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DE102019115531A1 - Coaxial powder nozzle tip module for surface treatment of a workpiece - Google Patents

Coaxial powder nozzle tip module for surface treatment of a workpiece Download PDF

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Publication number
DE102019115531A1
DE102019115531A1 DE102019115531.2A DE102019115531A DE102019115531A1 DE 102019115531 A1 DE102019115531 A1 DE 102019115531A1 DE 102019115531 A DE102019115531 A DE 102019115531A DE 102019115531 A1 DE102019115531 A1 DE 102019115531A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
powder nozzle
coaxial powder
nozzle tip
tip module
module
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.)
Pending
Application number
DE102019115531.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Schopphoven
Andres Gasser
Gerhard Maria Backes
Harald Dickler
Sadagopan Tharmakulasingam
Chen Hong
Johannes Henrich Schleifenbaum
Jana Kelbassa
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.)
ACUNITY GMBH, DE
DICKLER, HARALD, DE
Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule De
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Acunity GmbH
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
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 Acunity GmbH, Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH filed Critical Acunity GmbH
Priority to DE102019115531.2A priority Critical patent/DE102019115531A1/en
Priority to CN202080003184.0A priority patent/CN112703078A/en
Priority to PCT/EP2020/065207 priority patent/WO2020245111A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul für eine koaxiale Pulverdüse zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl. Weiterhin betrifft die Erfindung die koaxiale Pulverdüse mit dem koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul. Eine erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüse weist ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul und einen koaxialen Pulverdüsengrundkörper auf, wobei das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten Seite des koaxialen Pulverdüsengrundkörpers angeordnet ist. Das erfinderische koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul weist ein Innenteil und ein Außenteil auf und ist zur Werkstückoberflächenbearbeitung mittels Laserstrahlung geeignet. Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil liegt ein Ringspalt zum Durchfließen einer Pulvergasmischung, wobei der Ringspalt koaxial zur Ausbreitungsachse der Laserstrahlung angeordnet ist. Das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass es quasimonolithisch aufgebaut ist.

Figure DE102019115531A1_0000
The invention relates to a coaxial powder nozzle tip module for a coaxial powder nozzle for surface treatment of a workpiece, in particular for surface treatment of a workpiece with a laser beam. The invention also relates to the coaxial powder nozzle with the coaxial powder nozzle tip module. A coaxial powder nozzle according to the invention has a coaxial powder nozzle tip module and a coaxial powder nozzle base body, the coaxial powder nozzle tip module being arranged on the side of the coaxial powder nozzle base body facing the workpiece surface to be processed. The inventive coaxial powder nozzle tip module has an inner part and an outer part and is suitable for workpiece surface machining by means of laser radiation. Between the inner part and the outer part there is an annular gap for a powder gas mixture to flow through, the annular gap being arranged coaxially to the axis of propagation of the laser radiation. The coaxial powder nozzle tip module is characterized in that it has a quasi-monolithic structure.
Figure DE102019115531A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul für eine koaxiale Pulverdüse zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl. Weiterhin betrifft die Erfindung die koaxiale Pulverdüse mit dem koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul.The invention relates to a coaxial powder nozzle tip module for a coaxial powder nozzle for surface treatment of a workpiece, in particular for surface treatment of a workpiece with a laser beam. The invention also relates to the coaxial powder nozzle with the coaxial powder nozzle tip module.

Der Ausdruck Oberflächenbearbeitung ist dabei möglichst breit zu verstehen und umfasst beispielsweise die Verfahren Dispergieren, Legieren, Beschichten und additive Fertigung mittels Laserstrahlung (auch als Laserauftragschweißen oder Lasergenerieren bezeichnet). Diese Verfahren werden zur Randschichtbehandlung, zur Reparatur und zur additiven Fertigung von Bauteilen mit Zusatzwerkstoffen verwendet. Dabei wird mit einem Laserstrahl auf der Oberfläche eines Bauteils ein Schmelzbad erzeugt, in das über eine Pulverdüse mittels Fördergas ein fester oder bereits aufgeschmolzener, flüssiger pulverförmiger Zusatzwerkstoff injiziert wird. Durch Verfahren des Bauteils relativ zum Laserstrahl entsteht auf der Bauteiloberfläche eine Schicht, die mit dem Grundwerkstoff über die Verbindungszone verschmolzen ist. Zusätzlich entsteht im Grundmaterial eine Wärmeeinflusszone. Die Pulverzufuhr spielt bei diesem Prozess eine bedeutende Rolle. Dabei unterscheidet man im Wesentlichen zwischen drei Möglichkeiten das Pulver zuzuführen. Die erste Möglichkeit ist die seitliche Pulverzufuhr, bei der das Pulver unter einem bestimmten Winkel von nur einer Seite in das Schmelzbad injiziert wird. Bei der zweiten Möglichkeit wird das Pulver durch mehrere Teilstrahlen, die um den Laserstrahl herum positioniert sind, injiziert. Darüber hinaus ist noch die koaxiale Pulverzufuhr bekannt, bei der das Pulver unter einem bestimmten Winkel ringförmig in das Schmelzbad injiziert wird. Die koaxialen Pulverdüsensysteme haben gegenüber den seitlichen Systemen den Vorteil, dass das Bearbeitungsergebnis in der Ebene weniger richtungsabhängig ist. Dadurch lassen sich auch 3-D Bauteile durch additive Fertigung herstellen. Mit den koaxialen Pulverdüsensystemen können außerdem wesentlich höhere Pulverwirkungsgrade erreicht werden als mit den seitlichen Pulverzufuhrsystemen. Der Pulverwirkungsgrad gibt dabei das Verhältnis von der dem Schmelzbad zur Verfügung gestellten Pulvermenge zu der aufgetragenen Pulvermenge an.The term surface processing is to be understood as broadly as possible and includes, for example, the processes of dispersing, alloying, coating and additive manufacturing using laser radiation (also referred to as laser deposition welding or laser generation). These processes are used for surface treatment, repair and additive manufacturing of components with filler materials. A laser beam is used to create a molten bath on the surface of a component, into which a solid or already melted, powdery filler material is injected via a powder nozzle by means of conveying gas. Moving the component relative to the laser beam creates a layer on the component surface that is fused with the base material via the connection zone. In addition, a heat-affected zone is created in the base material. The powder feed plays an important role in this process. A distinction is essentially made between three ways of adding the powder. The first option is the side powder feed, in which the powder is injected into the weld pool from only one side at a certain angle. In the second option, the powder is injected through several partial beams that are positioned around the laser beam. In addition, the coaxial powder feed is also known, in which the powder is injected into the molten bath in a ring shape at a certain angle. The coaxial powder nozzle systems have the advantage over the side systems that the processing result in the plane is less direction-dependent. This means that 3-D components can also be manufactured using additive manufacturing. With the coaxial powder nozzle systems, significantly higher powder efficiencies can be achieved than with the side powder feed systems. The powder efficiency indicates the ratio of the amount of powder made available to the molten bath to the amount of powder applied.

Im Stand der Technik sind zwei Verfahrensvarianten zur Herstellung einer Schicht aus dem Zusatzwerkstoff bekannt:

  • Erstens, indem mittels einer Pulverzufuhr einem Schmelzbad festes Pulver zugeführt wird. Das Schmelzbad wird durch Einstrahlung eines Laserstrahls im flüssigen Zustand gehalten. Festes Pulver trifft in dem Bereich des Schmelzbades ein und wird dort durch den Laser aufgeschmolzen. Wird nun das Bauteil gegenüber dem Laser und der Pulverzufuhr bewegt, so bewegt sich das Schmelzbad aus dem Einflussbereich des Lasers heraus und erstarrt. Ein Teil der eingestrahlten Laserenergie wird aufgewendet, um den Grundwerkstoff aufzuschmelzen und dadurch eine schmelzmetallurgische Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Zusatzwerkstoff herzustellen. Hierdurch entsteht auch eine Wärmeeinflusszone. Abhängig von der Leistung des Lasers findet daher eine Durchmischung von Zusatzwerkstoff und Bauteilwerkstoff statt. Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich Prozessgeschwindigkeiten, d. h. Vorschubgeschwindigkeiten des Bauteils gegenüber dem Laserstrahl, zwischen typischerweise 0,2 m/min und 2 m/min erreichen. Die höchsten bisher erreichten Prozessgeschwindigkeiten liegen im Bereich bis zu 20 m/min.
In the prior art, two method variants for producing a layer from the filler material are known:
  • Firstly, by feeding solid powder into a molten bath by means of a powder feeder. The weld pool is kept in a liquid state by irradiating a laser beam. Solid powder arrives in the area of the melt pool and is melted there by the laser. If the component is now moved in relation to the laser and the powder feed, the weld pool moves out of the area of influence of the laser and solidifies. Part of the laser energy radiated in is used to melt the base material and thereby create a metallurgical bond between the base material and the filler material. This also creates a heat-affected zone. Depending on the power of the laser, the filler material and component material are mixed. With the method described, process speeds, ie feed speeds of the component with respect to the laser beam, between typically 0.2 m / min and 2 m / min can be achieved. The highest process speeds achieved so far are in the range of up to 20 m / min.

Zweites, aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 100 456 A1 ist das sogenannte EHLA-Verfahren bekannt. Mit dem EHLA-Verfahren wird eine deutliche Erhöhung der erzielbaren Bearbeitungsgeschwindigkeit dadurch erreicht, dass einem auf einer zu bearbeitenden Oberfläche vorliegenden Schmelzbad zumindest ein Zusatzwerkstoff in vollständig geschmolzener Form zugeführt wird. Hierzu wird der Zusatzwerkstoff, der zunächst pulverförmig vorliegt, mittels eines Laserstrahls in einem Abstand größer als Null zum Schmelzbad geschmolzen und dem Schmelzbad dann flüssig zugeführt. Das Aufschmelzen des Pulvers in dem genannten Abstand vom Schmelzbad sowie die Erwärmung und das Aufschmelzen des Grundwerkstoffes können durch den gleichen Laserstrahl erfolgen. Der auf das Schmelzbad einstrahlende Laserstrahl bewirkt also auch das Schmelzen des Zusatzwerkstoffs im genannten Abstand vom Schmelzbad.Second, from the German Offenlegungsschrift DE 10 2011 100 456 A1 the so-called EHLA procedure is known. With the EHLA process, a significant increase in the achievable processing speed is achieved by feeding at least one filler material in completely molten form to a molten bath on a surface to be processed. For this purpose, the filler material, which is initially in powder form, is melted by means of a laser beam at a distance greater than zero from the weld pool and then fed to the melt pool in liquid form. The powder can be melted at the specified distance from the weld pool and the base material can be heated and melted using the same laser beam. The laser beam shining on the weld pool also causes the filler metal to melt at the specified distance from the weld pool.

Dadurch, dass der Zusatzwerkstoff dem Schmelzbad im flüssigen Zustand zugeführt wird, entfällt die Zeit zum Aufschmelzen der Pulverpartikel im Schmelzbad. Dies wiederum verringert die Zeit, die für die Schichtbildung notwendig ist, wodurch die Prozessgeschwindigkeit deutlich erhöht werden kann. Wird das Pulver oberhalb des Schmelzbades in den Laserstrahl injiziert, bevor es ins Schmelzbad gelangt, ist die Aufenthaltszeit der Pulverpartikel im Laserstrahl deutlich länger, als wenn der Zusatzwerkstoff erst im Schmelzbad von dem Laserstrahl bestrahlt wird. Eine hohe Intensität der Laserstrahlung verkürzt die Zeit zum Aufschmelzen der Partikel des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs. Die Intensität der Laserstrahlung kann einerseits durch Erhöhung der Laserleistung, aber andererseits auch durch Verkleinerung der Strahlfläche erhöht werden. Der Bereich, in dem der Werkstoff geschmolzen vorliegt, ist jener Bereich, in dem die Intensität des Strahls durch die Fokussierung hinreichend groß ist, um die Pulverpartikel in der Zeit seit ihrem Eintreten in den Laserstrahl aufzuschmelzen. Dieser Bereich kann sich auch vor und/oder hinter den Laserstrahlfokus in Richtung der optischen Achse des Laserstrahls erstrecken. Bevorzugterweise wird der pulverförmige Zusatzwerkstoff als Strahl in den Laserstrahl injiziert. Hierbei kann das Pulver durch einen Gasstrahl transportiert werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Pulverstrahl in einen kleinen Bereich fokussiert wird. Im Wesentlichen alle Pulverpartikel durchlaufen also diesen kleinen Bereich. Eine solche Fokussierung kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass der Pulverstrahl mittels einer koaxialen Pulverdüse erzeugt wird. Ein derart fokussierter Pulverstrahl hat eine Kegelform, wobei die Spitze des Kegels gerade jener Bereich ist, auf dem der Pulverstrahl fokussiert wird. Bei einer solchen Anordnung können Laserstrahl und Pulvergasstrahl koaxial zueinander verlaufen. Die Partikel werden dann oberhalb des Substrates fokussiert, den genannten Pulverfokusbereich, wechselwirken dort mit der Laserstrahlung um von dort auf das Schmelzbad zu treffen. Hierbei ist der Zusatzwerkstoff dann flüssig.Because the filler material is fed to the weld pool in the liquid state, there is no time to melt the powder particles in the weld pool. This in turn reduces the time required for layer formation, which means that the process speed can be increased significantly. If the powder is injected into the laser beam above the weld pool before it gets into the weld pool, the powder particles' residence time in the laser beam is significantly longer than if the filler metal is only irradiated by the laser beam in the weld pool. A high intensity of the laser radiation shortens the time it takes to melt the particles of the powdered filler metal. The intensity of the laser radiation can be increased on the one hand by increasing the laser power, but on the other hand also by reducing the beam area. The area in which the material is molten is the area in which the intensity of the beam is sufficiently high as a result of the focusing to achieve the To melt powder particles in the time since they entered the laser beam. This area can also extend in front of and / or behind the laser beam focus in the direction of the optical axis of the laser beam. The powdery filler material is preferably injected into the laser beam as a beam. The powder can be transported by a gas jet. It is particularly preferred if the powder jet is focused in a small area. So essentially all powder particles pass through this small area. Such a focusing can be brought about, for example, in that the powder jet is generated by means of a coaxial powder nozzle. A powder jet focused in this way has a conical shape, the tip of the cone being precisely that area on which the powder jet is focused. With such an arrangement, the laser beam and powder gas beam can run coaxially to one another. The particles are then focused above the substrate, the aforementioned powder focus area, where they interact with the laser radiation in order to hit the weld pool from there. The filler material is then liquid.

Für eine kostengünstige Realisierung einer koaxialen Pulverdüse ist es günstig, die Düse aus einem Innenteil und einem Außenteil zusammenzubauen. Dabei ist es möglich, eine Pulverkammer und/oder einen Ringspalt zwischen Innenteil und Außenteil auszubilden. Eine Pulverkammer dient dabei der Erzeugung einer gleichmäßigen und koaxialen Pulvergaswolke um den Laserstrahl herum. Durch die zweigeteilte Ausführung mit einem Innen- und einem Außenteil kann die Größe von Kammer und Ringspalt variiert werden. Durch die Änderung der Größe von Kammer und/oder Ringspalt kann die Strömung der Pulvergasmischung, respektive die Partikelgeschwindigkeit beeinflusst werden. Die Düse ist damit für verschiedene Pulvergasmischungen und/oder verschiedene Pulverkorngrößen optimal einsetzbar.For a cost-effective implementation of a coaxial powder nozzle, it is advantageous to assemble the nozzle from an inner part and an outer part. It is possible to form a powder chamber and / or an annular gap between the inner part and the outer part. A powder chamber is used to generate a uniform and coaxial powder gas cloud around the laser beam. Due to the two-part design with an inner and an outer part, the size of the chamber and the annular gap can be varied. By changing the size of the chamber and / or the annular gap, the flow of the powder gas mixture or the particle speed can be influenced. The nozzle can therefore be used optimally for different powder gas mixtures and / or different powder grain sizes.

Die Strömung der Pulvergasmischung in der Kammer und insbesondere im Ringspalt kann unter Umständen empfindlich von den geometrischen Abmessungen von Ringspalt und Kammer abhängen. Wenn Ringspalt und Kammer zwischen Innenteil und Außenteil ausgebildet werden, kann durch eine Feineinstellung von Innenteil und Außenteil zueinander die Strömung beeinflusst werden. Diese Feineinstellung ist erforderlich, da gemäß dem Stand der Technik Innenteil und Außenteil zumeist mit einem vergleichsweise groben Gewinde zusammengeschraubt werden. Zudem können geringe Fertigungsfehler von Innenteil und Außenteil ausgeglichen werden. Zudem können die Düse und die Kammer durch die Feineinstellung für verschiedene Strömungen von Pulvergasmischungen optimiert werden. Die Pulvergasmischung kann verschiedene Konzentrationen an Pulver im Gas, Gasvolumenströme sowie verschiedene Korngrößen des Pulvers aufweisen. Auch dies erfordert eine Anpassung der geometrischen Abmessungen von Kammer und Ringspalt durch eine Feineinstellung des Abstands von Innenteil und Außenteil der Düse. Damit kann auch der Anteil, der nicht zur Schichtbildung beiträgt, der sog. Overspray, beeinflusst werden.The flow of the powder gas mixture in the chamber and in particular in the annular gap can, under certain circumstances, be sensitive to the geometric dimensions of the annular gap and chamber. If the annular gap and chamber are formed between the inner part and the outer part, the flow can be influenced by fine adjustment of the inner part and the outer part with respect to one another. This fine adjustment is necessary because, according to the prior art, the inner part and the outer part are usually screwed together with a comparatively coarse thread. In addition, minor manufacturing errors in the inner part and outer part can be compensated for. In addition, the fine adjustment of the nozzle and the chamber can be optimized for different flows of powder gas mixtures. The powder gas mixture can have different concentrations of powder in the gas, gas volume flows and different particle sizes of the powder. This also requires an adaptation of the geometric dimensions of the chamber and annular gap by fine adjustment of the distance between the inner part and the outer part of the nozzle. In this way, the proportion that does not contribute to the formation of the layer, the so-called overspray, can also be influenced.

Begrifflich sei hierzu erläutert:

  • Die Intensität der Laserstrahlung ist hier definiert als Quotient aus Laserleistung und Querschnittsfläche des Strahls senkrecht zur optischen Achse des Strahls.
  • Unter einer koaxialen Pulverdüse wird hier eine Düse zur Zuführung von pulverförmigen Material und eines Laserstrahls verstanden, wobei der Laserstrahl und der Pulverstrahl koaxial zueinander verlaufen, also die gleiche Strahlachse aufweisen.
The following terms are explained:
  • The intensity of the laser radiation is defined here as the quotient of the laser power and the cross-sectional area of the beam perpendicular to the optical axis of the beam.
  • A coaxial powder nozzle is understood here to mean a nozzle for supplying powdery material and a laser beam, the laser beam and the powder beam running coaxially to one another, that is to say having the same beam axis.

Unter Overspray wird hier der Anteil des verspritzten Pulvers verstanden, der nicht auf den vorgesehenen Ort des Werkstücks gelangt. Dabei kann dieses Pulver in die Umgebung entweichen oder außerhalb der Spurbreite des Lasers auf die Werkstückoberfläche gelangen, so dass er nicht zum gewünschten Schichtaufbau beiträgt.Overspray is understood here as the proportion of the sprayed powder that does not reach the intended location on the workpiece. This powder can escape into the environment or reach the workpiece surface outside of the laser's track width, so that it does not contribute to the desired layer structure.

Wird die Düse aufgrund thermischer oder mechanischer Belastung beschädigt, so müssen entsprechend Komponenten ausgetauscht werden. Hierzu gibt es verschiedene Lösungen: entweder wird die gesamte Düse ausgetauscht oder der untere Teil der Düse mit den entsprechenden zwei konusförmigen Spitzen. Aus Kostengründen wird die zweite Variante bevorzugt. Im Allgemeinen werden diese Düsenspitzen über Gewinde angebracht. Da die Düsenspitzen Fertigungstoleranzen aufweisen, nicht in einer Aufspannung gefertigt werden und Spiel im Gewinde haben, führt dies dazu, dass der resultierende Pulvergasstrahl beispielsweise hinsichtlich der Größe des Pulverstrahlfokus, der Symmetrie der Pulververteilung und/oder des Oversprays, Abweichungen aufweist. Beim Laserauftragschweißen führen diese Abweichungen zu deutlichen Qualitätsverlusten (geringerer Pulvernutzungsgrad, zu geringere erzeugte Schichtdicke). Gelöst wird dieses Problem dadurch, dass die Düse nach dem Wechsel der Spitzen aufwendig justiert wird. Dies führt zu massiven Unterbrechungen im Prozess, was insbesondere für eine Serienfertigung unerwünscht ist. Bisher wurde das Ausrichten der beiden konusförmigen Düsenspitzen zueinander über Justierschrauben durchgeführt. Dabei wird das vorhandene Spiel genutzt, um den Spalt zwischen den beiden Konen so einzustellen, dass ein gleichmäßiger und symmetrischer Pulverstrahl entsteht. Diese Justierung kann im Allgemeinen nicht durch den Endnutzer durchgeführt werden. Andere Lösungen sehen einen Tausch der Düsenspritzen über Gewinde vor, wobei die Abweichungen in der Qualität des Pulvergasstrahls in Kauf genommen werden. Da für die Durchführung des EHLA-Verfahrens eine hohe und gleichmäßige Qualität des Pulvergasstrahls benötigt wird, sind diese Düsen für das EHLA-Verfahren nur sehr bedingt geeignet.If the nozzle is damaged due to thermal or mechanical stress, components must be replaced accordingly. There are different solutions for this: either the entire nozzle is replaced or the lower part of the nozzle with the corresponding two conical tips. The second variant is preferred for cost reasons. Generally these nozzle tips are attached via threads. Since the nozzle tips have manufacturing tolerances, are not manufactured in one setting and have play in the thread, the resultant powder gas jet has deviations, for example with regard to the size of the powder jet focus, the symmetry of the powder distribution and / or the overspray. With laser deposition welding, these deviations lead to significant losses in quality (lower degree of powder utilization, insufficiently produced layer thickness). This problem is solved by the fact that the nozzle is laboriously adjusted after changing the tips. This leads to massive interruptions in the process, which is particularly undesirable for series production. Up until now, the two conical nozzle tips were aligned with one another using adjusting screws. The existing play is used to adjust the gap between the two cones so that an even and symmetrical powder jet is created. This adjustment can generally not be carried out by the end user. Other solutions provide for an exchange of the nozzle syringes via thread, whereby the deviations must be accepted in the quality of the powder gas jet. As a high and uniform quality of the powder gas jet is required to carry out the EHLA process, these nozzles are only suitable to a very limited extent for the EHLA process.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul für eine koaxiale Pulverdüse zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zur Oberflächenbearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl und insbesondere für das Laserauftragsschweißen nach dem EHLA-Verfahren, anzugeben, das durch den Endanwender tauschbar ist, wobei der Tauschaufwand, insbesondere die notwendige Unterbrechung im Prozess, gegenüber dem Stand der Technik minimiert ist. Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 12. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine koaxiale Pulverdüse mit dem koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul anzugeben. Diese weitere Aufgabe wird mit einer koaxialen Pulverdüse gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der koaxialen Pulverdüse ergeben sich aus den Ansprüchen 14 bis 15.The object of the invention is to provide a coaxial powder nozzle tip module for a coaxial powder nozzle for surface treatment of a workpiece, in particular for surface treatment of a workpiece with a laser beam and in particular for laser deposition welding according to the EHLA method, which can be exchanged by the end user, whereby the exchange effort In particular, the necessary interruption in the process is minimized compared to the prior art. This object of the invention is achieved with a coaxial powder nozzle tip module according to independent claim 1. Advantageous further developments of the coaxial powder nozzle tip module emerge from claims 2 to 12. Furthermore, it is the object of the invention to specify a coaxial powder nozzle with the coaxial powder nozzle tip module. This further object is achieved with a coaxial powder nozzle according to claim 13. Advantageous further developments of the coaxial powder nozzle emerge from claims 14 to 15.

Das erfinderische koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul weist ein Innenteil und ein Außenteil auf und ist zur Werkstückoberflächenbearbeitung mittels Laserstrahlung geeignet. Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil liegt ein Ringspalt zum Durchfließen einer Pulvergasmischung, wobei der Ringspalt koaxial zur Ausbreitungsachse der Laserstrahlung angeordnet ist. Das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass es quasimonolithisch aufgebaut ist.The inventive coaxial powder nozzle tip module has an inner part and an outer part and is suitable for workpiece surface machining by means of laser radiation. Between the inner part and the outer part there is an annular gap for a powder gas mixture to flow through, the annular gap being arranged coaxially to the axis of propagation of the laser radiation. The coaxial powder nozzle tip module is characterized in that it has a quasi-monolithic structure.

Begrifflich sei dazu erläutert:

  • Unter einem koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul wird bei einem modularen Aufbau einer Pulverdüse zur Zuführung von pulverförmigen Material und eines Laserstrahls zu einer Bearbeitungsstelle auf der Oberfläche eines Werkstücks das Modul verstanden, das die Spitze der Pulverdüse darstellt, wobei der Laserstrahl und der Pulverstrahl koaxial zueinander verlaufen, also die gleiche Strahlachse aufweisen.
Conceptually, the following is explained:
  • With a modular structure of a powder nozzle for feeding powdery material and a laser beam to a processing point on the surface of a workpiece, a coaxial powder nozzle tip module is understood to mean the module that represents the tip of the powder nozzle, the laser beam and the powder jet running coaxially to one another, i.e. the have the same beam axis.

Das Innenteil des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls ist das Teil, das die Ausbreitungsachse der Laserstrahlung als zentrale Achse des Moduls umfasst. Das Innenteil weist eine Bohrung auf, durch die der Laserstrahl hindurchführbar ist.The inner part of the coaxial powder nozzle tip module is the part that includes the axis of propagation of the laser radiation as the central axis of the module. The inner part has a bore through which the laser beam can be passed.

Das Außenteil des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls ist das Teil, das das Innenteil des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls umschließt.The outer part of the coaxial powder nozzle tip module is the part that encloses the inner part of the coaxial powder nozzle tip module.

Unter Werkstückoberflächenbearbeitung wird hier die Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks verstanden. Dabei kann die Bearbeitung materialaufbauend, materialabbauend oder neutral bzgl. einer Materialauftragung beziehungsweise -abtragung erfolgen.Workpiece surface machining is understood here to mean machining the surface of a workpiece. The processing can take place in a material-building, material-degrading or neutral manner with regard to material application or removal.

Unter Laserstrahlung werden elektromagnetische Wellen verstanden, wobei Laserstrahlen sich durch eine Kombination von hoher Intensität, sehr engem Frequenzbereich, scharfer Bündelung des Strahls und großer Kohärenzlänge auszeichnen.Laser radiation is understood to mean electromagnetic waves, where laser beams are characterized by a combination of high intensity, a very narrow frequency range, sharp focus of the beam and a long coherence length.

Mit dem Ausdruck Endanwender wird hier der Betreiber einer Werkstückoberflächenbearbeitungsanlage, die das erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul aufweist, verstanden. Der Endanwender bearbeitet Werkstücke und benutzt die Anlage als Betriebsmittel und hat in der Regel weder die Kenntnisse noch die technischen Möglichkeiten, das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul einzustellen.The term "end user" is understood here to mean the operator of a workpiece surface processing system which has the coaxial powder nozzle tip module according to the invention. The end user processes workpieces and uses the system as operating equipment and usually has neither the knowledge nor the technical possibilities to set the coaxial powder nozzle tip module.

Unter dem Begriff quasimonolithisch wird dabei hier verstanden, dass das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul einen vormontierten Innen- und Außenkonus aufweist, wobei zwischen dem Innen- und dem Außenkonus ein Ringspalt ausgebildet ist, in dem die Pulver-Gas-Strömung ausbildbar ist.The term quasi-monolithic is understood here to mean that the coaxial powder nozzle tip module has a preassembled inner and outer cone, an annular gap being formed between the inner and outer cones in which the powder-gas flow can be formed.

Das quasimonolithische Pulverdüsenspitzenmodul ist über entsprechende Form- und Lagertoleranzen vormontiert und kann ohne Notwendigkeit einer manuellen Justage einfach ausgetauscht werden. Dieser Austausch kann von dem Endanwender durchgeführt werden, da keinerlei Einstellungen vorgenommen werden müssen. Der Austausch kann in kurzer Zeit durchgeführt werden, womit auch die notwendige Unterbrechung im Prozess minimiert ist. Auch nach einem Austausch des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls bleibt die Qualität des Pulver-Gas-Strahls in Bezug auf Pulverpartikeldichteverteilung und Gleichförmigkeit des Pulver-Gas-Strahls gleich, womit auch die gleichbleibende Qualität der Oberflächenbearbeitung gegeben ist. Ist für die Verarbeitung eines bestimmten Zusatzwerkstoffs eine spezielle Oberflächenqualität des Strömungskanals des Pulver-Gas-Strahls erforderlich, so kann eine bestimmte Oberflächengüte des Strömungskanals beispielsweise zur hochgenauen Fokussierbarkeit des Pulver-Gas-Strahls eingestellt und auch nach dem Austausch des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls eingehalten werden. Ebenso ist je nach Anwendungsfall eine gewünschte Verschleißbeständigkeit einstell- und beibehaltbar. Genauso ist in Abhängigkeit des Zusatzwerkstoffes, beispielsweise in Abhängigkeit der Korngrößenverteilung und/oder des Pulvermassenstroms ein angepasstes Spaltmaß einstell- und beibehaltbar. Weiterhin kann die Qualität des Pulver-Gas-Strahls mit Hilfe eines Messgerätes, wie es beispielsweise aus dem deutschen Patent DE 10 2011 009 345 B3 bekannt ist, quantitativ beschrieben und zertifiziert werden.The quasi-monolithic powder nozzle tip module is preassembled with corresponding shape and bearing tolerances and can be easily exchanged without the need for manual adjustment. This exchange can be carried out by the end user, since no settings have to be made. The exchange can be carried out in a short time, which also minimizes the necessary interruption in the process. Even after replacing the coaxial powder nozzle tip module, the quality of the powder-gas jet remains the same in terms of powder particle density distribution and uniformity of the powder-gas jet, which also ensures the constant quality of the surface treatment. If a special surface quality of the flow channel of the powder-gas jet is required for the processing of a certain filler material, then a certain surface quality of the flow channel can be set, for example for highly precise focusability of the powder-gas jet, and maintained even after the coaxial powder nozzle tip module has been replaced. Likewise, depending on the application, a desired wear resistance can be set and maintained. In the same way, depending on the filler material, for example depending on the grain size distribution and / or the powder mass flow, an adapted gap dimension can be set and maintained. Furthermore, the quality of the powder-gas jet can be measured with the help of a measuring device, such as that from the German patent DE 10 2011 009 345 B3 is known, described quantitatively and certified.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul auf seiner Rückseite ein Lochkreismuster mit Bohrungen auf, durch das ein Pulver-Gas-Gemisch leitbar ist, wobei das Lochkreismuster einen Ring mit einem Innendurchmesser, gebildet durch die Tangente an die zur Ausbreitungsachse der Laserstrahlung weisenden Bohrungsränder, und einem Außendurchmesser, gebildet durch die Tangente an die der Ausbreitungsachse der Laserstrahlung abgewandten Bohrungsränder, bildet und wobei der Ring Stegflächen aufweist, wobei die Stegflächen maximal 61 % der Gesamtfläche des Rings einnehmen. Die Rückseite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls ist dabei die der Spitze und damit im Betrieb der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche gegenüberliegende Seite. Durch die Bohrungen kann das Zusatzmaterial in Form eines Pulver-Gas-Gemisches in Richtung der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche geführt werden. Dadurch, dass die Stegflächen maximal 61% der Gesamtfläche des Rings einnehmen, ist gewährleistet, dass das Zusatzmaterial gleichmäßig über dem Umfang verteilt in das koaxiale Düsenspitzenmodul eingebracht wird, wodurch eine über den Umfang gleichmäßig verteilte Aufschmelzung des Zusatzmaterials stattfinden kann und somit die Qualität der Oberflächenbearbeitung erhöht wird. Die Bohrungen können als angesenkte oder nicht angesenkte kreisrunde Bohrungen oder alternativ auch als Langloch ausgeführt sein, wobei die Kanten der Langlöcher gebrochen oder ungebrochen ausgeführt sein können. In an advantageous embodiment, the coaxial powder nozzle tip module has a perforated circle pattern with bores on its back, through which a powder-gas mixture can be guided, the perforated circle pattern being a ring with an inner diameter, formed by the tangent to the bore edges pointing to the axis of propagation of the laser radiation, and an outer diameter, formed by the tangent to the bore edges facing away from the axis of propagation of the laser radiation, and wherein the ring has web surfaces, the web surfaces taking up a maximum of 61% of the total area of the ring. The back of the coaxial powder nozzle tip module is the side opposite the tip and thus the workpiece surface to be machined during operation. The additional material in the form of a powder-gas mixture can be guided through the bores in the direction of the workpiece surface to be machined. The fact that the web surfaces take up a maximum of 61% of the total area of the ring ensures that the additional material is introduced into the coaxial nozzle tip module evenly distributed over the circumference, which means that the additional material can be melted evenly over the circumference and thus the quality of the surface processing is increased. The bores can be designed as countersunk or non-countersunk circular bores or alternatively also as elongated holes, the edges of the elongated holes being able to be broken or unbroken.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die das Lochkreismuster bildenden Bohrungen konisch ausgeführt, wobei sich ihr Durchmesser in Richtung zur Spitze verjüngt. Hierdurch wird die Qualität der Oberflächenbearbeitung weiter erhöht.In a further advantageous embodiment, the holes forming the hole pattern are conical, their diameter tapers in the direction of the tip. This further increases the quality of the surface treatment.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul eine in dem Ringspalt umlaufende Modulkammer aufweist, wobei die Modulkammer das rückseitige Ende des Ringspaltes bildet und derart angeordnet ist, dass die das Lochkreismuster bildenden Bohrungen in ihr münden. Die Verteilung des über die Bohrungen des Lochkreismusters zugeführten Zusatzmaterials wird hierdurch weiter vergleichmäßigt, wodurch die Qualität der Oberflächenbearbeitung weiter erhöht wird.It has proven to be particularly advantageous if the coaxial powder nozzle tip module has a module chamber encircling the annular gap, the module chamber forming the rear end of the annular gap and being arranged in such a way that the holes forming the hole circle pattern open into it. The distribution of the additional material supplied via the bores of the hole circle pattern is thereby further evened out, whereby the quality of the surface processing is further increased.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Außenteil auf seiner der Rückseite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls zugewandten Seite einen Flansch auf, wobei auch das Innenteil auf seiner der Rückseite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls zugewandten Seite einen Flansch bildet, und wobei der Flansch des Außenteils und der Flansch des Innenteils im montierten Zustand zueinander hin weisen, wobei zwischen die beiden Flansche ein Distanzring montierbar ist. Über die Flansche von Innen- und Außenteil sind diese miteinander in Wirkverbindung bringbar. Dabei können die Flansche im montierten Zustand aufeinander zu liegen kommen. Darüber hinaus kann aber auch zwischen die beiden Flansche ein Distanzring eingebracht werden. Über unterschiedliche starke Distanzringe, d.h. Distanzringe, die in Richtung der Ausbreitungsachse der Laserstrahlung unterschiedliche Materialstärken aufweisen, lässt sich der zwischen Innen- und Außenteil liegende Ringspalt im Spaltmaß, d.h. in der Höhe des Spaltes, variieren. Das Spaltmaß ist abhängig von dem Zusatzwerkstoff, hier vor Allem von der Korngrößenverteilung und dem gewünschten Pulvermassenstrom. Durch die Verwendung von Distanzringen mit unterschiedlicher Materialstärke lassen sich optimal auf den verwendeten Pulvermassestrom angepasste koaxiale Pulverdüsenmodule herstellen.In a further advantageous embodiment, the outer part has a flange on its side facing the rear of the coaxial powder nozzle tip module, the inner part also forming a flange on its side facing the rear of the coaxial powder nozzle tip module, and the flange of the outer part and the flange of the inner part in the assembled state pointing towards each other, a spacer ring can be mounted between the two flanges. These can be brought into operative connection with one another via the flanges of the inner and outer parts. The flanges can come to rest on one another in the assembled state. In addition, a spacer ring can also be inserted between the two flanges. Using different strong spacer rings, i.e. Spacer rings that have different material thicknesses in the direction of the axis of propagation of the laser radiation, the annular gap between the inner and outer parts can be adjusted to the size of the gap, i.e. in the height of the gap. The gap size depends on the filler material, in this case mainly on the grain size distribution and the desired powder mass flow. By using spacer rings with different material thicknesses, it is possible to produce coaxial powder nozzle modules that are optimally adapted to the powder mass flow used.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die den Ringspalt bildende Außenfläche des Innenteils und/oder die Innenfläche des Außenteils eine Oberflächenhärte von mindestens 500 HV 0,3 aufweisen. Die verwendeten Zusatzwerkstoffe können abrasiv wirken. Die abrasive Wirkung wird noch dadurch verstärkt, dass der Zusatzwerkstoff in Pulverform vorliegt und mittels eines Gasstroms mit hoher Geschwindigkeit durch den Ringspalt geleitet wird. Daher sind Maßnahmen zum Schutz der Oberfläche der den Ringspalt bildenden Flächen vorteilhaft. Als Maßnahmen kommen hier alle bekannten Maßnahmen zum Oberflächenschutz, wie beispielsweise ein Härten und/oder eine Oberflächenbeschichtung, in Betracht.It has also proven to be advantageous if the outer surface of the inner part that forms the annular gap and / or the inner surface of the outer part have a surface hardness of at least 500 HV 0.3. The additional materials used can have an abrasive effect. The abrasive effect is reinforced by the fact that the filler material is in powder form and is passed through the annular gap at high speed by means of a gas flow. Measures for protecting the surface of the surfaces forming the annular gap are therefore advantageous. All known measures for surface protection, such as hardening and / or surface coating, can be considered as measures here.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Innenteil eine mittig angeordnete konusförmige Bohrung entlang der Ausbreitungsachse der Laserstrahlung auf, wobei sich der Konus zur Spitze hin verjüngt. Durch diese Bohrung kann ein Laserstrahl zur Oberflächenbearbeitung geleitet werden.In an advantageous embodiment, the inner part has a centrally arranged conical bore along the axis of propagation of the laser radiation, the cone tapering towards the tip. A laser beam can be passed through this hole for surface treatment.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Außenteil auf seiner Innenfläche einen sich zur Spitze hin verjüngenden Konus bildet.It has furthermore proven to be advantageous if the outer part forms a cone tapering towards the tip on its inner surface.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform bildet das Innenteil auf seiner Außenfläche einen sich zur Spitze hin verjüngenden Konus.In a further advantageous embodiment, the inner part forms a cone tapering towards the tip on its outer surface.

In einer Ausführungsform weist der Ringspalt von der Modulkammer bis zur Spitze ein konstantes Spaltmaß auf.In one embodiment, the annular gap has a constant gap size from the module chamber to the tip.

In einer alternativen Ausführungsform verjüngt sich der Ringspalt von der Modulkammer bis zur Spitze.In an alternative embodiment, the annular gap tapers from the module chamber to the tip.

Je nach verwendetem Zusatzmaterial, seiner Korngröße, der Zusammensetzung des verwendeten Pulver-Gas-Gemisches sowie dem gewünschten Volumenstrom kann es vorteilhaft sein, einen Ringspalt mit konstanter Spalthöhe oder mit sich in Spitzenrichtung verändernder, d.h. verringernder oder vergrößernder Spalthöhe zu verwenden.Depending on the additional material used, its grain size, the composition of the powder-gas mixture used and the desired volume flow, it may be advantageous to use an annular gap with a constant gap height or with a gap height that changes in the tip direction, ie decreases or increases.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Außenteil einen sich von der Rückseite zur Spitze hin verjüngenden Außenkonus auf. Da der Laserstrahl im Betrieb auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks oder kurz darüber fokussiert wird, kann die Bohrung konisch zulaufen, wodurch das gesamte koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul zu seiner Spitze hin konisch zulaufen kann, was Vorteile hinsichtlich der Bearbeitung von engen Geometrien sowie hinsichtlich der erforderlichen Masse des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls zur Folge hat. Dies ist vorteilhaft für die Dynamik, mit der die Pulverdüse bewegbar ist.In a further advantageous embodiment, the outer part has an outer cone that tapers from the rear towards the tip. Since the laser beam is focused on the surface of the workpiece to be machined or just above it during operation, the bore can be tapered, which means that the entire coaxial powder nozzle tip module can taper towards its tip, which has advantages in terms of machining narrow geometries and the required dimensions of the coaxial powder nozzle tip module. This is advantageous for the dynamics with which the powder nozzle can be moved.

Eine erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüse ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul und einen koaxialen Pulverdüsengrundkörper aufweist, wobei das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten Seite des koaxialen Pulverdüsengrundkörpers angeordnet ist.A coaxial powder nozzle according to the invention is characterized in that it has a coaxial powder nozzle tip module and a coaxial powder nozzle base body, the coaxial powder nozzle tip module being arranged on the side of the coaxial powder nozzle base body facing the workpiece surface to be processed.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Pulverdüsengrundkörper mindestens eine Pulverzuführung und eine umlaufende Grundkörperkammer auf, wobei mindestens eine Pulverzuführung in der Grundkörperkammer mündet und die Grundkörperkammer einen zur Ausbreitungsachse der Laserstrahlung koaxialen Ring bildet, wobei mindestens eine Umfangswand des Rings konisch zur Spitze hin zuläuft, und wobei die Grundkörperkammer zum koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul hin eine offene Ringfläche bildet, wobei die offene Ringfläche das Lochkreismuster des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls im montierten Zustand überdeckt. Der Zusatzwerkstoff wird über mindestens eine Pulverzuführung der koaxialen Pulverdüse zugeführt und über die Grundkörperkammer in Umfangsrichtung verteilt. Von der Grundkörperkammer gelangt der Zusatzwerkstoff durch die Bohrungen auf dem Lochkreismuster des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls in den Ringspalt, wobei seine Verteilung in Umfangsrichtung hierdurch weiter optimiert wird.In an advantageous embodiment, the powder nozzle base body has at least one powder feed and a circumferential base body chamber, with at least one powder feed opening into the base body chamber and the base body chamber forming a ring coaxial to the axis of propagation of the laser radiation, with at least one peripheral wall of the ring tapering towards the tip, and with the main body chamber forms an open ring surface towards the coaxial powder nozzle tip module, the open ring surface covering the hole circle pattern of the coaxial powder nozzle tip module in the assembled state. The filler material is fed to the coaxial powder nozzle via at least one powder feed and distributed in the circumferential direction over the base body chamber. The filler material passes from the base body chamber through the bores on the hole circle pattern of the coaxial powder nozzle tip module into the annular gap, its distribution in the circumferential direction being further optimized as a result.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der koaxiale Pulverdüsengrundkörper eine aktive Kühlung aufweist. Durch die Nähe zur der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks wird die Pulverdüse im Betrieb warm. Die aktive Kühlung kann beispielsweise eine Flüssigkeitskühlung sein, wobei die Kühlflüssigkeit in einem umlaufenden Kanal durch den Pulverdüsengrundkörper fließt und überschüssige Wärme abführt.It has also proven to be advantageous if the coaxial powder nozzle base body has active cooling. Due to the proximity to the surface of the workpiece to be processed, the powder nozzle becomes warm during operation. The active cooling can be liquid cooling, for example, the cooling liquid flowing in a circumferential channel through the powder nozzle base body and dissipating excess heat.

Die koaxiale Pulverdüse kann als Kombidüse zum Laserauftragsschweißen als auch zum reinen Schweißen ohne Zusatzwerkstoff benutzt werden.The coaxial powder nozzle can be used as a combination nozzle for laser deposition welding as well as for pure welding without additional material.

Begrifflich sei erläutert:

  • Unter einem Pulver-Gas-Gemisch wird hier ein Gemisch des zuzuführenden pulverförmigen Zusatzwerkstoffes mit einem Trägergas verstanden. Das Trägergas dient dazu, den Zusatzwerkstoff zu transportieren und ist üblicherweise ein Inertgas, das den Zutritt von Sauerstoff zu dem erhitzten Zusatzwerkstoff beziehungsweise dem Grundwerkstoff verhindert, bzw. minimiert.
Conceptually, it should be explained:
  • A powder-gas mixture is understood here to mean a mixture of the powdery filler material to be supplied with a carrier gas. The carrier gas is used to transport the filler material and is usually an inert gas that prevents or minimizes the access of oxygen to the heated filler material or the base material.

Unter einem Lochkreismuster oder Lochkreis wird die Anordnung mehrerer Bohrungen verstanden, wobei die Mittelpunkte der Bohrungen in einer Ebene senkrecht zu den Bohrungsmittelachsen auf einem Kreis angeordnet sind.A hole circle pattern or hole circle is understood to mean the arrangement of a plurality of bores, the center points of the bores being arranged on a circle in a plane perpendicular to the bore center axes.

Unter einer Stegfläche wird hier die Fläche verstanden, die ein zwischen zwei benachbarten, auf einem Lochkreis liegenden Bohrungen sich befindender Steg aufweist. Dabei wird der Steg einerseits durch die Ränder der beiden benachbarten Bohrungen und andererseits durch die Tangente an die zur Ausbreitungsachse der Laserstrahlung weisenden Bohrungsränder bzw. durch die Tangente an die der Ausbreitungsachse der Laserstrahlung abgewandten Bohrungsränder gebildet.A web surface is understood here to mean the surface which a web located between two adjacent bores lying on a hole circle has. The web is formed on the one hand by the edges of the two adjacent bores and on the other hand by the tangent to the bore edges pointing to the axis of propagation of the laser radiation or by the tangent to the bore edges facing away from the axis of propagation of the laser radiation.

Die Rückseite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls ist die der Spitze und damit im Betrieb der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche gegenüberliegende Seite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls. Mit anderen Worten ist die Rückseite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls die dem Pulverdüsengrundkörper zugewandte Seite des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls.The rear side of the coaxial powder nozzle tip module is the side of the coaxial powder nozzle tip module which is opposite the tip and thus the side of the coaxial powder nozzle tip module which is opposite the workpiece surface to be machined during operation. In other words, the rear side of the coaxial powder nozzle tip module is the side of the coaxial powder nozzle tip module facing the powder nozzle base body.

Generell sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen des hier vorliegenden Dokuments die unbestimmten Zahlwörter „ein“, „zwei" usw. nicht als „genau-ein“, „genau zwei" usw. verstanden werden sollen, sondern im Normalfall als unbestimmte Artikel. Eine Aussage der Art „ein ... ”, ,,zwei ... ” usw. ist daher als „mindestens ein ... ”, „mindestens zwei ... ” usw. zu verstehen, sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ergibt, dass etwa nur „genau ein“, „genau zwei“ usw. gemeint sind.In general, it should be noted that in the context of this document, the indefinite numerals “one”, “two” etc. should not be understood as “exactly one”, “exactly two” etc., but normally as an indefinite article. A statement of the type “one ...”, “two ...” etc. is therefore to be understood as “at least one ...”, “at least two ...” etc., unless it is clear from the respective context shows that only "exactly one", "exactly two", etc. are meant.

Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere“ immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ zu verstehen.In the context of the present patent application, the term “in particular” should always be understood to mean that an optional, preferred feature is introduced with this term. The expression is not to be understood as “and indeed” and not as “namely”.

Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass alle angegebenen Zahlenwerte nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen.It should be expressly pointed out that all numerical values given should not be understood as sharp limits, but rather should be able to be exceeded or fallen below on an engineering scale without departing from the aspect of the invention described.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.Further advantages, special features and expedient developments of the invention emerge from the subclaims and the following illustration of preferred exemplary embodiments using the figures.

Es zeigen:

  • 1 eine erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüse im Schnitt,
  • 2 eine erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüse in einer Seitenansicht,
  • 3 ein erfindungsgemäßes koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul in einer Seitenansicht,
  • 4 ein erfindungsgemäßes koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul in einer Draufsicht.
Show it:
  • 1 a coaxial powder nozzle according to the invention in section,
  • 2 a coaxial powder nozzle according to the invention in a side view,
  • 3 a coaxial powder nozzle tip module according to the invention in a side view,
  • 4th a coaxial powder nozzle tip module according to the invention in a plan view.

1 zeigt eine erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüse 100 im Schnitt. Die koaxiale Pulverdüse 100 weist ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul 110 und einen koaxialen Pulverdüsengrundkörper 150 auf. Das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul 110 ist mit seiner Rückseite 119 an der der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten Seite des koaxialen Pulverdüsengrundkörpers 150 angeordnet und weist an seinem gegenüberliegenden Ende, d.h. dem im Betrieb der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten Seite, eine Spitze 118 auf. Durch die gesamte koaxiale Pulverdüse 100 verläuft eine konische, sich zur Spitze 118 hin verjüngende Bohrung 114, durch die ein Laserstrahl geleitet werden kann. Der Pulverdüsengrundkörper 150 weist drei Pulverzuführungen 153 (in dem gezeigten Schnitt ist hiervon nur eine sichtbar) und eine umlaufende Grundkörperkammer 152 auf. Die Pulverzuführungen münden in der Grundkörperkammer 152. Die Grundkörperkammer 152 bildet einen zur Ausbreitungsachse 200 der Laserstrahlung koaxialen Ring. Die innere Wand des koaxialen Rings läuft konisch zur Spitze 118 hin zu. Die Grundkörperkammer 152 bildet eine zum koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul 110 hin eine offene Ringfläche, wobei die offene Ringfläche ein Lochkreismuster 120 des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls 110 überdeckt. 1 shows a coaxial powder nozzle according to the invention 100 on average. The coaxial powder nozzle 100 has a coaxial powder nozzle tip module 110 and a coaxial powder nozzle body 150 on. The coaxial powder nozzle tip module 110 is with its back 119 on the side of the coaxial powder nozzle body facing the workpiece surface to be processed 150 arranged and has at its opposite end, ie the side facing the workpiece surface to be machined during operation, a point 118 on. Through the entire coaxial powder nozzle 100 runs a conical, extending to the tip 118 tapered bore 114 through which a laser beam can be directed. The powder nozzle body 150 has three powder feeders 153 (only one of these is visible in the section shown) and a circumferential base body chamber 152 on. The powder feeds open into the main body chamber 152 . The body chamber 152 forms one to the axis of propagation 200 the laser radiation coaxial ring. The inner wall of the coaxial ring tapers towards the tip 118 towards. The body chamber 152 forms one to the coaxial powder nozzle tip module 110 towards an open ring surface, wherein the open ring surface is a hole circle pattern 120 of the coaxial powder nozzle tip module 110 covered.

Der Zusatzwerkstoff wird über die Pulverzuführungen 153 der koaxialen Pulverdüse 100 zugeführt und über die Grundkörperkammer 152 in Umfangsrichtung verteilt. Von der Grundkörperkammer 152 gelangt der Zusatzwerkstoff durch Bohrungen 112 auf einem Lochkreismuster 120 (siehe 4) des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls 110 in einen Ringspalt 130, der zwischen einem Innenteil 111 und einem Außenteil 115 des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls 110 gebildet wird. Der koaxiale Pulverdüsengrundkörper 150 weist eine aktive Kühlung in Form eines umlaufenden Kühlkanals 151 auf, der über eine Kühlmittelzuführung 155 und eine Kühlmittelableitung 156 mit Kühlmittel beschickt wird.The filler material is fed through the powder feed system 153 the coaxial powder nozzle 100 fed and via the main body chamber 152 distributed in the circumferential direction. From the body chamber 152 the filler material gets through bores 112 on a hole circle pattern 120 (please refer 4th ) of the coaxial powder nozzle tip module 110 into an annular gap 130 that is between an inner part 111 and an outer part 115 of the coaxial powder nozzle tip module 110 is formed. The coaxial powder nozzle body 150 has active cooling in the form of a circumferential cooling channel 151 on, which has a coolant supply 155 and a coolant drain 156 is charged with coolant.

Das Innenteil 111 ist mit dem Außenteil 115 über einen Flansch 113 des Innenteils 111 und einen Flansch 116 des Außenteils 115 miteinander verbunden. Weiterhin ist das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul 110 über die Flansche 111, 115 mit dem koaxialen Pulverdüsengrundkörper 150 verbunden. Zwischen den beiden Flanschen 113, 116 befindet sich ein Distanzring 140. Über unterschiedliche starke Distanzringe 140, d.h. Distanzringe 140, die in Richtung der Ausbreitungsachse 200 der Laserstrahlung unterschiedliche Materialstärken aufweisen, lässt sich der zwischen dem Innenteil 111 und dem Außenteil 115 liegende Ringspalt 130 im Spaltmaß, d.h. in der Höhe des Spaltes, variieren. Das Spaltmaß ist abhängig von dem Zusatzwerkstoff, hier vor Allem von der Korngrößenverteilung und dem gewünschten Pulvermassenstrom.
Das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul 110 ist quasimonolithisch aufgebaut. Das quasimonolithische Pulverdüsenspitzenmodul 110 ist über entsprechende Form- und Lagertoleranzen vormontiert und kann ohne Notwendigkeit einer manuellen Justage einfach ausgetauscht werden. Dieser Austausch kann von dem Endanwender durchgeführt werden, da keinerlei Einstellungen vorgenommen werden müssen. Der Austausch kann in kurzer Zeit durchgeführt werden, womit auch die notwendige Unterbrechung im Prozess minimiert ist.
The inner part 111 is with the outer part 115 via a flange 113 of the inner part 111 and a flange 116 of the outer part 115 connected with each other. Furthermore is the coaxial powder nozzle tip module 110 over the flanges 111 , 115 with the coaxial powder nozzle body 150 connected. Between the two flanges 113 , 116 there is a spacer ring 140 . Via different strong spacer rings 140 , ie spacer rings 140 running in the direction of the axis of propagation 200 the laser radiation have different material thicknesses, the between the inner part 111 and the outer part 115 lying annular gap 130 vary in the gap dimension, ie in the height of the gap. The gap size depends on the filler material, in this case mainly on the grain size distribution and the desired powder mass flow.
The coaxial powder nozzle tip module 110 has a quasi-monolithic structure. The quasi-monolithic powder nozzle tip module 110 is preassembled with corresponding shape and bearing tolerances and can be easily exchanged without the need for manual adjustment. This exchange can be carried out by the end user, since no settings have to be made. The exchange can be carried out in a short time, which also minimizes the necessary interruption in the process.

Das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul 110 weist eine in dem Ringspalt 130 umlaufende Modulkammer 131 auf, wobei die Modulkammer 131 das rückseitige Ende des Ringspaltes 130 bildet. Die Bohrungen 112 münden in der Modulkammer. Mit anderen Worten ist die Grundkörperkammer 152 über die Bohrungen 112 mit der Modulkammer 131 verbunden.The coaxial powder nozzle tip module 110 has one in the annular gap 130 circumferential module chamber 131 on, with the module chamber 131 the rear end of the annular gap 130 forms. The holes 112 open into the module chamber. In other words, it is the main body chamber 152 about the holes 112 with the module chamber 131 connected.

Das Außenteil 115 weist auf seiner Innenfläche einen sich zur Spitze 118 hin verjüngenden Konus auf, während das Innenteil 111 auf seiner Außenfläche einen sich zur Spitze 118 hin ebenfalls verjüngenden Konus aufweist. Durch diese beiden Konen wird der Ringspalt 130 gebildet, der konusförmig sich zur Spitze 118 verjüngend verläuft und ein konstantes Spaltmaß aufweist. Die Konenwinkel können aber auch unterschiedlich sein, so dass sich das Spaltmaß des Ringspalts 118 über seine Höhe verändert.The outer part 115 points on its inner surface towards the tip 118 tapering cone while the inner part 111 on its outer surface it turns towards the top 118 also has a tapering cone. The annular gap is created through these two cones 130 formed, which is conical to the tip 118 runs tapering and has a constant gap. The cone angles can, however, also be different, so that the gap dimension of the annular gap 118 changed over its height.

In einer alternativen Ausführungsform verjüngt sich der Ringspalt von der Modulkammer bis zur Spitze.In an alternative embodiment, the annular gap tapers from the module chamber to the tip.

Das Außenteil 115 weist einen sich von der Rückseite 119 zur Spitze 118 hin verjüngenden Außenkonus auf. Da der Laserstrahl im Betrieb auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks oder kurz darüber fokussiert wird, kann die Bohrung 114 konisch zulaufen, wodurch das gesamte koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul 110 zu seiner Spitze 118 hin konisch zulaufen kann, was Vorteile hinsichtlich der Bearbeitung von engen Geometrien sowie hinsichtlich der erforderlichen Masse des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls 110 zur Folge hat. Dies ist vorteilhaft für die Dynamik, mit der die Pulverdüse bewegbar ist.The outer part 115 shows you yourself from the back 119 to the top 118 towards tapering outer cone. Since the laser beam is focused on the surface of the workpiece to be machined or just above it during operation, the bore can 114 tapered, creating the entire coaxial powder nozzle tip module 110 to its top 118 can taper conically, which has advantages in terms of machining narrow geometries and in terms of the required mass of the coaxial powder nozzle tip module 110 has the consequence. This is advantageous for the dynamics with which the powder nozzle can be moved.

2 zeigt eine erfindungsgemäße koaxiale Pulverdüse 100 in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht sind die drei Pulverzuführungen 153 sowie die Kühlmittelzuführung 155 und die Kühlmittelableitung 156 zu erkennen. 2 shows a coaxial powder nozzle according to the invention 100 in a side view. In this view are the three powder feeders 153 as well as the coolant supply 155 and the coolant drain 156 to recognize.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul 110 in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht ist der Distanzring 114 zwischen dem Flansch 113 des Innenteils 111 und dem Flansch 116 des Außenteils 115 erkennbar. 3 shows a coaxial powder nozzle tip module according to the invention 110 in a side view. In this view is the spacer ring 114 between the flange 113 of the inner part 111 and the flange 116 of the outer part 115 recognizable.

4 zeigt ein erfindungsgemäßes koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul 110 in einer Draufsicht auf seine Rückseite 119. In dieser Ansicht ist der Flansch 113 des Innenteils 111 sowie die konisch zulaufende Bohrung 114 in der Mitte des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls 110 zu erkennen. Weiterhin ist das Lochkreismuster 120 mit den Bohrungen 112 zu erkennen, durch das Pulver-Gas-Gemisch leitbar ist. Das Lochkreismuster 120 bildet einen Ring mit einem Innendurchmesser, gebildet durch die Tangente an die zur Ausbreitungsachse 200 der Laserstrahlung weisenden Bohrungsränder, und einem Außendurchmesser, gebildet durch die Tangente an die der Ausbreitungsachse 200 der Laserstrahlung abgewandten Bohrungsränder. Dieser Ring weist Stegflächen zwischen den einzelnen Bohrungen 112 auf, wobei die Stegflächen maximal 15% der Gesamtfläche des Rings einnehmen. Durch die Bohrungen 112 kann das Zusatzmaterial in Form eines Pulver-Gas-Gemisches in Richtung der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche geführt werden. Dadurch, dass die Stegflächen maximal 15% der Gesamtfläche des Rings einnehmen, ist gewährleistet, dass das Zusatzmaterial gleichmäßig über dem Umfang verteilt in das koaxiale Düsenspitzenmodul eingebracht wird, wodurch eine über den Umfang gleichmäßig verteilte Aufschmelzung des Zusatzmaterials stattfinden kann und somit die Qualität der Oberflächenbearbeitung erhöht wird. 4th shows a coaxial powder nozzle tip module according to the invention 110 in a plan view of its back 119 . In this view is the flange 113 of the inner part 111 as well as the tapered bore 114 in the middle of the coaxial powder nozzle tip module 110 to recognize. Furthermore, the hole circle pattern is 120 with the holes 112 can be seen through the powder-gas mixture can be conducted. The hole circle pattern 120 forms a ring with an inner diameter, formed by the tangent to the axis of propagation 200 the bore edges pointing towards the laser radiation, and an outer diameter formed by the tangent to that of the axis of propagation 200 the edges of the bore facing away from the laser radiation. This ring has land surfaces between the individual holes 112 on, with the land areas taking up a maximum of 15% of the total area of the ring. Through the holes 112 the additional material can be guided in the form of a powder-gas mixture in the direction of the workpiece surface to be machined. The fact that the web surfaces take up a maximum of 15% of the total area of the ring ensures that the additional material is introduced into the coaxial nozzle tip module evenly distributed over the circumference, which means that the additional material can be melted evenly over the circumference and thus the quality of the surface processing is increased.

Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.The embodiments shown here are only examples and should therefore not be understood as restrictive. Alternative embodiments contemplated by those skilled in the art are equally encompassed by the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Koaxiale PulverdüseCoaxial powder nozzle
110110
koaxiales Pulverdüsenspitzenmodulcoaxial powder nozzle tip module
111111
Innenteilinner part
112112
Bohrungdrilling
113113
Flanschflange
114114
Bohrungdrilling
115115
AußenteilOuter part
116116
Flanschflange
118118
Spitzetop
119119
Rückseiteback
120120
LochkreismusterHole circle pattern
130130
RingspaltAnnular gap
131131
ModulkammerModule chamber
140140
DistanzringSpacer ring
150150
koaxialer Pulverdüsengrundkörpercoaxial powder nozzle body
151151
KühlkanalCooling duct
152152
GrundkörperkammerMain body chamber
153153
PulverzuführungPowder feed
155155
KühlmittelzuführungCoolant supply
156156
KühlmittelableitungCoolant discharge
200200
Ausbreitungsachse der LaserstrahlungAxis of propagation of the laser radiation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

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  • DE 102011009345 B3 [0020]DE 102011009345 B3 [0020]

Claims (15)

Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) zur Werkstückoberflächenbearbeitung mittels Laserstrahlung, das eine im Einsatz der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten Spitze (118) und eine der Spitze (118) gegenüberliegende Rückseite (119) und ein Innenteil (111) und ein Außenteil (115) aufweist, mit einem zwischen Innenteil (111) und Außenteil (115) liegendem Ringspalt (130) zum Durchfließen einer Pulvergasmischung, wobei der Ringspalt (130) koaxial zur Ausbreitungsachse (200) der Laserstrahlung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul (110) quasimonolithisch aufgebaut ist.Coaxial powder nozzle tip module (110) for workpiece surface processing by means of laser radiation, which has a tip (118) facing the workpiece surface to be processed and a rear side (119) opposite the tip (118) and an inner part (111) and an outer part (115) with an annular gap (130) between the inner part (111) and the outer part (115) for a powder gas mixture to flow through, the annular gap (130) being arranged coaxially to the axis of propagation (200) of the laser radiation, characterized in that the coaxial powder nozzle tip module (110) has a quasi-monolithic structure is. Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul (110) auf seiner Rückseite (119) ein Lochkreismuster (120) mit Bohrungen (112) aufweist, durch das ein Pulver-Gas-Gemisch leitbar ist, wobei das Lochkreismuster (120) einen Ring mit einem Innendurchmesser, gebildet durch die Tangente an die zur Ausbreitungsachse der Laserstrahlung (200) weisenden Bohrungsränder, und einem Außendurchmesser, gebildet durch die Tangente an die der Ausbreitungsachse der Laserstrahlung (200) abgewandten Bohrungsränder, bildet und wobei der Ring Stegflächen aufweist, wobei die Stegflächen maximal 61% der Gesamtfläche des Rings einnehmen.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to Claim 1 , characterized in that the coaxial powder nozzle tip module (110) on its rear side (119) has a hole circle pattern (120) with bores (112) through which a powder-gas mixture can be guided, the hole circle pattern (120) having a ring with a The inner diameter, formed by the tangent to the hole edges pointing to the axis of propagation of the laser radiation (200), and an outer diameter, formed by the tangent to the hole edges facing away from the axis of propagation of the laser radiation (200), and the ring having web surfaces, the web surfaces at a maximum Occupy 61% of the total area of the ring. Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Lochkreismuster (120) bildenden Bohrungen (112) konisch ausgeführt sind, wobei sich ihr Durchmesser in Richtung zur Spitze (118) verjüngt.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to Claim 2 , characterized in that the holes (112) forming the hole pattern (120) are conical, their diameter tapers in the direction of the tip (118). Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul (110) eine in dem Ringspalt (130) umlaufende Modulkammer (131) aufweist, wobei die Modulkammer (131) das rückseitige Ende des Ringspaltes (130) bildet und derart angeordnet ist, dass die das Lochkreismuster (120) bildenden Bohrungen (112) in ihr münden.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that the coaxial powder nozzle tip module (110) has a module chamber (131) running around the annular gap (130), the module chamber (131) forming the rear end of the annular gap (130) and being arranged such that the hole circle pattern ( 120) forming bores (112) open into it. Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (115) auf seiner der Rückseite (119) des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls (110) zugewandten Seite einen Flansch (116) aufweist, wobei auch das Innenteil (111) auf seiner der Rückseite (119) des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls (110) zugewandten Seite einen Flansch (113) bildet, und wobei der Flansch (116) des Außenteils (115) und der Flansch (113) des Innenteils (111) im montierten Zustand zueinander hin weisen, wobei zwischen die beiden Flansche (113, 116) ein Distanzring (140) montierbar ist.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer part (115) has a flange (116) on its side facing the rear side (119) of the coaxial powder nozzle tip module (110), the inner part (111) also having its side facing the rear side (119) of the coaxial powder nozzle tip module (110) forms a flange (113), and the flange (116) of the outer part (115) and the flange (113) of the inner part (111) face one another in the assembled state , a spacer ring (140) being mountable between the two flanges (113, 116). Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ringspalt (130) bildende Außenfläche des Innenteils (111) und/oder die Innenfläche des Außenteils (115) eine Oberflächenhärte von mindestens 500 HV0,3ufweist.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer surface of the inner part (111) forming the annular gap (130) and / or the inner surface of the outer part (115) has a surface hardness of at least 500 HV0.3. Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (111) eine mittig angeordnete konusförmige Bohrung (114) entlang der Ausbreitungsachse (200) der Laserstrahlung aufweist, wobei sich der Konus zur Spitze (118) hin verjüngt.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner part (111) has a centrally arranged conical bore (114) along the axis of propagation (200) of the laser radiation, the cone tapering towards the tip (118). Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (115) auf seiner Innenfläche einen sich zur Spitze (118) hin verjüngenden Konus bildet.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer part (115) forms a cone on its inner surface which tapers towards the tip (118). Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (111) auf seiner Außenfläche einen sich zur Spitze (118) hin verjüngenden Konus bildet.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to Claim 8 , characterized in that the inner part (111) forms a cone which tapers towards the tip (118) on its outer surface. Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (130) von der Modulkammer (131) bis zur Spitze (118) konstantes Spaltmaß aufweist.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the annular gap (130) has a constant gap dimension from the module chamber (131) to the tip (118). Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ringspalt (130) von der Modulkammer (131) bis zur Spitze (118) verändert.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the annular gap (130) changes from the module chamber (131) to the tip (118). Koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (115) einen sich von der Rückseite (119) zur Spitze (118) hin verjüngenden Außenkonus aufweist.Coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer part (115) has an outer cone which tapers from the rear side (119) towards the tip (118). Koaxiale Pulverdüse (100), dadurch gekennzeichnet, dass die koaxiale Pulverdüse (100) ein koaxiales Pulverdüsenspitzenmodul (110) gemäß einem der vorherigen Ansprüche und einen koaxialen Pulverdüsengrundkörper (150) aufweist, wobei das koaxiale Pulverdüsenspitzenmodul (110) an der der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche zugewandten Seite des koaxialen Pulverdüsengrundkörpers (150) angeordnet ist.Coaxial powder nozzle (100), characterized in that the coaxial powder nozzle (100) has a coaxial powder nozzle tip module (110) according to one of the preceding claims and a coaxial powder nozzle base body (150), the coaxial powder nozzle tip module (110) facing the workpiece surface to be processed Side of the coaxial powder nozzle base body (150) is arranged. Koaxiale Pulverdüse (100) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der koaxiale Pulverdüsengrundkörper (150) mindestens eine Pulverzuführung (153) und eine umlaufende Grundkörperkammer (152) aufweist, wobei mindestens eine Pulverzuführung (153) in der Grundkörperkammer (152) mündet und die Grundkörperkammer (152) einen zur Ausbreitungsachse (200) der Laserstrahlung koaxialen Ring bildet, wobei mindestens eine Umfangswand des Rings konisch zur Spitze (118) hin zuläuft, und wobei die Grundkörperkammer (152) zum koaxialen Pulverdüsenspitzenmodul (110) hin eine offene Ringfläche bildet, wobei die offene Ringfläche das Lochkreismuster (120) des koaxialen Pulverdüsenspitzenmoduls (110) im montierten Zustand überdeckt.Coaxial powder nozzle (100) according to Claim 13 , characterized in that the coaxial powder nozzle main body (150) has at least one powder feed (153) and one circumferential Base body chamber (152), at least one powder feed (153) opening into the base body chamber (152) and the base body chamber (152) forming a ring coaxial to the axis of propagation (200) of the laser radiation, with at least one peripheral wall of the ring conical to the tip (118) The main body chamber (152) forms an open ring surface towards the coaxial powder nozzle tip module (110), the open ring surface covering the hole circle pattern (120) of the coaxial powder nozzle tip module (110) in the assembled state. Koaxiale Pulverdüse (100) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der koaxiale Pulverdüsengrundkörper (150) eine aktive Kühlung aufweist.Coaxial powder nozzle (100) according to one of the Claims 13 or 14th , characterized in that the coaxial powder nozzle body (150) has an active cooling.
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