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WO2012003914A1 - Device and method for processing workpieces using energetic radiation with the support of process gas - Google Patents

Device and method for processing workpieces using energetic radiation with the support of process gas Download PDF

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Publication number
WO2012003914A1
WO2012003914A1 PCT/EP2011/002821 EP2011002821W WO2012003914A1 WO 2012003914 A1 WO2012003914 A1 WO 2012003914A1 EP 2011002821 W EP2011002821 W EP 2011002821W WO 2012003914 A1 WO2012003914 A1 WO 2012003914A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle
rotation
energetic
workpiece
nozzle element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/002821
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Ryll
Arnold Gillner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of WO2012003914A1 publication Critical patent/WO2012003914A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0042Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the invention relates to a device for machining workpieces with energetic radiation, in which an energetic beam can be passed through a nozzle assembly and directed together with a process gas on a workpiece with a means for deflecting the energetic beam, whereby the processing point on the workpiece can be moved two-dimensionally, wherein the nozzle assembly comprises a first and a second nozzle member and the second nozzle member comprises a nozzle head, and wherein the first and / or the second nozzle member is arranged rotatably / are.
  • the invention also relates to a corresponding method for machining workpieces with energetic radiation.
  • Preferred fields of application are laser beam cutting and laser deposition welding.
  • Another field of application is jet cleaning, in particular with a sandblast, a jet of dry ice or a plasma jet.
  • an energetic jet is to be directed onto a workpiece for processing of workpieces together with a process gas jet, which is generated and / or guided by a nozzle arrangement.
  • the energetic beam is also passed through the nozzle assembly.
  • the process gas is used for example in laser beam cutting, the expulsion of the liquid melt from the To support kerf.
  • To move the nozzle assembly over the workpiece often axis or robotic systems are used.
  • Such axis or robotic systems have a comparatively large working space, but are limited in their dynamics. Large forces and electrical currents must be used to accelerate and decelerate the system masses. Thus, such systems reach their maximum speeds only at longer cutting lengths. With shorter cutting lengths with frequent changes of direction, the axle systems are subjected to extreme mechanical stress despite only a comparatively low cutting speed. Abrupt changes in acceleration also induce vibrations that adversely affect contour accuracy.
  • DE 102008027524 B3 describes a device for laser beam cutting, in which a deflectable laser beam is directed onto a workpiece through a nozzle with a cutting gas.
  • Two disk-shaped rotatable elements in the form of a double eccentric drive serve as carriers for the nozzle head, which can thereby be moved parallel to the workpiece surface.
  • the nozzle opening can follow in this way within a processing range of the deflection movement of the laser beam.
  • the invention has for its object to provide an apparatus and a method for machining workpieces with energetic radiation and a process gas, which both a high processing speed, as well as a high contour accuracy with low or efficient consumption is made possible by process gas and wherein only a relatively low wear occurs.
  • an energetic beam is passed through a nozzle arrangement and directed together with a process gas onto a workpiece.
  • the apparatus comprises one or more means for deflecting the energetic beam, whereby the processing point on the workpiece, i. in the tool plane, can be moved two-dimensionally.
  • the nozzle arrangement has a first and a second nozzle element, wherein the second nozzle element comprises a nozzle head with a nozzle head outlet opening, and wherein the first and / or the second nozzle element is rotatably arranged / are.
  • the device is characterized in that the first and the second nozzle element are formed so that the nozzle head can be tilted by a selected depending on the deflection of the energetic beam rotation of the first and / or the second nozzle member so that the energetic beam the Run through the nozzle head outlet opening.
  • the problem underlying the invention is solved by a method for machining workpieces with energetic radiation, in which an energetic beam is passed through a nozzle arrangement and directed together with a process gas on a workpiece, wherein the processing point on the Workpiece can be displaced two-dimensionally by one or more means for deflecting the energetic jet, wherein the nozzle arrangement has a first and a second nozzle element and the second nozzle element comprises a nozzle head, wherein the first and / or the second nozzle member is rotatably disposed /, and wherein the nozzle head is tilted by a selected depending on the deflection of the energetic beam rotation of the first and / or the second nozzle member so that the energetic beam passes through the nozzle head exit opening.
  • the diameter of the die head outlet opening from 0.25 to 2 mm, even more advantages has a diameter between 0.5 and 1 mm, or the cross-sectional area of the die head outlet orifice is from 0.05 to 3 mm 2, preferably between 0.2 and 0.8 mm 2.
  • the arrangement according to the invention ensures that a comparatively large working field can be processed on the workpiece.
  • a working field while the surface to be defined on the workpiece, which alone by the deflection of the energetic beam, ie without movement of the axis system, ie without relative movement between the nozzle assembly and the workpiece, except the rotation of the first and second nozzle member, can be edited. Due to the large field of work, within which can be processed with the more dynamic scanner technology, the production times can be significantly reduced.
  • the working field has a size of at least 15 mm 2 , even greater advantages are achieved by a working field of at least 50 mm 2 , based on an assumed distance between the nozzle head outlet opening and workpiece of a maximum of 5 mm or less; In general, the distance between the nozzle head outlet opening and the workpiece is between 0.25 mm and 2 mm, preferably between 0.5 mm and 1 mm.
  • the device according to the invention can be dispensed within the working field in the apparatus according to the invention to change direction, ie the only movements of the arrangement, namely the rotation of the two nozzle elements, can preferably take place exclusively in one direction of rotation.
  • This allows higher average machining speeds to be achieved.
  • the device according to the invention is also comparatively low wear and has a long service life.
  • by eliminating changes of direction and vibrations of the system are reduced, so that a better contour accuracy and more accurate guidance of the energetic beam can be achieved.
  • the invention can be used for different types of machining of workpieces, in which a workpiece process gas accompanied with energetic radiation is applied. Possible applications are u.a. the cutting, welding or cleaning of workpieces.
  • the energetic beam can be, for example, an electron beam, a sandblast, a jet of dry ice or a plasma jet, but preferably it is electromagnetic radiation, in particular laser radiation.
  • the process gas may be, for example, nitrogen, argon, oxygen, compressed air or mixtures thereof.
  • a particularly important field of application is the laser beam cutting of workpieces.
  • An essential component of the device according to the invention is the nozzle arrangement, which has at least two nozzle elements, namely a first and a second nozzle element.
  • the second nozzle element moreover comprises in particular a nozzle head with a nozzle head outlet opening.
  • a process gas stream provided by means of a process gas supply traverses the nozzle arrangement, in particular the first and the second nozzle element, which each have an opening suitable for the passage of the gas, or at least a part of the nozzle arrangement, and passes through the nozzle head exit opening and as a process gas jet guided the workpiece.
  • the nozzle head preferably has a cross-section that tapers in the direction of the nozzle head outlet opening in a manner known per se.
  • the openings of the first and second nozzle elements including the In addition, nozzle heads are intended to ensure that the energetic beam is also passed through them.
  • At least one of the two nozzle elements is rotatably arranged, that is rotatable relative to the rest of the device attached thereto.
  • the two nozzle elements are configured such that they are arranged relative to one another and connected to one another such that the nozzle head encompassed by the second nozzle element can be tilted by a rotation of the first and / or the second nozzle element.
  • tilting the beam direction of the process gas jet and its impact on the workpiece can be changed. In this way, the process gas can be performed in a simple manner, without consuming movement of an axis or robot system within a relatively large working field on the workpiece.
  • the tilting of the nozzle head and the configuration of the nozzle elements allows the escape of a deflected, e.g. tilted, energetic beam through the nozzle head opening.
  • both nozzle elements are rotatably arranged, that is each rotatable relative to the rest of the device attached thereto. This increases the flexibility of the device and allows a particularly fast processing.
  • Both nozzle elements should be independently controllable, i. the angular position of the nozzle elements into which they are respectively rotated in their plane of rotation, as well as the direction of rotation can be adjusted independently.
  • the orientation however, its axis of rotation changes depending on the angular position of the first nozzle member.
  • a rotation of the first nozzle element causes a tilting of the axis of rotation of the second nozzle element.
  • a rotation of the second nozzle element causes a tilting of the beam direction in space.
  • An additional rotation of the first nozzle element rotates this beam direction about the axis of rotation of the first nozzle element.
  • the first nozzle element has a jet exit side, which is coupled to the jet entry side of the second nozzle element.
  • an exit plane is defined, which predetermines the plane of rotation for the rotational movement of the second nozzle member relative to the first nozzle member, in particular represents this plane of rotation or is parallel thereto.
  • the axis of rotation of the second nozzle element is preferably perpendicular to the jet exit plane of the first nozzle element.
  • the first nozzle element, in particular its beam exit side is shaped such that its exit plane is not parallel to its plane of rotation. Instead, the exit plane of the first nozzle element and its plane of rotation form a first angle, which should be designated here by ⁇ .
  • a possible embodiment of the shape of the first nozzle element has, for example, a trapezoidal cross-section.
  • the first nozzle element has a first side in a beam entry plane, which is preferably perpendicular to its axis of rotation, and a second side in a beam exit plane, wherein the beam exit plane is tilted by a first angle ⁇ with respect to the beam entry plane.
  • the first angle ⁇ is preferably 0 ⁇ lal ⁇ 15 °, particularly preferred is the range between 1.5 ° and 3 °.
  • the second nozzle element comprises on its beam exit side, ie on its side facing the workpiece, the nozzle head, which has a nozzle head outlet opening on the workpiece side.
  • the shape of the nozzle head defines a process gas jet exit plane, typically the nozzle head exit opening lies in this plane.
  • the process gas jet is with a Main movement direction, which is perpendicular to this process gas jet exit plane, led out through the nozzle head exit opening from the nozzle head.
  • the nozzle head is shaped or arranged within the device or the second nozzle element according to the invention such that the process gas jet exit plane is not parallel to the plane of rotation of the second nozzle element.
  • the process gas jet exit plane and the plane of rotation of the second nozzle element form a second angle, which should be designated here by ⁇ .
  • the nozzle head has a process gas exit axis, which is tilted by the second angle ⁇ with respect to the axis of rotation of the second nozzle element.
  • the second angle .beta. Is likewise preferably 0.ltoreq.15.degree., The range between 1.5.degree. And 3.degree. Being particularly preferred.
  • the intended for the passage of the process gas and the energetic beam opening of the first nozzle member is arranged centrally in the first nozzle member.
  • the axis of rotation of the first nozzle element passes through the first nozzle element within, preferably centrally within this opening.
  • the intended for the passage of the process gas and the energetic beam opening of the second nozzle member connects to the opening of the first nozzle member and is also centrally disposed in the second nozzle member.
  • the axis of rotation of the second nozzle element intersects the second nozzle element on its input side within, preferably centrally within the opening of the second nozzle element, preferably there it intersects the axis of rotation of the first nozzle element.
  • a conical, conically cylindrical, bizylindharide or a Lavalgeometrie can be selected for the nozzle head outlet opening.
  • the device has one or more means for deflecting the energetic beam.
  • the beam can thus be guided so that the processing point (or point of impact on the workpiece surface) in the working plane by the deflection of the beam two-dimensional, i. can be moved within the area of work.
  • the deflection of the energetic beam or the means used therefor can be designed in such a way that the energetic beam is shifted in parallel without changing the beam direction. In this way, the angle of incidence on a flat workpiece surface remains basically the same.
  • an alternative advantageous embodiment of the invention is just then given when the energetic beam can not be deflected by parallel displacement but by tilting or is deflected solely by tilting, in particular a tilting with respect to the axis of rotation of the first nozzle member.
  • This embodiment is associated with comparatively low expenditure on equipment and allows a particularly precise and rapid deflection.
  • the absorptivity can be locally modulated by employed (piercing or sluggish) beam guidance or a higher degree of absorption can be effected.
  • a suitable tilting of the laser beam can influence the flow direction of the melt and the formation of a beard.
  • a beam direction change ie, a change in the angle of incidence of the energetic beam on the workpiece causes.
  • the one or more means for deflecting the energetic beam are designed so that the beam can be deflected in all directions at least within a certain beam cone.
  • the tilting of the jet can take place relative to a central main axis, for example the axis of rotation of the first nozzle element, of the device.
  • the device according to the invention makes it possible to arrange the means for deflecting the energetic beam outside the nozzle arrangement, in particular in the beam direction in the beam path in front of the nozzle arrangement. This simplifies the apparatus design.
  • the deflection of the energetic jet takes place only in the nozzle arrangement, ie within the opening of the first and / or the second nozzle element, preferably in the transition region between the first and the second nozzle element.
  • the means for deflecting or tilting the energetic beam are preferably arranged there.
  • the process gas can be guided past the means or for the deflection or tilting of the energetic jet, for example through circulating bores, or is supplied only below this or this means.
  • the energy beam can be deflected or tilted in a direction that corresponds to the process gas exit axis, and thus the main movement direction of the process gas jet at the exit from the nozzle head exit opening or at most slightly deviates from it.
  • deflection angles for example deflection angles between 0 and 90 °
  • optical means may be used as means for deflecting this electromagnetic beam, such as mirrors or prisms or combinations thereof.
  • one or more means for deflecting or tilting the energetic beam are fixedly connected to the first and / or second nozzle element, i. stands / stand during processing in fixed positional relationship to the first and / or second nozzle element, so that the alignment of the means or for deflecting or tilting of the energetic beam relative to the beam path of the energetic beam by rotation of the first and / or second nozzle member directly is changed. In this way, the deflection of the process gas jet and the energetic jet can be coupled directly and thus take place together.
  • one or more means may be configured and arranged so that the energetic beam is tilted at a rotation of the first and / or second nozzle member so that the energetic beam passes through the nozzle head exit opening, preferably that it always passes through the nozzle head exit opening, i. at each angular position of the first and second nozzle elements.
  • the energetic beam is preferably deflected or tilted in the direction of the process gas outlet axis upon rotation of the first and / or second nozzle element.
  • the deflection of the energetic jet immediately and automatically follows the tilting of the nozzle head.
  • a control of the synchronization of the deflection of the energetic beam and the movement of the nozzle head can be dispensed with. Even complex shaped surfaces can be processed in this way very flexible, fast and without much effort.
  • the fixed connection between the means for deflecting or tilting the energetic jet and the first and / or second nozzle element can be realized in various ways, preferably the connection is adjustable.
  • a special embodiment provides, for example, to firmly connect at least a first means for deflecting or tilting the energetic beam with the first nozzle element, preferably within the opening of the nozzle first nozzle element is arranged in the beam path of the energetic beam. Due to the connection with the first nozzle element, it assumes the rotational movement of this first nozzle element during its rotation. Depending on the setting angle of the first nozzle element thus changes the orientation of the first means for deflecting or tilting of the energetic beam and thus the direction of the tilted energetic beam. At least a second means for deflecting or tilting the energetic jet is also firmly connected to the second nozzle element, in particular within the opening of the second nozzle element.
  • the two means for deflecting or tilting the energetic beam are designed and arranged relative to one another such that the energetic beam is tilted during a rotation of the first and / or second nozzle element such that the energetic beam passes through the nozzle head exit opening. It is thus possible, for example, to dispense with a complex separate scanning device in its entirety.
  • the beam guidance of the laser beam takes place directly by means of the nozzle arrangement; a synchronization between the movement of the laser beam and the nozzle arrangement is not required or takes place automatically.
  • the nozzle head is arranged displaceably within the second nozzle element.
  • the position of the nozzle head encompassed by the second nozzle element can be changed relative to other regions of the second nozzle element in one direction, in particular in the direction of the process gas exit axis, or preferably this position change can be controlled during processing.
  • the second nozzle element or the nozzle head suitable, known per se, for example, mechanical, adjusting medium.
  • the arrangement of the nozzle head on the second nozzle element in this way is variable so that the distance of the nozzle head from the first nozzle member or the distance of the nozzle head from the workpiece can be changed.
  • the arrangement of the nozzle head on the second nozzle element can be varied such that a change in the length of the process gas jet path caused by tilting of the nozzle head between the nozzle head exit opening and the processing point or impingement point of the process gas jet can be counteracted on the workpiece, preferably this change in length can be compensated.
  • the position of the nozzle head relative to the second nozzle element can be adjusted so that the length of the process gas jet path between the nozzle head outlet opening and the processing point is the same for all processing points. In this way, fluctuations in the size of the area irradiated by the process gas jet on the workpiece and thus in its intensity can be reduced or completely avoided.
  • a further embodiment of the invention provides that there is a focusing means for focusing the energetic beam, which is likewise displaceably arranged within the device, so that the degree of focusing of the energetic beam impinging on the workpiece can be changed.
  • the position of the focusing can be changed so that the path length of the beam path between the focusing and the point of impact of the energetic beam on the workpiece (even) remains unchanged when tilting the energetic beam.
  • the focusing means may for example be connected or coupled to the nozzle head, which is displaceably arranged within the second nozzle element as described above, so that the focusing means is displaced accordingly upon displacement of the nozzle head.
  • the device offers the possibility to reduce the acceleration phase of the nozzle deflection via a "dynamic bias".
  • the machining of the workpiece is started with already rotating nozzle elements.
  • a common rotation of the two nozzle elements preferably takes place initially, wherein in particular the angle of rotation ⁇ initially remains in an initial position.
  • the second nozzle element is rotated relative to the first nozzle member. In other words, only a rotation of the process gas jet takes place about its vertical axis before the beam is moved from its initial position.
  • FIG. 1 Schematic representation of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 Schematic representation of the nozzle arrangement
  • Fig. 3 Representation of the shift of the operating point from the starting point B to a point B 'within the working field
  • Fig. 4 Two different settings for the adjustment angle ⁇ and the
  • Fig. 5 Special cases: operating point B 'on the edge of the working field and
  • Fig. 6 Further schematic representation of the nozzle arrangement
  • Fig. 7 Further schematic representation of the nozzle arrangement
  • Fig. 8 Example of performing a rectangular section with the
  • Fig. 10 Calculation of the adjustment angle ⁇ and angle of rotation ⁇ for some exemplary
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the device according to the invention.
  • the device has a scanner system 1, comprising in particular two deflecting mirrors 2 as means for deflecting an electromagnetic beam 3 in the form of a tilt.
  • a focusing lens 4 is present (permanently installed within the scanner system 1), with which the electromagnetic beam 3 can be focused on the workpiece 11.
  • the focusing lens 4 is arranged, formed and dimensioned so that it can afford the desired focusing effect for all tilt angles.
  • the scanner system 1 is connected to the nozzle assembly.
  • the nozzle arrangement comprises a first nozzle element 7 designed as an upper rotor disk and a second nozzle element 17, which comprises a lower rotor disk 8 and a nozzle head 9 attached to the side facing the workpiece 11 to be machined.
  • the upper 7 and the lower rotor disks 8 in FIG This embodiment in each case the shape of a rectangular trapezoid.
  • a process gas supply 6 is present on the side facing away from the workpiece to be machined 11 of the nozzle assembly.
  • the process gas passes from the process gas supply 6 through a central opening in the upper rotor disk 7 and a central opening in the lower rotor disk 8 and through the nozzle head 9 through the nozzle head outlet opening 16 as a process gas jet 10 on the workpiece 11.
  • the deflection or tilting of the electromagnetic beam 3 and the position of the upper and lower rotor disk 7,8 and the first and second nozzle member 7,17 and the associated tilting of the nozzle head 9 are coordinated so that the electromagnetic beam 3 passes through the outlet opening 16 of the nozzle head 9 without contact and hits the workpiece 11. Since the electromagnetic beam 3 in the representation (not to scale) of the present embodiment is already tilted significantly above the nozzle arrangement, the electromagnetic beam 3 and the process gas jet arrive 10 inevitably with an angle slightly different from each other on the workpiece 11. In realistic embodiments, this deviation and the distance between the outlet opening 16 of the nozzle head 9 and the workpiece
  • the distance of the entire device to the workpiece 11 is otherwise adjustable in a conventional manner by means of a Z-axis movement device 5.
  • a double arrow is shown, which lies in each case in the plane of rotation of the respective rotor disk 7, 8 and indicates the possible directions of rotation of the respective rotor disk.
  • the rotation of the upper rotor disk 7 takes place about the central axis 13 of the device according to the invention, i. in a plane perpendicular to the central axis 13 rotation plane.
  • a rotation of the lower rotor disk 8 relative to the upper rotor disk 7 leads to a rotation of the nozzle head 9 about its own central axis or process gas outlet axis 18 and in the section shown in Fig. 2 (ia) to a pivoting movement of the nozzle head 9 about the point A.
  • Der auf the workpiece 11 projected center of the nozzle head outlet opening 16, in Fig. 2 in the starting position, in which the process gas outlet axis 18 coincides with the central axis 13, denoted by B, is thereby shifted to the point B '.
  • This displacement takes place, as shown in Fig. 3, in dependence on the rotation of the lower rotor disk 8 in the plan view of the workpiece 11 along a circular path 12.
  • the shift can on this circular path depending on the direction of rotation of the second nozzle member 17 with or against the Clockwise to be selected, as indicated by arrows.
  • a rotation of the first nozzle element or the upper rotor disk 7 causes in the 1
  • the nozzle head 9 thus generally describes a three-dimensional movement.
  • the movement space of the nozzle head 9 is similar to a circle in the supervision; On average, it generally represents an upwardly open trough-shaped path.
  • FIGS. 4 (a) and (b) show how an exemplarily selected point B "in the working field 14 is projected by different combinations of the positions of the upper 7 and lower rotor disks 8 and of the first and second nozzle elements 7, 17
  • the position of the upper rotor disk 7 (or first nozzle element 7) is determined by the adjustment angle ⁇
  • the position of the lower rotor disk 8 (or second nozzle element 17) by the angle of rotation ⁇ which the rotation the lower rotor disk 8 (or second nozzle member 17) relative to the upper rotor disk 7 (or first nozzle member 7) is parameterized in Fig.
  • the same point B " is approached, but here along the circular path 12 'and with another adjustment angle ⁇ and other angle of rotation ⁇ .
  • Fig. 6 shows a further schematic representation of an embodiment of the device according to the invention, wherein some parameters are explained.
  • H1 represents the mean height of the upper rotor disk 7, H2 the mean height of the lower rotor disk 8, H3 the effective nozzle height and H4 the distance between the nozzle head 9 and the workpiece 11.
  • the upper 7 and the lower rotor disk 8 again each have the shape of a rectangular trapezium.
  • the trapezoid angle ⁇ represents the angle between the beam entry plane of the upper rotor disk 7 and the beam exit plane of the upper rotor disk 7.
  • the trapezoid angle ⁇ in the embodiment shown corresponds to the angle between the beam entry plane of the lower rotor disk 8 and the side of the lower rotor disk 8 facing the workpiece 11 (wherein the nozzle head 9 is arranged so that the jet exit axis 18 of the nozzle head 9 is perpendicular to the workpiece 11 facing side of the lower rotor disk 8).
  • represents the angle between the process gas exit axis 18 and the axis of rotation 19 of the second nozzle element 17.
  • the tilt angle ⁇ which is marked in FIG. 7, is generally calculated (as a function of the two trapezoid angles ⁇ and ⁇ and the angle of rotation ⁇ ) by:
  • the tilt angle is thus given by the sum of the two trapeze angles ⁇ and ⁇ .
  • the projected on the workpiece 11 in the profile section shown section BB "between the center B of the working field 14 and a point B" is given by:
  • An exemplary embodiment has two rotor disks 7, 8 with equal trapezoid angles of 3 ° each. The possible tilt angle is then between 0 ° and the maximum of 6 °.
  • FIGS. 8, 9 and 10 An example of the generation of a rectangular sectional contour is described in FIGS. 8, 9 and 10.
  • the right-angled sectional contour to be produced is shown in FIG. 8 (wherein the two cut edges each have a length normalized to 1).
  • an axis system would be moved along this contour.
  • the axis system can, for example, according to the circular contour shown in Fig. 8 (ie on a circle portion of a circle with the normalized radius 1), with respect to which the two cutting edges are arranged tangentially, perform a uniform (circular) movement.
  • a scanner system moved by the axis system passes the laser radiation through Compensation movement on the desired right-angled cut contour. Coaxially and synchronously with the laser radiation, the nozzle arrangement is guided or describes the same compensation movement as the scanner system. In this way, the processing time can be significantly reduced compared to the conventional method.
  • FIG. 9 shows the compensating movement which the device according to the invention (scanner and nozzle arrangement) for the case shown in FIG. 8 has to perform in a coordinate system carried along on the axis system (which completes the circular movement according to FIG. 8)
  • This representation the shape of a pointed biconvex lens.
  • the ascending lower branch of the "lens” corresponds to the vertical portion of the section, the descending upper branch of the "lens" corresponds to the horizontal portion of the sectional contour of FIG. 8.
  • Fig. 10 (a) shows schematically again in plan view the corresponding compensating movement of the device for the rectangular section according to Fig. 8 and Fig. 9.
  • the compensatory movement is indicated by the dotted line.
  • 5 points (indicated by circled numerals 0 to 4) have been highlighted on this line (points 1 to 4 are also indicated in Fig. 8 and Fig. 9).
  • the respective adjustment angles ⁇ , of the first nozzle element 7 (or of the upper rotor disk) and the respective angles of rotation ⁇ of the second nozzle element 8 relative to the first nozzle element 7 are exemplarily indicated in the table according to FIG. 10 (b).
  • the nozzle assembly is "dynamically biased", i. the upper nozzle element 7 is already accelerated together with the lower nozzle element 8, i. rotated in this arrangement, before the machining of the workpiece 11 begins.
  • FIG. 11 shows schematically a particularly advantageous embodiment, in which a first means 2 for deflecting or tilting the energetic beam 3 within the central opening of the first nozzle element 7 and a second means 2 'for deflecting or tilting the energetic beam 3 are disposed within the central opening of the second nozzle member 17.
  • the energetic beam 3 is an electromagnetic beam; the two means 2,2 'are formed as prisms.
  • the first prism 2 is firmly connected to the first nozzle element 7, the second prism 2 'is fixedly connected to the second nozzle element 17.
  • the prisms 2, 2 ' are designed and arranged relative to one another such that the energetic beam 3 is always tilted so as to rotate the first and / or second nozzle element 7, 17 so that the energy beam 3 always automatically passes through the nozzle head outlet opening 16.
  • a focusing lens 4 is preferably present in the nozzle head 9. The supply of the process gas via the process gas supply 6 takes place in this example without limiting the generality only in the beam direction behind the focusing lens 4th
  • Fig. 12 describes a further advantageous embodiment of the device according to the invention, in which an additional Z-axis is added.
  • the second nozzle member 17 adjacent to its central opening on an adjusting means 15, with which the position of the nozzle head 9 can be changed within the second nozzle member 17;
  • the nozzle head 9 can be moved relative to the second nozzle member 17 axially along the opening of the second nozzle member 17 with this adjusting means 15.
  • the length of the process gas jet path between the nozzle head outlet opening 16 and the processing point increases without such an adjustment means 15 by a distance dz, starting from the processing point B, a processing point B 'to be processed and the nozzle head 9 is tilted accordingly.
  • This extension of the process gas jet path can be counteracted or canceled out, ie compensated, by suitable displacement of the nozzle head 9 in the direction of the workpiece 11 by means of the adjusting means 15.
  • This displacement of the nozzle head 9 is preferably carried out automatically.

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Abstract

The invention relates to a device and method for processing workpieces using energetic radiation (3), in which an energetic beam (3) is guided through a nozzle arrangement and can be directed at a workpiece (11) together with a process gas (10), said device comprising a means (1, 2) for deflecting the energetic beam (3), by means of which the processing point on the workpiece (11) can be moved two-dimensionally, wherein the nozzle arrangement has a first (7) and a second nozzle element (17) and the second nozzle element (17) comprises a nozzle head (9), and wherein the first and/or the second nozzle element (7, 17) is rotatably arranged, and furthermore the first and the second nozzle element (7, 17) are designed in such a way that the nozzle head (9) can be tilted by a rotation of the first and/or of the second nozzle element (7, 17) selected according to the deflection of the energetic beam, in such a way that the energetic beam (3) passes through the nozzle head outlet opening (16).

Description

Patentanmeldung:  Patent Application:

Vorrichtung und Verfahren zum prozessgasbegleiteten Bearbeiten von Apparatus and method for processing gas accompanied processing

Werkstücken mit energetischer Strahlung  Workpieces with energetic radiation

Anmelderin: applicant:

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.  Fraunhofer-Gesellschaft for the promotion of applied research e.V.

Technisches Anwendungsgebiet Technical application

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit energetischer Strahlung, bei der ein energetischer Strahl durch eine Düsenanordnung hindurch geführt und gemeinsam mit einem Prozessgas auf ein Werkstück gerichtet werden kann, mit einem Mittel zum Auslenken des energetischen Strahls, wodurch der Bearbeitungspunkt auf dem Werkstück zweidimensional verschoben werden kann, wobei die Düsenanordnung ein erstes und ein zweites Düsenelement aufweist und das zweite Düsenelement einen Düsenkopf umfasst, und wobei das erste und/oder das zweite Düsenelement rotierbar angeordnet ist/sind. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit energetischer Strahlung. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind das Laserstrahlschneiden und das Laserauftragsschweißen. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist das Strahlreinigen, insbesondere mit einem Sandstrahl, einem Strahl aus Trockeneis oder einem Plasmastrahl. The invention relates to a device for machining workpieces with energetic radiation, in which an energetic beam can be passed through a nozzle assembly and directed together with a process gas on a workpiece with a means for deflecting the energetic beam, whereby the processing point on the workpiece can be moved two-dimensionally, wherein the nozzle assembly comprises a first and a second nozzle member and the second nozzle member comprises a nozzle head, and wherein the first and / or the second nozzle member is arranged rotatably / are. The invention also relates to a corresponding method for machining workpieces with energetic radiation. Preferred fields of application are laser beam cutting and laser deposition welding. Another field of application is jet cleaning, in particular with a sandblast, a jet of dry ice or a plasma jet.

Stand der Technik State of the art

In vielen Anwendungsgebieten ist zum Bearbeiten von Werkstücken ein energetischer Strahl zusammen mit einem Prozessgasstrahl, welcher von einer Düsenanordnung erzeugt und/oder geführt wird, auf ein Werkstück zu richten. Typischerweise wird der energetische Strahl dabei ebenfalls durch die Düsenanordnung geführt. Das Prozessgas dient beispielsweise beim Laserstrahlschneiden dazu, den Austrieb der flüssigen Schmelze aus der Schnittfuge zu unterstützen. Um die Düsenanordnung über das Werkstück zu bewegen, werden oft Achs- oder Robotersysteme eingesetzt. In many fields of application, an energetic jet is to be directed onto a workpiece for processing of workpieces together with a process gas jet, which is generated and / or guided by a nozzle arrangement. Typically, the energetic beam is also passed through the nozzle assembly. The process gas is used for example in laser beam cutting, the expulsion of the liquid melt from the To support kerf. To move the nozzle assembly over the workpiece, often axis or robotic systems are used.

Derartige Achs- oder Robotersysteme verfügen über einen vergleichsweise großen Arbeitsraum, sind aber in ihrer Dynamik eingeschränkt. Es müssen große Kräfte und elektrische Ströme eingesetzt werden, um die Systemmassen zu beschleunigen und abzubremsen. So erreichen derartige Systeme ihre Höchstgeschwindigkeiten erst bei größeren Schnittlängen. Bei kürzeren Schnittlängen mit häufigen Richtungswechseln werden die Achssysteme trotz lediglich vergleichsweise geringer Schnittgeschwindigkeit mechanisch extrem belastet. Durch abrupte Beschleunigungswechsel werden zudem Schwingungen induziert, die sich nachteilig auf die Konturgenauigkeit auswirken. Such axis or robotic systems have a comparatively large working space, but are limited in their dynamics. Large forces and electrical currents must be used to accelerate and decelerate the system masses. Thus, such systems reach their maximum speeds only at longer cutting lengths. With shorter cutting lengths with frequent changes of direction, the axle systems are subjected to extreme mechanical stress despite only a comparatively low cutting speed. Abrupt changes in acceleration also induce vibrations that adversely affect contour accuracy.

Es ist auch bekannt, die energetische Strahlung mittels eines Scanner-Systems auszulenken. Dadurch sind aufgrund der vergleichsweise geringen bewegten Massen der Scanner-Spiegel grundsätzlich höhere Geschwindigkeiten und Genauigkeiten in der Positionierung der energetischen Strahlung erreichbar. Allerdings ist bei unbewegter Düse das Arbeitsfeld stark eingeschränkt und/oder die Düsenöffnung muss einen geeignet großen Querschnitt aufweisen, um einen Austritt der ausgelenkten energetischen Strahlung zu ermöglichen, was mit einem stark erhöhten Gasdurchsatz verbunden ist. It is also known to deflect the energetic radiation by means of a scanner system. As a result, due to the comparatively low moving masses of the scanner mirror, generally higher speeds and accuracies in the positioning of the energetic radiation can be achieved. However, with a stationary nozzle, the working field is severely limited and / or the nozzle opening must have a suitably large cross-section in order to allow an exit of the deflected energetic radiation, which is associated with a greatly increased gas throughput.

Die DE 102008027524 B3 beschreibt eine Vorrichtung zum Laserstrahlschneiden, bei der ein auslenkbarer Laserstrahl auf ein Werkstück durch eine Düse mit einem Schneidgas gerichtet ist. Dabei dienen zwei scheibenförmige rotierbare Elemente in Form eines Doppelexzenterantriebs als Träger für den Düsenkopf, welcher dadurch parallel zur Werkstückoberfläche bewegt werden kann. Die Düsenöffnung kann auf diese Weise innerhalb eines Bearbeitungsbereichs der Auslenkbewegung des Laserstrahls folgen. DE 102008027524 B3 describes a device for laser beam cutting, in which a deflectable laser beam is directed onto a workpiece through a nozzle with a cutting gas. Two disk-shaped rotatable elements in the form of a double eccentric drive serve as carriers for the nozzle head, which can thereby be moved parallel to the workpiece surface. The nozzle opening can follow in this way within a processing range of the deflection movement of the laser beam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit energetischer Strahlung und einem Prozessgas bereitzustellen, womit sowohl eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, als auch eine hohe Konturgenauigkeit bei gleichzeitig geringem bzw. effizientem Verbrauch von Prozessgas ermöglicht wird und wobei lediglich ein vergleichsweise geringer Verschleiß auftritt. The invention has for its object to provide an apparatus and a method for machining workpieces with energetic radiation and a process gas, which both a high processing speed, as well as a high contour accuracy with low or efficient consumption is made possible by process gas and wherein only a relatively low wear occurs.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen entnehmen. The solution of this technical problem is achieved by a method and a device according to the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are indicated by the dependent claims or can be taken from the following description and the exemplary embodiments.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit energetischer Strahlung wird ein energetischer Strahl durch eine Düsenanordnung hindurch geführt und gemeinsam mit einem Prozessgas auf ein Werkstück gerichtet. Die Vorrichtung weist ein oder mehrere Mittel zum Auslenken des energetischen Strahls auf, wodurch der Bearbeitungspunkt auf dem Werkstück, d.h. in der Werkzeugebene, zweidimensional verschoben werden kann. Die Düsenanordnung weist ein erstes und ein zweites Düsenelement auf, wobei das zweite Düsenelement einen Düsenkopf mit einer Düsenkopfaustrittsöffnung umfasst, und wobei das erste und/oder das zweite Düsenelement rotierbar angeordnet ist/sind. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste und das zweite Düsenelement so ausgebildet sind, dass der Düsenkopf durch eine abhängig von der Auslenkung des energetischen Strahls gewählten Rotation des ersten und/oder des zweiten Düsenelements so verkippt werden kann, dass der energetische Strahl die Düsenkopfaustrittsöffnung durchläuft. In the device according to the invention for processing workpieces with energetic radiation, an energetic beam is passed through a nozzle arrangement and directed together with a process gas onto a workpiece. The apparatus comprises one or more means for deflecting the energetic beam, whereby the processing point on the workpiece, i. in the tool plane, can be moved two-dimensionally. The nozzle arrangement has a first and a second nozzle element, wherein the second nozzle element comprises a nozzle head with a nozzle head outlet opening, and wherein the first and / or the second nozzle element is rotatably arranged / are. The device is characterized in that the first and the second nozzle element are formed so that the nozzle head can be tilted by a selected depending on the deflection of the energetic beam rotation of the first and / or the second nozzle member so that the energetic beam the Run through the nozzle head outlet opening.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird das der Erfindung zu Grunde liegende Problem durch ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit energetischer Strahlung gelöst, bei dem ein energetischer Strahl durch eine Düsenanordnung hindurch geführt und gemeinsam mit einem Prozessgas auf ein Werkstück gerichtet wird, wobei der Bearbeitungspunkt auf dem Werkstück durch ein oder mehrere Mittel zum Auslenken des energetischen Strahls zweidimensional verschoben werden kann, wobei die Düsenanordnung ein erstes und ein zweites Düsenelement aufweist und das zweite Düsenelement einen Düsenkopf umfasst, wobei das erste und/oder das zweite Düsenelement rotierbar angeordnet ist/sind, und wobei der Düsenkopf durch eine abhängig von der Auslenkung des energetischen Strahls gewählten Rotation des ersten und/oder des zweiten Düsenelements so verkippt wird, dass der energetische Strahl die Düsenkopfaustrittsöffnung durchläuft. According to a further aspect, the problem underlying the invention is solved by a method for machining workpieces with energetic radiation, in which an energetic beam is passed through a nozzle arrangement and directed together with a process gas on a workpiece, wherein the processing point on the Workpiece can be displaced two-dimensionally by one or more means for deflecting the energetic jet, wherein the nozzle arrangement has a first and a second nozzle element and the second nozzle element comprises a nozzle head, wherein the first and / or the second nozzle member is rotatably disposed /, and wherein the nozzle head is tilted by a selected depending on the deflection of the energetic beam rotation of the first and / or the second nozzle member so that the energetic beam passes through the nozzle head exit opening.

Eine derartige Vorrichtung bzw. Verfahren, bei der/dem die energetische Strahlung und die Düsenanordnung miteinander synchronisiert bzw. aufeinander abgestimmt werden bzw. sind, ermöglicht es, für die Düsenkopfaustrittsöffnung einen kleinen Querschnitt vorzusehen, wodurch der Verbrauch von Prozessgas gering gehalten werden kann. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Düsenkopfaustrittsöffnung zwischen 0.25 und 2 mm, noch größere Vorzüge hat ein Durchmesser zwischen 0.5 und 1 mm, oder die Querschnittsfläche der Düsenkopfaustrittsöffnung beträgt zwischen 0.05 und 3 mm2, vorzugsweise zwischen 0.2 und 0.8 mm2. Such a device or method in which the energetic radiation and the nozzle arrangement are synchronized with each other or are matched to one another, makes it possible to provide a small cross section for the nozzle head outlet opening, whereby the consumption of process gas can be kept low. Preferably, the diameter of the die head outlet opening from 0.25 to 2 mm, even more advantages has a diameter between 0.5 and 1 mm, or the cross-sectional area of the die head outlet orifice is from 0.05 to 3 mm 2, preferably between 0.2 and 0.8 mm 2.

Trotz der kleinen Düsenkopfaustrittsöffnung gewährleistet die erfindungsgemäße Anordnung, dass ein vergleichsweise großes Arbeitsfeld auf dem Werkstück bearbeitet werden kann. Als Arbeitsfeld soll dabei die Fläche auf dem Werkstück definiert sein, welche allein durch die Auslenkung des energetischen Strahls, also ohne Bewegung des Achssystems, d.h. ohne Relativbewegung zwischen der Düsenanordnung und dem Werkstück, ausgenommen die Rotation des ersten und zweiten Düsenelements, bearbeitet werden kann. Aufgrund des großen Arbeitsfeldes, innerhalb dem mit der dynamischeren Scanner-Technologie bearbeitet werden kann, können die Fertigungszeiten erheblich verringert werden. Vorzugsweise hat das Arbeitsfeld eine Größe von mindestens 15 mm2, noch größere Vorteile werden durch ein Arbeitsfeld von mindestens 50 mm2 erreicht, bezogen auf einen angenommenen Abstand zwischen Düsenkopfaustrittsöffnung und Werkstück von maximal 5 mm oder darunter; im Allgemeinen beträgt der Abstand zwischen Düsenkopfaustrittsöffnung und Werkstück zwischen 0,25 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1 mm. Despite the small nozzle head outlet opening, the arrangement according to the invention ensures that a comparatively large working field can be processed on the workpiece. As a working field while the surface to be defined on the workpiece, which alone by the deflection of the energetic beam, ie without movement of the axis system, ie without relative movement between the nozzle assembly and the workpiece, except the rotation of the first and second nozzle member, can be edited. Due to the large field of work, within which can be processed with the more dynamic scanner technology, the production times can be significantly reduced. Preferably, the working field has a size of at least 15 mm 2 , even greater advantages are achieved by a working field of at least 50 mm 2 , based on an assumed distance between the nozzle head outlet opening and workpiece of a maximum of 5 mm or less; In general, the distance between the nozzle head outlet opening and the workpiece is between 0.25 mm and 2 mm, preferably between 0.5 mm and 1 mm.

Vorteilhafterweise kann innerhalb des Arbeitsfeldes bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Richtungswechsel verzichtet werden, d.h. die einzigen Bewegungen der Anordnung, nämlich die Rotation der zwei Düsenelemente, können vorzugsweise ausschließlich jeweils in einer Drehrichtung stattfinden. Dadurch können höhere Durchschnittsgeschwindigkeiten bei der Bearbeitung erzielt werden. Durch das Entfallen von Richtungswechsel bzw. der dabei auftretenden Kräfte ist die erfindungsgemäße Vorrichtung darüber hinaus vergleichsweise verschleißarm und weist eine hohe Lebensdauer auf. Außerdem werden durch das Entfallen von Richtungswechseln auch Schwingungen des Systems reduziert, so dass eine bessere Konturgenauigkeit bzw. genauere Führung des energetischen Strahls erreicht werden kann. Advantageously, can be dispensed within the working field in the apparatus according to the invention to change direction, ie the only movements of the arrangement, namely the rotation of the two nozzle elements, can preferably take place exclusively in one direction of rotation. This allows higher average machining speeds to be achieved. By eliminating change of direction or the forces occurring, the device according to the invention is also comparatively low wear and has a long service life. In addition, by eliminating changes of direction and vibrations of the system are reduced, so that a better contour accuracy and more accurate guidance of the energetic beam can be achieved.

Die Erfindung kann für unterschiedliche Arten der Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt werden, bei denen ein Werkstück prozessgasbegleitet mit energetischer Strahlung beaufschlagt wird. Mögliche Anwendungen sind u.a. das Schneiden, Schweißen oder Reinigen von Werkstücken. Bei dem energetischen Strahl kann es sich beispielsweise um einen Elektronenstrahl, einen Sandstrahl, um einen Strahl aus Trockeneis oder einen Plasmastrahl handeln, vorzugsweise handelt es sich jedoch um elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung. Beim Prozessgas kann es sich beispielsweise um Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Druckluft oder deren Gemische handeln. The invention can be used for different types of machining of workpieces, in which a workpiece process gas accompanied with energetic radiation is applied. Possible applications are u.a. the cutting, welding or cleaning of workpieces. The energetic beam can be, for example, an electron beam, a sandblast, a jet of dry ice or a plasma jet, but preferably it is electromagnetic radiation, in particular laser radiation. The process gas may be, for example, nitrogen, argon, oxygen, compressed air or mixtures thereof.

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet ist das Laserstrahlschneiden von Werkstücken. A particularly important field of application is the laser beam cutting of workpieces.

Wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Düsenanordnung, welche zumindest zwei Düsenelemente, nämlich ein erstes und ein zweites Düsenelement aufweist. Das zweite Düsenelement umfasst darüber hinaus insbesondere einen Düsenkopf mit einer Düsenkopfaustrittsöffnung. Bei der Bearbeitung durchquert ein mittels einer Prozessgaszuführung bereitgestellter Prozessgasstrom die Düsenanordnung, insbesondere das erste und das zweite Düsenelement, welche hierfür jeweils eine für den Durchlass des Gases geeignete Öffnung aufweisen, oder zumindest einen Teil der Düsenanordnung und wird durch die Düsenkopfaustrittsöffnung hindurch und als Prozessgasstrahl auf das Werkstück geführt. Der Düsenkopf hat vorzugsweise hierzu in an sich bekannter Weise einen sich in Richtung der Düsenkopfaustrittsöffnung verjüngenden Querschnitt. Die Öffnungen des ersten und zweiten Düsenelements inklusive des Düsenkopfes sind darüber hinaus dafür vorgesehen, dass auch der energetische Strahl durch sie hindurch geführt wird. An essential component of the device according to the invention is the nozzle arrangement, which has at least two nozzle elements, namely a first and a second nozzle element. The second nozzle element moreover comprises in particular a nozzle head with a nozzle head outlet opening. During processing, a process gas stream provided by means of a process gas supply traverses the nozzle arrangement, in particular the first and the second nozzle element, which each have an opening suitable for the passage of the gas, or at least a part of the nozzle arrangement, and passes through the nozzle head exit opening and as a process gas jet guided the workpiece. The nozzle head preferably has a cross-section that tapers in the direction of the nozzle head outlet opening in a manner known per se. The openings of the first and second nozzle elements including the In addition, nozzle heads are intended to ensure that the energetic beam is also passed through them.

Mindestens eines der beiden Düsenelemente ist rotierbar angeordnet, also rotierbar relativ zur übrigen Vorrichtung an dieser befestigt. Die beiden Düsenelemente sind derart ausgebildet, relativ zueinander angeordnet und miteinander verbunden, dass der vom zweiten Düsenelement umfasste Düsenkopf durch eine Rotation des ersten und/oder des zweiten Düsenelements verkippt werden kann. Durch die Verkippung kann die Strahlrichtung des Prozessgasstrahls und dessen Auftreffort auf dem Werkstück verändert werden. Auf diese Weise kann auch das Prozessgas auf einfache Weise, ohne aufwändige Bewegung eines Achs- oder Robotersystems innerhalb eines vergleichsweise großen Arbeitsfeldes auf das Werkstück geführt werden. Die Verkippung des Düsenkopfes und die Ausgestaltung der Düsenelemente ermöglicht den Austritt eines ausgelenkten, z.B. verkippten, energetischen Strahls durch die Düsenkopföffnung. At least one of the two nozzle elements is rotatably arranged, that is rotatable relative to the rest of the device attached thereto. The two nozzle elements are configured such that they are arranged relative to one another and connected to one another such that the nozzle head encompassed by the second nozzle element can be tilted by a rotation of the first and / or the second nozzle element. By tilting the beam direction of the process gas jet and its impact on the workpiece can be changed. In this way, the process gas can be performed in a simple manner, without consuming movement of an axis or robot system within a relatively large working field on the workpiece. The tilting of the nozzle head and the configuration of the nozzle elements allows the escape of a deflected, e.g. tilted, energetic beam through the nozzle head opening.

Es hat erhebliche Vorteile, wenn beide Düsenelemente rotierbar angeordnet, also jeweils rotierbar relativ zur übrigen Vorrichtung an dieser befestigt sind. Dies erhöht die Flexibilität der Vorrichtung und ermöglicht eine besonders schnelle Bearbeitung. Beide Düsenelemente sollten unabhängig voneinander angesteuert werden können, d.h. die Winkelstellung der Düsenelemente, in die diese jeweils in ihrer Rotationsebene verdreht werden, wie auch die Drehrichtung kann unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Einstellung der Winkelstellung des ersten Düsenelements lässt sich beispielsweise durch einen Stellwinkel ε (0° <= ε < 360°), die des zweiten Düsenelements durch einen Verdrehwinkel δ (0° <= δ < 360°), welcher die Verdrehung des zweiten Düsenelements relativ zum ersten Düsenelements angibt, parametrisieren (jeweils definiert in Bezug auf eine festgelegte Ausgangsstellung). It has considerable advantages if both nozzle elements are rotatably arranged, that is each rotatable relative to the rest of the device attached thereto. This increases the flexibility of the device and allows a particularly fast processing. Both nozzle elements should be independently controllable, i. the angular position of the nozzle elements into which they are respectively rotated in their plane of rotation, as well as the direction of rotation can be adjusted independently. The setting of the angular position of the first nozzle member can be, for example, by an adjustment angle ε (0 ° <= ε <360 °), the second nozzle member by a twist angle δ (0 ° <= δ <360 °), which the rotation of the second nozzle member relative to the first nozzle element parameterize (each defined with respect to a fixed starting position).

Die Winkelstellung bzw. der Verdrehwinkel wie auch die Drehrichtung des zweiten Düsenelements kann zwar frei, d.h. unabhängig von der Stellung oder Drehrichtung des ersten Düsenelements, eingestellt werden, die Ausrichtung seiner Rotationsachse verändert sich jedoch abhängig von der Winkelstellung des ersten Düsenelements. Anders ausgedrückt bewirkt eine Rotation des ersten Düsenelements eine Verkippung der Rotationsachse des zweiten Düsenelements. Eine Rotation des zweiten Düsenelementes bewirkt eine Verkippung der Strahlrichtung im Raum. Eine zusätzliche Rotation des ersten Düsenelementes dreht diese Strahlrichtung um die Rotationsachse des ersten Düsenelementes. Although the angular position or the angle of rotation as well as the direction of rotation of the second nozzle member can be adjusted freely, ie independently of the position or direction of rotation of the first nozzle member, the orientation however, its axis of rotation changes depending on the angular position of the first nozzle member. In other words, a rotation of the first nozzle element causes a tilting of the axis of rotation of the second nozzle element. A rotation of the second nozzle element causes a tilting of the beam direction in space. An additional rotation of the first nozzle element rotates this beam direction about the axis of rotation of the first nozzle element.

Das erste Düsenelement weist hierfür eine Strahlaustrittseite auf, die mit der Strahleintrittsseite des zweiten Düsenelements gekoppelt ist. Durch die geometrische Form des ersten Düsenelements an dessen Strahlaustrittsseite wird dabei eine Austrittsebene definiert, die die Rotationsebene für die Rotationsbewegung des zweiten Düsenelements relativ zum ersten Düsenelement vorgibt, insbesondere diese Rotationsebene darstellt oder parallel dazu steht. Anders ausgedrückt liegt die Rotationsachse des zweiten Düsenelements vorzugsweise senkrecht zur Strahlaustrittsebene des ersten Düsenelements. Das erste Düsenelement, insbesondere seine Strahlaustrittsseite, ist derart geformt, dass seine Austrittsebene nicht parallel zu seiner Rotationsebene liegt. Stattdessen bilden die Austrittsebene des ersten Düsenelements und dessen Rotationsebene einen ersten Winkel, der hier mit α bezeichnet sein soll. Eine hierfür mögliche Ausgestaltung der Form des ersten Düsenelements weist beispielsweise einen trapezförmigen Querschnitt auf. Anders ausgedrückt weist das erste Düsenelement in einer Strahleintrittsebene, die vorzugsweise senkrecht zu seiner Rotationsachse liegt, eine erste Seite und in einer Strahlaustrittsebene eine zweite Seite auf, wobei die Strahlaustrittsebene gegenüber der Strahleintrittsebene um einen ersten Winkel α verkippt ist. Der erste Winkel α beträgt vorzugsweise 0 < lal < 15°, besonders vorgezogen ist der Bereich zwischen 1.5° und 3°. For this purpose, the first nozzle element has a jet exit side, which is coupled to the jet entry side of the second nozzle element. By the geometric shape of the first nozzle member at the beam exit side while an exit plane is defined, which predetermines the plane of rotation for the rotational movement of the second nozzle member relative to the first nozzle member, in particular represents this plane of rotation or is parallel thereto. In other words, the axis of rotation of the second nozzle element is preferably perpendicular to the jet exit plane of the first nozzle element. The first nozzle element, in particular its beam exit side, is shaped such that its exit plane is not parallel to its plane of rotation. Instead, the exit plane of the first nozzle element and its plane of rotation form a first angle, which should be designated here by α. A possible embodiment of the shape of the first nozzle element has, for example, a trapezoidal cross-section. In other words, the first nozzle element has a first side in a beam entry plane, which is preferably perpendicular to its axis of rotation, and a second side in a beam exit plane, wherein the beam exit plane is tilted by a first angle α with respect to the beam entry plane. The first angle α is preferably 0 <lal <15 °, particularly preferred is the range between 1.5 ° and 3 °.

Das zweite Düsenelement umfasst auf seiner Strahlaustrittsseite, d.h. auf seiner dem Werkstück zugewandten Seite den Düsenkopf, welcher werkstückseitig eine Düsenkopfaustrittsöffnung aufweist. Durch die Form des Düsenkopfes wird eine Prozessgasstrahlaustrittsebene festgelegt, typischerweise liegt die Düsenkopfaustrittsöffnung in dieser Ebene. Der Prozessgasstrahl wird mit einer Hauptbewegungsrichtung, die senkrecht zu dieser Prozessgasstrahlaustrittsebene liegt, durch die Düsenkopfaustrittsöffnung aus dem Düsenkopf hinausgeführt. Gemäß einer besonders vorgezogenen Ausgestaltung der Erfindung ist der Düsenkopf derart geformt oder innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des zweiten Düsenelements angeordnet, dass die Prozessgasstrahlaustrittsebene nicht parallel zu der Rotationsebene des zweiten Düsenelements liegt. Stattdessen bilden die Prozessgasstrahlaustrittsebene und die Rotationsebene des zweiten Düsenelements einen zweiten Winkel, der hier mit ß bezeichnet sein soll. Anders formuliert weist der Düsenkopf eine Prozessgasaustrittsachse auf, die gegenüber der Rotationsachse des zweiten Düsenelements um den zweiten Winkel ß verkippt ist. Der zweite Winkel ß beträgt ebenfalls vorzugsweise 0 < Ißl < 15°, besonders vorgezogen ist der Bereich zwischen 1.5° und 3°. Durch die Rotation beider Düsenelemente kann bei solcher Anordnung eine besonders hohe Bewegungsflexibilität des Düsenkopfes erreicht werden. The second nozzle element comprises on its beam exit side, ie on its side facing the workpiece, the nozzle head, which has a nozzle head outlet opening on the workpiece side. The shape of the nozzle head defines a process gas jet exit plane, typically the nozzle head exit opening lies in this plane. The process gas jet is with a Main movement direction, which is perpendicular to this process gas jet exit plane, led out through the nozzle head exit opening from the nozzle head. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the nozzle head is shaped or arranged within the device or the second nozzle element according to the invention such that the process gas jet exit plane is not parallel to the plane of rotation of the second nozzle element. Instead, the process gas jet exit plane and the plane of rotation of the second nozzle element form a second angle, which should be designated here by β. In other words, the nozzle head has a process gas exit axis, which is tilted by the second angle β with respect to the axis of rotation of the second nozzle element. The second angle .beta. Is likewise preferably 0.ltoreq.15.degree., The range between 1.5.degree. And 3.degree. Being particularly preferred. By the rotation of both nozzle elements, a particularly high flexibility of movement of the nozzle head can be achieved in such an arrangement.

Trotz der auf diese Weise ermöglichten starken Ablenkung des energetischen Strahls und des großen Arbeitsfeldes liegt der Masseschwerpunkt für beide Düsenelemente vergleichsweise nahe an deren jeweiligen Rotationsachse. Dies führt zu vergleichsweise geringen auftretenden Kräften bei Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen und infolge dessen zu reduzierten Schwingungen und einer höheren Positioniergenauigkeit. Despite the strong deflection of the energetic jet and the large working field made possible in this manner, the center of gravity for both nozzle elements is comparatively close to their respective axis of rotation. This leads to comparatively low forces occurring during acceleration and deceleration processes and as a result to reduced vibrations and a higher positioning accuracy.

Die zur Durchleitung des Prozessgases und des energetischen Strahls vorgesehene Öffnung des ersten Düsenelements ist zentral im ersten Düsenelement angeordnet. Vorzugsweise durchquert die Rotationsachse des ersten Düsenelements das erste Düsenelement innerhalb, vorzugsweise mittig innerhalb dieser Öffnung. Die zur Durchleitung des Prozessgases und des energetischen Strahls vorgesehene Öffnung des zweiten Düsenelements schließt sich an die Öffnung des ersten Düsenelements an und ist ebenfalls zentral im zweiten Düsenelement angeordnet. Die Rotationsachse des zweiten Düsenelements schneidet das zweite Düsenelement an seiner Eingangsseite innerhalb, vorzugsweise mittig innerhalb der Öffnung des zweiten Düsenelements, vorzugsweise schneidet sie dort die Rotationsachse des ersten Düsenelements. Aufgrund der geringen Größe der Düsenkopfaustrittsöffnung des an der Ausgangsseite des zweiten Düsenelements angeordneten Düsenkopfes und der Verkippung der Rotationsachse des zweiten Düsenelements gegenüber der Prozessgasaustrittsachse des Düsenkopfes durchschneidet die Rotationsachse des zweiten Düsenelements den Düsenkopf bzw. das zweite Düsenelement ausgangsseitig dagegen typischerweise außerhalb der Düsenkopfaustrittsöffnung. The intended for the passage of the process gas and the energetic beam opening of the first nozzle member is arranged centrally in the first nozzle member. Preferably, the axis of rotation of the first nozzle element passes through the first nozzle element within, preferably centrally within this opening. The intended for the passage of the process gas and the energetic beam opening of the second nozzle member connects to the opening of the first nozzle member and is also centrally disposed in the second nozzle member. The axis of rotation of the second nozzle element intersects the second nozzle element on its input side within, preferably centrally within the opening of the second nozzle element, preferably there it intersects the axis of rotation of the first nozzle element. Due to the small size of the nozzle head outlet opening at the On the output side of the second nozzle element arranged nozzle head and the tilting of the axis of rotation of the second nozzle member relative to the process gas exit axis of the nozzle head, the axis of rotation of the second nozzle member, the nozzle head and the second nozzle member on the output side, however, typically outside the nozzle head outlet opening.

Für die Düsenkopfaustrittsöffnung kann beispielsweise eine konische, konischzylindrische, bizylindrische oder eine Lavalgeometrie gewählt werden. For example, a conical, conically cylindrical, bizylindrische or a Lavalgeometrie can be selected for the nozzle head outlet opening.

Die Vorrichtung weist ein oder mehrere Mittel zum Auslenken des energetischen Strahls auf. Der Strahl kann damit so geführt werden, dass der Bearbeitungspunkt (bzw. Auftreffpunkt auf der Werkstückoberfläche) in der Bearbeitungsebene durch die Auslenkung des Strahls zweidimensional, d.h. innerhalb des flächigen Arbeitsfeldes verschoben werden kann. Die Auslenkung des energetischen Strahls bzw. das oder die dafür verwendeten Mittel können so ausgebildet sein, dass der energetische Strahl dabei - ohne Änderung der Strahlrichtung - parallel verschoben wird. Auf diese Weise bleibt der Auftreffwinkel auf einer ebenen Werkstückoberfläche grundsätzlich gleich. The device has one or more means for deflecting the energetic beam. The beam can thus be guided so that the processing point (or point of impact on the workpiece surface) in the working plane by the deflection of the beam two-dimensional, i. can be moved within the area of work. The deflection of the energetic beam or the means used therefor can be designed in such a way that the energetic beam is shifted in parallel without changing the beam direction. In this way, the angle of incidence on a flat workpiece surface remains basically the same.

Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch gerade dann gegeben, wenn der energetische Strahl nicht durch Parallelverschiebung sondern mittels einer Verkippung ausgelenkt werden kann oder allein durch eine Verkippung ausgelenkt wird, insbesondere einer Verkippung gegenüber der Rotationsachse des ersten Düsenelements. Diese Ausgestaltung ist mit vergleichsweise geringem apparativem Aufwand verbunden und erlaubt eine besonders präzise und schnelle Auslenkung. Darüber hinaus kann durch angestellte (stechende oder schleppende) Strahlführung der Absorptionsgrad lokal moduliert werden bzw. es kann ein höherer Absorptionsgrad bewirkt werden. Im Übrigen kann bei bestimmten Laseranwendungen durch eine geeignete Verkippung des Laserstrahls auf die Fließrichtung der Schmelze und die Bartbildung Einfluss genommen werden. However, an alternative advantageous embodiment of the invention is just then given when the energetic beam can not be deflected by parallel displacement but by tilting or is deflected solely by tilting, in particular a tilting with respect to the axis of rotation of the first nozzle member. This embodiment is associated with comparatively low expenditure on equipment and allows a particularly precise and rapid deflection. In addition, the absorptivity can be locally modulated by employed (piercing or sluggish) beam guidance or a higher degree of absorption can be effected. Incidentally, in certain laser applications, a suitable tilting of the laser beam can influence the flow direction of the melt and the formation of a beard.

Indem der energetische Strahl bei dieser Ausführungsform der Erfindung durch eine Verkippung ausgelenkt wird, wird somit eine Strahlrichtungsänderung, d.h. eine Änderung des Auftreffwinkels des energetischen Strahls auf dem Werkstück bewirkt. Vorzugsweise sind die ein oder mehreren Mittel zum Auslenken des energetischen Strahls so ausgebildet, dass der Strahl zumindest innerhalb eines bestimmten Strahlkegels in alle Richtungen ausgelenkt werden kann. Die Verkippung des Strahls kann dabei relativ zu einer zentralen Hauptachse, etwa der Rotationsachse des ersten Düsenelements, der Vorrichtung erfolgen. Vorzugsweise sind beliebige Verkippwinkel zwischen 0° und 3°, vorzugsweise zwischen 0° und 10°, einstellbar, noch größere Vorteile werden durch eine Einstellbarkeit zwischen 0° und 30° erzielt. Dadurch ist ein großes Arbeitsfeld realisierbar. By deflecting the energetic beam in this embodiment of the invention by tilting, thus, a beam direction change, ie, a change in the angle of incidence of the energetic beam on the workpiece causes. Preferably, the one or more means for deflecting the energetic beam are designed so that the beam can be deflected in all directions at least within a certain beam cone. The tilting of the jet can take place relative to a central main axis, for example the axis of rotation of the first nozzle element, of the device. Preferably, any tilt angle between 0 ° and 3 °, preferably between 0 ° and 10 °, adjustable, even greater advantages are achieved by adjustability between 0 ° and 30 °. This makes a large field of work feasible.

Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten, insbesondere der Verkippung des Düsenkopfes ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, das oder die Mittel zum Auslenken des energetischen Strahls außerhalb der Düsenanordnung, insbesondere in Strahlrichtung im Strahlengang vor der Düsenanordnung anzuordnen. Dies vereinfacht den apparativen Aufbau. Due to the geometric conditions, in particular the tilting of the nozzle head, the device according to the invention makes it possible to arrange the means for deflecting the energetic beam outside the nozzle arrangement, in particular in the beam direction in the beam path in front of the nozzle arrangement. This simplifies the apparatus design.

Besondere Vorteile hat es jedoch, wenn die Auslenkung des energetischen Strahls erst in der Düsenanordnung, d.h. innerhalb der Öffnung des ersten und/oder des zweiten Düsenelements erfolgt, vorzugsweise im Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Düsenelement. Entsprechend werden das oder die Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls vorzugsweise dort angeordnet. Das Prozessgas kann in diesem Fall beispielsweise an dem oder die Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls vorbeigeführt werden, etwa durch umlaufenden Bohrungen, oder wird erst unterhalb dieses oder dieser Mittel zugeführt . Auf diese Weise kann der energetische Strahl in eine Richtung ausgelenkt bzw. verkippt werden, die der Prozessgasaustrittsachse, und damit der Hauptbewegungsrichtung des Prozessgasstrahls bei Austritt aus der Düsenkopfaustrittsöffnung entspricht oder allenfalls davon geringfügig abweicht. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, besonders große Auslenkwinkel, etwa Auslenkwinkel zwischen 0 und 90°, einzustellen, so dass die Vorrichtung nicht nur für die Bearbeitung von annähernd ebenen Flächen, sondern auch etwa von halbkugelförmigen Flächen oder anderen komplexer geformten Flächen und damit quasi für eine 3D-Bearbeitung besonders gut geeignet ist Für Anwendungen, bei denen ein elektromagnetischer Strahl zur Bearbeitung eingesetzt wird, können als Mittel zum Auslenken dieses elektromagnetischen Strahls insbesondere ein oder mehrere, z.B. reflektive oder refraktive, optische Mittel eingesetzt werden, wie etwa Spiegel oder Prismen bzw. Kombinationen daraus. However, it has particular advantages if the deflection of the energetic jet takes place only in the nozzle arrangement, ie within the opening of the first and / or the second nozzle element, preferably in the transition region between the first and the second nozzle element. Accordingly, the means for deflecting or tilting the energetic beam are preferably arranged there. In this case, for example, the process gas can be guided past the means or for the deflection or tilting of the energetic jet, for example through circulating bores, or is supplied only below this or this means. In this way, the energy beam can be deflected or tilted in a direction that corresponds to the process gas exit axis, and thus the main movement direction of the process gas jet at the exit from the nozzle head exit opening or at most slightly deviates from it. In this embodiment, it is possible, in particular, to set particularly large deflection angles, for example deflection angles between 0 and 90 °, so that the device is not only used for machining approximately flat surfaces, but also approximately for hemispherical surfaces or other complex shaped surfaces and thus, as it were is particularly well suited for 3D editing For applications in which an electromagnetic beam is used for processing, in particular one or more, eg reflective or refractive, optical means may be used as means for deflecting this electromagnetic beam, such as mirrors or prisms or combinations thereof.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls mit dem ersten und/oder zweiten Düsenelement fest verbunden, d.h. steht/stehen während der Bearbeitung in fester Lagebeziehung zum ersten und/oder zweiten Düsenelement, so dass die Ausrichtung des oder der Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls relativ zum Strahlengang des energetischen Strahls durch Drehung des ersten und/oder zweiten Düsenelements unmittelbar verändert wird. Auf diese Weise kann die Auslenkung des Prozessgasstrahls und des energetischen Strahls unmittelbar gekoppelt werden und somit gemeinsam erfolgen. Insbesondere können ein oder mehrere Mittel so ausgestaltet und angeordnet sein, dass der energetische Strahl bei einer Verdrehung des ersten und/oder zweiten Düsenelements so verkippt wird, dass der energetische Strahl die Düsenkopfaustrittsöffnung durchläuft, vorzugsweise dass er die Düsenkopfaustrittsöffnung stets durchläuft, d.h. bei jeder Winkelstellung des ersten und zweiten Düsenelements. Der energetische Strahl wird bei Drehung des ersten und/oder zweiten Düsenelements vorzugsweise in die Richtung der Prozessgasaustrittsachse ausgelenkt bzw. verkippt. Anders ausgedrückt folgt die Auslenkung des energetischen Strahls unmittelbar und automatisch der Verkippung des Düsenkopfes. Somit kann auf eine Steuerung der Synchronisation der Auslenkung des energetischen Strahls und der Bewegung des Düsenkopfes verzichtet werden. Auch komplex geformte Flächen können auf diese Weise sehr flexibel, schnell und ohne großen Aufwand bearbeitet werden. Die feste Verbindung zwischen dem oder den Mitteln zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls und dem ersten und/oder zweiten Düsenelement kann auf verschiedene Weise realisiert sein, vorzugsweise ist die Verbindung justierbar. In a further advantageous embodiment of the invention, one or more means for deflecting or tilting the energetic beam are fixedly connected to the first and / or second nozzle element, i. stands / stand during processing in fixed positional relationship to the first and / or second nozzle element, so that the alignment of the means or for deflecting or tilting of the energetic beam relative to the beam path of the energetic beam by rotation of the first and / or second nozzle member directly is changed. In this way, the deflection of the process gas jet and the energetic jet can be coupled directly and thus take place together. In particular, one or more means may be configured and arranged so that the energetic beam is tilted at a rotation of the first and / or second nozzle member so that the energetic beam passes through the nozzle head exit opening, preferably that it always passes through the nozzle head exit opening, i. at each angular position of the first and second nozzle elements. The energetic beam is preferably deflected or tilted in the direction of the process gas outlet axis upon rotation of the first and / or second nozzle element. In other words, the deflection of the energetic jet immediately and automatically follows the tilting of the nozzle head. Thus, a control of the synchronization of the deflection of the energetic beam and the movement of the nozzle head can be dispensed with. Even complex shaped surfaces can be processed in this way very flexible, fast and without much effort. The fixed connection between the means for deflecting or tilting the energetic jet and the first and / or second nozzle element can be realized in various ways, preferably the connection is adjustable.

Eine spezielle Ausgestaltung sieht beispielsweise vor, zumindest ein erstes Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls fest mit dem ersten Düsenelement zu verbinden, wobei es vorzugsweise innerhalb der Öffnung des ersten Düsenelements im Strahlengang des energetischen Strahls angeordnet wird. Aufgrund der Verbindung mit dem ersten Düsenelement übernimmt es dabei die Rotationsbewegung dieses ersten Düsenelements bei dessen Drehung. Abhängig vom Stellwinkel des ersten Düsenelements ändert sich somit die Ausrichtung des ersten Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls und damit die Richtung des verkippten energetischen Strahls. Zumindest ein zweites Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls wird darüber hinaus fest mit dem zweiten Düsenelement, insbesondere innerhalb der Öffnung des zweiten Düsenelements verbunden. Entsprechend übernimmt es aufgrund der Verbindung mit dem zweiten Düsenelement die Rotationsbewegung dieses zweiten Düsenelements bei dessen Drehung. Somit übernimmt es auch die Verkippung seiner Rotationsachse bei Rotation des ersten Düsenelements. Die beiden Mittel zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass der energetischer Strahl bei einer Verdrehung des ersten und/oder zweiten Düsenelements so verkippt wird, dass der energetische Strahl die Düsenkopfaustrittsöffnung durchläuft. Es ist somit beispielsweise möglich, auf eine komplexe separate Scan-Einrichtung in Gänze zu verzichten. Die Strahlführung des Laserstrahls erfolgt unmittelbar mittels der Düsenanordnung; eine Synchronisation zwischen der Bewegung des Laserstrahls und der Düsenanordnung ist nicht erforderlich bzw. erfolgt automatisch. A special embodiment provides, for example, to firmly connect at least a first means for deflecting or tilting the energetic beam with the first nozzle element, preferably within the opening of the nozzle first nozzle element is arranged in the beam path of the energetic beam. Due to the connection with the first nozzle element, it assumes the rotational movement of this first nozzle element during its rotation. Depending on the setting angle of the first nozzle element thus changes the orientation of the first means for deflecting or tilting of the energetic beam and thus the direction of the tilted energetic beam. At least a second means for deflecting or tilting the energetic jet is also firmly connected to the second nozzle element, in particular within the opening of the second nozzle element. Accordingly, due to the connection with the second nozzle element, it assumes the rotational movement of this second nozzle element during its rotation. Thus, it also takes over the tilting of its axis of rotation during rotation of the first nozzle member. The two means for deflecting or tilting the energetic beam are designed and arranged relative to one another such that the energetic beam is tilted during a rotation of the first and / or second nozzle element such that the energetic beam passes through the nozzle head exit opening. It is thus possible, for example, to dispense with a complex separate scanning device in its entirety. The beam guidance of the laser beam takes place directly by means of the nozzle arrangement; a synchronization between the movement of the laser beam and the nozzle arrangement is not required or takes place automatically.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Düsenkopf innerhalb des zweiten Düsenelements verschiebbar angeordnet. Die Lage des vom zweiten Düsenelement umfassten Düsenkopf kann relativ zu anderen Bereichen des zweiten Düsenelements in eine Richtung, insbesondere in Richtung der Prozessgasaustrittsachse verändert werden, bzw. vorzugsweise kann diese Lageveränderung während der Bearbeitung gesteuert werden. Hierfür weist das zweite Düsenelement bzw. der Düsenkopf geeignete, an sich bekannte, z.B. mechanische, Verstell mittel auf. Vorzugsweise ist die Anordnung des Düsenkopfes am zweiten Düsenelement auf diese Weise derart variierbar, dass der Abstand des Düsenkopfes vom ersten Düsenelement bzw. der Abstand des Düsenkopfes vom Werkstück verändert werden kann. Dies erhöht die Flexibilität der Vorrichtung, da somit die Größe der vom Prozessgasstrahl bestrahlten Fläche auf dem Werkstück einstellbar und somit dessen Intensität einfach steuerbar ist. Besondere Vorteile hat es, wenn die Anordnung des Düsenkopfes am zweiten Düsenelement derart variiert werden kann, dass einer durch Verkippung des Düsenkopfes verursachten Änderung der Länge des Prozessgasstrahlengangs zwischen der Düsenkopfaustrittsöffnung und dem Bearbeitungspunkt bzw. Auftreffpunkt des Prozessgasstrahls auf dem Werkstück entgegengewirkt werden kann, vorzugsweise kann diese Längenänderung ausgeglichen werden. Anders ausgedrückt kann für jeden Bearbeitungspunkt innerhalb des Arbeitsfeldes die Lage des Düsenkopfes relativ zum zweiten Düsenelement so eingestellt werden, dass die Länge des Prozessgasstrahlengangs zwischen der Düsenkopfaustrittsöffnung und dem Bearbeitungspunkt für alle Bearbeitungspunkte gleich ist. Auf diese Weise können Schwankungen in der Größe der vom Prozessgasstrahl bestrahlten Fläche auf dem Werkstück und damit in dessen Intensität verringert oder vollständig vermieden werden. In a further advantageous embodiment of the invention, the nozzle head is arranged displaceably within the second nozzle element. The position of the nozzle head encompassed by the second nozzle element can be changed relative to other regions of the second nozzle element in one direction, in particular in the direction of the process gas exit axis, or preferably this position change can be controlled during processing. For this purpose, the second nozzle element or the nozzle head suitable, known per se, for example, mechanical, adjusting medium. Preferably, the arrangement of the nozzle head on the second nozzle element in this way is variable so that the distance of the nozzle head from the first nozzle member or the distance of the nozzle head from the workpiece can be changed. This increases the flexibility of the device, since thus the size of the surface irradiated by the process gas jet on the workpiece and thus its intensity is easily controlled. It has particular advantages if the arrangement of the nozzle head on the second nozzle element can be varied such that a change in the length of the process gas jet path caused by tilting of the nozzle head between the nozzle head exit opening and the processing point or impingement point of the process gas jet can be counteracted on the workpiece, preferably this change in length can be compensated. In other words, for each processing point within the working field, the position of the nozzle head relative to the second nozzle element can be adjusted so that the length of the process gas jet path between the nozzle head outlet opening and the processing point is the same for all processing points. In this way, fluctuations in the size of the area irradiated by the process gas jet on the workpiece and thus in its intensity can be reduced or completely avoided.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht im Übrigen vor, dass ein Fokussierm ittel zur Fokussierung des energetischen Strahls vorhanden ist, welches ebenfalls innerhalb der Vorrichtung verschiebbar angeordnet ist, so dass der Fokussierungsgrad des auf dem Werkstück auftreffenden energetischen Strahls veränderbar ist. Vorzugsweise kann die Lage des Fokussiermittels derart verändert werden, dass die Weglänge des Strahlengangs zwischen dem Fokussiermittel und dem Auftreffpunkt des energetischen Strahls auf dem Werkstück (auch) bei Verkippung des energetischen Strahls unverändert bleibt. Dadurch ist es möglich, während der Bearbeitung den Fokussierungsgrad der energetischen Strahlung weitgehend konstant zu halten. Das Fokussiermittel kann beispielsweise mit dem Düsenkopf verbunden oder gekoppelt sein, der wie oben beschrieben innerhalb des zweiten Düsenelements verschiebbar angeordnet ist, so dass das Fokussiermittel bei Verschiebung des Düsenkopfes entsprechend mitverschoben wird. Incidentally, a further embodiment of the invention provides that there is a focusing means for focusing the energetic beam, which is likewise displaceably arranged within the device, so that the degree of focusing of the energetic beam impinging on the workpiece can be changed. Preferably, the position of the focusing can be changed so that the path length of the beam path between the focusing and the point of impact of the energetic beam on the workpiece (even) remains unchanged when tilting the energetic beam. This makes it possible to keep the degree of focus of the energetic radiation largely constant during processing. The focusing means may for example be connected or coupled to the nozzle head, which is displaceably arranged within the second nozzle element as described above, so that the focusing means is displaced accordingly upon displacement of the nozzle head.

Für das Laserschneiden ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der verkippten Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Prozessgas insbesondere einen verbesserten Schmelzaustrieb, so dass ein besonders glatter und gratfreier Schnitt erzielt werden kann. Darüber hinaus bietet die Vorrichtung die Möglichkeit, über eine "dynamische Vorspannung" die Beschleunigungsphase der Düsenauslenkung zu reduzieren. Dabei wird die Bearbeitung des Werkstücks mit bereits rotierenden Düsenelementen begonnen. Anders ausgedrückt findet vorzugsweise zunächst eine gemeinsame Rotation beider Düsenelemente statt, wobei insbesondere der Verdrehwinkel δ zunächst in einer Ausgangsstellung verharrt. Erst mit oder nach Beginn der Bearbeitung, insbesondere Bestrahlung des Werkstücks mit energetischer Strahlung bzw. dem Prozessgasstrahls, wird das zweite Düsenelement gegenüber dem ersten Düsenelement verdreht. Anders ausgedrückt findet erst eine Rotation des Prozessgasstrahls um seine Hochachse statt bevor der Strahl aus seiner Ausgangslage bewegt wird. For the laser cutting process of the invention allows due to the tilted loading of the workpiece with the process gas in particular an improved Schmelzaustrieb, so that a particularly smooth and burr-free cut can be achieved. In addition, the device offers the possibility to reduce the acceleration phase of the nozzle deflection via a "dynamic bias". The machining of the workpiece is started with already rotating nozzle elements. In other words, a common rotation of the two nozzle elements preferably takes place initially, wherein in particular the angle of rotation δ initially remains in an initial position. Only with or after the start of processing, in particular irradiation of the workpiece with energy radiation or the process gas jet, the second nozzle element is rotated relative to the first nozzle member. In other words, only a rotation of the process gas jet takes place about its vertical axis before the beam is moved from its initial position.

Aufgrund des großen Arbeitsfeldes, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet werden kann, ohne dass eine translatorische Relativbewegung zwischen der gesamten Vorrichtung und dem Werkstück erforderlich ist, genügt in vielen Anwendungsfällen allein die Auslenkung des energetischen Strahls zusammen mit dem synchron beaufschlagten Prozessgas, um einen Bearbeitungsschritt, etwa die Herstellung einer Schweißnaht oder eines Schnittes, vollständig durchzuführen. Auf die Bewegung der Vorrichtung durch ein Achs-/Robotersystem während der Bearbeitung kann verzichtet werden. Dies erlaubt eine besonders schnelle und präzise Bearbeitung. Ein konventionelles Achs/Robotersystem wird zusätzlich für eine Relativbewegung zwischen zwei Bearbeitungsschritten eingesetzt. Weiterhin können sich vorteilhafte Prozesseffekte bei der Überlagerung der Vorschubbewegung durch Kreis- oder Achterfiguren ergeben. Due to the large working field, which can be processed with the device according to the invention, without a translational relative movement between the entire device and the workpiece is required, sufficient in many applications alone the deflection of the energetic beam together with the synchronously acted upon process gas to a processing step, For example, the production of a weld or a cut to complete. On the movement of the device by an axis / robotic system during processing can be omitted. This allows a particularly fast and precise processing. A conventional axis / robot system is additionally used for a relative movement between two processing steps. Furthermore, advantageous process effects can result in the superposition of the feed movement by circular or figure eight figures.

Besondere Vorteile hat jedoch gerade die Bearbeitung bei kombinierter Bewegung mittels eines Achs-/Robotersystems und eines Scannersystems. Auf diese Weise ist eine großflächige Bearbeitung mit hoher Dynamik und Geschwindigkeit und vergleichsweise hoher Präzision möglich. Dabei erfolgt die Bewegung des Achs- /Robotersystems während der Bearbeitung vorzugsweise gleichförmig, also ohne Beschleunigung oder Abbremsung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Special advantages, however, have just the processing of combined movement by means of an axis / robot system and a scanner system. In this way, a large-scale machining with high dynamics and speed and comparatively high precision is possible. The movement of the axle / robot system during machining preferably takes place uniformly, ie without acceleration or deceleration. Brief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: The present invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawings without limiting the scope of protection specified by the claims. Hereby show:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung Fig. 2: Schematische Darstellung der Düsenanordnung Fig. 1 Schematic representation of a first embodiment of the invention Fig. 2: Schematic representation of the nozzle arrangement

Fig. 3: Darstellung der Verschiebung des Arbeitspunktes vom Ausgangspunkt B zu einem Punkt B' innerhalb des Arbeitsfeldes Fig. 3: Representation of the shift of the operating point from the starting point B to a point B 'within the working field

Fig. 4: Zwei verschiedene Einstellmöglichkeiten für den Stellwinkel ε und den Fig. 4: Two different settings for the adjustment angle ε and the

Verdrehwinkel δ zur Ansteuerung eines Punktes B".  Angle of rotation δ for driving a point B ".

Fig. 5: Spezialfälle: Arbeitspunkt B' auf dem Rand des Arbeitsfeldes und Fig. 5: Special cases: operating point B 'on the edge of the working field and

Arbeitspunkt B auf der Zentralachse (Ausgangsstellung)  Operating point B on the central axis (initial position)

Fig. 6: Weitere schematische Darstellung der Düsenanordnung Fig. 6: Further schematic representation of the nozzle arrangement

Fig. 7: Weitere schematische Darstellung der Düsenanordnung Fig. 7: Further schematic representation of the nozzle arrangement

Fig. 8: Beispiel für die Durchführung eines rechtwinkligen Schnitts mit der Fig. 8: Example of performing a rectangular section with the

erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Vorrichtung auf einer Kreisbahn durch ein Achssystem bewegt wird  Device according to the invention, in which the device is moved on a circular path through an axis system

Fig. 9: Darstellung der Ausgleichsbewegung der erfindungsgemäßen Fig. 9: Representation of the compensating movement of the invention

Vorrichtung für das in Fig. 8 beschriebene Beispiel in einem auf dem Achssystem mitgeführten Koordinatensystem  Device for the example described in FIG. 8 in a coordinate system carried on the axis system

Fig. 10: Berechnung der Stellwinkel ε und Verdrehwinkel δ für einige beispielhafte Fig. 10: Calculation of the adjustment angle ε and angle of rotation δ for some exemplary

Punkte des Beispiels aus Fig. 8 und 9  Points of the example of FIGS. 8 and 9

Weitere schematische Darstellung der Düsenanordnung mit innerhalb des ersten bzw. zweiten Düsenelements angeordneten Auslenkmitteln Fig. 12: Weitere schematische Darstellung der Düsenanordnung mit zusätzlichem Verstell mittel für den Düsenkopf Further schematic representation of the nozzle arrangement with arranged within the first and second nozzle element deflection means Fig. 12: Further schematic representation of the nozzle assembly with additional adjustment medium for the nozzle head

Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist ein Scanner-System 1 auf, umfassend insbesondere zwei Umlenkspiegel 2 als Mittel zur Auslenkung eines elektromagnetischen Strahls 3 in Form einer Verkippung. Im Strahlengang ist eine Fokussierlinse 4 vorhanden (innerhalb des Scanner-Systems 1 fest eingebaut), mit der der elektromagnetische Strahl 3 auf das Werkstück 11 fokussiert werden kann. Die Fokussierlinse 4 ist so angeordnet, ausgebildet und dimensioniert, dass sie die gewünschte Fokussierwirkung für alle Verkippwinkel leisten kann. Das Scanner-System 1 ist mit der Düsenanordnung verbunden. Die Düsenanordnung umfasst ein als obere Rotorscheibe ausgebildetes erstes Düsenelement 7 und ein zweites Düsenelement 17, welches eine untere Rotorscheibe 8 umfasst sowie einen an deren dem zu bearbeitenden Werkstück 11 zugewandter Seite befestigter Düsenkopf 9. Im Profilschnitt weisen die obere 7 und die untere Rotorscheibe 8 in dieser Ausführungsform jeweils die Form eines rechtwinkligen Trapezes auf. An der dem zu bearbeitenden Werkstück 11 abgewandten Seite der Düsenanordnung ist eine Prozessgaszuführung 6 vorhanden. Das Prozessgas gelangt von der Prozessgaszuführung 6 durch eine zentrale Öffnung in der oberen Rotorscheibe 7 und eine zentrale Öffnung in der unteren Rotorscheibe 8 und durch den Düsenkopf 9 durch die Düsenkopfaustrittsöffnung 16 als Prozessgasstrahl 10 auf das Werkstück 11. Die Auslenkung bzw. Verkippung des elektromagnetischen Strahls 3 und die Stellung der oberen und der unteren Rotorscheibe 7,8 bzw. des ersten und des zweiten Düsenelements 7,17 und der damit verbundenen Verkippung des Düsenkopf 9 sind so miteinander abgestimmt, dass der elektromagnetischen Strahl 3 die Austrittsöffnung 16 des Düsenkopfs 9 berührungslos durchläuft und auf das Werkstück 11 trifft. Da der elektromagnetische Strahl 3 in der (nicht maßstabsgetreuen) Darstellung der vorliegenden Ausführungsform bereits deutlich oberhalb der Düsenanordnung verkippt wird, gelangen der elektromagnetische Strahl 3 und der Prozessgasstrahl 10 zwangsläufig zwar mit einem voneinander leicht verschiedenen Winkel auf das Werkstück 11. In realistischen Ausgestaltungen sind diese Abweichung sowie der Abstand zwischen der Austrittsöffnung 16 des Düsenkopfs 9 und dem WerkstückFig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the device according to the invention. The device has a scanner system 1, comprising in particular two deflecting mirrors 2 as means for deflecting an electromagnetic beam 3 in the form of a tilt. In the beam path, a focusing lens 4 is present (permanently installed within the scanner system 1), with which the electromagnetic beam 3 can be focused on the workpiece 11. The focusing lens 4 is arranged, formed and dimensioned so that it can afford the desired focusing effect for all tilt angles. The scanner system 1 is connected to the nozzle assembly. The nozzle arrangement comprises a first nozzle element 7 designed as an upper rotor disk and a second nozzle element 17, which comprises a lower rotor disk 8 and a nozzle head 9 attached to the side facing the workpiece 11 to be machined. In profile section, the upper 7 and the lower rotor disks 8 in FIG This embodiment in each case the shape of a rectangular trapezoid. On the side facing away from the workpiece to be machined 11 of the nozzle assembly, a process gas supply 6 is present. The process gas passes from the process gas supply 6 through a central opening in the upper rotor disk 7 and a central opening in the lower rotor disk 8 and through the nozzle head 9 through the nozzle head outlet opening 16 as a process gas jet 10 on the workpiece 11. The deflection or tilting of the electromagnetic beam 3 and the position of the upper and lower rotor disk 7,8 and the first and second nozzle member 7,17 and the associated tilting of the nozzle head 9 are coordinated so that the electromagnetic beam 3 passes through the outlet opening 16 of the nozzle head 9 without contact and hits the workpiece 11. Since the electromagnetic beam 3 in the representation (not to scale) of the present embodiment is already tilted significantly above the nozzle arrangement, the electromagnetic beam 3 and the process gas jet arrive 10 inevitably with an angle slightly different from each other on the workpiece 11. In realistic embodiments, this deviation and the distance between the outlet opening 16 of the nozzle head 9 and the workpiece

11 hinreichend klein, dass der elektromagnetische Strahl 3 und der Prozessgasstrahl 10 auf dieselbe Stelle der Werkstückoberfläche 11 treffen, bzw. der elektromagnetische Strahl 3 an der Auftreffstelle auf dem Werkstück 11 vom Prozessgasstrahl 10 umhüllt wird. Der Abstand der gesamten Vorrichtung zum Werkstück 11 ist im Übrigen in an sich bekannter Weise mittels einer Z- Achsenbewegungseinrichtung 5 einstellbar. 11 sufficiently small that the electromagnetic beam 3 and the process gas jet 10 hit the same location of the workpiece surface 11, or the electromagnetic beam 3 is enveloped at the point of impact on the workpiece 11 from the process gas jet 10. The distance of the entire device to the workpiece 11 is otherwise adjustable in a conventional manner by means of a Z-axis movement device 5.

In der zentralen Öffnung der oberen und der unteren Rotorscheibe 7,8 ist jeweils ein Doppelpfeil dargestellt, welcher jeweils in der Rotationsebene der jeweiligen Rotorscheibe 7,8 liegt und die möglichen Rotationsrichtungen der jeweiligen Rotorscheibe anzeigt. Die Rotation der oberen Rotorscheibe 7 erfolgt um die Zentralachse 13 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d.h. in einer senkrecht zur Zentralachse 13 liegenden Rotationsebene. In the central opening of the upper and lower rotor disks 7, 8, a double arrow is shown, which lies in each case in the plane of rotation of the respective rotor disk 7, 8 and indicates the possible directions of rotation of the respective rotor disk. The rotation of the upper rotor disk 7 takes place about the central axis 13 of the device according to the invention, i. in a plane perpendicular to the central axis 13 rotation plane.

Eine Drehung der unteren Rotorscheibe 8 relativ zur oberen Rotorscheibe 7 führt zu einer Rotation des Düsenkopfs 9 um dessen eigene Mittelachse bzw. Prozessgasaustrittsachse 18 sowie im gezeigten Schnitt in Fig. 2 (i.a.) zu einer Schwenkbewegung des Düsenkopfes 9 um den Punkt A. Der auf das Werkstück 11 projizierte Mittelpunkt der Düsenkopfaustrittsöffnung 16, in Fig. 2 in der Ausgangsstellung, in der die Prozessgasaustrittsachse 18 mit der Zentralachse 13 übereinstimmt, mit B bezeichnet, wird dabei in den Punkt B' verschoben. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit stellt Punkt B' im dargestellten Beispiel einen Punkt dar, der bei einer Stellung der oberen 7 und der unteren Rotorscheibe 8 resultiert, welche eine maximale Verkippung des Düsenkopfes 9 von der Zentralachse 13 (= Rotationsachse des ersten Düsenelements 7) verursacht. A rotation of the lower rotor disk 8 relative to the upper rotor disk 7 leads to a rotation of the nozzle head 9 about its own central axis or process gas outlet axis 18 and in the section shown in Fig. 2 (ia) to a pivoting movement of the nozzle head 9 about the point A. Der auf the workpiece 11 projected center of the nozzle head outlet opening 16, in Fig. 2 in the starting position, in which the process gas outlet axis 18 coincides with the central axis 13, denoted by B, is thereby shifted to the point B '. Without loss of generality, point B 'in the illustrated example represents a point resulting in a position of the upper 7 and the lower rotor disk 8, which causes a maximum tilt of the nozzle head 9 from the central axis 13 (= rotation axis of the first nozzle member 7).

Diese Verschiebung erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt, in Abhängigkeit der Rotation der unteren Rotorscheibe 8 in der Aufsicht auf das Werkstück 11 entlang einer Kreisbahn 12. Die Verschiebung kann auf dieser Kreisbahn in Abhängigkeit von der Drehrichtung des zweiten Düsenelements 17 mit oder entgegen dem Uhrzeigersinn gewählt werden, wie durch Pfeile angedeutet. Eine Drehung des ersten Düsenelements bzw. der oberen Rotorscheibe 7 verursacht in der 1 This displacement takes place, as shown in Fig. 3, in dependence on the rotation of the lower rotor disk 8 in the plan view of the workpiece 11 along a circular path 12. The shift can on this circular path depending on the direction of rotation of the second nozzle member 17 with or against the Clockwise to be selected, as indicated by arrows. A rotation of the first nozzle element or the upper rotor disk 7 causes in the 1

Projektion eine zusätzliche Verdrehung der in Fig. 3 beschriebenen Kreisbewegung 12 um die Hochachse bzw. Zentralachse 13 des Systems. Dadurch erhält man insgesamt ein kreisförmiges Arbeitsfeld 14 mit Radius Rmax. innerhalb dessen jeder Punkt sich mit zumindest einer Stellung der oberen 7 und der unteren Rotorscheibe 8 als projizierter Mittelpunkt der Düsenkopfaustrittsöffnung 16 ergibt und somit für die Bearbeitung erreicht werden kann. Das resultierende Arbeitsfeld 14 wird durch die Geometrie der Rotorscheiben 7,8, des Düsenkopfes 9 und durch den Abstand der Vorrichtung bzw. der Düsenkopfaustrittsöffnung 16 zum Werkstück 11 bestimmt. Projection an additional rotation of the circular motion 12 described in Fig. 3 about the vertical axis and central axis 13 of the system. This gives a total of a circular working field 14 with radius R ma x. within which each point results in at least one position of the upper 7 and the lower rotor disk 8 as a projected center of the nozzle head outlet opening 16 and thus can be achieved for processing. The resulting working field 14 is determined by the geometry of the rotor disks 7, 8, of the nozzle head 9 and by the distance of the device or of the nozzle head outlet opening 16 from the workpiece 11.

Der Düsenkopf 9 beschreibt im Allgemeinen somit eine dreidimensionale Bewegung. Der Bewegungsraum des Düsenkopfes 9 gleicht in der Aufsicht einem Kreis; im Schnitt stellt er im Allgemeinen eine nach oben geöffnete wannenförmige Bahn dar. The nozzle head 9 thus generally describes a three-dimensional movement. The movement space of the nozzle head 9 is similar to a circle in the supervision; On average, it generally represents an upwardly open trough-shaped path.

In Fig. 4 (a) und (b) ist dargestellt, wie sich ein beispielhaft gewählter Punkt B" im Arbeitsfeld 14 durch unterschiedliche Kombinationen der Stellungen der oberen 7 und unteren Rotorscheibe 8 bzw. des ersten und des zweiten Düsenelements 7,17 als projizierter Mittelpunkt der Düsenkopfaustrittsöffnung 16 ergibt und ansteuern lässt. Die Stellung der oberen Rotorscheibe 7 (bzw. erstes Düsenelement 7) wird dabei durch den Stellwinkel ε, die Stellung der unteren Rotorscheibe 8 (bzw. zweites Düsenelement 17) durch den Verdrehwinkel δ, welcher die Verdrehung der unteren Rotorscheibe 8 (bzw. zweites Düsenelement 17) relativ zur oberen Rotorscheibe 7 (bzw. erstes Düsenelement 7) angibt, parametrisiert. In Fig. 4 (a) weist die obere Rotorscheibe 7 einen großen Stellwinkel von ε = 330° auf. Bei einer Verdrehung der unteren Rotorscheibe 8 relativ zur oberen 7 wandert der projizierte Mittelpunkt der Düsenkopfaustrittsöffnung 16 auf der Kreisbahn 12. Bei einem Verdrehwinkel von δ = 78° ist dabei Punkt B" erreicht. In Fig. 4 (b) wird derselbe Punkt B" angefahren, hier allerdings entlang der Kreisbahn 12' und mit anderem Stellwinkel ε und anderem Verdrehwinkel δ. Für alle Zielpunkte im Arbeitsfeld 14 mit einem Radius R mit 0 < R < Rmax lassen sich auf diese Weise grundsätzlich zwei Kombinationen aus Stell- und Verdrehwinkel finden. FIGS. 4 (a) and (b) show how an exemplarily selected point B "in the working field 14 is projected by different combinations of the positions of the upper 7 and lower rotor disks 8 and of the first and second nozzle elements 7, 17 The position of the upper rotor disk 7 (or first nozzle element 7) is determined by the adjustment angle ε, the position of the lower rotor disk 8 (or second nozzle element 17) by the angle of rotation δ, which the rotation the lower rotor disk 8 (or second nozzle member 17) relative to the upper rotor disk 7 (or first nozzle member 7) is parameterized in Fig. 4 (a), the upper rotor disk 7 has a large adjustment angle of ε = 330 ° a rotation of the lower rotor disk 8 relative to the upper 7 moves the projected center of the nozzle head outlet opening 16 on the circular path 12. At a twist angle of δ = 78 ° is reached point B ". In Fig. 4 (b) the same point B "is approached, but here along the circular path 12 'and with another adjustment angle ε and other angle of rotation δ. For all target points in the working field 14 with a radius R with 0 <R <R max can be basically find two combinations of setting and torsion angle in this way.

In Fig. 5 (a) ist nochmals der Spezialfall dargestellt, dass ein am Rand des Arbeitsfeldes 14 befindlicher Punkt B', d.h. ein Punkt mit R = Rmax, angefahren werden soll. Hierfür muss der Düsenkopf 9 maximal ausgelenkt, d.h. relativ zur Zentralachse 13 maximal verkippt werden. Dies wird nur bei genau einem Verdrehwinkel δ erreicht (bei der hier dargestellten Ausführungsform und Nomenklatur bei einem Verdrehwinkel von δ = 180°). Für jeden Punkt auf dem Rand des Arbeitsfeldes 14 existiert demnach offensichtlich genau eine mögliche Kombination aus Stellwinkel und dem festen Verdrehwinkel. In Fig. 5 (a), the special case is again shown that a located at the edge of the working field 14 point B ', ie a point with R = R max , approached shall be. For this purpose, the nozzle head 9 must be deflected maximum, that is tilted relative to the central axis 13 maximum. This is achieved only at exactly one angle of rotation δ (in the embodiment shown here and nomenclature at a twist angle of δ = 180 °). For each point on the edge of the working field 14 therefore obviously exists exactly one possible combination of angle and the fixed angle of rotation.

In Fig. 5 (b) soll der Düsenkopf 9 im Mittelpunkt des Arbeitsfeldes (R = 0) positioniert werden, d.h. der Düsenkopf 9 soll nicht ausgelenkt werden. Dies legt den Verdrehwinkel eindeutig fest (bei der hier dargestellten Ausführungsform und Nomenklatur ist der Verdrehwinkel δ = 0°). Die obere Rotorscheibe 7 (bzw. erstes Düsenelement) kann beliebig eingestellt werden (gezeigt sind zwei beispielhafte Einstellungen) oder kann - gemeinsam mit der unteren Rotorscheibe 8 bzw. zweites Düsenelement 17 - frei rotieren (ε = variabel). In Fig. 5 (b), the nozzle head 9 is to be positioned in the center of the working field (R = 0), i. the nozzle head 9 should not be deflected. This determines the angle of rotation clearly (in the embodiment and nomenclature shown here, the angle of rotation δ = 0 °). The upper rotor disk 7 (or first nozzle element) can be set arbitrarily (shown are two exemplary settings) or can - together with the lower rotor disk 8 and second nozzle element 17 - rotate freely (ε = variable).

Fig. 6 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, worin einige Parameter erläutert werden. H1 stellt die mittlere Höhe der oberen Rotorscheibe 7, H2 die mittlere Höhe der unteren Rotorscheibe 8 dar, H3 die wirksame Düsenhöhe und H4 den Abstand zwischen dem Düsenkopf 9 und dem Werkstück 11. Typische Werte für H1 , H2, H3 und H4 sind z.B.: H1 = 50mm; H2 = 30mm; H3 = 15mm; H4 = 1 mm. D1 bezeichnet den Durchmesser der oberen Rotorscheibe 7, D2 den Durchmesser der unteren Rotorscheibe 8; Typische Werte hierfür sind D1 = D2 = 125mm. Fig. 6 shows a further schematic representation of an embodiment of the device according to the invention, wherein some parameters are explained. H1 represents the mean height of the upper rotor disk 7, H2 the mean height of the lower rotor disk 8, H3 the effective nozzle height and H4 the distance between the nozzle head 9 and the workpiece 11. Typical values for H1, H2, H3 and H4 are for example: H1 = 50mm; H2 = 30mm; H3 = 15mm; H4 = 1 mm. D1 denotes the diameter of the upper rotor disk 7, D2 the diameter of the lower rotor disk 8; Typical values for this are D1 = D2 = 125mm.

Im gezeigten Profilschnitt der Fig. 6 weisen die obere 7 und die untere Rotorscheibe 8 wiederum jeweils die Form eines rechtwinkligen Trapezes auf. In the profile section shown in FIG. 6, the upper 7 and the lower rotor disk 8 again each have the shape of a rectangular trapezium.

Der Trapezwinkel α stellt den Winkel zwischen der Strahleintrittsebene der oberen Rotorscheibe 7 und der Strahlaustrittsebene der oberen Rotorscheibe 7 dar. Der Trapezwinkel ß entspricht in der gezeigten Ausführungsform dem Winkel zwischen der Strahleintrittsebene der unteren Rotorscheibe 8 und der dem Werkstück 11 zugewandten Seite der unteren Rotorscheibe 8 dar (wobei der Düsenkopf 9 so angeordnet ist, dass die Strahlaustrittsachse 18 des Düsenkopfs 9 senkrecht auf der dem Werkstück 11 zugewandten Seite der unteren Rotorscheibe 8 steht). 2 The trapezoid angle α represents the angle between the beam entry plane of the upper rotor disk 7 and the beam exit plane of the upper rotor disk 7. The trapezoid angle β in the embodiment shown corresponds to the angle between the beam entry plane of the lower rotor disk 8 and the side of the lower rotor disk 8 facing the workpiece 11 (wherein the nozzle head 9 is arranged so that the jet exit axis 18 of the nozzle head 9 is perpendicular to the workpiece 11 facing side of the lower rotor disk 8). 2

Allgemein stellt ß den Winkel zwischen der Prozessgasaustrittsachse 18 und der Rotationsachse 19 des zweiten Düsenelements 17 dar. In general, β represents the angle between the process gas exit axis 18 and the axis of rotation 19 of the second nozzle element 17.

Der in Fig. 7 gekennzeichnete Verkippwinkel γ berechnet sich (in Abhängigkeit von den beiden Trapezwinkeln α und ß und dem Verdrehwinkel δ) allgemein durch:

Figure imgf000022_0001
The tilt angle γ, which is marked in FIG. 7, is generally calculated (as a function of the two trapezoid angles α and β and the angle of rotation δ) by:
Figure imgf000022_0001

Bei maximaler Verkippung ist der Verkippwinkel somit durch die Summe der beiden Trapezwinkel α und ß gegeben. Die im gezeigten Profilschnitt auf das Werkstück 11 projizierte Strecke BB" zwischen dem Mittelpunkt B des Arbeitsfelds 14 und einem Punkt B" ist gegeben durch:  At maximum tilt, the tilt angle is thus given by the sum of the two trapeze angles α and β. The projected on the workpiece 11 in the profile section shown section BB "between the center B of the working field 14 and a point B" is given by:

BB" = tan γ (H2 + H3 + H4 ) BB "= tan γ (H 2 + H 3 + H 4 )

Für den Radius des Arbeitsfelds 14 gilt somit: For the radius of the working field 14, the following applies:

Rma]i = tan(a + ß) - (H2 + Hi + H4) R ma] i = tan (a + β) - (H 2 + H i + H 4 )

Eine beispielhafte Ausführungsform weist zwei Rotorscheiben 7,8 mit gleichen Trapezwinkeln von jeweils 3° auf. Der mögliche Verkippwinkel liegt dann zwischen 0° und dem Maximum von 6°. Für einen beispielhaften Wert von H2 + H3 + H4 = 20,82 mm ergibt sich für den Radius des Arbeitsfeldes 14 Rmax = 2,19 mm, und für die Arbeitsfeldgröße A = 15,07 mm2. An exemplary embodiment has two rotor disks 7, 8 with equal trapezoid angles of 3 ° each. The possible tilt angle is then between 0 ° and the maximum of 6 °. For an exemplary value of H 2 + H 3 + H 4 = 20.82 mm, the radius of the working field 14 is R max = 2.19 mm, and for the working field size A = 15.07 mm 2 .

In den Fig. 8, 9 und 10 wird ein Beispiel für die Erzeugung einer rechtwinkligen Schnittkontur beschrieben. Die zu erzeugende rechtwinklige Schnittkontur ist in Fig. 8 dargestellt (wobei die beiden Schnittkanten jeweils eine auf 1 normierte Länge aufweisen). In einem konventionellen Verfahren würde ein Achssystem entlang dieser Kontur bewegt werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann das Achssystem beispielsweise gemäß der in Fig. 8 gezeigten kreisförmigen Kontur (d.h. auf einem Kreisabschnitt eines Kreises mit dem normierten Radius 1 ), bezüglich der die beiden Schnittkanten tangential angeordnet sind, eine gleichförmige (Kreis-)Bewegung durchführen. Zusätzlich führt ein vom Achssystem bewegtes Scannersystem die Laserstrahlung durch eine Ausgleichsbewegung auf der gewünschten rechtwinkligen Schnittkontur. Koaxial und synchron zur Laserstrahlung wird die Düsenanordnung geführt bzw. diese beschreibt die gleiche Ausgleichsbewegung wie das Scanner-System. Auf diese Weise kann die Bearbeitungszeit im Vergleich zum konventionellen Verfahren erheblich gesenkt werden. An example of the generation of a rectangular sectional contour is described in FIGS. 8, 9 and 10. The right-angled sectional contour to be produced is shown in FIG. 8 (wherein the two cut edges each have a length normalized to 1). In a conventional method, an axis system would be moved along this contour. In the method according to the invention, the axis system can, for example, according to the circular contour shown in Fig. 8 (ie on a circle portion of a circle with the normalized radius 1), with respect to which the two cutting edges are arranged tangentially, perform a uniform (circular) movement. In addition, a scanner system moved by the axis system passes the laser radiation through Compensation movement on the desired right-angled cut contour. Coaxially and synchronously with the laser radiation, the nozzle arrangement is guided or describes the same compensation movement as the scanner system. In this way, the processing time can be significantly reduced compared to the conventional method.

Die Ausgleichsbewegung, die die erfindungsgemäße Vorrichtung (Scanner und Düsenanordnung) für den in Fig. 8 dargestellten Fall in einem auf dem Achssystem (welches die kreisförmige Bewegung gemäß Fig. 8 vollzieht) mitgeführten Koordinatensystem durchführen muss, zeigt Fig. 9. Die Ausgleichsbewegung hat in dieser Darstellung die Form einer spitzen bikonvexen Linse. Der aufsteigende untere Ast der "Linse" entspricht dabei dem vertikalen Anteil des Schnittes, der absteigende obere Ast der "Linse" dem horizontalen Anteil der Schnittkontur von Fig. 8. FIG. 9 shows the compensating movement which the device according to the invention (scanner and nozzle arrangement) for the case shown in FIG. 8 has to perform in a coordinate system carried along on the axis system (which completes the circular movement according to FIG. 8) This representation the shape of a pointed biconvex lens. The ascending lower branch of the "lens" corresponds to the vertical portion of the section, the descending upper branch of the "lens" corresponds to the horizontal portion of the sectional contour of FIG. 8.

Fig. 10 (a) zeigt schematisch nochmals in der Aufsicht die entsprechende Ausgleichsbewegung der Vorrichtung für den rechtwinkligen Schnitt gemäß Fig. 8 und Fig. 9. Die Ausgleichsbewegung ist mit der gepunkteten Linie angedeutet. Exemplarisch wurden 5 Punkte (mit den umkreisten Ziffern 0 bis 4 bezeichnet) auf dieser Linie hervorgehoben (die Punkte 1 bis 4 sind ebenfalls in Fig. 8 und Fig. 9 gekennzeichnet). Für diese sind in der Tabelle gemäß Fig. 10 (b) exemplarisch die jeweiligen Stellwinkel ε, des ersten Düsenelements 7 (bzw. der oberen Rotorscheibe) und die jeweiligen Verdrehwinkel δ, des zweiten Düsenelements 8 relativ zum ersten Düsenelement 7 angegeben. Der Stellwinkel εο an der Position "0" ist grundsätzlich beliebig wählbar, da sich beim Verdrehwinkel δο = 0° die Düsenanordnung um die eigene Achse (ohne Verkippung des Düsenkopfes 9) dreht. Vorzugsweise wird die Düsenanordnung "dynamisch vorgespannt", d.h. das obere Düsenelement 7 wird gemeinsam mit dem unteren Düsenelement 8 bereits beschleunigt, d.h. in dieser Anordnung in Rotation versetzt, bevor die Bearbeitung des Werkstücks 11 beginnt. Fig. 10 (a) shows schematically again in plan view the corresponding compensating movement of the device for the rectangular section according to Fig. 8 and Fig. 9. The compensatory movement is indicated by the dotted line. By way of example, 5 points (indicated by circled numerals 0 to 4) have been highlighted on this line (points 1 to 4 are also indicated in Fig. 8 and Fig. 9). For these, the respective adjustment angles ε, of the first nozzle element 7 (or of the upper rotor disk) and the respective angles of rotation δ of the second nozzle element 8 relative to the first nozzle element 7 are exemplarily indicated in the table according to FIG. 10 (b). The setting angle εο at the position "0" can basically be selected as desired since the nozzle arrangement rotates about its own axis (without tilting the nozzle head 9) when the angle of rotation δο = 0 °. Preferably, the nozzle assembly is "dynamically biased", i. the upper nozzle element 7 is already accelerated together with the lower nozzle element 8, i. rotated in this arrangement, before the machining of the workpiece 11 begins.

Wie man erkennen kann ist für keines der beiden Düsenelemente 7,17 während der Erzeugung des rechtwinkligen Schnittes eine Drehrichtungsumkehr erforderlich und erfolgt vorzugsweise daher nicht. Stattdessen kann die Ausgleichsbewegung allein über das Geschwindigkeitsprofil der rotierenden Düsenelemente 7,17 gesteuert werden. As can be seen, reversing the direction of rotation is not required for either of the two nozzle elements 7, 17 during the generation of the rectangular section and is therefore preferably not performed. Instead, the Compensating be controlled solely on the velocity profile of the rotating nozzle elements 7,17.

Fig. 11 zeigt schematisch ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, bei dem ein erstes Mittel 2 zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls 3 innerhalb der zentralen Öffnung des ersten Düsenelements 7 und ein zweites Mittel 2' zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls 3 innerhalb der zentralen Öffnung des zweiten Düsenelements 17 angeordnet sind. In diesem Beispiel ist der energetische Strahl 3 ein elektromagnetischer Strahl; die beiden Mittel 2,2' sind als Prismen ausgebildet. Das erste Prisma 2 ist fest mit dem ersten Düsenelement 7, das zweite Prisma 2' fest mit dem zweiten Düsenelement 17 verbunden. Die Prismen 2,2' sind so ausgelegt und zueinander angeordnet, dass der energetischer Strahl 3 bei einer Verdrehung des ersten und/oder zweiten Düsenelements 7,17 immer so mitverkippt wird, dass der energetische Strahl 3 automatisch stets die Düsenkopfaustrittsöffnung 16 durchläuft. Im Düsenkopf 9 ist im Übrigen vorzugsweise eine Fokussierlinse 4 vorhanden. Die Zuführung des Prozessgases über die Prozessgaszuführung 6 erfolgt in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit erst in Strahlrichtung hinter der Fokussierlinse 4. 11 shows schematically a particularly advantageous embodiment, in which a first means 2 for deflecting or tilting the energetic beam 3 within the central opening of the first nozzle element 7 and a second means 2 'for deflecting or tilting the energetic beam 3 are disposed within the central opening of the second nozzle member 17. In this example, the energetic beam 3 is an electromagnetic beam; the two means 2,2 'are formed as prisms. The first prism 2 is firmly connected to the first nozzle element 7, the second prism 2 'is fixedly connected to the second nozzle element 17. The prisms 2, 2 'are designed and arranged relative to one another such that the energetic beam 3 is always tilted so as to rotate the first and / or second nozzle element 7, 17 so that the energy beam 3 always automatically passes through the nozzle head outlet opening 16. Incidentally, a focusing lens 4 is preferably present in the nozzle head 9. The supply of the process gas via the process gas supply 6 takes place in this example without limiting the generality only in the beam direction behind the focusing lens 4th

Fig. 12 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der ihr eine zusätzliche Z-Achse hinzugefügt ist. Dabei weist das zweite Düsenelement 17 angrenzend zu seiner zentralen Öffnung ein Verstellmittel 15 auf, mit dem die Lage des Düsenkopfs 9 innerhalb des zweiten Düsenelements 17 verändert werden kann; der Düsenkopf 9 kann mit diesem Verstellmittel 15 relativ zum zweiten Düsenelements 17 axial entlang der Öffnung des zweiten Düsenelements 17 verschoben werden. Dadurch kann der Abstand des Düsenkopfs 9 zum Werkstück 11 verändert werden. Die Länge des Prozessgasstrahlengangs zwischen der Düsenkopfaustrittsöffnung 16 und dem Bearbeitungspunkt vergrößert sich ohne ein derartiges Verstellmittel 15 um einen Weg dz, wenn ausgehend vom Bearbeitungspunkt B ein Bearbeitungspunkt B' bearbeitet werden soll und der Düsenkopf 9 hierfür entsprechend verkippt wird. Dieser Verlängerung des Prozessgasstrahlenganges kann durch geeignete Verschiebung des Düsenkopfes 9 in Richtung des Werkstücks 11 mittels des Verstellmittels 15 entgegengewirkt bzw. aufgehoben, also kompensiert werden. Diese Verschiebung des Düsenkopfes 9 erfolgt vorzugsweise automatisch. Bezugszeichenliste Fig. 12 describes a further advantageous embodiment of the device according to the invention, in which an additional Z-axis is added. In this case, the second nozzle member 17 adjacent to its central opening on an adjusting means 15, with which the position of the nozzle head 9 can be changed within the second nozzle member 17; The nozzle head 9 can be moved relative to the second nozzle member 17 axially along the opening of the second nozzle member 17 with this adjusting means 15. Thereby, the distance of the nozzle head 9 to the workpiece 11 can be changed. The length of the process gas jet path between the nozzle head outlet opening 16 and the processing point increases without such an adjustment means 15 by a distance dz, starting from the processing point B, a processing point B 'to be processed and the nozzle head 9 is tilted accordingly. This extension of the process gas jet path can be counteracted or canceled out, ie compensated, by suitable displacement of the nozzle head 9 in the direction of the workpiece 11 by means of the adjusting means 15. This displacement of the nozzle head 9 is preferably carried out automatically. LIST OF REFERENCE NUMBERS

I Scanner-System I scanner system

2,2' Mittel zur Auslenkung eines energetischen Strahls  2,2 'means for deflecting an energetic beam

3 energetischer Strahl  3 energetic beam

4 Fokussierlinse  4 focusing lens

5 Z-Achsenbewegungseinrichtung  5 Z-axis movement device

6 Prozessgaszuführung  6 process gas supply

7 erstes Düsenelement bzw. obere Rotorscheibe  7 first nozzle element or upper rotor disk

8 untere Rotorscheibe  8 lower rotor disk

9 Düsenkopf  9 nozzle head

10 Prozessgasstrahl  10 process gas jet

I I Werkstück  I I workpiece

12,12' bei Rotation des unteren Düsenelements durch Projektion der  12,12 'upon rotation of the lower nozzle member by projection of the

Düsenkopfaustrittsöffnung auf dem Werkstück gebildete Kreisbahn Nozzle head exit opening formed on the workpiece circular path

13 Hochachse/Zentralachse der Vorrichtung, Rotationsachse des ersten 13 vertical axis / central axis of the device, rotation axis of the first

Düsenelements  nozzle member

14 Arbeitsfeld  14 working field

15 Z-Achsen-Verstellmittel  15 Z-axis adjustment means

16 Düsenkopfaustrittsöffnung  16 nozzle head exit opening

17 zweites Düsenelement  17 second nozzle element

18 Prozessgasaustrittsachse  18 process gas outlet axis

19 Rotationsachse des zweiten Düsenelements  19 rotation axis of the second nozzle member

Claims

Patentansprüche claims 1. Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit energetischer Strahlung, bei der ein energetischer Strahl (3) durch eine Düsenanordnung hindurch geführt und gemeinsam mit einem Prozessgas (10) auf ein Werkstück (11 ) gerichtet werden kann, mit mindestens einem Mittel (2) zum Auslenken des energetischen Strahls (3), wodurch der Bearbeitungspunkt auf dem 1. An apparatus for processing workpieces with energetic radiation, wherein an energetic beam (3) passed through a nozzle assembly and together with a process gas (10) can be directed to a workpiece (11), with at least one means (2) for Deflecting the energetic beam (3), causing the processing point on the Werkstück (11 ) zweidimensional verschoben werden kann, wobei die Düsenanordnung ein erstes Düsenelement (7) und ein zweites  Workpiece (11) can be moved two-dimensionally, wherein the nozzle assembly, a first nozzle member (7) and a second Düsenelement (17) aufweist und das zweite Düsenelement (17) einen Düsenkopf (9) umfasst, und wobei das erste und/oder das zweite  Nozzle element (17) and the second nozzle element (17) comprises a nozzle head (9), and wherein the first and / or the second Düsenelement (7,17) rotierbar angeordnet ist/sind, dadurch  Nozzle element (7,17) is arranged rotatably / are, characterized gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Düsenelement (7,17) so ausgebildet sind, dass der Düsenkopf (9) durch eine abhängig von der Auslenkung des energetischen Strahls (3) gewählten Rotation des ersten und/oder des zweiten Düsenelements (7,17) so verkippt werden kann, dass der energetische Strahl (3) die Düsenkopfaustrittsöffnung (16) durchläuft.  in that the first and the second nozzle element (7, 17) are designed such that the nozzle head (9) is rotated by a rotation of the first and / or the second nozzle element (7, 17) selected as a function of the deflection of the energetic beam (3) ) can be tilted so that the energetic beam (3) passes through the nozzle head outlet opening (16). 2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch 2. Device according to the preceding claim, characterized gekennzeichnet, dass beide Düsenelemente (7,17) rotierbar angeordnet sind und unabhängig voneinander angesteuert werden können.  characterized in that both nozzle elements (7,17) are rotatably arranged and can be controlled independently. 3. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch 3. Device according to the preceding claim, characterized gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (19) des zweiten Düsenelements (17) durch eine Rotation des ersten Düsenelements (7) verkippt werden kann.  in that the axis of rotation (19) of the second nozzle element (17) can be tilted by a rotation of the first nozzle element (7). 4. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. Device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet, dass das erste Düsenelement (7) in einer  characterized in that the first nozzle element (7) in one Strahleintrittsebene, die vorzugsweise senkrecht zu seiner Rotationsachse (13) liegt, eine erste Seite und in einer Strahlaustrittsebene eine zweite Seite aufweist und die Strahlaustrittsebene gegenüber der Strahleintrittsebene um einen ersten Winkel α verkippt ist. Beam entry plane, which is preferably perpendicular to its axis of rotation (13), a first side and in a beam exit plane has a second side and the beam exit plane is tilted relative to the beam entry plane by a first angle α. 5. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (19) des zweiten Düsenelements5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of rotation (19) of the second nozzle element (17) senkrecht zur Strahlaustrittsebene des ersten Düsenelements (7) liegt. (17) is perpendicular to the jet exit plane of the first nozzle member (7). 6. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. Device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (9) eine Prozessgasaustrittsachse in that the nozzle head (9) has a process gas outlet axis (18) aufweist, die gegenüber der Rotationsachse (19) des zweiten (18), with respect to the axis of rotation (19) of the second Düsenelements (17) um einen zweiten Winkel ß verkippt ist.  Nozzle element (17) is tilted by a second angle ß. 7. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. Device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet, dass der energetische Strahl (3) mittels einer Verkippung ausgelenkt werden kann, insbesondere einer Verkippung gegenüber der Rotationsachse (13) des ersten Düsenelements (7), wobei Verkippwinkel mit einem Betrag zwischen 0 und 3 °, vorzugsweise zwischen 0 und 10° eingestellt werden können.  characterized in that the energetic beam (3) can be deflected by means of a tilting, in particular a tilting with respect to the axis of rotation (13) of the first nozzle member (7), wherein tilting angle with an amount between 0 and 3 °, preferably set between 0 and 10 ° can be. 8. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch 8. Device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet, dass das Arbeitsfeld (14), welches die ohne  characterized in that the working field (14), which is the without Relativbewegung zwischen der Düsenanordnung und dem Werkstück (11 ), ausgenommen die Rotation des ersten und zweiten Düsenelements (7,17), bearbeitbare Fläche auf dem Werkstück (11 ) definiert, eine Größe von mindestens 15 mm2, vorzugsweise mindestens 50 mm2 aufweist und/oder dass der Durchmesser der Düsenkopfaustrittsöffnung (16) zwischen 0.25 und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0.5 und 1 mm beträgt. Relative movement between the nozzle assembly and the workpiece (11), except the rotation of the first and second nozzle member (7,17), defined machinable surface on the workpiece (11), a size of at least 15 mm 2 , preferably at least 50 mm 2 and / or that the diameter of the nozzle head outlet opening (16) is between 0.25 and 2 mm, preferably between 0.5 and 1 mm. 9. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch 9. Device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (9) innerhalb des zweiten  characterized in that the nozzle head (9) within the second Düsenelements (17), insbesondere in Richtung der Prozessgasaustrittsachse (18), verschiebbar angeordnet ist.  Nozzle element (17), in particular in the direction of the process gas outlet axis (18), is displaceably arranged. 10. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch 10. Device according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Mittel (2,2') zum Auslenken des energetischen Strahls (3) mit dem ersten und/oder zweiten Düsenelement (7,17) fest verbunden sind derart, dass die Ausrichtung des oder der Mittel (2,2') zum Auslenken, bzw. Verkippen des energetischen Strahls (3) relativ zum Strahlengang des energetischen Strahls (3) bei Rotation des ersten und/oder zweiten Düsenelements (7,17) unmittelbar verändert wird. in that one or more means (2, 2 ') for deflecting the energetic beam (3) are fixedly connected to the first and / or second nozzle element (7, 17) in such a way that the orientation of the means (2, 2) is ') for deflecting or tilting the energetic beam (3) relative is changed directly to the beam path of the energetic beam (3) during rotation of the first and / or second nozzle element (7,17). 11. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (11 ) mit energetischer 11. Method for processing workpieces (11) with energetic Strahlung, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein energetischer Strahl (3) durch eine Düsenanordnung hindurch geführt und gemeinsam mit einem  Radiation, in particular using a device according to one of the preceding claims, in which an energetic beam (3) passed through a nozzle arrangement and together with a Prozessgas (4) auf ein Werkstück (11 ) gerichtet wird, wobei der  Process gas (4) is directed to a workpiece (11), wherein the Bearbeitungspunkt auf dem Werkstück (11) durch ein Mittel (2) zum  Processing point on the workpiece (11) by a means (2) for Auslenken des energetischen Strahls (3) zweidimensional verschoben werden kann, wobei die Düsenanordnung ein erstes und ein zweites  Deflection of the energetic beam (3) can be moved two-dimensionally, wherein the nozzle arrangement has a first and a second Düsenelement (7,17) aufweist und das zweite Düsenelement (17) eine Düsenkopf (9) umfasst, und wobei das erste und/oder das zweite  Nozzle element (7,17) and the second nozzle member (17) comprises a nozzle head (9), and wherein the first and / or the second Düsenelement (7,17) rotierbar angeordnet ist/sind, dadurch  Nozzle element (7,17) is arranged rotatably / are, characterized gekennzeichnet, dass der Düsenkopf (9) durch eine abhängig von der Auslenkung des energetischen Strahls (3) gewählten Rotation des ersten und/oder des zweiten Düsenelements (7,17) so verkippt wird, dass der energetische Strahl (3) die Düsenkopfaustrittsöffnung (16) durchläuft.  characterized in that the nozzle head (9) is tilted by a rotation of the first and / or the second nozzle element (7, 17) selected as a function of the deflection of the energetic beam (3) such that the energetic beam (3) projects the nozzle head outlet opening (16 ) goes through. 12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Werkstücks (11 ) mit bereits rotierenden 12. The method according to the preceding claim, characterized in that the machining of the workpiece (11) with already rotating Düsenelementen (7,17) begonnen wird.  Nozzle elements (7,17) is started.
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