbuchse erscheint. Ein Anwendungsgebiet ist z. B. die dreidimensionale Bearbeitung von Kfz- Teilen, und dergleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Düsen der genannten Art anzugeben, die in ihrem Spitzenbereich schlank ausgebildet werden können, für eine gute Kühlung der Düsenelektrode sorgen, kostengünstig herstellbar sind und darüber hinaus die Möglichkeit bieten, die Düsenelektrode in einfacher Weise auszuwechseln. Insbesondere soll es beim Auswechseln der Düsenelektrode nicht mehr erforderlich sein, die Schirmhülse abzunehmen.

Lösungen der gestellten Aufgaben sind in den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Düse nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Düsenelektrode in den Spitzenbereich des Düsenkörpers hineingeschraubt ist. Die Düsenelektrode und der Spitzenbereich des Düsenkörpers lassen sich aber auch durch einen Bajonettverschluß miteinander verbinden oder durch einen geeignet ausgebildeten Rast-/Schnapp-Verschluß.

Die Düse nach der Erfindung kann sich aber auch dadurch auszeichnen, daß die Hülse an ihrer Spitze eine mit ihr in elektrischem Kontakt stehende, abnehmbare Schirmhülse trägt, die die Düsenelektrode wenigstens zum Teil umgibt, aus elektrisch leitendem Material besteht und gegenüber der Düsenelektrode elektrisch isoliert ist, und die Düsenelektrode mit einem Fußteil von außen in die Schirmhülse einführ- und mit dieser verbindbar ist. Vorzugsweise kann der Fußteil in die Schirmhülse hineingeschraubt werden, und zwar so weit, bis der Fußteil bzw. die Düsenelektrode in elektrischen Kontakt mit dem Spitzenbereich des Düsenkörpers kommt. Im Bereich des Schraubgewindes sind die Düsenelektrode und die Schirmhülse elektrisch gegeneinander isoliert, beispielsweise durch eine ge­ eignete Oberflächenbeschichtung, die sich z. B. auf der Schirmhülse befinden kann.

Durch die genannten Aufbauten läßt sich eine sehr schlanke Düsenform erzie­ len, da der Spitzenbereich des Düsenkörpers relativ dünn ausgebildet werden kann und sich die Düsenelektrode unmittelbar am Spitzenbereich bzw. an der Schirmhülse befestigen läßt. Da die Düsenelektrode nicht mehr gegenüber dem Spitzenbereich des Düsenkörpers isoliert ist, läßt sich die Wärme der Düsen­ elektrode besser zum Düsenkörper ableiten, so daß praktisch die ganze Düse als Kühlkörper dient. Die Wärme fließt somit von der Düsenelektrode über den Spitzenbereich zum verbleibenden Bereich des Düsenkörpers, wobei die Isolierung zwischen Spitzenbereich und verbleibendem Bereich des Düsenkörpers so ausgebildet ist, daß hierdurch der Wärmefluß nicht wesentlich verringert wird. Die Isolierung zwischen Spitzenbereich und verbleibendem Bereich des Düsen­ körpers kann sehr dünn gewählt werden, da sie praktisch nicht mechanisch be­ lastet wird. Andererseits ist in diesem Bereich die Kontaktfläche zwischen dem Spitzenbereich des Düsenkörpers und dem verbleibenden Bereich sehr groß, was zu einer wirksamen Wärmeableitung führt.

Sehr vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Düsen ist darüber hinaus, daß sich die Düsenelektrode ohne weiteres vom Spitzenbereich des Düsenkörpers abnehmen läßt, ohne daß hierzu weitere Bauteile gelöst werden müssen. Da­ durch kann die Düsenelektrode sehr einfach und in relativ kurzer Zeit gewech­ selt werden, wenn dies gewünscht wird.

Vorzugsweise kann die Schirmhülse mit der zuvor genannten Hülse ver­ schraubt sein, wobei sich die Schirmhülse z. B. in ein Innengewinde der Hülse hineinschrauben läßt.

Schirmhülse und Düsenelektrode liegen auf unterschiedlichem Potential, so daß beide gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen. Hierzu kann die Schirmhülse eine elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung tragen, ins­ besondere dort, wo ein Kontakt mit der Düsenelektrode zustande kommt. Die Oberflächenbeschichtung kann z. B. eine Oxid-, Eloxal- oder Keramikschicht sein. Vorzugsweise besteht die Schirmhülse aus Aluminium. Die elektrisch iso­ lierende Oberflächenbeschichtung der Schirmhülse kann sich auch auf der ge­ samten Oberfläche der Schirmhülse befinden, mit Ausnahme des Verbindungs­ bereichs zwischen Schirmhülse und Hülse, da zwischen diesen beiden Elemen­ ten ein elektrischer Kontakt hergestellt sein muß.

Nach einer anderen sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Düsenelektrode einen Umfangswulst auf, der den stirnseitigen Rand der Schirmhülse abdeckt. Auf diese Weise wird der stirnseitige Rand der Schirm­ hülse vor Beschädigungen geschützt, die beispielsweise durch heiße Material­ spritzer entstehen können, die sich beim Bearbeitungs- bzw. Schweißvorgang bilden. Sollten dennoch Metallspritzer in den Bereich zwischen Düsenelektrode und Schirmhülse fallen, so wird durch diese Spritzer kein Kurzschluß erzeugt, da die Schirmhülse mindestens in diesem Bereich eine elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung trägt.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Düse nach einem ersten Ausführungs­ beispiel und

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Düse nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel.

Eine Düse 1 nach Fig. 1 weist einen Düsenkörper 2 auf, zu dem ein Spitzenbe­ reich 3 und ein verbleibender Bereich 4 des Düsenkörpers 2 gehören. Der Dü­ senkörper 2 ist konusförmig ausgebildet, und zwar sowohl außen wie auch in­ nen. Lediglich das freie Ende des Spitzenbereichs 3 weist einen hohlzylinderför­ migen Verlauf auf, so daß ein im Inneren des Düsenkörpers 2 vorhandener Dü­ senkanal 5 sich zur Spitze der Düse 1 hin konisch verjüngt und schließlich in einen zylindrischen Kanal 5a übergeht.

Der Spitzenbereich 3 und der verbleibende Bereich 4 des Düsenkörpers 2 sind, wie die Fig. 1 erkennen läßt, passend ineinandergesteckt und gegeneinander isoliert, so daß keine elektrisch leitende Verbindung zwischen ihnen vorhanden ist. Eine Stufe 3a am äußeren Umfangsrand des Spitzenbereichs 3 dient zur axi­ alen Positionierung des verbleibenden Bereichs 4. Er schlägt mit seiner Stirn­ seite gegen die Stufe 3a. Die Teile 3 und 4 liegen somit teleskopartig ineinander.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der verbleibende Bereich 4 des Düsenkörpers 2 aus Aluminium, das oberflächeneloxiert ist. Diese Eloxal­ schicht bildet die elektrische Isolation zwischen dem verbleibenden Bereich 4 und dem Spitzenbereich 3. Der Spitzenbereich 3 ist aus Messing hergestellt. Beide Teile 3 und 4 sind fest miteinander verklebt, und zwar mittels einer sehr dünnen Schicht eines Keramik-Klebers, was besonders vorteilhaft ist, da dieser sehr temperaturstabil ist und zusätzlich elektrisch isolierend wirkt.

Der Düsenkörper 2 ist in einem hülsenförmigen Element 6 gelagert, und zwar zentriert zu diesem. Dabei liegt der verbleibende Bereich 4 mit einer Schulter 7 auf einem Ansatz 8 des hülsenförmigen Elements 6 (Hülse). Ein Kopfteil 9 mit Innenkonus und Außengewinde ist in den oberen Bereich des hülsenförmigen Elements 6 hineingeschraubt und drückt die Schulter gegen den Ansatz 8.

Das hülsenförmige Element 6 besteht z. B. aus Aluminium und steht mit dem verbleibenden Bereich 4 des Düsenkörpers 2 in elektrischem Kontakt. An bei­ den Elementen 4 und 6 kommt Schirmpotential zu liegen, und zwar über die Schirmleitung eines Steckers, der Aufnahme in einer Steckerbuchse 10 findet die am äußeren Umfangsrand des hülsenförmigen Elements 6 angebracht ist. Eine Signalleitung 11 der Steckerbuchse 10 ist mit dem Spitzenbereich 3 des Düsenkörpers 2 elektrisch verbunden. Die Signalleitung 11 verläuft im Raum zwischen den Elementen 4 und 6.

Wie bereits erwähnt, weist der Spitzenbereich 3 einen zylindrischen Kanal 5a auf, in welchem sich ein Innengewinde 12 befindet. In dieses Innengewinde 12 ist mit einem entsprechenden Außengewinde eine Düsenelektrode 13 hineinge­ schraubt, die in elektrischem Kontakt mit dem Spitzenbereich 3 steht. Die Dü­ senelektrode 13 ist aus elektrisch leitendem Material hergestellt, beispielswei­ se aus Kupfer, und weist vorliegend eine kegelige Form auf. Sie kann außen aber auch zylindrisch ausgebildet sein. Der Innenkanal 13a der Düsenelektro­ de 13 ist so gewählt, daß er den Kanal 5 bis zur Spitze der Düsenelek­ trode 13 kegelig fortsetzt.

Das hülsenförmige Element 6, das zur Abschirmung des Düsenkörpers 2 dient, erstreckt sich bis zur Stirnseite des Spitzenbereichs 3 und weist dort ebenfalls einen zylindrischen Kanal auf, in welchem sich ein Innengewinde 14 befindet. In dieses Innengewinde 14 ist mit einem entsprechenden Außenge­ winde eine Schirmhülse 15 hineingeschraubt, die den Spitzenbereich 3 nach vorn überragt und teilweise auch noch einen Fußteil der Düsenelektrode 13 umfangsseitig umgreift. Die Schirmhülse 15 steht direkt in elektrischem Kon­ takt mit dem hülsenförmigen Element 6, so daß auch sie auf Schirmpotential zu liegen kommt. Durch sie wird der obere Teil der Düsenelektrode 13 mit abgeschirmt. Genauer gesagt kommt der Gewindebereich der Schirmhülse 15 zwischen hülsenförmigem Element 6 und Spitzenbereich 3 zu liegen, wobei sich die Schirmhülse 15 weiter über den stirnseitigen Randbereich des Spitzen­ bereichs 3 hinaus erstreckt.

Vorzugsweise ist die Schirmhülse 15 mit einer elektrisch isolierenden Oberflä­ chenbeschichtung versehen, ausgenommen in ihrem Gewindeabschnitt, da dort eine elektrisch leitende Verbindung zum hülsenförmigen Element 6 herge­ stellt werden muß. Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise eine Oxidschicht bzw. Eloxalschicht sein, wenn die Schirmhülse 15 aus einem ent­ sprechenden Metall hergestellt ist. Ansonsten ist sie gegenüber dem Spitzenbe­ reich 3 und der Düsenelektrode 13 elektrisch isoliert, so daß es auch möglich ist, einen mechanischen Kontakt zwischen diesen Elementen herzustellen, um eine konstruktive Versteifung im Bereich der Düsenspitze zu erhalten.

Die Düsenelektrode 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem Um­ fangswulst 13b versehen, der den stirnseitigen Bereich der Schirmhülse 15 ab­ deckt und somit vor Metallspritzern schützt, die unter Umständen beim Bear­ beiten des Werkstücks, z. B. beim Schweißen, entstehen. Insbesondere wird durch den Umfangswulst 13b verhindert, daß derartige Metallspritzer in den Bereich zwischen Düsenelektrode 13 und Schirmhülse 15 eintreten und dort Beschädigungen verursachen können. Da die Schirmhülse 15 eine elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung trägt, können Metallspritzer im Bereich zwischen Schirmhülse 15 und Düsenelektrode 13 praktisch nicht zu Kurz­ schlüssen führen.

Die Düsenelektrode 13 läßt sich aus dem Spitzenbereich 3 in einfacher Weise herausschrauben, ohne daß dazu weitere Teile gelöst werden müssen. Sie kann somit leicht gegen eine andere ausgetauscht werden. Sollte in diesem Zusam­ menhang eine Anpassung der Geometrie der Schirmhülse 15 erforderlich sein, so läßt sich die Schirmhülse 15 ebenfalls leicht vom hülsenförmigen Element 6 abschrauben und durch eine geeignete andere ersetzen. Schirmhülse 15 und Düsenelektrode 13 lassen sich somit sehr schnell austauschen, was zu einer besseren Verfügbarkeit der Düse führt. Die Schirmhülse 15 kann die Düsen­ elektrode 13 auch über einen größeren Bereich oder umfangsseitig vollständig abdecken, falls dies gewünscht wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düse nach der Erfindung ist in der Fig. 2 dargestellt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind dabei mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Sie werden nicht nochmals beschrieben.

In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist hier eine Düsenelek­ trode 16 direkt auf die Stirnseite des Spitzenbereichs 3 aufgesetzt, ohne mit diesem unmittelbar verbunden zu sein. Vielmehr weist die Düsenelektrode 16 einen Ansatz 17 (Fußteil) mit einem Außengewinde 18 auf, das in ein Innenge­ winde 19 der Schirmhülse 15 hineingeschraubt ist, die ihrerseits mit einem entsprechenden Außengewinde in das Innengewinde 14 des hülsenförmigen Elements 6 hineingeschraubt ist.

Die Düsenelektrode 16 steht in elektrischem Kontakt mit dem Spitzenbereich 3, der seinerseits über eine nicht dargestellte und abgeschirmte bzw. isolierte Lei­ tung mit dem Signalanschluß einer nicht dargestellten Steckerbuchse verbun­ den ist. Ein Sensorsignal wird also von der Düsenelektrode 16 über den Spit­ zenbereich 3 und die genannte Leitung zum Signalanschluß der Steckerbuchse geleitet. Dagegen ist die Düsenelektrode 16 gegenüber der Schirmhülse 15 elek­ trisch isoliert, wozu die Schirmhülse 15 im Bereich des Innengewindes 19 mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenbeschichtung versehen sein kann, beispielsweise mit einer Oxidschicht. Die Schirmhülse 15 steht elektrisch mit dem hülsenförmigen Element 6 in Verbindung, so daß das Schirmpotential auch an die Schirmhülse 15 gelangt.

Ein Umfangswulst 16a der Düsenelektrode 16 dient zum Schutz der Schirmhül­ se 15 gegen Metallspritzer, die beim Bearbeitungsvorgang entstehen können. Sollten dennoch derartige Metallspritzer hinter den Umfangswulst 16a gelan­ gen, so können diese im Bereich zwischen Schirmhülse 15 und Düsenelektrode 16 nicht zu Kurzschlüssen führen, wenn die Schirmhülse 15 auch in ihrem wei­ teren bzw. Außenbereich mit einer isolierenden Oberflächenbeschichtung ver­ sehen ist.

Claims (10)

1. Düse für ein Werkzeug zur Materialbearbeitung, mit einem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Düsenkörper (2), bei der:

• - der Spitzenbereich (3) des Düsenkörpers (2) und sein verbleibender Bereich (4) durch separate Teile gebildet sind,
• - die Düsenelektrode (13) unmittelbar mit dem Spitzenbereich (3) in Kontakt steht,
• - der Spitzenbereich (3) gegenüber dem verbleibenden Bereich (4) des Düsenkörpers (2) elektrisch isoliert ist, und
• - der Düsenkörper (2) von einer im Abstand zu ihm liegenden Hülse (6) aus elektrisch leitendem Material umgeben ist, welche mit dem verbleibenden Bereich (4) des Düsenkörpers (2) elektrisch in Kontakt steht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenelektrode (13) in den Spitzenbereich (3) des Düsenkörpers (2) hineingeschraubt ist, oder die Düsenelektrode (13) und der Spitzenbereich (3) des Düsenkörpers (2) durch einen Bajonettverschluß miteinander verbunden sind, oder daß die Düsenelektrode (13) und der Spitzenbereich (3) des Düsenkörpers (2) durch einen Rast-/ Schnapp-Verschluß miteinander verbunden sind.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) an ihrer Spitze eine mit ihr in elektrischem Kontakt stehende, abnehmbare Schirmhülse (15) trägt, die die Düsenelektrode (13) wenigstens zum Teil umgibt, aus elektrisch leitendem Material besteht und gegenüber der Düsenelektrode (13) elektrisch isoliert ist.

3. Düse für ein Werkzeug zur Materialbearbeitung, mit einem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Düsenkörper (2), bei der:

• - der Spitzenbereich (3) des Düsenkörpers (2) und sein verbleibender Bereich (4) durch separate Teile gebildet sind,
• - die Düsenelektrode (16) unmittelbar mit dem Spitzenbereich (3) in Kontakt steht,
• - der Spitzenbereich (3) gegenüber dem verbleibenden Bereich (4) des Düsenkörpers (2) elektrisch isoliert ist, und
• - der Düsenkörper (2) von einer im Abstand zu ihm liegenden Hülse (6) aus elektrisch leitendem Material umgeben ist, welche mit dem verbleibenden Bereich (4) des Düsenkörpers (2) elektrisch in Kontakt steht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) an ihrer Spitze eine mit ihr in elektrischem Kontakt stehende, abnehmbare Schirmhülse (15) trägt, die die Düsenelektrode (16) wenigstens zum Teil umgibt, aus elektrisch leitendem Material besteht und gegenüber der Düsenelektrode (16) elektrisch isoliert ist, und daß die Düsenelektrode (16) mit einem Fußteil (17) von außen in die Schirmhülse (15) einführ- und mit dieser verbindbar ist.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußteil (17) in die Schirmhülse (15) einschraubbar ist.

5. Düse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmhülse (15) mit der Hülse (6) verschraubt ist.

6. Düse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmhülse (15) eine elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung trägt.

7. Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbeschichtung eine Oxid-, Eloxal- oder Keramikschicht ist.

8. Düse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfangswulst (13b, 16a) der Düsenelektrode (13, 16) den stirnseitigen Rand der Schirmhülse (15) abdeckt.