用于激光加工头的用于冷却工件的陶瓷件的制作方法

本实用新型涉及一种用于将喷嘴能松开地固定在激光加工头上的绝缘件，以及涉及一种具有绝缘件和固定在所述绝缘件上的喷嘴的激光加工头。

背景技术：

用于激光切割的加工头通常装备有喷嘴，通过所述喷嘴将切割气体和激光束共同射出并且对准待加工的工件。此外，切割头或切割装置通过电容式距离传感器工作，所述电容式距离传感器实现测定喷嘴顶端和工件之间的距离并且通过相应的调节装置保持恒定。在加工期间确定的工作距离的准确选择和保持恒定对切割结果的质量具有决定性影响。电容式距离测量的准确的工作方式的前提是，切割喷嘴可以电绝缘地安装在加工头上。出于这个目的，通常设置由陶瓷构成的绝缘件，所述绝缘件插入到激光加工头中并且提供用于切割喷嘴的接收可能性。为此，绝缘件具有用于接收用于保持喷嘴的插件的中心的凹槽，所述中心的凹槽轴向地延伸通过绝缘件。在de102007040843中公开了这样构造的接收装置。

通常氧气作为切割气体用于切割结构钢，由此工件材料被氧化并且由此除了激光束以外附加地将能量传入到切割过程中。然而在此公知的是，在持续长时间地加工具有较大板材厚度的结构钢时可能发生燃烧起火。当工件材料在环境中在加工点周围被加热超过临界点燃温度时，所述燃烧起火导致工件材料与氧气不可控地反应。

此外公知的是，通过如下方式应付所述燃烧起火问题，即工件在激光加工时通过施加介质来冷却。由此可以将加工点周围的温度保持低于临界点燃温度。

由现有技术公知了不同的用于将用于冷却工件的系统集成在激光切割头中的解决方案。de2338514a1描述了一种冷却装置，所述冷却装置安装在切割头的下部区域中。通过所述布置在限定的空间范围下限制了装置的运动可能性。此外，所述系统不适用于与电容式距离传感器使用。

de3637568a1公开了一种另外的用于冷却板材的系统，其中，将冷却介质引导到喷嘴和外套管之间的纵向槽中，所述喷嘴插入到所述外套管中。然而这个解决方案不适用于快速地更换切割喷嘴。所述系统也不可以无问题地结合电容式距离传感器使用。

de3940766公开了一种具有用于电容式距离测量的环形传感器的切割头，其中，冷却介质由切割气体射流抽吸并且环形地喷雾。在此，不涉及具有集成的绝缘件的解决方案，从而也在此也不能进行快速地并且自动地更换喷嘴。

wo2017/075567以通用的方式公开了一种用于改善喷嘴冷却的系统，然而同样不具有实现快速地并且自动地更换喷嘴的集成的布置。

由现有技术并未公知具有用于冷却工件的装置的下述激光加工头，该激光加工头同时具有高集成度的电容式距离传感器。

技术实现要素：

因此，本实用新型的任务在于，给出一种用于保持激光加工头的喷嘴的装置，该装置实现了将冷却介质输送到喷嘴以及电容式距离测量。

该任务根据本实用新型通过一种具有优选技术方案的特征的绝缘件以及通过一种包括所述绝缘件的相应的激光加工头来解决。

根据本发明的绝缘件包括至少一个用于将冷却介质引导到喷嘴的流体通道。所述流体通道在相对于用于引导加工射束的中心的凹槽错开的位置上延伸通过绝缘件。通过流体通道实现喷嘴和激光加工头的其余部分之间的流体连接。以所述方式可以将冷却介质从激光加工头引导到喷嘴、从所述喷嘴输出并且施加到工件上。

因为流体通道与中心的凹槽分开地布置，所以加工通道的引导通过不受到流过流体通道的冷却介质消极地影响。因此，中心的凹槽还能够以传统的方式构造用于更换喷嘴。总之实现了绝缘件的紧凑的集成的构型，所述构型最优地协调不同的功能、即喷嘴的电绝缘、在能容易地更换的布置中接收喷嘴以及冷却介质的引导。

根据本实用新型的一个优选的实施方式，绝缘件柱形地构造或者具有至少一个柱形地构造的轴向的区段。

优选地，流体通道平行于中心的凹槽延伸通过所述绝缘件。流体通道例如可以是下述孔，所述孔平行于中心的凹槽的轴线布置在绝缘件中。

根据本实用新型的一个替换的实施方式，流体通道相对于中心的凹槽倾斜。所述倾斜可以这样选择，以使得流体通道的朝向喷嘴的出口末端与流体通道的入口末端相比更靠近绝缘件的旋转或中心轴线。

流体通道可以从绝缘体的一侧延伸到对置的一侧。

优选地，绝缘件的最大外直径大于或等于40mm并且小于或等于55mm。

进一步优选地，绝缘件在轴向方向上的高度h与所述绝缘件的最大直径d的比例关系是h/d＜0.4。所述相对小的、绝缘件的高度与直径的比例关系决定了流动通道短的长度。这导致尽可能小地影响陶瓷件的介电常数。如果冷却介质是气溶胶，则由此还可以很大程度上防止液滴沉积在流动通道的壁上。

进一步优选地，流体通道的直径j大于或等于2.5mm。

根据本实用新型的一个另外的实施方式，绝缘件包括用于触点接触的通孔用于电容式距离测量，所述通孔相对于凹槽和流体通道错开地延伸通过绝缘件。

优选地，所述通孔的直径大于或等于2.5mm并且小于或等于4.0mm。

根据本实用新型的一个另外的实施方式，绝缘件包括用于将绝缘件关于激光加工头的接收件定向的定向孔，所述接收件构造用于接收绝缘件。由此实现将流动通道和如果存在的用于为了电容式距离测量而触点接触的通孔对准接收件的相应的连接孔。当绝缘件是柱形的或者具有至少一个柱形地构造的延续部，所述延续部由接收件接收或者固定在所述接收件上时，则这是特别重要。在这种情况中，借助定向可以确定绝缘件的准确的旋转位置，所述旋转位置例如可以对准接收件中相应的标记或销。定向孔可以构造为盲孔，所述盲孔仅仅部分地延伸到绝缘体中。

进一步优选地，中心的凹槽具有第一轴向区段和第二轴向区段，所述第二轴向区段与第一轴向区段相比具有较小的直径。

根据一个另外的实施方式，第一轴向区段的直径大于或等于20mm并且小于或等于25mm。

进一步优选地，第二轴向区段的直径大于或等于15mm并且小于或等于20mm。

优选地，构成绝缘件的电绝缘材料是陶瓷。然而绝缘件也可以由一种或多种其他不导电的材料构成。

绝缘件还可以具有用于保持喷嘴的插件，所述插件被接收在绝缘件的中心的凹槽中。

进一步优选地，插件具有至少一个贯通开口，所述贯通开口对准绝缘件的流体通道的朝向插件的入口。所述贯通开口用于引导冷却介质，所述冷却介质从绝缘件的流体通道输出、通过插件到达喷嘴。

本实用新型还涉及一种激光加工头，其包括前述类型的绝缘件和喷嘴，所述喷嘴能松开地固定在绝缘件上并且具有激光出射口，其中，绝缘件接收在激光加工头的接收件中。在此，绝缘件的流体通道与喷嘴的至少一个入口通道这样连接，以使得冷却介质可以通过流体通道被引导到入口通道中。加工射束由此可以通过激光加工头、通过绝缘件的中心的凹槽和喷嘴的激光出射口被以引导到工件上。

喷嘴可以具有与入口通道连接的开口，所述开口邻近于喷嘴中的激光出射口。冷却介质由此可以通过绝缘件的流体通道和至少一个入口通道和喷嘴中的与所述入口通道连接的开口被引导到工件上，以便冷却所述工件。优选地，喷嘴具有多个入口通道，所述多个入口通道朝向喷嘴的激光出射口的方向汇合。在加工射束从喷嘴的中心的激光出射口射出期间，冷却介质可以从入口通道的开口输出，所述开口可以围绕喷嘴的激光出射口分布地布置。进一步优选地，入口通道具有比绝缘件中的流体通道的直径小的直径。

进一步优选地，喷嘴具有环形通道，所述环形通道一方面与绝缘件的流体通道连接并且另一方面与所述入口通道流体连接。能围绕喷嘴的中心轴线延伸的环形通道用于将通过绝缘件的流体通道输入的冷却流体沿着周向方向分配到所述入口通道中。

激光加工头还可以包括用于将冷却介质输入到绝缘件的流体通道中的输入通道。因此，冷却介质可以通过在激光加工头中的输入通道和绝缘件的流体通道被引导到喷嘴。

根据本实用新型的激光加工头优选地还包括液态介质源。所述供应源包括用于液态介质的喷雾装置。

附图说明

下面根据附图详细说明本实用新型的一个优选的实施例。

图1示出根据本实用新型的绝缘件的一个实施方式的俯视图；

图2示出绝缘件的沿着图1中的平面a-a的横截面图；和

图3示出绝缘件的沿着图1中的平面b-b的横截面图；和

图4示出根据本实用新型的一个实施方式的激光加工头的轴向的纵截面图，所述激光加工头包括出自图1至3的绝缘件。

具体实施方式

在图1中示出根据一个实施方式的用于将喷嘴能松开地固定在激光加工头上的绝缘件，所述绝缘件使加工喷嘴与激光加工头电绝缘并且由此可以使用电容式距离传感器。

绝缘件10可以由电绝缘材料、例如陶瓷构成或者包括电绝缘材料。绝缘件10具有基体，所述基体优选地基本上是柱形的并且绕着旋转轴线或中心轴线x-x(参见图2和3)是旋转对称的。中心轴线x-x在图1中垂直于附图平面。

绝缘件还包括用于引导加工射束的中心凹槽16，所述中心的凹槽形成通过整个绝缘件10的轴向的贯通通道。加工射束可以通过中心凹槽16穿过绝缘件10。此外，在激光加工期间使用的过程气体可以被引导通过绝缘件10中的中心凹槽16。如同在图2和3可以看到的那样，中心凹槽16从绝缘件10的第一侧24延伸至与所述第一侧对置的第二侧26。相应于激光加工头(图4)中的装配布置，第一侧24是背离喷嘴的一侧，该侧在装配状态中朝向激光加工头的接收件，绝缘件可以被接收在所述接收件中或者绝缘件可以固定在所述接收件上。相应于图4中的视图的定向，该侧是绝缘件的上侧。绝缘件的下侧、即第二侧26朝向喷嘴。在装配状态中，喷嘴固定在绝缘件10的这个侧26上。

根据本实用新型，绝缘件10还包括用于将冷却介质引导到喷嘴的流体通道28。所述流体通道28相对于中心凹槽16错开地布置并且同样延伸通过绝缘件10、即从第一侧24延伸直到对置的第二侧26。冷却介质由此可以在第一侧24处(即绝缘件的背离喷嘴的一侧)进入到绝缘件10中并且又在对置的、朝向喷嘴的侧26输出。也就是说，由此可以提供喷嘴和加工头之间的流体连接，从而冷却介质可以被导入激光加工头的上部区域并且从喷嘴输出或者被喷射到工件上。在流体通道28和中心凹槽16之间在绝缘件10内部不存在流体连接。更确切地说，流体通道28和中心凹槽16彼此分开地布置在绝缘件10的基体中。

在所述实施方式中，流体通道28相对于绝缘件10的中心轴线x-x或者相对于中心凹槽16倾斜，更确切地说，优选地在绝缘件10的在装配状态中朝向激光加工头的第一侧24上的、流体通道28的开口30与在绝缘件10的在装配状态中朝向喷嘴的第二侧26上的、流体通道28的入口32相比与绝缘件10的中心轴线x-x相距更远。根据一个替换的、在此未示出的实施方式中，流体通道28也可以平行于中心轴线x-x、即竖直地布置。在任何情况中有利的是，流体通道28尽可能短地构造，以便尽可能小地影响绝缘件10的介电常数并且保持极少地使冷却介质沉积在流体通道28的壁上。

如同在图2和3中的截面图中可以看到的那样，绝缘件可以具有柱形地构造的具有直径d的第一基体区段12和衔接于所述第一基体区段的柱形地构造的具有直径c以及轴向长度g的第二基体区段14，其中，d大于c(参见图3)。

中心凹槽16同样可以具有两个区段、即邻接于第一侧24的第一轴向区段18和邻接于第二侧26的第二轴向区段20。在此，中心凹槽16的第一轴向区段18柱形地或者圆锥形地成型。当第一轴向区段18圆锥形地成型时，则第一轴向区段18朝向第一侧24优选地连续地扩宽。第一轴向区段18在邻接于第二轴向区段20的区域中的直径小于第一轴向区段18在邻接于第一侧24的区域中的直径。第一轴向区段18在邻接于第二轴向区段20的区域中的直径可以大于或等于第二轴向区段20的直径。而第二轴向区段20具有柱形的形状，例如以便可以在所述第二轴向区段中接收螺纹或螺纹嵌件。第二轴向区段20还可以包括用于能松开地固定喷嘴的装置或者用于接收用于能松开地保持喷嘴的插件的装置、例如恰好一个在附图中未具体示出的内螺纹。第一轴向区段18可以具有直径a，并且第二轴向区段20可以具有小于a的直径b。第二轴向区段20还可以具有轴向长度f，该轴向长度小于第二基体区段14的轴向长度g。凹槽16的这两个轴向区段18和20可以通过阶梯22彼此分开。扩大的轴向区段18的直径a优选地大于或等于20mm并且小于或等于25mm。较小的轴向区段20的直径b优选地大于或等于15mm并且小于或等于20mm。

绝缘件10的比例关系在所述实施方式中这样选择，以使得整个绝缘件在轴向方向上、即在其厚度方向上的高度h与所述绝缘件的最大直径d的比例满足h/d＜0.4的关系。由此实现流体通道28的短的长度。如果使用气溶胶作为冷却介质，则通过流体通道28的短的构型在很大程度上防止气溶胶液滴沉积在流动通道28的壁上。此外，绝缘件10的介电常数在这种情况中仅仅被很小程度地影响。绝缘件10的最大直径d优选地大于或等于40mm并且小于或等于50mm。流体通道28的直径j优选地大于或等于2.5mm。

根据图3，绝缘件10还可以包括用于触点接触的通孔34用于电容式距离测量，所述通孔在其相对于中心凹槽16和流体通道28错开的位置上完全延伸通过绝缘件10。也就是说，所述通孔具有在绝缘件的第一侧24上的上开口36和在绝缘件10的第二侧26上的对置的下开口38。通孔34优选地平行于旋转轴线x-x并且在周向方向上相对于流体通道28错开，如同在图1中可以看到的那样。所述通孔34的直径e优选地大于或等于2.5mm并且小于或等于4.0mm。

绝缘件10还包括用于将绝缘件10在激光加工头上定向的具有直径k的定向孔40，从而使流体通道28与激光加工头中的相应的连接孔对准。因为绝缘件10的基体绕着旋转轴线x-x是旋转对称的，所以所述绝缘件的旋转位置必须在插入激光加工头的接收件中的状态中被确定，由此可以使流体通道28的背离喷嘴的开口30对准用于将冷却介质输入到绝缘件10中的相应的输入通道。相应地适用于用于为了电容式距离测量而接触的通孔34。定向孔40构造为盲孔，所述盲孔相对于流体通道28和通孔34在周向方向上错开地布置在绝缘件10的第一侧24上。所述对向孔可以对准相应的标记、销或者类似物，所述标记、销或者类似物以在图4中未具体示出的方式设置在激光加工头的接收件中。

图4示出具有根据本实用新型的一个实施方式的绝缘件10和喷嘴300的激光加工头100。激光加工头100可以包括出具有环形的凹槽的接收件102，绝缘件10以其背离喷嘴300的第一侧24插入到所述环形的凹槽中。绝缘件10的旋转位置可以借助定向孔40(在图4中未示出)这样定向，以使得绝缘件10的流体通道28的开口30对准用于输入冷却介质的输入通道106。冷却介质由在图4中未具体示出的供应源输入到输入通道106中，所述冷却介质由此可以通过流入端部104到达流体通道28中。所述供应源可以包括喷雾器，以便能将作为气溶胶或雾化液体的冷却介质输入到输入通道106中。

绝缘件10在其第二侧26具有能松开地固定喷嘴300的装置或者用于接收用于能松开地保持喷嘴的插件202的装置。插件202可以是螺纹嵌件。在图4中示出具有插件202的实施例，所述插件包括基本上柱形的套筒204以及环形凸缘206，所述套筒具有在套筒204的外侧上的外螺纹，所述环形凸缘从套筒204的端部径向地向外延伸。插件202固定在绝缘件10上。插件202可以例如这样旋入到中心凹槽16的第二轴向区段20的内螺纹中，以使得环形凸缘206挡靠在绝缘件10的第二侧26上，所述第二侧朝向喷嘴300。喷嘴300的中心的柱形延续部302插入到套筒204中，而喷嘴300的环绕柱形延续部302的环形面区域304挡靠在环形凸缘206上。替换地，插件202可以在中心凹槽16的第二轴向区段20中对中心并且通过螺纹环或粘接材料来固定。插件202也可以与绝缘件10一体地或者集成地构造。

用于激光束的贯通通道108延伸通过激光加工头100，所述贯通通道朝向喷嘴300的方向逐渐缩窄。所述贯通通道108的上部区段110延伸通过接收件102并且朝向绝缘件10中的中心凹槽16敞开，所述上部区段过渡到喷嘴通道区段112中。喷嘴通道区段112圆锥形延伸地通过喷嘴300延伸直到喷嘴300的激光出射口306。由此在激光加工期间加工射束可选地与过程气体一起从激光出射口306射出。

插件202在其环形凸缘206中设置有贯通开口208，所述贯通开口对准绝缘件10的流体通道28的入口32。在所述贯通开口208下方，环形通道308在喷嘴300内部延伸，所述环形通道通过贯通开口208与流体通道28连通并且围绕绝缘件10的中心轴线或者围绕激光加工头100的主轴线延伸。多个入口通道310又从所述环形通道308出发，所述入口通道从环形通道308朝向激光出射口306的方向延伸并且会聚到激光出射口306外部的几何点。所述入口通道310的下部的开口312围绕激光出射口306在周向方向上分布地布置。入口通道310具有相对小的直径，该直径小于绝缘件10中的流体通道28的直径。

冷却介质由此可以从供应源被引导通过激光加工头100中的输入通道106、绝缘件10内部的流体通道28、插件202中的贯通开口208、喷嘴300中的环形通道308和入口通道310并且在那里通过在周向方向上分布的开口312邻近于激光出射口306输出，从而可以到达工件上并且冷却所述工件。冷却介质可以特别是雾化的液态冷却介质、即气溶胶。出于这个目的，激光加工头100可以包括未具体示出的用于液态冷却介质的供应源和用于液态冷却介质的喷雾装置。

如上所示地，喷嘴300也可以在没有插件202的情况下固定在绝缘件10上，例如其方式是，喷嘴300的中心的柱形延续部302通过螺纹或者卡口连接固定在绝缘件10中，其中，喷嘴300的围绕柱形延续部302的环形面区域304靠置在绝缘件的第二侧26上。在这种情况中，流体通道28的入口32直接与喷嘴300的环形通道308连接，从而冷却介质可以通过激光加工头100中的输入通道106、绝缘件10内部的流体通道28被引导到喷嘴300中的环形通道308中并且从那里通过入口通道310被引导到工件上。

根据本发明给出一种绝缘件，所述绝缘件实现了将冷却介质输送到激光加工喷嘴以及是实现绝缘地保持喷嘴用于电容式距离测量，其中，喷嘴能够以简单的方式手动地或者通过自动的更换装置更换。