专利名称：容纳装置和激光加工头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种容纳装置，尤其是一种用于激光加工头的喷嘴 元件的容纳装置。
背景技术：
借助激光加工头可利用激光束这样地加工工件，例如进行焊接加工 或切割加工。为此，须将激光加工头以适当的方式相对于工件定位。定 位通过间距调节器实现，其中例如可以电容的方式测量喷嘴元件与工件 之间的间距，为此将交流测量电压施加到作为电容电极与工件一起形成 电容器的喷嘴元件上。在此必需的是，安装在激光加工头的壳体上的喷 嘴元件与该壳体隔离。经常使用隔离部件将喷嘴元件支撑在激光加工头上，其功能通常是 公知的。因此，DE90 04 335U1描述了一种具有陶瓷隔离体的容纳装置，该 隔离体具有其中设置了金属接头的孔隙，该金属接头具有用于拧入激光 加工头的金属喷嘴元件的内螺纹。在此，该接头形状配合地接合并粘接 到隔离体内的无螺纹孔隙中。通过使用该具有接头的容纳装置，喷嘴元 件可通过在激光加工头上的拧入和拧出而更换。US 6,025,571描述了一种具有陶瓷环形隔离部件和安装在中央孔隙 中的金属接头的容纳装置，其中该接头通过穿过在隔离部件中沿轴向延 伸的孔而伸出的螺栓而可拆卸地固定。因此，防止了由热或机械应力造 成的接头脱落以及能够实现接头的简便更换。喷嘴元件又可以拧入该金 属接头中。这些隔离部件的共同特征是金属接头，该金属接头沉入陶瓷隔离体 中并且形状配合地被置于中心。这类形状配合在金属接头被强烈加热的
情况下是有问题的。这样的情况主要出现在用大激光功率加工反射材料 时和在用于切割而进行的插入时。在强烈地加热金属接头时金属接头膨 胀，这导致针对陶瓷隔离部件的拉伸应力，由于过应力该陶瓷隔离部件 可能断裂。
由于陶瓷原料通常具有较差的抗拉强度并且陶瓷材料的介电特性和 价格进一步限制了可使用的材料，所以用传统的方式仅能实现中等的热 承受能力。
实用新型内容
本实用新型的任务在于实现另 一种容纳装置，在保持介电特性的同 时提高其承受能力。
该任务通过根据权利要求1所述的容纳装置来解决。在从属权利要 求中说明本实用新型的有利的扩展方案和改进方案。
根据本实用新型，设置了一种容纳装置，该装置包括环形隔离部 件；用于可拆卸地容纳喷嘴元件的、设置在所述隔离部件的中央孔隙中 的接头，该接头由具有与隔离部件的材料不同热膨胀系数的材料构成； 以及设置在隔离部件的内壁与接头的外壁之间的中央孔隙内的复合材 料，该复合材料尤其在径向上补偿接头的膨胀与隔离部件的膨胀之间的 差异。
这样设置了用于容纳喷嘴元件的容纳装置，该容纳装置包括环形绝 缘部件以及设置在隔离部件的中央孔隙中的金属接头，其中在金属接头 的外壁与隔离部件的内壁之间存在空隙，以便容纳例如硬焊料或粘合剂。 在此，接头也可拧入该隔离部件中。由此，径向向外的作用力，以及在 加热时由于接头与隔离部件的不同的膨胀形成的、接头的圆周方向的剪 切力由复合材料来补偿或吸收，由此使尤其是由陶瓷构成的隔离部件断 裂的可能性被最小化。
在此，由于会出现高温，复合材料有利地是高温粘接剂，如环氧树脂粘接剂或陶瓷粘接剂。
在此，当高温粘接剂包括由氧化铝、氧化硅或氧化镁构成的无机填
充材料时，对良好的陶瓷金属连接是有利的。为了良好的导热性，此外
也可以添加由氮化铝构成的填充材料。
在另一有利扩展方案中，该复合材料也可以是硬焊料。 为了特别是在轴向上实现接头与隔离部件连接的高稳定性，当在隔
离部件的中央孔隙中设置螺纹以容纳设置有相应螺纹的接头时是有利的。
由于良好的电绝缘特性，当隔离部件由陶瓷构成时是有利的，在此， 当隔离部件由可切削加工的玻璃陶瓷制造时，对于制造螺纹是特别适宜 的。
由于必需的导电性以及良好的导热性，接头有利地由金属或金属合 金制造，在此特别有利的是铜、青铜或黄铜。
对于在激光加工设备上的实际使用，当隔离部件在其远离接头的轴 向端上具有径向向外延伸的法兰，容纳装置通过该法兰借助锁紧螺母可 拆卸地固定在激光加工头的壳体上时是有利的。
根据本实用新型的另一扩展方案，容纳装置安装在激光加工头的壳 体上，以便将喷嘴可拆卸地固定在该壳体上，其中经过喷嘴在加工侧出 射的工作激光束由该壳体引导。
本实用新型的容纳装置具有以下的有益效果当用大激光功率加工 反射材料时和用于切割而进行的插入时，在强烈的加热金属接头时，金 属接头膨胀，由于接头与隔离件的不同的膨胀形成的沿接头的圆周方向 的剪切力被复合材料补偿或吸收，因此大大减小由陶瓷构成的隔离件的 断裂的可能性。
以下参照附图对本实用新型作进一步说明。其中
图1示出根据本实用新型的激光加工头的喷嘴区域的部分剖开的示 意性视图，以及
图2示出用于激光加工头喷嘴元件的根据本实用新型的容纳装置的 示意性截面图。
具体实施方式
在附图的不同图中，用相同的附图标号表示彼此相应的元件。
在图1中示出激光加工头10的一部分，如其与激光加工机或设备一 起使用的那样。在此，将来自激光加工设备的工作激光束穿过激光加工 头10导向工件12，如以光轴L所表示的那样。
借助锁紧螺母16，环形隔离部件18可拆卸地固定在激光加工头10 的壳体14上。接头20以套管22中心地安装在环形隔离部件18的孔隙 26中并可以不同的方式与该孔隙相连接，其中径向法兰24形成在该接头 上，如下面借助图2进一步说明的那样。例如，如在图1中所示的，接 头20可以拧入位于中央孔隙26中的螺纹28中。其中插入了销34的孔 32位于环形隔离部件18中。该销34嵌接到接头20的孔36中并例如通 过钎焊、熔焊、螺栓、压入等等方式固定在其中，以能够电接触接头20 和由此也电接触保持在该接头20中的喷嘴38。
喷嘴元件38具有喷嘴孔40和带边缘44的径向法兰42。喷嘴元件 38借助外螺纹46拧入到接头20的内螺纹48中。为了容易地将喷嘴元件 38拧入或拧出金属接头20，可以加工边缘44。例如通过圆锥形的定心面 50来对喷嘴元件38与接头20之间进行对中。
在图2中基本上单独地示出了根据本实用新型的容纳装置52，其中 示意性地表示了可拆卸固定的喷嘴元件38。来自激光加工机的工作激光 束相应于所示的光轴L穿过容纳装置52。
容纳装置52包括上面已提及的环形隔离部件18和接头20。
环形隔离部件18在其远离接头20的轴向端上具有径向向外延伸的
法兰54，通过该法兰，环形隔离部件18可以借助锁紧螺母16可拆卸地 固定在图1所示的激光加工头10的壳体14上。环形隔离部件18的直径 典型为25mm而其高度典型为12mm，但也可以按照激光加工头10的使 用范围具有其它合适的尺寸。环形隔离部件18由电绝缘材料，尤其是陶 瓷制成。
在图2所示的实施例中，螺纹28形成在隔离部件18的中央孔隙26 的内壁中，以便将接头20拧入中央孔隙26中。为此，特别有利的是， 使用可切削加工的玻璃陶瓷，如Coming股份有限公司的玻璃陶瓷Macor。 这种玻璃陶瓷可在大约80(TC的工作温度下持续使用，但是也可在大约 IOO(TC的短时峰值温度下使用。此外，这样的材料是良好的电绝缘体并 具有低导热能力。此外，该材料具有这样的优点，即不仅可粘合，而且 可硬焊接。
接头20由导电的材料，特别是金属或金属合金制造。在此重要的是， 所使用的材料具有高熔点，以在出现高温时避免材料的损坏。
这样，例如在激光切割至工件中的切入过程(Einstechprozess)，可 出现超过100(TC的局部峰值温度。为此，也必需的是，所使用的材料具 有良好的导热性，以能良好地排出和分散局部峰值温度。特别适合的材 料例如是铜、青铜或黄铜。
如下所述，可在隔离部件18的中央孔隙26中以不同的方式固定接 头20。在此，所有在下面所描述的实施例的共同点是，在中央孔隙26的 内壁与接头20的套管22的外壁之间存在缝隙或者空隙，由此避免了由 于直接接触而在径向上从接头20到包围的隔离部件18直接的力传递。
例如，隔离部件18的中央孔隙26的内壁或者接头20的套管22的 外壁可设置有螺纹或相应螺纹，以将接头20容易地拧入中央孔隙26中。 而中央孔隙26的内壁和/或接头20的套管22的外壁可以制成为是粗糙 的，以给以下所描述的复合材料以良好的支持。
在中央孔隙26的内壁与接头20的套管22的外壁之间的空隙中填入
复合材料，其一方面将接头20与隔离部件18固定连接在一起而另一方
面完成这样的任务，即在加热时接头20、特别是套管22的膨胀通过其弹 性来吸收并缓冲和衰减径向上的作用力。由此，防止了由于不同的热膨 胀系数而直接将力传递到隔离部件18上，并且使与其相关的隔离部件18 的断裂的可能性最小化。此外，为了将接头20更可靠地固定在隔离部件 18上，也可以在接头20的径向法兰24与隔离部件18的下侧之间填充复 合材料。
粘合剂或焊剂可用作复合材料。在使用粘合剂的情况下，例如环氧 树脂的高温粘合剂是特别适合的。然而也可以使用特殊的陶瓷粘合剂， 其中混有无机填充材料。在此，该填充材料可完成不同的任务，因此例 如可以增强陶瓷金属连接或提高粘合剂的导热性。在此，可能的填充材 料由氧化铝、氧化硅、氮化铝、氧化镁或氧化锌组成，其中为了将陶瓷 与铜或黄铜相连接，氧化镁或由氧化铝和氧化硅构成的混合物特别适合。
在使用焊剂的情况下，由于出现高温，硬焊料特别适合。上面已提 及的玻璃陶瓷特别适合这种情况，因为它可硬焊接并且液态的焊剂由于 毛细力的作用可流入上面所描述的套管22与隔离部件18之间的空隙中。
通过使用复合材料，该接头可以足够牢固地固定在隔离部件18内， 其中在接头和隔离部件之间的作用力可被该材料吸收，其中这些力在加 热时以及与其关联的金属接头20的膨胀中作用于环形的、包围接头20 的隔离部件18。这具有这样的优点，即通过内拉伸应力使优选为陶瓷材 料的隔离部件18的断裂可能性最小化。由此保证了容纳装置52的高可 使用性和长使用寿命。此外，避免在工件12或者激光加工头10上的其 它的、由于在激光加工头10工作时隔离部件18的断裂而造成的损坏。
权利要求1.一种容纳装置(52)，包括环形隔离部件(18)；用于可拆卸地容纳喷嘴元件(38)的、设置在所述隔离部件(18)的中央孔隙(26)中的接头(20)，该接头由热膨胀系数与所述隔离部件(18)材料的热膨胀系数不同的材料制成；其特征在于，在所述隔离部件(18)的内壁与所述接头的外壁之间的所述中央孔隙(26)内设置有复合材料，该复合材料特别是在径向上补偿所述接头(20)的膨胀与所述隔离部件的膨胀之间的差异。
2. 根据权利要求l所述的容纳装置，其特征在于，所述复合材料是 高温粘合剂。
3. 根据权利要求2所述的容纳装置，其特征在于，所述高温粘合剂 是环氧树脂粘合剂或陶瓷粘合剂。
4. 根据权利要求l所述的i纳装置，其特征在于，所述复合材料是 硬焊料。
5. 根据上述权利要求l所述的容纳装置，其特征在于，在所述隔离 部件(18)的所述中央孔隙(26)中设有用于容纳所述接头(20)的螺 纹(28)，所述接头设置有相应的螺纹。
6. 根据上述权利要求l所述的容纳装置，其特征在于，所述隔离部 件(18)由陶瓷制成。
7. 根据权利要求4所述的容纳装置，其特征在于，所述隔离部件(18) 由可切削加工的玻璃陶瓷制成。
8. 根据上述权利要求1所述的容纳装置，其特征在于，所述接头(20) 由金属或金属合金制成。
9. 根据权利要求8所述的容纳装置，其特征在于，所述接头(20) 由铜、青铜或黄铜制成。
10. 根据上述权利要求1所述的容纳装置，其特征在于，所述隔离 部件在其远离所述接头(20)的轴向端具有径向向外延伸的法兰(54)， 通过该法兰盘可借助锁紧螺母(16)将所述容纳装置(52)可拆卸地固定在所述激光加工头(10)的壳体(14)上。
11. 一种具有壳体(14)的激光加工头(10)，工作激光束通过该壳 体被引导，所述工作激光束在加工侧穿出喷嘴(38)，其特征在于，所述 喷嘴(38)借助如上述权利要求其中之一所述的容纳装置(52)可拆卸 地固定在壳体(14)上。
专利摘要本实用新型涉及一种容纳装置(52)，特别是一种用于激光加工头的喷嘴元件的容纳装置，其具有环形隔离部件(18)和设置在该隔离部件(18)的中央孔隙(26)中的接头(20)，用于可拆卸地容纳喷嘴元件(38)，该喷嘴元件由具有热膨胀系数与隔离部件(18)的材料不同的材料构成。为了在保持容纳装置(52)的介电特性的同时提高承受能力，在隔离部件(18)的内壁与接头(20)的外壁之间的中央孔隙(26)内设置了复合材料，其特别是在径向上补偿接头(20)的膨胀与隔离部件的膨胀之间的差异。
文档编号B23K26/14GK201015819SQ20062012449
公开日2008年2月6日 申请日期2006年7月28日 优先权日2006年7月28日
发明者彼得·舒伯特 申请人:普雷茨特两合公司