DE202012004806U1

DE202012004806U1 - Düse und Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Energiestrahlen und Zusatzwerkstoff

Info

Publication number: DE202012004806U1
Application number: DE201220004806
Authority: DE
Original assignee: Scansonic MI GmbH
Current assignee: Scansonic MI GmbH
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-08-09
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: WO2013167673A1

Abstract

Düse für eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Energiestrahlen, dadurch gekennzeichnet, das die Düse (1) zum Zuführen eines Zusatzwerkstoffes (4) ausgebildet und in der Düse (1) wenigstens eine zusätzliche Freimachung (6) für den Durchgang eines oder mehrerer Energiestrahlen vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse für eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Energiestrahlen sowie eine entsprechende Vorrichtung. Diese Vorrichtung ist im Anwendungsfall Bestandteil einer Bearbeitungsoptik und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass mit dieser der Zusatzwerkstoff dem Prozess zugeführt wird und gleichzeitig durch diese ein oder mehrere Strahlen geführt werden. Strahlen und Zusatzwerkstoff treffen im Bearbeitungspunkt zusammen.
Düsen für die Zufuhr von Zusatzwerkstoff für Strahl- und Lichtbogenprozesse sind in verschiedenen Formen und Ausführungen bekannt. Eine allgemein übliche Bezeichnung ist „Kontaktspitze”. Diese Bezeichnung ist von der ursprünglichen Funktion der Stromübergabe an den Zusatzwerkstoff und dem damit verbundenen Zünden eines Lichtbogens zwischen dem Zusatzwerkstoff und der Bauteiloberfläche bei Lichtbogenprozessen abgeleitet. Für Materialbearbeitungsprozesse mittels Energiestrahl und Zusatzwerkstoff wurde dieses Prinzip übernommen. Für diese Prozesse lautet die allgemeine Bezeichnung Düse oder Drahtdüse.
In bekannten Patenten (zum Beispiel DE 10 2004 018 280 A1 , DE 10 2006 050 059 A1 , DE 20 2007 003 451 U1 ) werden Düsen beschrieben, die einen Durchlass für Laserstrahlen oder andere Energiestrahlen aufweisen. Diese Düsen sind für die Zufuhr von Gasen konzipiert, um eine für den Materialbearbeitungsprozess notwendige Atmosphäre zu schaffen oder um beispielsweise einem Laserschneidprozess das Prozessgas mit ausreichender Strömungsgeschwindigkeit zuzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative und möglichst verbesserte Düse und Vorrichtung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Düse gelöst, die zum Zuführen eines Zusatzwerkstoffes ausgebildet und zusätzlich wenigstens eine Freimachung für den Durchgang eines oder mehrerer Energiestrahlen aufweist. Vorzugsweise sind genau zwei Freimachungen vorgesehen, die beidseitig einer Düsenlängsachse angeordnet sind – auf jeder Düsenlängsseite eine Freimachung.
Vorzugsweise weist die Düse einen Anschlussabschnitt auf, der eine kreisförmige Querschnittsgrundform mit seitlich nach außen offenen Freimachungen aufweist. Der Anschlussabschnitt dient dem Anschluss der Düse an eine Düsenhalterung und ist vorzugsweise als massive Anlage ausgebildet.
Die Freimachungen liegen vorzugsweise in Form von seitlich eingebrachten Einfräsungen vor, so dass Freimachungen seitlich in Bezug auf die Düsenlängsachse nach außen offen sind.
Vorzugsweise weist die Düse eine Indizierung für eine korrekte Positionierung der Düse bezüglich einer Düsenhalterung auf.
Außerdem weist die Düse vorzugsweise eine Führungsbohrung zum Zuführen eines Zusatzwerkstoffes auf und die Freimachungen und die Führungsbohrung sind vorzugsweise so zueinander angeordnet, dass sie sich gegenseitig durchdringen.
Die Führungsbohrung verläuft vorzugsweise zentral (vom Zentrum des Anschlussabschnitts ausgehend) in Längsrichtung der Düse und weist vorzugsweise eine Einlauffase auf, die das Einfädeln des Zusatzwerkstoffes in die Führungsbohrung erleichtert.
Außerdem wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Düse gemäß der vorbeschriebenen Art und eine Düsenhalterung aufweist, mit der die Düse lösbar verbunden ist.
In die Vorrichtung ist vorzugsweise eine zur Düse hin abgedichtete Wasserkühlung integriert, so dass im Betrieb ein Wärmeübergang durch die massive stirnseitige Anlage der Düse erfolgt.
Vorzugsweise sind Düse und Düsenhalterung so ausgebildet, dass die Düse ohne Dichtigkeitsverlust der integrierten Wasserkühlung gewechselt werden kann.
Der Kühlkreislauf der Wasserkühlung ist gemäß einer Ausführungsvariante durch die Düse geführt.
Die Düsenhalterung weist vorzugsweise einen Halter und eine Überwurf-Klemmmutter auf und die Düse und/oder die Überwurf-Klemmmutter bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder Kupfer-Legierungen, insbesondere aus Kupfer-Wolfram, Kupfer-Zirkon oder wärmeleitfähiger Keramik.
Vorzugsweise ist in die Düse eine Einlauffase eingearbeitet.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass die Kombination der Verfahren Fügen mit adaptiver Nahtführung und Fügen mit Zweistrahltechnik – dem sogenannten Koaxiallöten oder -schweißen – neue Anforderungen an die Technologie des Zuführens des Zusatzwerkstoffes stellt. Der Zusatzwerkstoff und die Strahlen liegen bei der Zweistrahltechnik technologiebedingt räumlich sehr dicht beieinander. Die Erfindung geht konstruktiv auf diese Randbedingungen ein.
Die erfindungsgemäße Düse und Vorrichtung gehen auf die Randbedingungen der Zweistrahltechnik ein und schaffen eine produktionstaugliche Drahtzuführung. Zugänglichkeit, Standzeit, reproduzierbares und leichtes Wechseln sind wichtige Faktoren im Einsatz.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Diese zeigen in:
1: eine beispielhafte Ausführung einer Vorrichtung mit Düse und Düsenhalterung in Außenansicht;
2: eine beispielhafte Ausführung einer Düse alleine in Außenansicht;
3: eine beispielhafte Ausführung der Vorrichtung aus 1 mit dargestellten Strahlen in Außenansicht und
4: eine beispielhafte Ausführung der Vorrichtung aus 1 in Außenansicht mit Detail zur Wasserkühlung.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Komponenten Düse 1 und Düsenhalterung mit Überwurf-Klemmmutter 2 und Halter 3. Die Düse 1 ist so ausgeformt, dass der Zusatzwerkstoff 4 zentrisch durch die Düse mittels einer Führungsbohrung 5 geführt wird und seitlich Freimachungen 6 eingearbeitet sind, die als Durchlass für die Strahlen 7 dienen. Die Freimachungen 6 sind so zur Führungsbohrung 5 angeordnet, dass sich diese gegenseitig durchdringen. Dies dient einer verbesserten Zugänglichkeit der Laserstrahlung zum Zusatzwerkstoff 4 bei gleichzeitig zu erreichender sicherer Drahtzuführung zum Bearbeitungsprozess.
Die Düse besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Kupferlegierungen, um eine gute Wärmeableitung zu erzielen. Die Düse weist eine massive Anlagekontur 8 auf, um den Wärmeübergang zu verbessern. Die Wärmeabfuhr wird durch eine integrierte Wasserkühlung (9) unterstützt. Diese ist vorzugsweise passiv ausgeführt, mit zur Düse 1 geschlossenem Kühlkreis oder mit direkt in die Düse 1 eingebrachten Kühlkanälen.
Für den reproduzierbaren und verdreh-sicheren Einbau der Düse 1 ist eine Indizierung 10 in diese eingearbeitet. Das Gegenstück der Indizierung 10 befindet sich im Halter 3. Die Düse 1 weist desweiteren eine Einlauffase 11 auf, die das Einfädeln des Zusatzwerkstoffes 4 und/oder der Seele in der der Zusatzwerkstoff 4 läuft erleichtert.
Bezugszeichenliste

1: Düse für die Zufuhr von Zusatzwerkstoff
2: Überwurf-Klemmmutter
3: Halter
4: Zusatzwerkstoff in Drahtform
5: Führungsbohrung für den Zusatzwerkstoff
6: Freimachung als Durchgang für Energiestrahlen
7: Laserstrahlen
8: massive Anlagekontur
9: Wasserkühlung
10: Indizierung zur Ausrichtung der Einbaulage
11: Einlauffase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004018280 A1 [0003]
DE 102006050059 A1 [0003]
DE 202007003451 U1 [0003]

Claims

Düse für eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Energiestrahlen, dadurch gekennzeichnet, das die Düse (1) zum Zuführen eines Zusatzwerkstoffes (4) ausgebildet und in der Düse (1) wenigstens eine zusätzliche Freimachung (6) für den Durchgang eines oder mehrerer Energiestrahlen vorhanden ist.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Freimachungen (6) vorgesehen sind, die beidseitig einer Düsenlängsachse angeordnet sind.
Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) einen Anschlussabschnitt aufweist, der eine kreisförmige Querschnittsgrundform mit seitlich nach außen offenen Freimachungen (6) aufweist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussabschnitt als massive Anlagenkontur (8) ausgebildet ist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freimachungen (6) in Form von seitlich eingebrachten Einfräsungen vorliegen, so dass die Freimachungen (6) seitlich nach außen offen sind.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) eine Indizierung (10) für die korrekte Positionierung aufweist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) eine Führungsbohrung (5) zum Zuführen eines Zusatzwerkstoffes aufweist und die Freimachungen (6) und die Führungsbohrung (5) so zueinander angeordnet sind, dass sich diese durchdringen.
Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (5) zentral in Längsrichtung der Düse verläuft.
Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Energiestrahlen mit einer Düse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Düsenhalterung, mit der die Düse (1) lösbar verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Düse (1) hin abgedichtete Wasserkühlung (9) integriert ist und der Wärmeübergang durch die massive stirnseitige Anlagenkontur (8) der Düse erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) und die Düsenhalterung so ausgebildet sind, dass die Düse (1) ohne Dichtigkeitsverlust der integrierten Wasserkühlung (9) gewechselt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf der Wasserkühlung (9) durch die Düse (1) geführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenhalterung einen Halter (3) und eine Überwurf-Klemmmutter (2) aufweist und die Düse (1) und/oder die Überwurf-Klemmmutter (2) aus Kupfer oder Kupfer-Legierungen, insbesondere aus Kupfer-Wolfram, Kupfer-Zirkon oder wärmeleitfähiger Keramik, bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Düse (1) eine Einlauffase (11) eingearbeitet ist.