Isolationsteil mit integrierten Kühlkanälen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmevorrichtung, insbesondere eine Aufnahmevorrichtung für ein Düsenelement eines Laserbearbeitungskopfes.

Mit Hilfe eines Laserbearbeitungskopfes lässt sich ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahls derart bearbeiten, dass zum Beispiel Schweiß- oder Schneidarbeiten durchgeführt werden können. Hierzu wird der Laserbearbeitungskopf relativ zum Werkstück in geeigneter Weise positioniert. Die Positionierung erfolgt über eine Abstandsregelung, wobei der Abstand zwischen dem Düsenelement und dem Werkstück z. B. auf kapazitivem Wege gemessen werden kann. Dazu wird an das Düsenelement eine wechseiförmige Messspannung angelegt. Um das elektrisch leitende Düsenelement in geeigneter Weise elektrisch kontaktieren zu können, ist es notwendig, das an einem Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfes angebrachte Düsenelement von dem Gehäuse zu isolieren.

Isolationsteile zur Halterung von Düsenelementen an Laserbearbeitungskö-pfen werden häufig eingesetzt und sind in ihrer Funktion allgemein bekannt.

So beschreibt die DE 90 04 335 Ul eine Aufnahmevorrichtung mit einem keramischen Isolierkörper, der eine Ausnehmung mit einem Metalleinsatz mit einem Innengewinde zum Einschrauben eines metallischen Düsenelements für einen Laserbearbeitungskopf aufweist. Dabei ist der Einsatz in die gewindefreie Ausnehmung im Isolierkörper eingeklebt. Durch die Verwendung der Aufnahmevorrichtung mit Einsatz kann das Düsenelement durch Ein- und Ausschrauben am Laserbearbeitungskopf ausgewechselt werden.

Die US 6,025,571 beschreibt eine Aufnahmevorrichtung mit einem keramischen ringförmigen Isolationsteil und einem in einer zentralen Ausnehmung davon angebrachten Metalleinsatz, wobei der Einsatz durch Schrauben, die sich durch in axialer Richtung laufende Löcher in dem Isolationsteil erstrecken, an dem Isolationsteil lösbar befestigt ist. Somit wird ein durch thermische oder mechanische Beanspruchung verursachtes Herausfallen des Einsatzes verhindert sowie ein einfaches Auswechseln des Einsatzes ermöglicht. In den Metalleinsatz kann wiederum ein Düsenelement eingeschraubt werden.

Gemeinsames Merkmal dieser Isolationsteile ist ein Metalleinsatz, der in einen keramischen Isolator eintaucht und formschlüssig zentriert wird. Problematisch ist diese Art des Formschlusses bei Situationen, bei denen der Metalleinsatz stark erwärmt wird. Dies ist vor allem bei der Bearbeitung von reflektierenden Materialien mit hoher Laserleistung der Fall. Bei starker Erwärmung des Metalleinsatzes dehnt sich der Metalleinsatz aus, was zu einer Zugbeanspruchung für das keramische Isolationsteil führt, welches in Folge der überlastung brechen kann.

Da keramische Werkstoffe allgemein eine vergleichsweise schlechte Zugfestigkeit aufweisen und die dielektrischen Eigenschaften und der Preis des Keramikmaterials die verwendbaren Materialien weiter einschränken, ist mit herkömmlichen Mitteln nur eine mäßige thermische Belastbarkeit der Konstruktion möglich.

Um eine thermische Belastung so gering wie möglich zu halten, ist es üblich, über Zufuhr eines Kühlgases das Düsenelement und damit verbunden den Metalleinsatz zu kühlen. Ein herkömmlicher Laserbearbeitungskopf, der mittels Druckluft gekühlt wird, ist in Fig. 1 gezeigt.

Hierbei wird ein Arbeitslaserstrahl durch den Laserbearbeitungskopf 100 hindurch auf ein Werkstück 102 gelenkt, wie durch die optische Achse L angedeutet wird.

Am Gehäuse 104 des Laserbearbeitungskopfes 100, das zum Schutz des Gehäuses 104 noch zusätzlich mit einer Armierung 1041 versehen ist, ist mittels einer überwurfmutter 106 ein ringförmiges Isolationsteil 108 lösbar befestigt. Ein Einsatz 1 10 ist mit einem Buchsenabschnitt 1 101 , an welchen sich ein radialer Flansch 1 102 anschließt, in eine Ausnehmung 1080 des ringförmigen Isolationsteils 108 zentrisch eingesetzt und mit dieser z. B. durch eine Klebeschicht verbunden. Der radiale Flansch 1102 erstreckt sich bis an die Außenkante des Isolationsteils 108, um die werkstückzugewandte Seite des Isolationsteils 108 abzudecken.

Ein Düsenelement 1 12 weist eine Düsenöffnung 1 121 und einen radialen Flansch 1 122 mit Rand 1 123 auf und ist mit einem Außengewinde 1 124 in ein Innengewinde 1 103 des Einsatzes 1 10 eingeschraubt. Zum leichten Ein- oder Ausschrauben des Düsenelements 1 12 in den oder aus dem metallischen Einsatz 1 10 kann der Rand 1 123 gerändelt sein. Als Zentrierung zwischen Düsenelement 1 12 und Einsatz 1 10 dienen kegelige Zentrierflächen 1 104.

Zur Kühlung des Düsenelements 1 12 und dem damit verbundenen Einsatz 1 10 wird Druckluft durch eine Kühlgaszufuhrleitung 1 14 des Gehäuses 104 zu einer Bohrung 1061 der Haltemutter 106 geleitet, durch die eine Gasströmung erzeugt wird, die den Rand 1 123 des Flansches 1 122 des Düsenelements 1 12 trifft und da- mit entsprechend abkühlt. Um dies zu erreichen, ragt der Rand 1 123 des Flansches 1 122 des Düsenelements 1 12 über den äußeren Umfangsrand des Isolationsteils 108 hinaus. Um die Kühlgaszufuhr 1 14 des Gehäuses 104 gegenüber dem zentralen Durchgang entlang der optischen Achse L, durch den üblicherweise eine zentrale Prozeßgasströmung geleitet wird, abzudichten, ist zwischen der werks- tückzugewandten Seite des Gehäuses 104 und der werkstückabgewandten Seite des Isolationsteils 108 ein Dichtring 1 16 vorgesehen.

Neben der gezeigten Ausführung zur Kühlung des Düsenelements 1 12 ist ferner auch eine Ausführung allgemein bekannt, bei der eine Kunststoffkappe (nicht ge- zeigt) in die Nähe des Düsenelements ragt, wourch ein Luftstrom in die Nähe des Düsenelements geleitet wird, um das Düsenelement zu kühlen.

Beide Arten der Kühlung weisen jedoch den Nachteil auf, dass der Luftstrom nur indirekt und nicht sehr effektiv Wärme aus dem thermisch beanspruchten Isolati- onsteil abführen kann, was aufgrund der oben beschriebenen unterschiedlichen Wärmeausdehungskoffizienten zwischen Einsatz 1 10 und Isolationsteil 108 zu einer Zugbeanspruchung des Isolationsteils 108 führt, die ein mögliches Brechen des Isolationsteils 108 zur Folge haben kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Aufnahmevorrichtung mit einem Isolationsteil und einem darin eingesetzten Einsatz zu schaffen, die insbesondere eine effektive Kühlung sowohl des Isolationsteiles als auch des Einsatzes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 und einen Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.

Erfindungsgemäß ist eine Aufnahmevorrichtung mit einem ringförmigen Isolations- teil vorgesehen, das eine zentrale Ausnehmung aufweist, wobei zumindest ein von einer werkstückabgewandten Stirnfläche des Isolationsteils durch das Isolations-

teil verlaufender Kühlkanal in einer werkstückzugewandten Stirnfläche des Isolationsteils mündet.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Aufnahmevorrichtung ferner einen Einsatz zur lösbaren Aufnahme eines Düsenelements zur Laserbearbeitung eines Werkstücks aufweist, der einen Buchsenabschnitt und einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch umfaßt, wobei der Einsatz mit seinem Buchsenabschnitt so in der zentralen Ausnehmung angeordnet ist, dass sein Flansch im Bereich einer werkstückzugewandten Stirnfläche des Isolationsteils angeordnet ist.

Es ist also eine Aufnahmevorrichtung vorgesehen, die ein ringförmiges Isolationsteil sowie einen in der konzentrischen Ausnehmung des Isolationsteils angeordneten metallischen Einsatz umfasst, wobei das Isolationsteil mit Bohrungen oder Durchgängen versehen ist, die von einer werkstückabgewandten Seite zu einer werkstückzugewandten Seite verlaufen, und die mit einem Kühlgas versorgt werden, das einerseits das Isolationsteil selbst und andererseits bei seinem Austreten aus dem Isolationsteil auch den Einsatz und ein in dem Einsatz eingeschraubtes Düsenelement kühlt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen einem Umfangsrand des Flansches und einer stirnseitigen Außenumfangs- kante des Isolationsteils ein stirnseitiger Umfangsrandbereich des Isolationsteils freiliegt und dass der zumindest eine Kühlkanal in den freiliegenden Bereich der werkstückzugewandten Stirnfläche des Isolationsteils mündet.

Hierbei ist zweckmässig, wenn der Auslassbereich des zumindest einen Kühlkanals an der werkstückzugewandten Seite des Isolationsteils direkt an den äußeren Rand des Flansches des Einsatzes angrenzt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die werkstückabgewandte Seite des Flansches des Einsatzes einem Außenbereich der werkstückzugewandten Stirnfläche des Isolationsteils beabstandet gegenüberliegt, in dem der zumindest eine Kühlkanal in der Stirnfläche des Isolationsteils mündet.

Für eine kostengünstige Bearbeitung des Isolationsteils ist es von Vorteil, wenn der zumindest eine Kühlkanal des Isolationsteils einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, was eine leichte Erzeugung der Kühlkanäle ermöglicht.

Um eine hohe Kühlleistung zu erzielen, ist es zweckmässig, eine Vielzahl von Kühlkanälen vorzusehen, deren Auslässe an den Stirnflächen des Isolationsteils in Um- fangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.

Aufgrund der guten elektrischen Isolationseigenschaften ist es zweckmässig, wenn das Isolationsteil aus Keramik hergestellt ist, hierbei ist es insbesondere für die Herstellung eines Gewindes, für die Bearbeitung der Form des Isolationsteils oder für die Erzeugung der Kühlkanäle vorteilhaft, wenn das Isolationsteil aus einer spanend bearbeitbaren Glaskeramik hergestellt ist. In diesem Fall ist der zumindest eine Kühlkanal des Isolationsteils vorteilhafterweise eine Bohrung durch die Glaskeramik.

Der Einsatz ist aufgrund der benötigten elektrischen Leitfähigkeit und der bevorzugten guten Wärmeleitfähigkeit zweckmässigerweise aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt, besonders von Vorteil sind hierbei Kupfer, Bronze oder Mes- sing.

Ein stabiler Halt des Einsatzes in dem Isolationsteil wird erzielt, wenn der Einsatz mit seinem Buchsenabschnitt in die zentrale Ausnehmung des Isolationsteils eingeschraubt und/oder eingeklebt ist.

Für den praktischen Einsatz an Laserbearbeitungsanlagen ist es vorteilhaft, wenn das Isolationsteil an seinem vom Einsatz abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch aufweist, über den die Aufnahmevorrichtung an einem Gehäuse eines Laserbearbeitungskopfes mittels einer überwurfmut- ter derart lösbar befestigbar ist, dass zumindest eine Kühlgaszuführleitung des Gehäuses dem zumindest einen Kühlkanal des Isolationsteils gegenüberliegt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufnahmevorrichtung bei einem Laserbearbeitungskopf mit einem Gehäuse eingesetzt, durch das ein Arbeitslaserstrahl geführt ist, der durch eine Düse bearbeitungssei- tig austritt, wobei die Düse mittels der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung am Gehäuse lösbar befestigt werden kann.

Hierbei kann die Düse einem Düsenelement entsprechen, das einen Flansch aufweist, der an den Flansch des Einsatzes angrenzt und sich radial über den stirnseitigen Umfangsrandbereich des Isolationsteils erstreckt. Dabei ist es von Vorteil, dass der Flansch durch das aus den Kühlkanälen des Isolationsteils austretende Kühlgas, das auf den Flansch trifft, gekühlt wird.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, statt einem einfachen Düsenelement ein Doppeldüsenelement zu verwenden, durch das neben einem zentralen Prozeßgasstrom zusätzlich ein Kühlgasstrom geleitet wird, der über die Kühlkanäle im Isolationsteil gespeist wird und der durch eine öffnung austreten kann, die benachbart zu einer zentralen Düsenöffnung vorgesehen ist. Der Druck des Kühlgasstroms kann unabhängig vom zentralen Gasstrom eingestellt werden, um im Arbeitsbereich einen höheren Druck aufzubauen.

Hierbei ist es zweckmässig, wenn das Doppeldüsenelement mit Zuführkanälen ausgestattet ist, um das Kühlgas von den Kühlkanälen des Isolationsteils zu einer Ringöffnung an der werkstückzugewandten Seite des Doppeldüsenelements zu leiten, die die zentrale Düsenöffnung des Doppeldüsenelements umgibt.

Weiter ist es von besonderem Vorteil, wenn zwischen dem werkstückzugewandten Randbereich des Isolationsteils und dem werkstückabgewandten Randbereich des Doppeldüsenelements ein Dichtring zur Abdichtung des von den Kühlkanälen des Isolationsteils zu den Zuführkanälen des Doppeldüsenelements geleiteten Kühlgasstroms von der Umgebung vorgesehen ist.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung kann die Düse auch ein Doppeldüsenelement mit einem Innendüsenelement und einem separaten Außendüsenelement sein.

Hierbei ist es zweckmässig, wenn das Innendüsenelement mittels eines Buchsenabschnitts in die zentrale Ausnehmung des Isolationsteils eingesetzt ist, es kann jedoch auch von Vorteil sein, wenn das Innendüsenelement mittels eines Buchsenabschnitts in einen gewindefreien Buchsenabschnitt des Einsatzes eingesetzt ist.

In beiden Fällen ist das eingesteckte Innendüsenelement vorteilhafterweise mittels des Außendüsenelements befestigt, das ein Innengewinde aufweist und mit diesem auf ein Außengewinde des Isolationsteils aufgeschraubt ist.

Für eine weitere Abdichtung der Gasstrahlen ist es zweckmässig, wenn zwischen der werkstückzugewandten Seite des Gehäuses und der werkstückabgewandten Seite des Isolationsteils ein innerer Dichtungsring und ein äußerer Dichtungsring vorgesehen sind, von denen der eine in Radialrichtung innen und der andere au- ßen von der zumindest einen Kühlgaszufuhrleitung im Gehäuse und dem zumindest einen Kühlkanal des Isolationsteils angeordnet ist, um den Gasstrom gegenüber dem Durchgang des Arbeitslaserstrahls bzw. der Umgebung abzudichten.

Eine besonders geeignete Düse zur Verwendung mit einem erfindungsgemßen La- serbearbeitungskopf weist einen Doppeldüsenelement auf, das ein Innendüsenele- ment mit einem zentralen Durchgangskanal und einer zentralen Düsenöffnung und ein Außendüsenelement umfasst, zwischen denen zumindest ein Zuführkanal vorgesehen ist, um ein an einer werkstückabgewandten Seite des Doppeldüsenelements zugeführtes Kühlgas zu einer Ringöffnung an der einer werkstückzugewand- ten Seite des Doppeldüsenelements zu leiten, die die zentrale Düsenöffnung des Doppeldüsenelements umgibt.

Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, dass der Zuführkanal den zentralen Durchgangskanal im Innendüsenelement zumindest im Bereich der Ringöffnung ringförmig umgibt.

Um eine zuverlässige Abdichtung der Kühlgasführung im Anschlußbereich der Düse zu erhalten, ist es zweckmäßlig, wenn eine sich von der werkstückabgewandten Seite des Doppeldüsenelements wegerstreckende, ringförmige Seitenwand vor- gesehen ist, die einen im werkstückabgewandten Randbereich des Doppeldüsenelements angeordneten Dichtungsring schützt und hält.

Eine einfache Montage der Düse am Laserbearbeitungskopf wird dadurch erreicht, dass das Außendüsenelement, das ein Innengewinde aufweist, am Isolationsteil durch Aufschrauben auf ein entsprechendes Außengewinde befestigbar ist, wobei das Innendüsenelement zweckmäßigerweise mittels eines Buchsenabschnitts in einen gewindefreien Buchsenabschnitt des Einsatzes oder eine zentrale Ausnehmung eines Isolationsteils einsetzbar und mittels des Außendüsenelements am Isolationsteil befestigbar ist.

Dabei sind vorteilhafterweise an einer inneren Seitenwand des Außendüsenelements Rippenelemente zur Stützung des Innendüsenelements angebracht, auf de-

nen eine werkstückzugewandte Seite eines Flanschabschnitts des Innendüsenele- ments aufliegt.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Befestigung der Düse an einem erfin- dungsgemäßen Laserbearbeitungskopf zeichnet sich dadurch aus, dass das Innen- düsenelement mittels eines ein Außengewinde aufweisenden Buchsenabschnitts in einen ein entsprechendes Innengewinde aufweisenden Buchsenabschnitt des Einsatzes einschraubbar ist und dass das Außendüsenelement über das Innendü- senelement an einem Isolationsteil einer Aufnahmevorrichtung befestigbar ist.

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

Fig. 1 eine geschnittene, schematische Darstellung eines herkömmlichen Laserbe- arbeitungskopfes;

Fig. 2 eine geschnittene, schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine geschnittene, schematische Darstellung eines Laserbearbeitungskopfes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine dreidimensionale, schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Aufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine geschnittene, schematische Darstellung eines Ausschnitts eines anderen Ausführungsbeispiels einer Aufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungskopfes 200 gezeigt. Hierbei ist an einem Gehäuse 204, das wie der her- kömmliche Laserbearbeitungskopf 100 aus Fig. 1 eine Armierung 2041 aufweist, ein ringförmiges Isolationsteil 208 lösbar befestigt. In eine Ausnehmung 2080 des ringförmigen Isolationsteils 208 ist ein Einsatz 210 mit einem Buchsenabschnitt

2101 , an welchen sich ein radialer Flansch 2102 anschließt, zentrisch eingesetzt und mit diesem verbunden. Hierbei kann der Buchsenabschnitt 2101 in der Ausnehmung 2080 des ringförmigen Isolationsteils 208 eingeschraubt und/oder verklebt sein.

In ein Innengewinde 2103 des Einsatzes 210 ist ein Düsenelement 212, das eine Düsenöffnung 2121 und einen radialen Flansch 2122 mit einem Rand 2123 aufweist, mittels eines Außengewindes 2124 eingeschraubt. ähnlich dem herkömmlichen Düsenelement 1 12 aus Fig. 1 kann der Rand 2123 zum leichten Ein- oder Ausschrauben des Düsenelements 212 gerändelt sein. Als Zentrierung zwischen Düsenelement 212 und Einsatz 210 dienen kegelige Zentrierflächen 2104.

Um das ringförmige Isolationsteil 208, den Einsatz 210 sowie das Düsenelement 212 zu kühlen, ist das ringförmige Isolationsteil 208 erfindungsgemäß mit in Um- fangsrichtung angeordneten, axial von der werkstückabgewandten Seite zur werkstückzugewandten Seite des Isolationsteils 208 verlaufenden Kühlkanälen versehen, durch die ein durch eine Kühlgaszufuhrleitung 214 zur werkstückabgewandten Seite des Isolationsteils 208 geleitetes Kühlgas durch das Isolationsteil 208 hindurch auf die werkstückabgewandte Seite des Flansches 2122 des Düsenele- ments 212 geleitet wird, um das Düsenelement 212 zu kühlen. Um einen Durch- lass des Kühlgases an der werkstückzugewandten Seite des Isolationsteils 208 zu ermöglichen, erstreckt sich der radiale Flansch 2102 des Einsatzes 210 nicht über die gesamte werkstückzugewandte Stirnfläche des Isolationsteils 208 bis zu dessen Außenkante, sondern lediglich bis zu den Auslassöffnungen der Kühlkanäle 2081 des Isolationsteils 208.

Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass das Kühlgas durch einen in Radialrichtung geöffneten Kanal entweicht, der an der werkstückzugewandten Seite durch den Flansch 2122 des Düsenelements 212, an der werkstückabgewandten Seite durch das Isolationsteils 208 und an seiner radialen Innenseite durch den Rand des Flansches 2102 begrenzt wird. Somit passiert das Kühlgas alle drei zu kühlenden Elemente, d. h. das Isolationsteil 208, den Einsatz 210 sowie das Düsenelement 212.

Darüber hinaus kann durch eine Expansion des Kühlgases in dem in Radialrichtung nach außen geöffneten Kanal eine weitere effektive Kühlung der drei Bauele-

mente erreicht werden. Dieser Kühleffekt kann durch eine entsprechende Dimensionierung der Kühlkanäle 2081 in dem Isolationsteil 208 erreicht werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist, dass der kühlende Gasstrom von dem Buchsenabschnitt 2101 des Einsatzes 210 geringer als bei den herkömmlichen Vorrichtungen beabstandet ist, wodurch der Weg des Wärmetransports verkürzt und damit verbessert wird.

Ferner wird der Buchsenabschnitt 2101 bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung direkt durch den integral mit dem Buchsenabschnitt 2101 ausgebildeten Flansch 2102 und nicht indirekt über den Flansch 2122 des Düsenelements 212 gekühlt. Somit kann eine Erwärmung des Buchsenabschnitts 2101 effektiv vermindert werden.

Die Zuleitung des Kühlgases zu den Kühlkanälen des Isolationsteils 208 über die Kühlgaszufuhrleitung 214 des Gehäuses 204 soll im Folgenden beschrieben werden. Die Kühlkanäle 2081 stehen mit einem Hohlraum 215 in Verbindung, der beispielsweise eine ringförmige Nut sein kann, die durch einen oder mehrere Kühlgaszufuhrleitungen 214 mit Kühlgas versorgt wird. Um diesen Hohlraum gegen- über der Umgebung abzudichten, ist ein Dichtungsring 216 zwischen dem äußeren Randbereich der werkstückabgewandten Fläche des Isolationsteils 208 und einer werkstückzugewandten Fläche des Gehäuses 204 vorgesehen. Für eine weitere Abdichtung gegenüber dem zentralen Strahlengang, durch den eine zentrale Gasströmung geführt wird, ist ferner ein innerer Dichtungsring 218 zwischen dem werks- tückabgewandten inneren Umfangsrandbereich des ringförmigen Isolationsteils 108 und der werkstückzugewandten Fläche des Gehäuses 204 vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, für jeden Kühlkanal 2081 des Isolationsteils 208 eine eigene Kühlgaszufuhrleitung 214 zu schaffen, die jeweils eigens abgedichtet wird. Hierfür ist es jedoch nötig, dass das Isolationsteil 208 nur in einer vorbestimmten Dreh- Stellung in das Gehäuse 204 eingesetzt wird, damit die jeweiligen öffnungen miteinander korrespondieren können.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Laserbearbeitungskopfes 200 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Da bei diesem Ausführungsbeispiel Ie- diglich eine weitere erfindungsgemäße Düse mit einem anderen Düsenelement 312 verwendet wird, soll im folgenden auf die Beschreibung der übrigen Bauelemente,

die in dem ersten Ausführungsbeispiel bereits beschrieben wurden, verzichtet werden.

Das Doppeldüsenelement 312, das für die Bearbeitung von dicken Werkstücken besonders bevorzugt eingesetzt wird, ist in den metallischen Einsatz 210 mit einem Außengewinde 3124 an seinem Innendüsenelement 313 eingeschraubt. Das sich konisch nach unten verjüngende Doppeldüsenelement 312 weist am werkstückzugewandten Ende seines zentralen Durchgangskanals in seinem Innendüsenelement 313 eine zentrale Düsenöffnung 3121 für den austretenden Laserstrahl sowie für einen zentralen Gasstrom auf. Darüber hinaus ist an der werkstückzugewandten Seite des Doppeldüsenelements 312 eine zusätzliche Ringöffnung 3122 zwischen dem Innendüsenelement 313 und einem Außendüsenelement 315 vorgesehen, durch die ein zusätzlicher Gasstrahl austreten kann.

Die zusätzliche Ringöffnung 3122 ist ringförmig um die zentrale Düsenöffnung 3121 herum angeordnet und ist mit einem Zuführkanal 3123 verbunden, der ausgehend von der Ringöffnung 3122 schräg entlang der Außenwand des Doppeldüsenelements 312 zu einem Randbereich der werkstückabgewandten Seite des Doppeldüsenelements 312 verläuft. Der Zuführkanal 3123 ist dabei im Außendü- senelement 315 und/oder zwischen dem Außen- und dem Innendüsenelement 313 angeordnet. Vorzugsweise verläuft ein in Strömungsrichtung gesehen erster Abschnitt des Zuführkanals 3123, der von einem oder mehreren Einzelkanälen 3123' gebildet ist, im Außendüsenelement 315, während ein zweiter Abschnitt des Zuführkanals 3123, der benachbart zur Ringöffnung 3122 liegt als konischer Ringka- nal 3123" ausgebildet ist.

Zwischen der werkstückabgewandten öffnung des Zuführkanals 3123, die beispielsweise ringförmig ausgebildet sein kann, und der werkstückzugewandten Seite des Isolationsteils 208 ist wiederum der bereits in Fig. 2 beschriebene, in Rad- ialrichtung geöffnete Kanal ausgebildet, der jedoch nun durch die werkstückabge- wandte Seite des Doppeldüsenelements 312 begrenzt ist und an seiner Außenseite durch einen Dichtungsring 314 abgedichtet wird. Somit wird ein ringförmig ausgebildeter Hohlraum geschaffen, der sowohl mit den öffnungen der Kühlkanäle 2081 des Isolationsteils 208 als auch mit dem Zuführkanal 3123 des Doppeldüsenele- ments 312 kommuniziert. Zusätzlich kann, um den Dichtungsring 314 zu schützen und einen stabilen Halt zwischen dem Doppeldüsenelement 312 und dem Isolationsteil 208 zu ermöglichen, eine sich von der werkstückabgewandten Seite

des Doppeldüsenelements 312 axial wegerstreckende, ringförmige Seitenwand 316 gebildet sein, um einen werkstückzugewandten Randbereich des Isolationsteils 208 zu umschließen.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung 400 in einem nicht montierten Zustand dargestellt. Die Aufnahmevorrichtung 400 umfasst das bereits oben erwähnte ringförmige Isolationsteil 208 und den Einsatz 210.

Durch das ringförmige Isolationsteil 208 verlaufen in axialer Richtung eine Vielzahl von oben bereits erwähnten Kühlkanälen 2081 , die bevorzugter Weise als kreisrunde Bohrungen durch das Isolationsteil 208 ausgeführt sind. Das ringförmige Isolationsteil 208 ist aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Keramik, hergestellt. Um die Kühlkanäle 2081 in dem Isolationsteil 208 auszu- bilden, ist es besonders vorteilhaft, eine Glaskeramik zu verwenden, die spanend bearbeitet werden kann, wie beispielsweise die Glaskeramik Macor der Firma Corning Incorporated. Derartige Glaskeramiken können im Dauerbetrieb bei Arbeitstemperaturen von etwa 800° Celsius eingesetzt werden, es sind jedoch auch kurzzeitige Spitzentemperaturen von etwa 1000° Celsius möglich. Zudem ist dieses Ma- terial ein ausgezeichneter Elektroisolator, weist jedoch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf, weshalb eine möglichst große Anzahl von Kühlkanälen 2081 , soweit die Stabilität des Isolationsteils 208 nicht dadurch beeinträchtigt wird, bevorzugt ist.

Das ringförmige Isolationsteil 208 weist an seinem vom Einsatz 210 abgewandten axialen Ende einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 2084 auf, über den das ringförmige Isolationsteil 208 an dem in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Gehäuse 204 des Laserbearbeitungskopfes 200 mittels der überwurfmutter 206 lösbar befestigt werden kann. Darüber hinaus kann an der werkstückzugewandten Seite des Isolationsteils 208 eine sich radial nach innen erstreckende Ausnehmung 2085 gebildet sein, die von der ringförmigen Seitenwand 316 des Doppeldüsenelements 312 umschlossen wird.

Der Durchmesser des ringförmigen Isolationsteils 208 beträgt typischerweise 25 mm und dessen Höhe ist typischerweise 12 mm, kann aber auch je nach Einsatzbereich des Laserbearbeitungskopfes 200 andere geeignete Abmessungen aufweisen.

Des weiteren ist in dem Isolationsteil 208 ein Kontaktstift 2086 vorgesehen, der von einem äußeren Bereich der werkstückabgewandten Seite des Isolationsteils 208 durch das Isolationsteil 208 schräg nach innen verläuft und auf den Flansch

2102 des Einsatzes 210 trifft, um den Einsatz 210 elektrisch zu kontaktieren. Hierbei befindet sich an der werkstückzugewandten Seite des Gehäuses 204 zur

Aufnahme des Isolationsteils 208 eine entsprechende elektrische Kontaktierung (nicht gezeigt).

Der Einsatz 210 ist in der zentralen Ausnehmung 2080 des ringförmigen Isolationsteils 208 angeordnet. Der Einsatz 210 kann mit seinem Buchsenabschnitt 2101 in die zentrale Ausnehmung 2080 geklebt oder beispielsweise in ein in der zentralen Ausnehmung 2080 befindliches Gewinde (nicht gezeigt) eingeschraubt sein und gegebenenfalls noch zusätzlich verklebt sein. Der Einsatz 210 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, insbesondere einem Metall oder einer Metalllegierung. Hierbei ist wichtig, dass das verwendete Material einen hohen Schmelzpunkt aufweist, um eine Zerstörung des Materials bei den auftretenden hohen Temperaturen zu vermeiden. Um die Kühlung durch das Kühlgas zu optimieren, ist es erforderlich, dass das verwendete Material eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Besondere geeignete Materialien sind z. B. Kupfer, Bronze oder Messing.

Der an der werkstückzugewandten Seite des Isolationsteils 208 befindliche Flansch 2102 des Einsatzes 210 erstreckt sich in Radialrichtung mit seinem Rand

2103 nicht bis zu einer werkstückzugewandten Außenkante 2082 des Isolationsteils 208, sodass ein werkstückzugewandter Randbereich 2083 des

Isolationsteils 208 freiliegt. Somit ist ein freiliegender Bereich für die Kühlkanäle 2081 des Isolationsteils 208 vorgesehen. Vorzugsweise grenzen die Auslässe der Kühlkanäle 2081 des Isolationsteils 208 direkt an den Rand 2103 des Flansches 2102 des Einsatzes 210 an, um den Einsatz 210, insbesondere den Buchsenab- schnitt 2101 des Einsatzes 210 gut kühlen zu können.

Es ist jedoch auch möglich, die Aufnahmevorrichtung 400 so auszubilden, wie dies in einem Ausschnitt in Fig. 5 gezeigt ist.

Hierbei weist die werkstückabgewandte Fläche des Flansches 2102' des Einsatzes 210' eine Stufe in Radialrichtung auf, so dass ein Außenbereich der werkstückabgewandten Seite des Flansches 2102' einem Bereich der werkstückzugewandten

Stirnfläche des Isolationsteils 208, in dem der zumindest eine Kühlkanal in der werkstückzugewandten Stirnfläche des Isolationsteils 208 mündet, beabstandet gegenüberliegt. Hierbei liegt ein radialer Innenbereich der werkstückabgewandten Seite des Flansches 2102' an einem radialen Innenbereich der werkstückzuge- wandten Stirnfläche des Isolationsteils 208 an.

Es ist natürlich auch möglich, dass die werkstückzugewandte Seite des Isolationsteils 208 eine in Radialrichtung ausgebildete Stufe aufweist (nicht gezeigt), die die werkstückzugewandte Stirnfläche des Isolationsteils 208 in einen Innenbereich und einen Außenbereich unterteilt, wobei der zumindest eine Kühlkanal 2081 in den Außenbereich mündet und die werkstückabgewandte Seite des Flansches 2102 des Einsatzes 210 an dem Innenbereich anliegt und dem Außenbereich sowie dem Auslassbereich des zumindest einen Kühlkanals beabstandet gegenüberliegt.

Bei beiden Ausgestaltungen entweicht das Kühlgas durch einen in Radialrichtung geöffneten Kanal, der an der werkstückzugewandten Seite durch den Flansch 2102 oder 2102' des Einsatzes 210 oder 210', an der werkstückabgewandten Seite durch die werkstückzugewandte Stirnfläche des Isolationsteils 208 und an seiner radialen Innenseite durch die in radialer Richtung ausgebildete Stufe entweder in dem Isolationsteil 208 oder in dem Flansch 2102' begrenzt wird. Somit kann das Kühlgas besonders effektiv das Isolationsteil 208 und den Einsatz 210 oder 210' kühlen.

Ferner ist es auch möglich, bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform in der werkstückzugewandten Stirnfläche des Isolationsteils 208 in Radialrichtung verlaufende Kanäle auszubilden (nicht gezeigt), die sich von den Mündungsbereichen der Kühlkanäle 2081 in der Stirnfläche des Isolationsteils 208 bis zu dessen Um- fangsrand erstrecken, wobei der Flansch 2102 des Einsatzes 210 über den Mündungsbereichen angeordnet ist und sich gegebenenfalls bis zum Umfangsrand des Isolationsteils 208 erstreckt.

In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Laserbearbeitungskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, das sich im Hinblick auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 und 3 gezeigten Laserbearbeitungskopfes 200 Ie- diglich in der Verwendung einer modifizierten Aufnahmevorrichtung 400' und eines unterschiedlichen Doppeldüsenelements 500 unterscheidet.

Die Aufnahmevorrichtung 400' umfasst, wie bei den oben genannten Ausführungsbeispielen, ein ringförmiges Isolationsteil 208' und einen Einsatz 210". Hierbei unterscheidet sich das ringförmige Isolationsteil 208' lediglich durch ein Außengewinde 2087 an der Außenwand des keramischen Isolationsteils 208'. Der Einsatz 210" weist wiederum einen Flansch 2102" und einen Buchsenabschnitt 2101 " auf, im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen befindet sich jedoch an dem Buchsenabschnitt 2101" kein Innengewinde zum Einschrauben eines Düsenelements.

Das Doppeldüsenelement 500 umfasst ein Innendüsenelement 510 und ein Außen- düsenelement 520.

Das Innendüsenelement 510 weist einen sich konisch in Richtung des Werkstücks verengenden Düsenabschnitt 512 mit einer werkstückzugewandten Innendüsenöff- nung 513, einen Buchsenabschnitt 514 sowie einen zwischen dem Düsenabschnitt 512 und dem Buchsenabschnitt 514 angeordneten Flanschabschnitt 516 auf. Der Buchsenabschnitt 514 ist in den gewindefreien Buchsenabschnitt 2101 " des Einsatzes 210" eingesetzt oder eingesteckt, wobei der Flanschabschnitt 516 der Innendüse 510 mit seiner werkstückabgewandten Seite an der werkstückzugewand- ten Seite des Flansches 2102" des Einsatzes 210" anliegt.

Das Außendüsenelement 520 weist einen sich konisch in Richtung des Werkstücks verengenden Düsenabschnitt 522 mit einer werkstückzugewandten, die Innendü- senöffnung 513 umgebenden Außendüsenöffnung 523 und eine sich von dem werkstückabgewandten Ende des Düsenabschnitts 522 erstreckende ringförmige Seitenwand 524 auf, die mit einem Innengewinde 525 versehen ist, um das Außendüsenelement 520 auf das Außengewinde 2087 des Isolationsteils 208' aufzuschrauben. Hierbei dienen an der inneren Seitenwand des Düsenabschnitts 522 des Außendüsenelements 520 angebrachte Rippenelemente 526 der Stützung des Innendüsenelements 510, wobei die werkstückzugewandte Seite des Flanschabschnitts 516 des Innendüsenelements 510 auf einer werkstückabgewandten Seite der Rippenelemente 526 aufliegt. Die Rippenelemente 526 sind bevorzugterweise als Vorsprünge an der Innenwand des Düsenabschnitts 522 mit einer ebenen werkstückabgewandten Auflagefläche gebildet, sie können jedoch jede beliebige Form annehmen, solange der Kühlgasstrom aus den Kühlkanälen 2081 des Isolationsteils 208' diese auf dem Weg zu der Außendüsenöffnung 523 passieren kann.

Hier ist also zwischen dem Innen- und dem Außendüsenelement 510, 520 ein Zuführkanal 5123 gebildet, der den Kühlgasstrom von den Kühlkanälen 2081 des Isolationsteils 208' zur Außendüsenöffnung 523 leitet. Die Außendüsenöffnung 523 bildet effektiv eine ringförmige Austrittsöffnung des Zuführkanal 5123, da sie innen vom Mündungsabschnitt des Innendüsenelements 510 begrenzt ist. Der Zuführkanal 5123 ist hier also über seine gesamte Länge ein im Wesentlichen konischer Ringkanal, in dessen oberen oder eingangsseitigen Abschnitt die das Innen- düsenelement 510 abstützenden Rippenelemente 526 angeordnet sind.

Somit kann also das Innendüsenelement 510 in einfacher Weise mit seinem Buchsenabschnitt 514 in den Einsatz 210" gesteckt werden und durch das Außendüsenelement 520, das wie eine überwurfmutter für das Innendüsenelement 510 wirkt, arretiert werden. Es ist jedoch auch möglich (nicht gezeigt), ein mit einem Außengewinde versehenes Innendüsenelement 510 in einen mit einem Innengewin- de versehenen Einsatz 210 einzuschrauben, wobei in diesem Fall die Rippenelemente 526 nicht unbedingt notwendig sind. Darüber hinaus ist es auch denkbar, eine Aufnahmevorrichtung (nicht gezeigt) ohne Einsatz 210" auszubilden, wobei in diesem Fall das Innendüsenelement 510 direkt in die zentrale Ausnehmung 2080 des Isolationsteils 208 gesteckt wird. Zur Abdichtung des Kühlgasstromes durch die Kühlkanäle 2081 gegenüber der Umgebung ist ferner ein Dichtring 530 vorgesehen, der an einem inneren Schulterabschnitt der ringförmigen Seitenwand 524 des Außendüsenelements 520 vorgesehen ist.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung, die mit Kühlka- nälen 2081 versehen ist, kann in effektiver Weise sowohl das Isolationsteil 208, der Einsatz 210 als auch das Düsenelement 212, 312 oder 500 gekühlt werden. Somit wird eine thermische Belastung des Isolationsteils verringert. Ferner wird durch die Verringerung der Erwärmung des Einsatzes 210, insbesondere des Buchsenabschnitts 2101 des Einsatzes 210, eine Ausdehnung des Buchsenab- schnitte 2101 vermindert, wodurch das Isolationsteil 208 einer geringeren Zugbeanspruchung ausgesetzt wird. Darüber hinaus kann durch die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung ein kompakter Aufbau eines Laserbearbeitungskopfes 200 mit einem Doppeldüsenelement 312 oder 500 verwirklicht werden, da der zusätzliche Gasstrom durch das Isolationsteil 208 geleitet wird.