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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserschweißen entsprechend dem ersten Patentanspruch.
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Die Vorrichtung zum Laserschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoffen, bei denen die Schweißdüse nicht nur senkrecht gegenüber dem Werkstück, sondern in verschiedenen Winkeln, beispielsweise waagerecht oder über Kopf, angesetzt wird, wobei auch bei geringer Pulveraustrittsgeschwindigkeit ein gleichmäßiger Pulveraustritt an der Schweißdüse gewährleistet ist und ein geringer Reinigungsaufwand, insbesondere des Schutzglases, nötig sein soll.
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Beim Laserstrahlschweißen und anderen Schweißverfahren eingesetzte pulverförmige Zusatzwerkstoffe müssen geeignet sein, in Wechselwirkung mit der Schweißwärme gebracht zu werden. Es kann das Pulver ähnlich einem Draht von der Seite aus zugeführt werden. Das Pulver kann ebenfalls auf dem Werkstück vordeponiert werden, um es anschließend mit der Schweißwärme einzuschmelzen. Eine weitere Variante wird speziell beim Laserstrahl-Auftragschweißen eingesetzt. Hierbei wird ein durchgehender Pulvermantel um den Laserstrahl herum geformt und auf das Werkstück fokussiert. Diese Art der Zuführung wird vor allem eingesetzt, wenn auf einem Werkstück mit differierend ausgerichteten Bewegungsvektoren zwischen Wärmequelle und Werkstück gearbeitet wird. Der Vorteil der sogenannten koaxialen Schweißdüsen ist hierbei vor so genannten seitlichen Schweißdüsen, dass die Schweißnahtgeometrie auch bei Richtungsänderungen weitgehend konstant bleibt.
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Problematisch an den koaxialen Schweißdüsen ist, dass die Pulvermengenverteilung über den Ringspalt, mit dem das Pulver zugeführt wird, ungleichmäßig ausfallen kann. Die Art der Pulverzuführung ist hierbei ein Einflußfaktor, der die Pulver bereits ungleichmäßig in den Spalt einführen kann, wo es nachfolgend zu keiner ausreichenden Homogenisierung der Pulvermengenverteilung kommen kann. Ein weiteres Problem ist das Schweißen in Zwangslagen. Sobald eine koaxiale Schweißdüse aus der vertikalen Position z. B. in eine rechtwinkelige Position geneigt wird, führt die Erdgravitation zu einer Beeinflussung der Pulvermengenverteilung über den Ringspalt. Die Ursache hierfür kann je nach konstruktiver Auslegung der Schweißdüse bereits in der Art der Pulvereinbringung in den Ringspalt oder die Lauflänge innerhalb des Ringspalts liegen. Bei geringen Pulverpartikelgeschwindigkeiten wird dieses Problem besonders offensichtlich. Geringe Pulvergeschwindigkeiten sind jedoch für einen hohen Wirkungsgrad der Schweißdüse, einen geringen Reinigungsaufwand der Schweißumgebung und eine geringe Beeinflussung des Schweißprozesses durch die Pulverzuführung oder Gasgeschwindigkeiten von Vorteil.
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DE 102 48 459 A1 beschreibt eine Schweißdüse zu Laserauftragsschweißen, die einen Anschluß für eine Laserstrahlzuführung sowie einen Düsenkörper aufweist, an welchem ein Kühlelement angeordnet und in welchem ein Pulver-Gas-Gemisch auf Segmente verteilt wird. Weiterhin sind kanalartige Zuleitungen zwischen den Pulvereintrittsöffnungen am Pulververteiler und Pulveraustrittsöffnungen angeordnet. Ein gleichmäßiges Verteilen des Pulver-Gas-Gemisches koaxial zum Laserstrahl erfolgt nicht. Die Pulver werden in einen oberen Kanal geleitet und fallen in zwei Richtungen, wodurch sie separiert und nachfolgend erneut von einem Keil in zwei weitere Fraktionen aufgeteilt werden. Eine Kreuzung des Pulver-Gas-Stromes entfällt. Bei einer leichten Neigung des Arbeitskopfes kommt es zu einer ungleichmäßigen Aufteilung des Pulverstromes innerhalb des Ringspaltes, so daß das Pulver bei einer Neigung der Düse ungleichmäßig um den Laser herum verteilt dem Laserstrahl zugeführt wird.
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DE 100 60 176 A1 beschreibt einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstückes mittels eines Laserstrahls mit einem Gehäuse, das eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist, zwischen denen für den Laserstrahl ein Durchgang ausgebildet ist, durch den der Arbeitsstrahlgang hindurchgeführt wird, wobei eine Fokussieroptik vorhanden ist. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um eine Schneiddüse, die zum Fügen ohne Zusatzwerkstoffzufuhr eingesetzt werden kann. Die Düse weist eine Kassette für ein Schutzglas und einen Überschallluftstrom zur Abhaltung von Spritzern vom Schutzglas auf. Der Überschalluftstrom führt zu erheblichen Luftbewegungen innerhalb des Strahlführungsrohres. Die dabei entstehenden Wirbel können Sauerstoff bis zum Ende des Rohres leiten. Diese Vorrichtung ist nicht zum Einsatz von Laserstrahl-Auftragsschweißen geeignet, da bei diesem in der Regel oxidationsempfindliche Werkstoffe verarbeitet werden und das Heranführen von Sauerstoff oder Stickstoff unbedingt zu vermeiden ist.
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In
US 4,724,299 wird eine Schweißdüse beschrieben, die Pulver in einen Ringkanal eindüst. Von hier aus wird das Pulver über eine Scheibe mit diversen Löchern in einen Ringspalt, der aus koaxialen Konusflächen besteht, eingebracht. Untersuchungen haben bei zwei bis vier Zuführungen dieser Art auch bei tangentialer Anordnung zu einer ungleichmäßigen Pulvermengenverteilung über den Ringspat geführt. Dieser Effekt wurde bei der vertikalen Anordnung dieser Düsenart vergrößert.
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Um einen gleichmäßigen Pulverfluß zu erreichen, wurde durch eine weiterentwickelte Verwirbelungskammer, wie in der Patentschrift
DE 199 09 390 C1 beschrieben wird, versucht, das Problem der ungleichmäßigen Verteilung von Pulver über den anschließenden Ringspalt zu verringern. Eine Bohrungsreihe, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bohrungslängsachsen parallel zum Laserstrahl verlaufen, wird hierbei statt einer Lochscheibe zur Strömungsberuhigung genutzt. Die vorgeschlagene Lösung ist allerdings aufwendig in ihrer Herstellung.
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US 6,046,426 A beschreibt eine Pulverzuführeinrichtung in Kanäle in einem Düsenkörper für einen Laserstrahl. Das Zuführen des Pulvers erfolgt aus einem Vorratsbehälter über eine Zuführleitung die sich mehrfach über Y-förmige Teile verzweigt und auf diese Weise den Pulverstrom in vier Teilströme aufteilt und diese den Kanälen im Düsenkörper zuführt. Die Zuführleitungen werden dabei in etwa parallel zueinander geführt.
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Die beschriebenen Lösungen haben den Nachteil, dass Schweißdüsen, mit denen versucht wird, eine gleichmäßige Pulverzuführung zu erreichen, wenn diese nicht senkrecht zum Werkstoff gehalten werden, Verwirbelungskammern aufweisen müssen, die aufwendig herstellbar sind, wobei die vorgeschlagenen Düsenformen mit Ringspalt dazu führen, dass durch die Schwerkraft besonders bei langsamer Pulvergeschwindigkeit eine ungünstige Pulvermengenverteilung und die damit verbundenen Mängel an der Schweißnaht entstehen. Weiterhin führen Verschmutzungen des Schutzglases zu Nachteilen an der Schweißdüse, so dass aufwendige Kontrollen und Reinigungen erforderlich sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Laserschweißen zu entwickeln, bei der eine gleichmäßige Pulverzuführung in jeder Haltung der Schweißdüse auch bei einem geringen Volumendurchsatz des Pulvers vorhanden sein soll.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
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Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung wieder.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass an oder in der Schweißdüse ein Pulververteiler angeordnet ist, von dem Zuleitungen zwischen den Pulvereintrittsöffnungen im Pulververteiler und Pulvereintrittsöffnungen im Düsenkörper in der Weise angeordnet sind, dass eine gleichmäßige Verteilung des Pulver-Gas-Gemisches über den Umfang des Laserstrahles entsteht.
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Dazu ist es erforderlich, von den Pulververteilungsöffnungen am Pulververteiler Zuleitungen zu den Pulvereintrittsöffnungen am Düsengrundkörper zu führen, wobei jede zweite Pulvereintrittsöffnung entlang des durch die Pulvereintrittsöffnungen gebildeten Kreisumfanges durch eine Zuleitung mit ebenfalls einer jeweils zweiten Pulvereintrittsöffnung entlang des durch die Pulvereintrittsöffnungen gebildeten Kreisumfanges verbunden ist, und die dazwischen liegenden Pulvereintrittsöffnungen durch Zuleitungen mit Pulvereintrittsöffnungen des Düsengrundkörpers verbunden sind, die auf der gegenüberliegenden Seite des Kreisumfanges der Pulvereintrittsöffnungen liegen.
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Beispielsweise kann jede zweite Zuleitung im Düsenkörper an die jeweils gegenüberliegende Stelle der vorhergehenden Zuleitung angeordnet sein.
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Dadurch kann auch in Düsenstellungen, die von der Vertikalen zur Horizontalen wechseln, eine weitgehend gleichmäßige Pulververteilung erreicht werden. Die Pulververteilung wird im Pulververteiler in vorteilhafter Weise gelöst, indem das Pulver auf einen senkrecht stehenden Dorn aufgeblasen wird. Durch den Dorn wird der Partikelstrom geteilt. Am Fuß des Dorns fangen auf einem Kreisumfang verteilte Zuleitungen die Pulver auf. Die Zuleitungen sind hierbei direkt aneinander auf einem Kreisumfang verteilt, so dass Ablageflächen zwischen den Zuleitungen minimiert werden.
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Der Dorn leitet die Pulver zu beliebig vielen Zuleitungen, die an dem Umfang des Kegels angebracht sind. Zur Minimierung der Pulverablageflächen können die Zuleitungen auch in den Kegel hineinragen und untereinander einen verteilenden Kegel aufweisen.
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Dadurch wird eine besonders strömungsgünstige und verschleißarme Pulververteilung auf ein Bündel von beliebig vielen Zuleitungen erreicht.
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Diese Pulververteilung erfolgt außerhalb der Schweißdüse. Der Pulververteiler erreicht höchste Gleichmäßigkeit in der Verteilung, wenn das Pulver zentral und geradlinig aus der Austrittsöffnung heraus auf den Dorn trifft. Bei Justagefehlern oder falls der Verteiler nicht senkrecht angeordnet ist, kann es einer größeren Pulvermengenverteilung in einem Bereich, wie z. B. einer Hälfte des Verteilers, kommen.
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Von den einzelnen Schläuchen oder Rohren die als Zuleitung ausgebildet sein können, werden die Pulverströme in die Schweißdüse hinein transportiert. Hierbei kommt eine spezielle Anordnung der Zuleitungen zum Einsatz, die zum Ziel hat, das Pulver auch in Schräglagen des Verteilers oder bei Justagefehlern oder anderen Störungen gleichmäßig auf einer Strecke wie einen Kreisumfang zu verteilen.
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Das Prinzip der gleichmäßigen Verteilung der Pulvermengen über den Düsenumfang besteht in einer Verschränkung der Zuleitungen. Hierbei wird jede zweite Zuleitung an die gegenüberliegende Stelle der vorhergehenden Zuleitung geleitet.
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Vorteilhaft aufgrund der Größe der Schweißdüse ist die Verteilung auf 12 Zuleitungen und ihre Kombination untereinander. Weniger als 12 und mehr als 12 Zuleitungen sind ebenfalls einsetzbar. Dabei kann jede zweite Zuleitung in die entgegengesetzte Kreisposition relativ zur danebenliegenden gebracht wird. Ungerade Zuleitungszahlen bedingen unregelmäßige Verteilungen in die Schweißdüse.
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Die Einführung der Pulverströme in die Schweißdüse erfolgt in einem Winkel zur Laserstrahlachse. Hierbei wird zur Erreichung von geringem Abrieb und hoher Strömungsgünstigkeit in etwa der gleiche Winkel wie innerhalb der Düse gewählt. Weitere Winkel sind möglich.
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Die Beschleunigung der Pulver erfolgt je nach Form und Gewicht der einzelnen Pulver ungleichmäßig. Innerhalb der Pulver kommt es hierdurch zu Geschwindigkeitsunterschieden, die zu Kollisionen führen. Diese Kollisionen führen am Düsenaustritt zu einer verstärkten Aufweitung des Pulverstrahls und einer hieraus resultierenden Verschlechterung der Ausbringungsqualität, die sich in einem vergrößerten Pulverfokus darstellt.
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Gegen die Beschleunigung der Partikel ist es erfindungsgemäß erforderlich einzelne Kanäle zu verwenden, die das Pulver nach unten leiten. Durch die Kanalform kann die Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Pulverstroms gezielt gesteuert werden. Dazu sind Kanalformen unterschiedlicher Breite, Tiefe und Winkel anwendbar.
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Vorteilhaft ist es, den Querschnitt der Kanäle zum Laserstrahl hin nur gering zu verringern. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Kanäle über ihre Länge eine gleichbleibende Höhe oder/und Breite aufweisen.
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Weiterhin ist es fertigungstechnisch vorteilhaft, die Kanäle auf der Außenfläche eines Bauteils anzuordnen. Die Kanäle können durch Erodieren, Gußtechnik oder Abtragen erzeugt werden. Das Innen- und Außenkonusteil mit oder ohne den Kanälen können nach innen oder außen gewölbt ausgeführt sein.
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Die Kanäle werden in die Außenfläche eines Bauteils eingebracht. Diese Außenfläche wird nachfolgend bündig mit einem Außenteil verbunden, so dass einzelne Kreissegmente auf dem Umfang der Schweißdüse verteilt entstehen. Die untere Öffnung der Düse kann hierbei so geformt werden, dass das Innenteil kürzer oder länger als das Außenteil ist.
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Kanalsegmentbreiten von 0,1 bis 10 mm und Kanalsegmenttiefen 0,001 bis 1 mm werden eingesetzt.
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Die Bauteile werden intensiv wassergekühlt, um durch den Schweißprozeß eingebrachte Wärme abzuführen.
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Eine manuelle x-y-z-Justageeinheit dient der Einstellung der Schweißdüse auf den Laserstrahl. Eine Querstromspülung vor dem Schutzglas dient der Fernhaltung von Rauchen, Pulvern und anderen Verschmutzungen aus dem Schweißprozeß von der Laserstrahloptik. Das Schutzglas ist hierbei in einer Schublade, Kassette oder einen Schutzglashalter gelagert, so dass das Schutzglas schnell kontrolliert und ausgewechselt werden kann. Das Kontrollieren und Wechseln erfolgen durch Herausziehen des Schutzglashalters.
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Das Prinzip der Querstromspülung ist hierbei derart, dass einzelne massive Gasströmungen partikelförmige Verschmutzungen von dem Schutzglas fernhalten, während ein dünner breitflächiger laminarer Gasstrom das Schutzglas vor feinen Verschmutzungen schützt.
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Besonders durch den laminaren Gasstrom kommt es zu einer nur noch sehr geringen Verschmutzung des Schutzglases, welches sehr selten kontrolliert werden muß und durch den herausziehbaren Schutzglashalter schnell und einfach ausgewechselt werden kann.
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Nicht zur Erfindung gehörig ist eine Zentrierhilfe. Der Laserstrahl ist entweder der Bearbeitungslaserstrahl oder ein Laserstrahl der koaxial zum Bearbeitungslaserstrahl verläuft. Der Laserstrahl wird auf eine Blende geleitet, die koaxial zu der Düsensymmetrieachse angeordnet ist. Hierzu wird der Grundkörper der Zentnerhilfe über eine Paßfläche mit dem Düsenkörper verbunden. Mit Hilfe einer Justageeinheit, wie z. B. einer Justageeinheit für die x-y-Richtung, wird die Schweißdüse derart justiert, dass der Laserstrahl mittig auf der Blende auftrifft. Zur Kontrolle der Laserstrahlposition wird ein Sensor eingesetzt. Dieser kann aus einem einzelnen Sensorenelement, einer Sensorreihe oder einem Sensorfeld bestehen. Der Sensor muß sensitiv für die einfallende Strahlung sein. Als Sensor kann vorzugsweise eine Fotodiode eingesetzt sein, die ebenfalls zentrisch zur Düsensymmetrieachse angeordnet ist. Während der Justage wird der Sensor überwacht. Nach Erreichen eines optimalen Sensorsignals ist die Justage beendet. Bei Einsatz einer Fotodiode kann sowohl die Diodenspannung als auch der Diodenstrom überwacht werden. Der Anstieg eines dieser Werte signalisiert hierbei während der Justage, dass die Düse zunehmend in Richtung der Laserstrahlachse bewegt wurde.
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Bei Einsatz eines Bearbeitungslaserstrahls höherer Leistung während der Justage von Düse und Laserstrahl wird eine Luft- oder Wasserkühlung mittels der Anschlüsse an die Justagehilfe angeschlossen, um die anfallende Wärme abzuführen.
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Die sich verjüngende Außenfläche des Düsenkopfes dient dem Anbau der Justagehilfe auch in schwer zugänglichen Düsenpositionen.
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Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und 14 Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1: Schweißdüse ohne Zuleitungen in perspektivischer Ansicht
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2: Schweißdüse in Ansicht mit Pulververteiler und Zuleitungen zum Düsenkörper
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3: Seitenansicht von 2, ohne Rohrdarstellung
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4: Schnitt durch 3, ohne Rohrdarstellung
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5: Darstellung des Pulververteilungsprinzips im Pulververteiler in der Seitenansicht
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6: Schnitt A-A von 5
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7: Pulververteilungsprinzip mit Einführungsschrägen an den Pulvereintrittsöffnungen
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8: Schnitt A-A von 7
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9: Pulververteilungsprinzip durch die Zuleitungen
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10: Varianten von Zuleitungen zwischen Pulververteileranschlüssen und Pulvereindüsungsanschlüssen
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11: Schutzglashalter mit Querstromspülung
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12: Schutzglashalter in Seitenansicht
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13: Schutzglashalter in Ansicht von oben
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14: Düsenaußen- und -innenteil
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15 bis 18: Verschiedene Kanalformen auf dem Düseninnenteil
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19: Grenzflächenvarianten des Düseninnenteils.
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20: Zentrierhilfe
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Die 1 zeigt die Schweißdüse, bestehend aus dem Umlenkwürfel 10 für den Laserstrahl mit der Öffnung 26 für den Sensor und der seitlichen Öffnung 25 die Laserstrahlzuführung. Laseranschluss und Sensor sind nicht dargestellt. Unter dem Umlenkwürfel 10 für den Laserstrahl ist eine Fokussierlinse 11 und der Schutzglashalter 12 mit Querspülung angeordnet, der herausziehbar ist. Unter dem Schutzglashalter 12 befindet sich die Justageeinheit 13 für das Justieren in x-y-Richtung und die Justageeinheit 14 für die z-Richtung. An dieser Justageeinheit befestigt ist der Düsengrundkörper 9, in dem sich Öffnungen für die Wasserkühlung und Pulvereintrittsöffnungen 7 befinden. Nicht dargestellt sind die Zuleitungen 2 vom Pulververteiler 1 auf die Pulvereintrittsöffnungen 7. Unter dem Düsengrundkörper 9 befindet sich das Werkstück 18.
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Die 2 zeigt den seitlich an der Vorrichtung angeordneten Pulververteiler 1, von dem die Zuleitungen 2 oder Pulververteilungsschläuche aus Stahl, Metall oder Kunststoff zu den Pulvereintrittsöffnungen 7 im Düsengrundkörper 9 führen. Der Laserstrahl 22 verläßt durch das Düsenaußenteil 17 die Schweißdüse.
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Die Fokussierlinse 11 ist, wie die 3 zeigt, in der Basisplattform 16 angeordnet.
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Die 4 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, in dem der Verlauf des Laserstrahles 22 ab der Fokussieroptik sichtbar wird. Statt des Ringspaltes in herkömmlichen Schweißdüsen sind einzelne Kanäle 24 angeordnet, durch die keine oder eine gezielte Beschleunigung des Pulvers in Richtung auf die Laserstrahl-Wechselwirkungszone auf dem Werkstück 18 erfolgt. Die Kanäle 24 sind in einem Düseninnenteil 29 mit konischer 32 oder gewölbter Ausführung der Außenfläche des Düseninnenteils 31, 30 anordnet. Diese Außenfläche wird nachfolgend bündig mit dem Düsenaußenteil 17 verbunden, so dass einzelne Kreissegmente auf dem Umfang der Schweißdüse verteilt sind. Die untere Öffnung der Düse ist so geformt, dass das Düseninnenteil 29 im dargestellten Fall etwas kürzer als das Düsenaußenteil 17 ist. Eine bündige Ausführung oder ein längeres Innenteil sind Varianten dieser Bauart und Bestandteil dieser Patentansprüche. Die Kanalsegmentbreiten können von 0,1 bis 10 mm und ihre Tiefen von 0,01 bis 1 mm betragen. Die Wasserkühlung des Düsengrundkörpers 9 wird nicht gezeigt, ist jedoch vorhanden. Im oberen Teil der Düse befindet sich der Schutzglashalter 12 mit Querspülung, in dem Flachstrahldüsen 19 sowie das Schutzglas 23 angeordnet sind.
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Die 5 bis 8 zeigen wie die Bewegungsrichtung der Pulverpartikel 20, nachdem sie den Pulveraustrittsschlauch 4 verlassen haben, auf dem Dorn 5 zur Aufteilung der Pulverströme und dem Kegel 6 zur Reduzierung der Pulverablage neben den Pulvereintrittsöffnungen 3 erfolgt und wie die Pulverpartikel verteilt werden. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass die Pulverpartikel gleichmäßig auf alle Pulvereintrittsöffnungen 3 nach dem Dorn 5 verteilt werden.
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Eine Variante, wie 12 Pulvereintrittsöffnungen 3 nach dem Dorn 5 durch die Zuleitungen 2 mit den Pulvereintrittsöffnungen 7 im Düsengrundkörper 9 verbunden werden können, zeigt die 9.
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Weitere Varianten mit 6 bis 14 Pulvereintrittsöffnungen 3 neben der Düse 5 und der gleichen Anzahl von Pulvereintrittsöffnungen 7 in den Düsengrundkörper 9 sind in 10 beispielhaft aufgeführt.
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Die 11 bis 13 zeigen den herausziehbaren Schutzglashalter 12 mit Querspülung in unterschiedlichen Ansichten, wobei im Schutzglashalter 12 das Schutzglas 23 angeordnet ist, über dessen untere Fläche eine laminare Gasströmung durch die Flachstrahldüse 19 erzeugt wird, wobei das Gas über die Zuleitung in den Raum 28 eingeleitet wird und diesen in einzelnen Gasströmungen zur Abhaltung größeren Verschmutzungen durch Querstromdüsen 21 verlässt. Die einzelnen Öffnungen stellen Flachstrahldüsen 19 dar. Durch diese kompakte Anordnung ist nicht nur eine gute Reinigung des Schutzglases 23 gewährleistet, sondern auch dessen schnelle Kontrolle und Auswechselbarkeit.
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Die 14 stellt das Düseninnen- 29 und das Düsenaußenteil 17 mit dem Kanal 24 dar. Die 15 bis 18 stellen bevorzugte Ausführungsvarianten des Kanals 24 im Düseninnenteil 29 dar, durch den das Pulver-Gas-Gemisch in den Laserstrahl 22 geleitet wird.
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Die 19 zeigt Gestaltungsvarianten des Düseninnenteils 30, 31, 32.
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20 zeigt eine nicht zu Erfindung gehörende Zentrierhilfe. Der Laserstrahl 22 ist entweder der Bearbeitungslaserstrahl oder ein Laserstrahl, der koaxial zum Bearbeitungslaserstrahl verläuft. Der Laserstrahl 22 wird auf eine Blende 33 geleitet, die koaxial zu der Düsensymmetrieachse angeordnet ist. Hierzu wird der Gehäusekörper 35 der Zentrierhilfe über eine Paßfläche 36 mit dem Düsenkörper verbunden. Mit Hilfe der Justageeinheit wird die Schweißdüse derart justiert, dass der Laserstrahl 22 mittig auf der Blende 33 auftrifft. Zur Kontrolle der Laserstrahlposition wird ein fotosensitiver Sensor 34 eingesetzt. Der fotosensitive Sensor 34 ist sensitiv für den einfallenden Laserstrahl 22. Im vorliegenden Fall ist eine Fotodiode eingesetzt, die zentrisch zur Düsensymmetrieachse angeordnet ist. Während der Justage wird der fotosensitive Sensor 34 überwacht. Nach Erreichen eines optimalen Sensorsignals, ist die Justage beendet. Bei Einsatz einer Fotodiode wird sowohl die Diodenspannung als auch der Diodenstrom überwacht. Der Anstieg eines dieser Werte signalisiert hierbei während der Justage, dass die Düse zunehmend in Richtung der Laserstrahlachse bewegt wird.
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Bei Einsatz eines Bearbeitungslaserstrahls höherer Leistung während der Justage von Düse und Laserstrahl 22 wird eine Luft- oder Wasserkühlung, die nicht dargestellt ist, mittels der Kühlungsanschlüsse 37 an die Justagehilfe angeschlossen, um die anfallende Wärme abzuführen.
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Die sich verjüngende Außenfläche 38 dient dem Anbau der Justagehilfe auch in schwer zugänglichen Düsenpositionen.
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Die vorgeschlagene Lösung hat den Vorteil, dass bei beliebigen Arbeitsrichtungen und Arbeitspositionen der Laserdüse Pulver auch mit geringer Gas- und Pulvergeschwindigkeit gleichmäßig in den Laserstrahl eingebracht werden kann, so dass ein gleichmäßiges Schweißbild entsteht, wobei Verschmutzungen am Schutzglas nur in geringem Umfang auftreten und das Schutzglas problemlos kontrolliert und gewechselt werden kann. Die Justagehilfe und der Schutzglasschutz bieten zusätzliche Vorteile durch die Reduzierung von Wartungszeiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pulververteiler
- 2
- Zuleitung
- 3
- Pulvereintrittsöffnung neben bzw. angrenzend an den Dorn 5
- 4
- Pulveraustrittsschlauch
- 5
- Dorn zur Aufteilung der Pulverströme
- 6
- Kegel zur Reduzierung der Pulverablage neben den Pulvereintrittsöffnungen 3
- 7
- Pulvereintrittsöffnung in den Düsengrundkörper 9
- 8
- Zentrierhilfe
- 9
- Düsengrundkörper
- 10
- Umlenkwürfel für Laserstrahl
- 11
- Fokussierlinse mit umgebendem Gehäuse
- 12
- Schutzglashalter mit Querspülung
- 13
- Justageeinheit für XY-Richtung
- 14
- Justageeinheit für Z-Richtung
- 15
- Halterohr
- 16
- Basisplattform
- 17
- Düsenaußenteil
- 18
- Werkstück
- 19
- Flachstrahldüse in 12
- 20
- Bewegungsrichtung der Pulverpartikel
- 21
- Querströmdüse
- 22
- Laserstrahl
- 23
- Schutzglas in Schutzglashalter 12
- 24
- Kanal
- 25
- Öffnung für Laserstrahlzuführung
- 26
- Öffnung für Sensor
- 27
- Befestigungsschraube
- 28
- Raum vor den Querstromdüsen
- 29
- Düseninnenteil
- 30
- Düseninnenteil, innengewölbt
- 31
- Düseninnenteil, außengewölbt
- 32
- Düseninnenteil, konische Außengrenzfläche
- 33
- Blende
- 34
- Fotosensitiver Sensor
- 35
- Gehäusekörper
- 36
- Passfläche
- 37
- Kühlungsanschlüsse
- 38
- Verjüngende Außenfläche