DE8337305U1 - Device for cutting workpieces with a laser beam - Google Patents

Device for cutting workpieces with a laser beam

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Patentanwälte · European Patent Attorneyi Bremen- MUncben*Patent Attorneys · European Patent Attorneyi Bremen-MUncben *

MeiMMt * Bölte, Hollenllee 73. D-2800 BremenMeiMMt * Bölte, Hollenllee 73.D-2800 Bremen

Anmelder;Applicant;

BIAS rorschungs- undBIAS research and Entwicklungslabor fürDevelopment laboratory for

angewandte Strahltechnik GmbHapplied beam technology GmbH

irmlandstraße 59 2820 Bremen 71irmlandstrasse 59 2820 Bremen 71

Htm Meistner · Dipl.-Ing, (M* 1980)Htm Meistner Dipl.-Ing, (M * 1980) Erich Bolt« · Dipl.-Ing.Erich Bolt «· Dipl.-Ing. Dr. Eugea Popp ■ Dipl.-Ing., Dipl.-WirUeh.-Ing.*Dr. Eugea Popp ■ Dipl.-Ing., Dipl.-WirUeh.-Ing. * Wolf E. Sajda · Dipl.<Phyi.*Wolf E. Sajda Dipl. <Phyi. * Dr. Tarn v. Bttlow · Dipl.-Ing., Dipl'Wtrtsch.-ing,*Dr. Tarn v. Bttlow Dipl.-Ing., Dipl'Wtrtsch.-ing, * BÜRO/OFFICE BREMENOFFICE BREMEN

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BIA-14-DEBIA-14-DE

23. Dezember 1983/9119December 23, 1983/9119

Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken durch einen LaserstrahlDevice for cutting workpieces with a laser beam

b u η gb u η g

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken durch einen Laserstrahl gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for cutting workpieces by means of a laser beam according to the preamble of claim 1.

Mit Energiequellen hoher Leistungsdichte lassen sich besonders metallische Werkstoffe mit hoher Geschwindigkeit schneiden, üblicherweise werden hierzu Hochleistungsenergiequellen wie fokussierte Laserstrahlen, aber auch Elektronenstrahlen eingesetzt. Wegen der hohen Leistungsdichte sind COo-Laserstrahlen zum Schneiden von Werkstücken besonders geeignet.With energy sources of high power density, metallic materials in particular can be transported at high speed cut, this is usually done using high-power energy sources like focused laser beams, but also electron beams are used. Because of the high power density COo laser beams are special for cutting workpieces suitable.

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Der Werkstoff aus den üblicherweise nur eine Breite vonThe material usually only has a width of

1/10 mm aufweisenden Schneidfugen muß zum vollständigen Schneiden mit sauberen Schneidflachen entweder vollständig verbrennen bzw. oxydieren oder verdampfen.1/10 mm cutting joints must either be completely cut with clean cutting surfaces burn or oxidize or evaporate completely.

Auf jeden Fall muß verhindert werden, daß sich kondensierter Werkstoff in der dünnen Schneidfuge bildet.In any case, it must be prevented that condensed material forms in the thin cutting kerf.

Problematisch ist es, die vorgenannten Bedingungen einzuhalten, wenn mit hohen Schneidgeschwindigkeiten gearbeitet werden soll bzw. Bleche mit großen Dicken zu schneiden sind. Um auch unter diesen Umständen eine Bildung von kondensiertem bzw. flüssigen Material im Schneidspalt möglichst vollständig zu vermeiden, wird ein Schneidgasstrahl auf die Werkstückoberfläche, insbesonde-It is problematic to comply with the aforementioned conditions when working at high cutting speeds is to be or sheets are to be cut with great thickness. To get an education even under these circumstances Avoiding condensed or liquid material in the cutting gap as completely as possible becomes a Cutting gas jet on the workpiece surface, especially

Ib re den Schneidspalt gerichtet. Beim Laserbrennschneiden, bei dem der auf der Fuge zu entfernende Werkstoff entweder verbrennt bzw. oxydiert, wird als Schneidgas in der Regel Sauerstoff zugeführt. Dagegen wird beim Lasersublimierschneiden Argon als Schneidgas zugeführt zum Verdampfen des Fugenwerkstoffes. In diesem letzteren Falle dient das Schneidgas, nämlich Argon, gleichzeitig als Schutzgas. Je nach Anwendungsfall können außer Sauerstoff und Argon als Schneidgas auch andere Gase Verwendung finden .Ib re directed the cutting gap. When laser cutting, in which the material to be removed from the joint either burns or oxidizes, is used as cutting gas in the Usually oxygen is supplied. In contrast, with laser sublimation cutting, argon is supplied as a cutting gas for evaporation of the joint material. In this latter case, the cutting gas, namely argon, is used at the same time Protective gas. Depending on the application, gases other than oxygen and argon can also be used as cutting gas .

Hinsichtlich der Zufuhr des Schneidgases sind unterschiedliche Vorrichtungen zum Laserschneiden bekannt. Im einfachsten Falle wird das Schneidgas durch eine von der iichneiddüse zum Austritt des fokussierten Laserstrahls unabhängige Einrichtung zum Werkstück bzw. zur Schneidfuge geführt. Solche Vorrichtungen weisen erhebliche Nachteile auf, wenn komplizierte Schnitte, beispielsweise Kurven- oder Eckschnitte durchgeführt werden sollen. Probleme treten auch bei relativ dicken werkstücken auf.With regard to the supply of the cutting gas, different devices for laser cutting are known. In the simplest Trap, the cutting gas is passed through one of the iichneiddüse to the exit of the focused laser beam independent device led to the workpiece or to the cutting joint. Such devices have significant disadvantages when complicated cuts, for example curve or corner cuts, are to be carried out. Problems also occur with relatively thick workpieces.

Zur Vermeidung dieses Nachteils sind des weiteren Vorrich-To avoid this disadvantage, further devices are

* Il* Il

• ι «ι ι• ι «ι ι

-3--3-

tungen bekannt, bei denen das Schneidgas innerhalb der Schneiddüse zum Laserstrahl geführt wird. Das Schneidgas tritt dann zusammen mit dem Laserstrahl aus der Schneiddüse aus, und zwar durch eine gemeinsame Öffnung. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung, die aufgrund des außerhalb der Schneiddüse liegenden Brennpunktes des Laserstrahls eine relativ große Öffnung aufweist, ist ein verhältnismäßig hoher Schweißgasverbrauch. Aufgrund der relativ großen Öffnung in der Schneiddüse tritt das Schneidgas mit einem dicken Gasstrahl aus dem Schneidkopf heraus. Demzufolge sind der Austrittsgeschwindigkeit des Gasstrahles natürliche Grenzen gesetzt, wodurch die Impulswirkung des Schneidgases in großem Maße verloren geht. Das führt besonders bei hohen Schneidgeschwindigkeiten zu unsauberen Schneidfugen.known in which the cutting gas within the Cutting nozzle is guided to the laser beam. The cutting gas then emerges from the together with the laser beam Cutting nozzle, through a common opening. A disadvantage of this known device due to of the focal point of the laser beam lying outside the cutting nozzle has a relatively large opening a relatively high welding gas consumption. This occurs due to the relatively large opening in the cutting nozzle Cutting gas with a thick gas jet out of the cutting head. As a result, the exit velocity There are natural limits to the gas jet, as a result of which the impulse effect of the cutting gas is lost to a large extent goes. This leads to unclean cutting joints, especially at high cutting speeds.

Schließlich sind zur Verbesserung der vorangehend beschriebenen Laserschneidvorrichtungen solche mit separate Schneidgasaustrittsöffnungen aufweisenden Schneidgasdüsen bekannt. Letztere sind entweder zylindrisch oder sich zu ihren Öffnungen hin verjüngend ausgebildet, üblicherweise sind mehrere Schneidgasdüsen konzentrisch um die Öffnung für den Austritt des Laserstrahls im Schneidkopf angeordnet. Es kann aber auch eine einzige Schneidgasdüse als Ringdüse konzentrisch zum Laserstrahl im Schneidkopf angeordnet sein. Letztere ist jedoch im Hinblick auf eine allseitig gleiche Spaltbreite schwierig herzustellen bzw. erfordert ein« sehr genaue Justierung der einzelnen zur Bildung des Ringspaltes dienenden Teile des Schneidkopfes.Finally, to improve the laser cutting devices described above, those with separate ones are used Known cutting gas outlet openings having cutting gas nozzles. The latter are either cylindrical or designed to taper towards their openings, usually several cutting gas nozzles are concentric arranged around the opening for the exit of the laser beam in the cutting head. But it can also be a single one The cutting gas nozzle can be arranged as a ring nozzle concentrically to the laser beam in the cutting head. However, the latter is in Difficult to manufacture with regard to a gap width that is the same on all sides or requires a very precise adjustment the individual parts of the cutting head used to form the annular gap.

Die Leistungsfähigkeit dieser bekannten Vorrichtungen ist jedoch begrenzt. Die Schneiddüsen erlauben nämlich nur eine begrenzte Austrittsgeschwindigkeit des Schneidgases. Diese beträgt maximal 1,2 mach. Bei höheren Gasaustrittsgeschwindigkeiten ist der Gasstrom nicht mehr zuverlässigHowever, the performance of these known devices is limited. The cutting nozzles only allow a limited exit speed of the cutting gas. This is a maximum of 1.2 mach. At higher gas exit speeds the gas flow is no longer reliable

kontrollierbar, was sich durch einen zunehmend diffuser werdenden Gasstrahl auswirkt. Das Schneidgas gelangt nicht mehr gezielt in den Schneidspalt und weist auch keinen ausreichenden Impuls mehr auf, um bei hohen Schneidgeschwindigkeiten und großen Blecfidicken ein zuverlässiges Trennen des Werkstückes mit sauberen Schneidkanten zu gewährleisten.controllable, which has the effect of an increasingly diffuse gas jet. The cutting gas arrives is no longer targeted in the cutting gap and also no longer has sufficient momentum to be able to withstand high Cutting speeds and large sheet metal thicknesses to ensure reliable separation of the workpiece with clean cutting edges.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der eingangs genannten Nachteile eine Laserschneidvorrichtung zu schaffen, welche bei einer hohen Schneidleistung eine optimale Schneidgaszufuhr auch bei komplizierten Schneidverläufen ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing a laser cutting device while avoiding the disadvantages mentioned at the beginning to create an optimal cutting gas supply with a high cutting performance enables complicated cutting processes.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 auf. Aufgrund der Vergrößerung des Querschnittes der Schneidgasdüsen zu den Schneidgasaustrittsöffnungen hin bleibt der aus denselben auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten austretende Schweißgasstrahl im wesentlichen erhalten. Es sind Strömungsgeschwindigkeiten in bzw. an der öffnung der Gasaustrittsdüsen von über 1 mach möglich, ohne daß die Strahlcharakteristik des Schneidgases nach dem Verlassen der Gasaustrittsöffnungen der Schneidgasdüsen verloren geht. Dadurch können Schneidgasstrahlen mit einem für hohe Gasgeschwindigkeiten und großen Blechdicken ausreichenden Energiepotential auf den Schneidspalt einwirken.To achieve this object, the invention has the characterizing features of claim 1. Due to the enlargement of the cross section of the cutting gas nozzles towards the cutting gas outlet openings, the welding gas jet emerging from the same remains essentially intact even at very high flow speeds. Flow velocities in or at the opening of the gas outlet nozzles of more than 1 mach are possible without the jet characteristics of the cutting gas being lost after leaving the gas outlet openings of the cutting gas nozzles. As a result, cutting gas jets can act on the cutting gap with an energy potential that is sufficient for high gas speeds and large sheet metal thicknesses.

Zweckmäßigerweise sind die Gasaustrittsdüsen in derThe gas outlet nozzles are expediently in the

Schneiddüse konzentrisch um den (mittigen) Laserstrahl angeordnet. Die aus dem Schneidkopf austretenden Schneidgasstrahlen umgeben dadurch gleichmäßig den Laserstrahl.Cutting nozzle arranged concentrically around the (central) laser beam. The cutting gas jets emerging from the cutting head thereby evenly surround the laser beam.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die konzentrisch um den Laserstrahl herumIn a particularly advantageous embodiment of the invention are concentric around the laser beam

II· <II · <

*Ι· i * Ι · i

angeordneten Gasaustrittsdüsen schräg gerichtet im Schneidkopf angeordnet. Vorzugsweise weisen sämtliche Gasaustrittsdüsen eine gleiche Neigung auf, die derart gewählt ist, daß sich die aus dem Schneidkopf austretenden Schneidgasstrahlen auf der Längsachse des fokussierten Laserstrahls in etwa vereinen. Der Schnittpunkt der Schneidgasstrahlen auf der Längsachse liegt bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit geringfügigem Abstand vor dem Brennpunkt des Laserstrahls. Bei einer derartigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet eine Vereinigung der Schneidgasstrahlen mit dem Laserstrahl dergestalt statt, daß hinter dem Schnittpunkt des Laserstrahls mit den Schneidgasstrahlen ein gemeinsamer, etwa gleich gerichteter Strahl entsteht, wobei das Schneidgas den Laserstrahl umhüllt. Alternativ kann der Vereinigungspunkt der Gasstrahlen mit dem Laserstrahl auch direkt im Fokuspunkt des Laserstrahls oder auch hinter demselben liegen.arranged gas outlet nozzles arranged obliquely in the cutting head. Preferably, all of the gas outlet nozzles have an equal inclination, which is chosen such that the cutting gas jets emerging from the cutting head meet unite roughly on the longitudinal axis of the focused laser beam. The intersection of the cutting gas jets on the The longitudinal axis lies in an advantageous embodiment of the invention at a slight distance in front of the focal point of the laser beam. With such a configuration of the The device according to the invention is a union of Cutting gas jets with the laser beam in such a way that behind the intersection of the laser beam with the Cutting gas jets a common, approximately identically directed beam is created, with the cutting gas forming the laser beam enveloped. Alternatively, the merging point of the gas beams with the laser beam can also be directly in the focal point of the Laser beam or behind the same.

Der Abstand der Unterkante der Schneiddüse gegenüber derThe distance between the lower edge of the cutting nozzle and the

Oberfläche des Werkstücks ist zweckmäßigerweise so zu wählen, daß sich die Schneidgasstrahlen mit dem Laserstrahl mit Abstand von der Oberfläche des Werkstücks treffen. Dadurch tritt in den Schneidspalt bereits ein vereinter Strahl ein, wodurch auch bei hohen Schneidgeschwindigkeiten saubere, annähernd parallele Schneidflächen entstehen. Aufgrund der hohen Gasgeschwindigkeit räumen die mit dem Laserstrahl vereinten Gasstrahlen das geschmolzene bzw. verdampfte oder kondensierte Material zuverlässig aus der Schneidfuge, und zwar auch bei relativ dicken Werkstücken.The surface of the workpiece should expediently be selected so that the cutting gas jets are aligned with the laser beam meet at a distance from the surface of the workpiece. As a result, a united already occurs in the cutting gap Beam, which creates clean, almost parallel cutting surfaces even at high cutting speeds. Due to the high gas velocity, the gas jets combined with the laser beam clear the molten or Evaporated or condensed material reliably from the cutting kerf, even with relatively thick workpieces.

Durch die Vereinigung der einzelnen Strahlen vor der Werkstückoberfläche ist es auch möglich, nahezu alle erdenklichen Kurvenschnitte durchzuführen. Gegebenenfalls kann die Schneiddüse auch geneigt zur Werkstückoberfläche sein, wodurch schräg zu derselben verlaufende Schneidflächen entstehen. By uniting the individual rays in front of the workpiece surface it is also possible to perform almost all imaginable curve cuts. If necessary, the Cutting nozzle also be inclined to the workpiece surface, whereby inclined to the same cutting surfaces arise.

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I M · I ·I M I

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Gasaustrittsdüsen im Schneidkopf als Laval-Düsen ausgebildet, nämlich mit kegelstumpfartiger Gestalt. Der größere Durchmesser der öffnung der Laval-Düse bildet demnach die Gasaustrittsöffnung in der Schneiddüse. Die Laval-Düsen erlauben Strömungsgeschwindigkeiten des Schneidgases von bis zu 2 mach. Beispielsweise erlaubt eine die Abmessungen gemäß dem Unteranspruch 10 aufweisende Laval-Düse eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases von 1,8 mach.According to a further proposal of the invention, the gas outlet nozzles in the cutting head designed as Laval nozzles, namely with a frustoconical shape. The larger diameter the opening of the Laval nozzle thus forms the gas outlet opening in the cutting nozzle. The Laval nozzles allow cutting gas flow speeds of up to 2 mach. For example, a Laval nozzle having the dimensions according to dependent claim 10 allows a flow rate of the gas of 1.8 mach.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind drei als Laval-Düsen ausgebildete Gasaustrittsdüsen gleichmäßig auf einen konzentrisch bezüglich der Laseraustrittsöffnung in der Schneiddüse angeordneten Teilkreisdurchmesser verteilt. Vorzugsweise verfügen alle drei Laval-Düsen über die gleichen Abmessungen. Durch die drei einen Durchmesser der Gasaustrittsöffnungen von nur 1 mm aufweisenden Laval-Düsen zeichnet sich die erfindungsgemäße Laserschneidvorrichtung durch einen minimalenIn a particularly advantageous embodiment of the Invention are three gas outlet nozzles designed as Laval nozzles evenly with respect to one concentric the laser outlet opening in the cutting nozzle arranged pitch circle diameter distributed. Preferably all have three Laval nozzles of the same dimensions. Due to the three a diameter of the gas outlet openings of only 1 mm having Laval nozzles, the laser cutting device according to the invention is characterized by a minimal

Schneidgasverbrauch aus.Cutting gas consumption.

Die Schneidgasversorgung der Laval-Düsen erfolgt über jeweils eine Speisebohrung. Letztere wiederum werden gemeinsam von einer umlaufenden Ringnut mit Schneidgas versorgt.The Laval nozzles are supplied with cutting gas via a feed bore. The latter in turn become common supplied with cutting gas by a circumferential ring groove.

Die Ringnut ist bei einem vorteilhaften AusfUhrungsbeispiel der Erfindung zwischen zwei Teilen der Schneiddüse, nämlich einem Aufnahmezylinder und einem Düseneinsatz angeordnet. Die derartig aufgebaute Schneiddüse zeichnet sich trotz der Speisekanäle für die Gasaustrittsdüsen durch eine kompakteThe annular groove is in an advantageous embodiment of the invention between two parts of the cutting nozzle, namely a receiving cylinder and a nozzle insert. The cutting nozzle constructed in this way is characterized by a compact one, despite the feed channels for the gas outlet nozzles

Bauweise aus.Construction from.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1-6 der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is based on the following the Figures 1-6 of the drawing explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Il ι ι 1 II. Il ·· · ·Il ι ι 1 II. Il ·· · ·

-7--7-

Fig. 1 eine schematische Laserschneidvorrichtung in perspektivischer Darstellung;1 shows a schematic laser cutting device in a perspective illustration;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Längsmittelebene eines Schneidkopfes der Laserschneidvorrichtung ;2 shows a vertical section through the longitudinal center plane of a cutting head of the laser cutting device ;

Fig. 3 eine um 90° versetzte Seitenansicht desFig. 3 is a 90 ° offset side view of the

Schneidkopfes gemäß der Fig. 2; IOCutting head according to FIG. 2; IO

Fig. 4 einen mittigen Vertikalschnitt durch eine Schneiddüse des Schneidkopfes;4 shows a central vertical section through a cutting nozzle of the cutting head;

Fig. 5 eine Einzelheit IV gemäß der Fig. 4, nämlich eine Gasaustrittsdüse in vergrößertem Maßstab;FIG. 5 shows a detail IV according to FIG. 4, namely a gas outlet nozzle on an enlarged scale;

undand

Fig. 6 eine Ansicht der Schneiddüse gemäß der Fig. 4FIG. 6 shows a view of the cutting nozzle according to FIG. 4

in Richtung VI.
20
towards VI.
20th

Anschaulich geht aus der Fig. 1 der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Laserschneidvorrichtung hervor. Als Energiequelle dient hier ein Hochleistungslaser, nämlich ein C02-Laser 10. Am Strahlenausgang des C02-Lasers 10 befindet sich hier ein Teleskop 11. Letzteres ist über ein Schutzrohr 12 mit einem Umlenkspiegel 13 verbunden. Durch diesen wird hier der durch das Schutzrohr 12 ankommende Laserstrahl aus der horizontalen in eine vertikale Strahlrichtung umgelenkt. Durch ein weiteres, in diesem Ausführungsbeispiel längenveränderliches Schutzrohr 14 gelangt der Laserstrahl schließlich vom Umlenkspiegel 13 zum Schneidkopf 15. Hierin wird der Laserstrahl zweimal umgelenkt, und zwar von der vertikalen in eine erneute horizontale Strahlrichtung und von dieser wiederum in eine annähernd vertikale Strahlrichtung. In dieser Richtung erfolgt die Fokussierung des Laserstrahls, der», in'der Fig.21 clearly shows the basic structure of the laser cutting device according to the invention. As an energy source a high power laser is used here, namely, a C0 2 laser beam 10. At the output of the C0 2 laser 10 is here a telescope 11. The latter is connected via a conduit 12 with a deflecting mirror. 13 This deflects the laser beam arriving through the protective tube 12 from the horizontal to a vertical beam direction. The laser beam finally reaches the cutting head 15 through another protective tube 14, which in this embodiment is variable in length. The laser beam is focused in this direction, the "" in "der Fig.2

• t• t

-8--8th-

mit der Be2ugsziffer 16 bezeichnet ist. Dem Schneidkopf 15 ist am Austritt des nunmehr konvergierend verlaufenden Laserstrahls 16 eine Schneiddüse 17 nachgeordnet. Durch die Schneiddüse 17 hindurch tritt der Laserstrahl 16 aus der Vorrichtung in Richtung auf das zu schneidende Werkstück 18 heraus.with the reference number 16 is designated. The cutting head 15 a cutting nozzle 17 is arranged downstream of the exit of the now converging laser beam 16. By The laser beam 16 passes through the cutting nozzle 17 from the device in the direction of the workpiece to be cut 18 out.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Schneidvorrichtung nur einen Freiheitsgrad auf, indem nämlich der Schneidkopf is nur in vertikaler Richtung, also senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks 18 verfahrbar ist. In horizontaler Ebene, nämlich zur Bewerkstelligung des Schneidvorschubes ,ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Werkstück 18 verfahrbar. Dies kann beispielsweise durch einen in den Figuren nicht dargestellten Arbeitstisch geschehen, auf dem das lose aufliegende bzw. aufgespannte Werkstück 18 in vorzugsweise entgegengesetzte Richtungen verfahrbar ist.In this exemplary embodiment, the cutting device has only one degree of freedom, namely that of the cutting head is only in the vertical direction, i.e. perpendicular to the surface of the workpiece 18 is movable. In the horizontal plane, namely to accomplish the cutting feed, is in this embodiment the workpiece 18 can be moved. This cannot be done, for example, by one in the figures shown work table happen on which the loosely resting or clamped workpiece 18 can be moved in preferably opposite directions.

Alternativ kann aber auch das Werkstück 18 mit drei Freiheitsgraden, d. h. sowohl in horizontaler als auch vertikaler Ebene verfahren werden. Ebenso kann das Werkstück 18 auch fest auf einem Werkstückträger befestigt sein und die Schweißvorrichtung, insbesondere der Schneidkopf in drei Richtungen verfahrbar sein. Beispielsweise kann zu diesem Zweck neben dem längenveränderlichen Schutzrohr 14 auch des horizontale Schutzrohr 12 längenveränderlicfi ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann auch entweder der Schneidkopf 15 oder die gesamte Vorrichtung an einem Arm eines Roboters angeordnet werden. Der Schneidkopf 15 kann dann in nahezu uneingeschränkter Weise gegenüber dem Werkstück 18 verfahren werden zur Bildung beliebiger Schneidverläufe.Alternatively, however, the workpiece 18 can also have three degrees of freedom, d. H. can be moved in both the horizontal and vertical planes. The workpiece 18 also be firmly attached to a workpiece carrier and the welding device, in particular the cutting head in three Directions can be moved. For example, in addition to the variable-length protective tube 14, for this purpose of the horizontal protective tube 12 is designed to be variable in length be. If necessary, either the cutting head 15 or the entire device on an arm of a Robot can be arranged. The cutting head 15 can then in an almost unrestricted manner with respect to the workpiece 18 processes can be used to create any cutting course.

Der Schneidkopf 15 ist detailliert in der Fig. 2 dargestellt. Demnach verfügt dieser über ein längliches Gehäuse 19 mit einem quadratischen Querschnitt. Im Gehäuse 19 ist mittig eine längsgerichtete, Irreisrunde DurchgangsbohrungThe cutting head 15 is shown in detail in FIG. Accordingly, this has an elongated housing 19 with a square cross-section. In the center of the housing 19 is a longitudinal, irregular circular through hole

I . « ι . ι ι ■ jI. «Ι. ι ι ■ j

20 angeordnet. Die gegenüberliegenden Stirnseiten 21 des Gehäuses 19 sind durch jeweils einen flanschartigen Deckel 22 verschlossen. Letzterer weist einen kreisrunden Querschnitt auf und besitzt an gegenüberliegenden Seiten zwei Laschen 23. Mit den Laschen 23 sind die DeGkel 22 durch jeweils zwei Schrauben 24 in den Stirnseiten 21 des Gehäuses 19 verschraubt. Die Relativlage der Deckel 22 bzw. der Laschen 23 gegenüber dem Gehäuse 19 ist - wie die Fig. 3 zeigt - derart gewählt, daß die Verschraubung gen (Schrauben 24) in diagonal gegenüberliegenden Ecken der quadratischen Stirnseiten 21 des Gehäuses 19 liegen.20 arranged. The opposite end faces 21 of the housing 19 are each provided with a flange Lid 22 closed. The latter has a circular one Cross-section on and has on opposite sides Two tabs 23. With the tabs 23, the DeGkel 22 are in each case by two screws 24 in the end faces 21 of the housing 19 screwed. The relative position of the cover 22 or the tabs 23 with respect to the housing 19 is - as 3 shows - chosen so that the screw gen (screws 24) in diagonally opposite corners the square end faces 21 of the housing 19 lie.

An den zu den Stirnseiten 21 des Gehäuses 19 gerichteten Innenseiten der Deckel 22 sind kreisrunde Zentrieransätze 25 angeordnet. Die Durchmesser der Zentrieransätze 25 sind derart gewählt, daß diese festsitzend in die Durchgangsbohrung 20 des Gehäuses 19 hineinpassen. Die Deckel 22 sind auf diese Weise gegenüber dem Gehäuse 19 bezüglich dessen Längsmittelachse 26 zentriert.On the inner sides of the cover 22 directed towards the end faces 21 of the housing 19, there are circular centering lugs 25 arranged. The diameter of the centering lugs 25 are selected in such a way that they fit tightly into the through-hole 20 of the housing 19. The lids 22 are centered in this way with respect to the housing 19 with respect to its longitudinal center axis 26.

Eine kreisrunde Eintrittsöffnung 28 für den Laserstrahl in das Gehäuse 19 des Schneidkopfes 15 ist in einer oben liegenden, horizontalen Wandung des Gehäuses 19 angeordnet, und zwar in einem Endbereich desselben. Zum Austritt des Laserstrahls 16 aus dem Gehäuse 19 sind insgesamt drei kreisrunde Austrittsbohrungen 29 vorgesehen. Eine der Austrittsbohrungen 29 liegt in der unteren, horizontalen Wandung des Gehäuses 19, während die beiden übrigen Austrittsbohrungen 29 in gegenüberliegenden, aufrechten Wandungen des Gehäuses 19 angeordnet sind. Die Austrittsbohrungen 29 befinden sich in einer senkrechten Ebene im Bereich des der Eintrittsöffnung 28 gegenüberliegenden Endbereich des Gehäuses 19. Die Austrittsbohrungen 29 sind demnach gegenüber der Eintrittsöffnung 28 in Längsrichtung des Schneidkopfes 15 versetzt.A circular entry opening 28 for the laser beam into the housing 19 of the cutting head 15 is in one above lying, horizontal wall of the housing 19 arranged, in an end region of the same. To exit of the laser beam 16 from the housing 19, a total of three circular exit bores 29 are provided. One the outlet bores 29 are located in the lower, horizontal wall of the housing 19, while the other two Outlet bores 29 are arranged in opposite, upright walls of the housing 19. The exit holes 29 are located in a vertical plane in the area of the one opposite the inlet opening 28 End area of the housing 19. The outlet bores 29 are accordingly opposite the inlet opening 28 in the longitudinal direction of the cutting head 15 offset.

Die Z^förmige Umlenkung des Laserstrahls 16 innerhalb desThe Z ^ shaped deflection of the laser beam 16 within the

Schneidkopfes 15 geschieht durch zwei (Umlenk-)Spiegel kreisförmigen Querschnitts. Der Eintrittsöffnung 28 des Laserstrahls 16 in das Gehäuse 19 ist ein Umlenkspiegel 30 mit einer ebenen, unter 45° zur Längsmittelachse 26 des Schneidkopfes 15 verlaufenden Spiegeloberfläche 31 zugeordnet. Auf diese Weise erfolgt eine Umlenkung des in den Schneidkopf 15 vertikal eintretenden Laserstrahls 16 in eine horizontale Richtung desselben. Der horizontale Laserstrahl 16 liegt mit seiner Mittelachse auf der Längsmittelachse 26 des Gehäuses 19. Aus der Horizontalen wird der Laserstrahl 16 schließlich wiederum in eine Vertikale umgelenkt durch einen zweiten Spiegel, nämlich einen Fokussierspiegel 32 mit ebenfalls kreisrundem Querschnitt. Im Gegensatz zum gegenüberliegenden Umlenkspiegel 30 verfügt der Fokussierspiegel 32 über eine konvex gewölbte, parabolische Spiegeloberfläche Hierdurch wird der Laserstrahl 16 fokussiert. Eine Sehne durch die gewölbte Spiegeloberfläche 33 des Fokussierspiegels 32 liegt hier - wie beim Umlenkspiegel 30 - in einer 45°-Richtung zur Längsmittelachse 26 des Gehäuses 19. Dadurch kann je nach Lage des Fokussierspiegels 32 der fokussierte Laserstrahl 16 durch eine der Austrittsbohrungen 29 aus dem Gehäuse 19 des Schneidkopfes 15 austreten .Cutting head 15 takes place through two (deflection) mirrors of circular cross-section. The inlet opening 28 of the The laser beam 16 into the housing 19 is a deflecting mirror 30 with a flat, at 45 ° to the longitudinal center axis 26 of the cutting head 15 is assigned to extending mirror surface 31. In this way a diversion takes place of the laser beam 16 entering the cutting head 15 vertically in a horizontal direction thereof. Of the horizontal laser beam 16 lies with its central axis on the longitudinal central axis 26 of the housing 19. From the horizontal the laser beam 16 is finally deflected again into a vertical position by a second mirror, namely a focusing mirror 32 also having a circular cross-section. In contrast to the opposite Deflecting mirror 30, the focusing mirror 32 has a convexly curved, parabolic mirror surface As a result, the laser beam 16 is focused. A chord through the curved mirror surface 33 of the focusing mirror 32 lies here - as in the case of the deflecting mirror 30 - in a 45 ° direction to the longitudinal center axis 26 of the housing 19. As a result, depending on the position of the focusing mirror 32, the focused laser beam 16 can emerge from the housing 19 of the cutting head 15 through one of the exit bores 29 .

Die Spiegel (Umlenkspiegel 30 bzw. Fokussierspiegel 32)The mirrors (deflecting mirror 30 or focusing mirror 32)

sind mit ihren Rückseiten vor den innenliegenden Stirnflächen 27 der Zentrieransätze 25 an den Deckeln 22 angeordnet. Die Befestigung der Spiegel an den Deckeln 22 geschieht durch jeweils eine Schraube 35, die in der Längsmittelachse 26 liegt, und zwar derart, daß auch die Längsachsen der Spiegel auf der Längsmittelachse 26 liegen.are arranged with their rear sides in front of the inner end faces 27 of the centering lugs 25 on the covers 22. The attachment of the mirror to the covers 22 is done by a screw 35 in the Longitudinal central axis 26 lies in such a way that the longitudinal axes of the mirrors also lie on longitudinal central axis 26.

Der Umlenkspiegel 30 und der Fokussierspiegel 32 weisen in etwa gleiche Durchmesser auf, die geringfügig kleiner als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 2Q, im GehäuseThe deflection mirror 30 and the focusing mirror 32 have approximately the same diameter, which is slightly smaller than the diameter of the through hole 2Q, in the housing

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sind. Auf diese Weise entsteht zwischen dem Gehäuse 19 und den Spiegeln 30, 32 ein umlaufender Spalt 36. Dieser verhindert ein Festklemmen der Spiegel 30, 32 im Gehäuse 19, wenn sich diese sus unterschiedlichem Material hergestellten Teile aufgrund der daraus resultierenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Erwärmung des Schneidkopfes ungleichmäßig ausdehnen.are. In this way arises between the housing 19 and the mirrors 30, 32 a circumferential gap 36. This prevents the mirrors 30, 32 from jamming in the housing 19, if these parts are made from different materials due to the resulting different Unevenly expand the coefficient of thermal expansion when the cutting head heats up.

Zumindest der Fokussierspiegel 32 ist im Gehäuse 19 umAt least the focusing mirror 32 is in the housing 19

90°-Winkelabschnitte verdrehbar. Auf diese Weise kann der fokussierte Laserstrahl 16 durch eine der drei in unterschiedlichen Ebenen liegenden Austrittsbohrungen 29 aus dem Gehäuse 19 austreten. In der Fig. 2 ist eine zweifache Umlenkung des Laserstrahls 16 in einer einzigen,, vertikalen Ebene dargestellt, d. h. der fokussierte Laserstrahl 16 tritt aus der unteren, horizontalen Austrittsbohrung 29 aus dem Gehäuse 19 heraus. Durch Drehung des Deckels 22 mit dem daran angeordneten Fokussierspiegel 32 um 90° kann der fokussierte Laserstrahl 16 bei bestimmten Anwendungsfällen durch die aufrechten Austrittsbohrungen 29, also in horizontaler Richtung, aus dem Gehäuse 19 austreten. Zur Verschraubung des Deckels 22 in einer solchen Relativlage zum Gehäuse 19 weist dessen Stirnseite 21, wie die Fig. 3 zeigt, insgesamt vier Gewindesackbohrungen 37 auf, wo je nach Relativlage des Fokussierspiegels 32 und des Deckels 22 zwei diagonal gegenüberliegende Gewindesackbohrungen 37 von den Schrauben 24 zur Befestigung des Deckels 22 am Gehäuse 19 Verwendung finden.90 ° angle sections can be rotated. In this way, the focused laser beam 16 through one of the three in different Exit bores 29 lying on the planes emerge from the housing 19. In Fig. 2 is a twofold Deflection of the laser beam 16 in a single, vertical Plane shown, d. H. the focused laser beam 16 emerges from the lower, horizontal exit bore 29 of the housing 19. By rotating the Cover 22 with the focusing mirror 32 arranged thereon by 90 °, the focused laser beam 16 can with certain Use cases through the upright outlet bores 29, that is to say in the horizontal direction, emerge from the housing 19. To screw the cover 22 in such a position relative to the housing 19, its end face 21 has, as 3 shows a total of four threaded blind bores 37, where depending on the relative position of the focusing mirror 32 and of the cover 22 two diagonally opposite threaded blind holes 37 from the screws 24 for fastening the Find cover 22 on the housing 19 use.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schneidkopf 15In this embodiment, the cutting head is 15

kühlbar, und zwar vorzugsweise durch Kühlwasser. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 19 nur teilweise dargestellte Kühlbohrungen 38 auf, die hierin einen geschlossenen Kreislauf bilden, der von zwei Kühlwasseranschlüssen 39 ver- bzw. entsorgt wird.coolable, preferably with cooling water. For this purpose, the housing 19 has cooling bores, which are only partially shown 38, which form a closed circuit here, which is supplied and / or connected by two cooling water connections 39. is disposed of.

Die Befestigung des Schneidkopfes 15 am längenveränderlichen Schutzrohr 14 der Vorrichtung erfolgt im vorliegenden Falle durch zwä L.piara Uel.e, NuWeder-Verb indungen. DazuThe attachment of the cutting head 15 to the variable-length In the present case, the protective tube 14 of the device takes place through two connections. In addition

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weist das Schutzrohr 14 am Ende zwei mit Abstand voneinander angeordnete Kragen 40 auf, die eine umlaufende Nut 41 am Schutzrohr 14 bilden. Korrespondierend zur Nut 41 und dem Kragen 40 sind auf der horizontalen, oberen Wandung rtes Gehäuses 19 mit Abstand voneinander quer verlaufende, L-förmige Kulissensteine 42 angeordnet. Letztere weisen jeweils eine Nase 43 auf, die in ihr zugeordnete Bereiche der Nut 41 am Schutzrohr 14 eingreift. In Längsrichtung der Kulissensteine 42 ist das Schutzrohr 14 gegenüber denselben durch geeignete Arretierungsorgane, beispielsweise Klapaern, festsetzbar.the protective tube 14 has at the end two collars 40 which are arranged at a distance from one another and which have a circumferential groove 41 on the protective tube 14. Corresponding to the groove 41 and the collar 40 are rtes on the horizontal, upper wall Housing 19 spaced transversely from one another, L-shaped Sliding blocks 42 arranged. The latter each have a nose 43, the areas of the assigned in it Groove 41 engages protective tube 14. In the longitudinal direction of the sliding blocks 42, the protective tube 14 is opposite the same can be fixed by means of suitable locking devices, for example clappers.

Auf gleiche Weise, nämlich auch durch in eine Nut 44 eingreifende Kulissensteine 45,ist die Schneiddüse 17 einer der drei Austrittsbohrungen 29 im Gehäuse 19 des Schneidkopfes 15 zuzuordnen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 ist die Schneiddüse 17 der unteren, horizontalen Austrittsbohrung 29 zugeordnet. Die beiden anderen, aufrechten Au-st^ittsbohrungen können zum Schutz des, Inneren des Schneidkopfes 15 mit in den Figuren nicht dargestellten Blindflanschen verschlossen sein.In the same way, namely also by engaging in a groove 44 sliding blocks 45, the cutting nozzle 17 is one the three outlet bores 29 in the housing 19 of the cutting head 15 to be assigned. In the present embodiment According to FIG. 2, the cutting nozzle 17 is assigned to the lower, horizontal outlet bore 29. The two others, Upright support holes can be used to protect the interior of the cutting head 15 can be closed with blind flanges not shown in the figures.

Die Fig. 4 zeigt eine einzelne Schneiddüse. Diese ist im vorliegenden Fall zweiteilig ausgebildet, setzt sich nämlieh aus einem äußeren Aufnahmezylinder 46 und einem in demselben anzuordnenden Düseneinsatz 47 zusammen. Der Aufnahmezylinder 46 weist in diesem Ausführungsbeispiel an seinem äußeren, oberen Rand - wie das Schutzrohr 14 - zwei mit Abstand voneinander angeordnete Kragen 48 auf, die die Nut 44 bilden, mit welcher die Schneiddüse 17 zwischen die parallelen Kulissensteine 45 am Gehäuse 19 des Schneidkopfes 15 schiebbar ist. Die zum Gehäuse 19 gerichtete Stirnseite 50 der Schneiddüse 17 weist einen Arretierungsansatz 49 auf. Dieser verfügt über parallele, aufrechte Führungsflächen 51. Diese justieren die Schneiddüse 17 gegenüber dem Gehäuse 19, indem sie einer entsprechend·ausgebtldä-Figure 4 shows a single cutting nozzle. In the present case, this is designed in two parts, namely, it sits down from an outer receiving cylinder 46 and a nozzle insert 47 to be arranged in the same. The receiving cylinder In this exemplary embodiment, 46 has two on its outer, upper edge - like the protective tube 14 spaced apart collar 48 which form the groove 44 with which the cutting nozzle 17 between the parallel sliding blocks 45 on the housing 19 of the cutting head 15 is slidable. The end face directed towards the housing 19 50 of the cutting nozzle 17 has a locking projection 49. This has parallel, upright guide surfaces 51. These adjust the cutting nozzle 17 with respect to the housing 19 by using a correspondingly designed

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ten Ausnehmung 52 mit korrespondierenden Führungsflächen 53 zugeordnet ist. Auf diese Weise erfolgt eine Justierung der Schneiddüse 17 unverdrehbar und unverschiebbar in Längsrichtung des Gehäuses 19.th recess 52 with corresponding guide surfaces 53 is assigned. An adjustment is made in this way of the cutting nozzle 17 cannot be rotated and cannot be displaced in the longitudinal direction of the housing 19.

Im Inneren weist der Aufnahmezylinder 46 einen zylindrischen Führungsbereich 54 und eine sich daran nach oben hin anschließende Verengung mit einem Innengewinde 55 auf. Entsprechend hierzu ist der Außenmantel 56 des Düseneinsatzes 47 ausgebildet. Dieser weist einen größtenteils zylindrischen Außenmantel 56 auf, dessen Oberberiüch eine Hinterdrehung mi»: einem Außengewinde 57 aufweist. Die Abmessungen des Innengewindes 55 des Aufnahmezylinders £6 einerseits und des Außengewindes 57 des Düseneinsatzes 47 andererseits sind derart bemessen, daß durch die Gewinde beide Teile der Schneiddüse 17 miteinander verschraubbar sind. Der (längere) Führungsbereich 54 im Aufnahmezylinder 46 dient dabei zur genauen Führung des Düseneinsatzes 47 entlang seines Außenmantels 56.Inside, the receiving cylinder 46 has a cylindrical one Guide area 54 and a constriction adjoining it at the top with an internal thread 55. The outer jacket 56 of the nozzle insert 47 is designed accordingly. This shows one for the most part cylindrical outer jacket 56, the Oberberiüch a Undercut mi »: has an external thread 57. The dimensions of the internal thread 55 of the receiving cylinder £ 6 on the one hand and the external thread 57 of the nozzle insert 47 on the other hand are dimensioned such that through the thread both parts of the cutting nozzle 17 can be screwed together. The (longer) guide area 54 in the receiving cylinder 46 serves to guide the nozzle insert 47 precisely along its outer jacket 56.

Im Inneren weist der Düseneinsatz 47 eine kegelstumpfartige Durchgangsbohrung 59 auf. Letztere verjüngt sich zur Laseraustrittsöffnung 58 des Düseneinsatzes 47, also zur Unterseite der Schneiddüse 17 hin. Die Neigung der kegeligen Durchgangsbohrung 59 ist derart gewählt, daß ihre Wandungen in etwa parallel zu dem fokussierten Laserstrahl 16 verlaufen.Inside, the nozzle insert 47 has a frustoconical shape Through hole 59. The latter tapers towards the laser outlet opening 58 of the nozzle insert 47, that is to say towards the Underside of the cutting nozzle 17 out. The inclination of the tapered through hole 59 is chosen so that their Walls run approximately parallel to the focused laser beam 16.

Um die Durchgangsbohrung 59 für den Laserstrahl 16 herum sind im Düseneinsatz 47 der Schneiddüse 17 in diesem Ausführungsbeispiel drei Gasaustrittsdüsen 60 schrägliegend angeordnet. Alle drei Gasaustrittsdüsen 60 weisen hier die gleiche Neigung und gleiche Abmessungen auf. Sie befinden sich auf einem gemeinsamen Teilkreis 61, der in der Fig. dargestellt ist. Auf dem Teilkreis 61 sind die Gasaustritts düsen 60 gleichmäßig verteilt, nämlich mit jeweils ungefährAround the through hole 59 for the laser beam 16 are in the nozzle insert 47 of the cutting nozzle 17 in this embodiment three gas outlet nozzles 60 arranged at an angle. All three gas outlet nozzles 60 here have the same inclination and same dimensions. You are on a common pitch circle 61, which is shown in Fig. is shown. On the pitch circle 61, the gas outlet nozzles 60 are evenly distributed, namely each with approximately

• I I• I I

« I«I.

• I <• I <

• ••Ι ι• •• Ι ι

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120° Versatz zueinander. Die Neigung der Gasaustrittsdüsen 60 zu einer Längsachse 62 des Oüseneinsatzes 47 beträgt hier etwa 30°. Damit die Gasaustrittsöffnung der Gasaustrittsdüsen 60 an der Unterseite des Düseneinsatzes 47 rechtwinklig zur Längsachse 62 der Gasaustrittsdüsen 60 verläuft, ist die Unterkante des Düseneinsatzes 47 mit einer kegelig umlaufenden Anfasung 63 versehen. Letztere weist gegenüber der Längsachse 62 des Düseneinsatzes 47 eine Neigung von etwa 60° auf.120 ° offset to each other. The inclination of the gas outlet nozzles 60 to a longitudinal axis 62 of the nozzle insert 47 is here about 30 °. So that the gas outlet opening of the gas outlet nozzles 60 is on the underside of the nozzle insert 47 runs at right angles to the longitudinal axis 62 of the gas outlet nozzles 60, the lower edge of the nozzle insert 47 is with a bevel 63 running around the circumference. The latter points opposite the longitudinal axis 62 of the nozzle insert 47 an incline of about 60 °.

Die Ausbildung einer Gasaustrittsdüse 60 geht anschaulich aus der Fig. 5 hervor. Die in dieser Figur dargestellte Gasaustrittsdüse 60 ist als Laval-DUse ausgebildet. Demnach weist die Gasaustrittsdüse 60 einen zylindrischenThe design of a gas outlet nozzle 60 can be seen clearly from FIG. 5. The one shown in this figure The gas outlet nozzle 60 is designed as a Laval nozzle. Therefore the gas outlet nozzle 60 has a cylindrical one

Bereich 64 im Inneren des Düsenein^atzes 47 auf, an denArea 64 inside the nozzle insert 47 to which

sich ein kegelstumpfartiger Endbereich 65 zum Düsenaus- f tritt hin anschließt. Dieser kegelstumpförtige Endbereich \ 65 erweitert sich ausgehend vom Durchmesser des zylindrischen Bereichs 64 auf einen größeren Durchmesser zur Gas-a frustoconical end area 65 adjoins the nozzle outlet f. This kegelstumpförtige end \ 65 widens starting from the diameter of the cylindrical portion 64 to a larger diameter for gas

austrittsöffnung 66 hin. ;outlet opening 66 out. ;

Die Abmessungen der Gasaustrittsdüse 60 im vorliegendenThe dimensions of the gas outlet nozzle 60 in the present Ausführungsbeispie), sind wie folgt:Execution example) are as follows:

Der zylindrische Bereich 64 weist eine Länge von 5 mm bei einem Durchmesser von 0,7 mm auf. Die gleiche Länge, nämlich ebenfalls 5 mm, weist der kegelstumpfartige End- \ bereich 65 auf. Er erweitert sich vom Durchmesser des zylindrischen Bereichs 64 mit 0,7 mm auf 1,0 mm zur Gas- { austrittsöffnung 66 in der Schneiddüse 17 hin. Die derar- | tig als Laval^Düse ausgebildete Gasaustrittsdüse 60 er- | laubt eine Gasströmungsgeschwindigkeit von in etwa 1,8 mach. :The cylindrical region 64 has a length of 5 mm and a diameter of 0.7 mm. The same length, namely also 5 mm, has the frustoconical end \ area on 65th It widens from the diameter of the cylindrical area 64 by 0.7 mm to 1.0 mm towards the gas outlet opening 66 in the cutting nozzle 17. The derar- | gas outlet nozzle 60 designed as a Laval nozzle allows a gas flow rate of about 1.8 mach. :

Der Düseneinsatz 47 weist zur Versorgung einer jeden Gasaustrittsdüse 60 mit Schneidgas eine Speisebohrung 67 auf. Letztere ist zylindrisch mit einem Durchmesser von etwa 3 mm ausgebildet und mündet ausgehend vom zylindrischenThe nozzle insert 47 points to the supply of each gas outlet nozzle 60 a feed bore 67 with cutting gas. The latter is cylindrical with a diameter of about 3 mm and opens out from the cylindrical

t · * * I I t * * II

* «ft* «Ft

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Außenmantel 56 des DUseneinsatzes 47 im zylindrischen Bereich 64 der Gasaustrittsdüsen 60. Oie Versorgung der drei Speisebohrungen 67 im Düseneinsatz 47 erfolgt durch eine im Aufnahmezylinder 46 angeordnete, umlaufende Ringnut 68« Letztere wird im vorliegenden Fall durch eine im Aufnahmezylinder 46 horizontalliegende Versorgungsbohrung 69 gespeist. Die Versorgungsbohrung 69 kann - wie hier - ein durchgehendes Innengewinde aufweisen zur Aufnahme von in den Figuren nicht dargestellten Anschlußnippeln für eine Zuführleitung des Schneidgases.Outer jacket 56 of the DUsen insert 47 in the cylindrical area 64 of the gas outlet nozzles 60. The three feed bores 67 in the nozzle insert 47 are supplied by a Circumferential annular groove 68 arranged in the receiving cylinder 46. In the present case, the latter is formed by a groove in the receiving cylinder 46 horizontal supply bore 69 fed. The supply bore 69 can - as here - a have continuous internal thread for receiving connection nipples, not shown in the figures, for a Feed line of the cutting gas.

Mit Abstand von der Ringnut 68 ist an jeder Seite derselben eine Nut 70 im Führungsbereich 54 des Aufnahmezylinders 46 angeordnet. Die Nuten 70 nehmen jeweils einen Dichtring 71 zum Abdichten der Ringnut 68 auf.At a distance from the annular groove 68, on each side thereof, there is a groove 70 in the guide region 54 of the receiving cylinder 46 arranged. The grooves 70 each receive a sealing ring 71 for sealing the annular groove 68.

Die voranstehend beschriebene Schneiddüse 17 ermöglicht eine aus der Fig. 2 ersichtliche Zusammenführung der drei mit der Bezugsziffer 75 bezeichneten Schneidgasstrahlen mit dem Laserstrahl 16 im Schnittpunkt 72, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit geringfügigem Abstand oberhalb eines Brennpunktes 73 des Laserstrahls 16 liegt. Letzterer liegt hier in etwa in der Ebene der Oberfläche des Werkstücks 18, kann aber auch geringfügig tiefer liegen, also bereits im Schneidspalt 74*The cutting nozzle 17 described above enables the three to be brought together, as can be seen in FIG with the reference numeral 75 designated cutting gas jets with the laser beam 16 at the intersection 72, which in the present Embodiment lies at a slight distance above a focal point 73 of the laser beam 16. The latter lies here approximately in the plane of the surface of the workpiece 18, but can also be slightly lower, so already in the cutting gap 74 *

Meissner & Bolte PatentanwälteMeissner & Bolte patent attorneys

Anmelder;Applicant;

BIAS Forschungs- und Entwicklungslabor für angewandte Strahltechnik GmbH
Erm1.andstraße 59
BIAS research and development laboratory for applied beam technology GmbH
Erm 1 .andstrasse 59

2820 Bremen 712820 Bremen 71

Bremen, den 23. Dezember 1983Bremen, December 23, 1983

91199119

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010 C02-LaserC0 2 laser ·· · · ■
• · · ti
·· · · ■
• · · ti
3939 ■ S I ·1»
XfI ·
■ SI · 1 »
XfI
KühlwasseranschlußCooling water connection
1111th Teleskoptelescope 4040 Kragencollar 1212th SchutzrohrProtection tube 4141 NutGroove 1313th UmlenkspiegelDeflection mirror 4242 KulissensteinSliding block 1414th SchutzrohrProtection tube 4343 Nasenose 1515th SchneidkopfCutting head 4444 NutGroove 1616 Laserstrahllaser beam 4545 KulissensteinSliding block 1717th SchneiddüseCutting nozzle 4646 AufnahmezylinderReceiving cylinder 1818th Werkstückworkpiece 4747 DüseneinsatzNozzle insert 1919th Gehäusecasing 4848 Kragencollar 2020th DurchgangsbohrungThrough hole 4949 ArretierungsansatζLocking Approach 2121 StirnseiteFront side 5050 StirnseiteFront side 2222nd Deckellid 5151 FührungsflächeGuide surface 2323 LascheTab 5252 AusnehmungRecess 2424 Schraubescrew 5353 FührungsflächeGuide surface 2525th ZentrieransatzCentering shoulder 5454 FührungsbereichLeadership area 2626th LängsmittelachseLongitudinal central axis 5555 Innengewindeinner thread 2727 StirnflächeFace 5656 AußenmantelOuter jacket 2828 EintrittsöffnungInlet opening 5757 AußengewindeExternal thread 2929 AustrittsbohrungOutlet bore 5858 LaseraustrittsöffnungLaser exit opening 3030th UmlenkspiegelDeflection mirror 5959 DurchgangsbohrungThrough hole 3131 SpiegeloberflächeMirror surface 6060 GasaustrittsdüseGas outlet nozzle 3232 FokussierspiegelFocusing mirror 6161 TeilkreisPitch circle 3333 SpiegeloberflächeMirror surface 6262 LängsachseLongitudinal axis 6363 AnfasungChamfer 3535 Schraubescrew 6464 zylindrischer Bereichcylindrical area 3636 Spaltgap 6565 kegel^tumpfartiger Endberccone ^ tumble-like end berc 3737 GewindesackbohrungThreaded blind hole 6666 GasaustrittsöffnungGas outlet opening 3838 KühlbohrungCooling bore 6767 Sp?isebohrungSpike hole

-* Ht*- * Ht *

ßezugszeichenliste 2 -Reference list 2 -

68 Ringnut68 ring groove

69 Versorgungsbohrung69 Supply well

70 Nut70 groove

71 Dichtring71 sealing ring

72 Schnittpunkt72 intersection

73 Brennpunkt73 focus

74 Schneidspalt74 cutting gap

75 Schneidgasstrahl75 cutting gas jet

Claims (15)

MEISSKmB-A BÖLTe; ' Patentanwälte'· European Patent Attorney· «< Bremen · München* -1- t • S «MfeaHMI»»--! * Ι£ΜιΙ-£η*Λ*β*19ΙΙ0 Erich Bolte · Dipl.-Ing. Dr.EugenPoppDipL-Ing^DipL-1 Anmeioer: woifE.sajda-DtpL-Phys.· BIAS Forschungs- und Dt-am». Mo»-d*»« Entwicklungslabor für büro/officebremen angewandte Strahltechnik HoUenike73 GmbH D-2800 Bremen 1 Ermlandstraße 59 Telefon:(042i)342019 Bremen 71 Telegramme: PATMEIS BREMEN Telex: 246157 meibod Dn-Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Datum Yonrret Your letter of Our ret Date BIA-14-DE 23. Dezember 1983/9119 Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken durch einen LaserstrahlMEISSKmB-A BÖLTe; 'Patentanwälte' · European Patent Attorney · «<Bremen · Munich * -1- t • S« MfeaHMI »» -! * Ι £ ΜιΙ- £ η * Λ * β * 19ΙΙ0 Erich Bolte · Dipl.-Ing. Dr.EugenPoppDipL-Ing ^ DipL-1 Registration: woifE.sajda-DtpL-Phys. · BIAS research and Dt-am ». Mo »-d *» «Development laboratory for office / officebremen applied beam technology HoUenike73 GmbH D-2800 Bremen 1 Ermlandstrasse 59 Telephone: (042i) 342019 Bremen 71 Telegrams: PATMEIS BREMEN Telex: 246157 meibod Dn-mark Your letter of our mark Date Yonrret Your letter of Our ret Date BIA-14-DE December 23, 1983/9119 Device for cutting workpieces by means of a laser beam 1. Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken durch einen Laserstrahl, mit einer Hochleistungslaserquelle, insbesondere einem C02-Laser, der ein Schneidkopf nachgeordnet ist, welcher eine Schneidoptik zur Fokussierung des aus der Hochleistungslaserquelle austretenden Laserstrahls mit außerhalb des Schneidkopfes liegendem Brennpunkt und eine Schneiddüse aufweist, in der eine Laseraustrittsöffnung für den Laserstrahl und mindestens eine Gasaustrittsdüse für ein Schneidgas od. dgl. angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gasaustrittsdüsen (60) mit einer sich im Querschnitt vergrößernden Gasaustrittsöffnung (65) in der Schneiddüse (17) angeordnet sind.
1. Device for cutting workpieces by means of a laser beam, with a high-power laser source, in particular a C0 2 laser, which is followed by a cutting head which has cutting optics for focusing the laser beam emerging from the high-power laser source with a focal point outside the cutting head and a cutting nozzle, in which a laser outlet opening for the laser beam and at least one gas outlet nozzle for a cutting gas or the like are arranged,
characterized in that a plurality of gas outlet nozzles (60) with a gas outlet opening (65) which increases in cross section are arranged in the cutting nozzle (17).
1515th »4 ·»4 · -2--2-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (65) der Gasaustrittsdüsen (60) gleichmäßig verteilt konzentrisch um die !.aseraustrittsöffnung (58) in der Schneiddüse (17) angeordnet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the gas outlet openings (65) of the gas outlet nozzles (60) evenly distributed concentrically around the fiber outlet opening (58) in the cutting nozzle (17) are. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsdüsen (60) mit geneigt zur Längsachse (62) des Laserstrahls (16) verlaufender Längsachse in der Schneiddüse (17) angeordnet sind, und zwar derart, daß sich die Längsachsen sämtlicher Gasaustrittsdüsen (60/ in einem gemeinsamen, auf der Längsachse (62) des Laserstrahls (16) liegendem Schnittpunkt (72) treffen.3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the gas outlet nozzles (60) are inclined with to the longitudinal axis (62) of the laser beam (16) extending longitudinal axis are arranged in the cutting nozzle (17), in such a way that the longitudinal axes of all gas outlet nozzles (60 / in a common, on the longitudinal axis (62) of the laser beam (16) meet the intersection (72) lying. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (72) der Längsachsen der Gasaustrittsdüsen (60) in der Schneiddüse (17) außerhalb derselben mit geringfügigem Abstand vom Brennpunkt (73) des Laserstrahls (16) zwischen letzterem und der Schneiddüse (17) bzw. dem Schneidkopf (15) liegt.4. Apparatus according to claim 3 and one or more of the further claims, characterized in that that the intersection (72) of the longitudinal axes of the gas outlet nozzles (60) in the cutting nozzle (17) outside the same at a slight distance from the focal point (73) of the laser beam (16) between the latter and the cutting nozzle (17) or the cutting head (15). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Längsachsen der Gasaustrittsdüsen (60) gegenüber der Längsachse (62) der Schneiddüse (17) bzw. des aus derselben austretenden Laserstrahls (16) ungefähr5. Apparatus according to claim 4 and one or more of the further claims, characterized in that that the inclination of the longitudinal axes of the gas outlet nozzles (60) relative to the longitudinal axis (62) of the cutting nozzle (17) or of the laser beam (16) emerging from the same approximately 30° beträgt.
30
30 °.
30th
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Schneiddüse (17) zumindest im Bereich der Gasaustrittsöffnungen (65) eine kegelige Anfasung (63) aufweist, die derart geneigt ist, daß die Ebene der Gasaustrittsöffnungen (65) rechtwinklig''zu den Längs-6. Apparatus according to claim 5 and one or more of the further claims, characterized in that that the underside of the cutting nozzle (17) has a conical bevel, at least in the region of the gas outlet openings (65) (63) which is inclined so that the plane the gas outlet openings (65) at right angles '' to the longitudinal ti · ·ti · · • · a #• · a # « ι · 4 «Ι · 4 t ι · · ■ « t ι · · ■ « ■ .■. -3--3- achsen der Gasaustrittsdüsen (60) gerichtet ist.axes of the gas outlet nozzles (60) is directed. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsdüsen (60) in der Schneiddüse (17) angeordnet sind, die auf einem gemeinsamen, konzentrisch die Laseraustrittsöffnung (58) umgebenden Teilkreis (61) gleichmäßig verteilt sind, in etwa 120° yersetzt zueinander.
IO
7. The device according to claim 1 and one or more of the further claims, characterized in that the gas outlet nozzles (60) are arranged in the cutting nozzle (17), which are distributed uniformly on a common, concentrically the laser outlet opening (58) surrounding pitch circle (61) are, approximately 120 ° ysets from each other.
IO
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Gasaustrittsdüsen (60) in der Schneiddüse (17) annähernd gleich ausgebildet sind.8. The device according to claim 1 and one or more of the further claims, characterized in that that all three gas outlet nozzles (60) in the cutting nozzle (17) are designed approximately the same. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsdüsen (60) in der Schneiddüse (17) zumindest in einem zu den Gasaustrittsöffnungen (65) weisenden Endbereich (65) kegelstumpfartig ausgebildet sind mit sich zu den Gasaustrittsöffnungen (65) hin erweiternden Durchmessern.9. The device according to claim 1 and one or more of the further claims, characterized in that that the gas outlet nozzles (60) in the cutting nozzle (17) at least in one direction towards the gas outlet openings (65) End regions (65) are designed in the manner of a truncated cone with widening towards the gas outlet openings (65) Diameters. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsdüsen (60) als Laval-Düsen ausgebildet sind mit einem innenliegenden, zylindrischen Bereich (64), an den sich der kegelstumpfartige Endbereich (65) mit sei- : nem kleinen Durchmesser anschließt. I10. The device according to claim 9 and one or more of the further claims, characterized in that that the gas outlet nozzles (60) are designed as Laval nozzles with an internal, cylindrical area (64), to which the frustoconical end region (65) with its: with a small diameter. I. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10 sowie einem oder | mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, | daß die als Laval-Düsen ausgebildeten Gasaustrittsdüsen11. The device according to claim 10 and one or | several of the other claims, characterized in that | that the gas outlet nozzles designed as Laval nozzles (60) in der Schneiddüse (17) einen in etwa 5 mm langen f zylindrischen Bereich (64) mit zirka 0,7 mm Durchmesser und einen daran angrenzenden kegelstumpfartigeh Endbereich(60) in the cutting nozzle (17) an approximately 5 mm long f cylindrical area (64) with a diameter of approximately 0.7 mm and a frustoconical end region adjoining it -4--4- (65) von ebenfalls etwa 5 mm Länge mit einem an den zylindrischen (Mitte 1-)Tei1 anschließenden, kleineren Durchmesser von ungefähr 0,7 mm und einem die Gasaustrittsöffnung (65) bildenden großen Durchmesser von ungefähr 1,0 mm aufweisen.(65) also about 5 mm long with a to the cylindrical (middle 1-) part adjoining, smaller Diameter of about 0.7 mm and one die Gas outlet opening (65) forming large diameter of approximately 1.0 mm. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiddüse (17) aus einem Aufnahmezylinder (46) und einem darin lösbar angeordneten, zylindrischen Düseneinsatz (47) mit den Gasaustrittsdüsen (60) besteht.12. The device according to claim 1 and one or more of the further claims, characterized in that that the cutting nozzle (17) consists of a receiving cylinder (46) and a cylindrical one detachably arranged therein There is a nozzle insert (47) with the gas outlet nozzles (60). 13. Vorrichtung nach Anspruch 12 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmezylinder (46) im inneren Mantel eine umlaufende Ringnut (68) aufweist, die mit mindestens einer Versorgungsbohrung (69) mit Schneidgas, Schutzgas od. dgl. speisbar ist.13. The device according to claim 12 and one or more of the further claims, characterized in that that the receiving cylinder (46) has a circumferential annular groove (68) in the inner jacket, which with at least one supply bore (69) can be fed with cutting gas, protective gas or the like. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gasaustrittsdüse (60) im Düseneinsatz (47) der Schneiddüse (17) durch mindestens eine Speisebohrung (67) mit der Ringnut (68) verbunden ist zur gemeinsamen Speisung aller Gasaustrittsdüsen (60) durch die Ringnut (68).14. The device according to claim 13 and one or more of the further claims, characterized in that that each gas outlet nozzle (60) in the nozzle insert (47) of the cutting nozzle (17) through at least one Feed bore (67) is connected to the annular groove (68) for the common feed of all gas outlet nozzles (60) through the annular groove (68). 15. Vorrichtung nach: Anspruch 14 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gasaustrittsdüse (60) eine Speisebohrung (67) zugeordnet ist.15. Device according to: claim 14 and one or several of the further claims, characterized in that each gas outlet nozzle (60) has a feed bore (67) is assigned. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisebohrungen (67) ausgehend von16. The device according to claim 14 and one or more of the further claims, characterized in that that the feed bores (67) starting from -5--5- 1 der Ringnut (68) im Düseneinsatz (47) im dem kegelstumpfartig ausgebildeten Endbereich (65) der Gasaustrittsdüsen (60) abgewandten Ende des zylindrischen Bereichs (64) derselben münden.
5
1 of the annular groove (68) in the nozzle insert (47) open in the end of the cylindrical region (64) thereof facing away from the frustoconical end region (65) of the gas outlet nozzles (60).
5
17. Vorrichtung nach Anspruch 16 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß die Speisebohrungen (67) einen um ein Mehrfaches des Durchmessers des zylindrischen Bereichs (64) der Gasaus-IO trittudüsen (60) größeren Durchmesser aufweisen, vorzugsweise etwa 3,0 mm.17. The device according to claim 16 and one or more of the further claims »characterized in that that the feed bores (67) have a multiple of the diameter of the cylindrical area (64) of the gas outlet IO step nozzles (60) have a larger diameter, preferably about 3.0 mm. 15 Meissner & Bolte15 Meissner & Bolte PatentanwältePatent attorneys
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