DE102019214276A1 - Feed nozzle and welding device - Google Patents

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Lisa Evertz
André Bitter
Lars Lemke
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Zuführdüse (100) für eine Schweißvorrichtung, mit einem Grundkörper (110), welcher einen Hauptabschnitt (111) und einen an den Hauptabschnitt (111) angrenzenden Austrittsabschnitt (112) aufweist, wobei der Austrittsabschnitt (112) eine Austrittsöffnung (113) aufweist, mit mindestens einer sich axial entlang des Hauptabschnitts (111) erstreckenden Kühlmittelzuführleitung (115A, 115B, 115C) und mit mindestens einer sich axial entlang des Hauptabschnitts (111) erstreckenden Kühlmittelabführleitung (116A, 116B, 116C), wobei die mindestens eine Kühlmittelzuführleitung (115A, 115B, 115C) und die mindestens eine Kühlmittelabführleitung (116A, 116B, 116C) über mindestens zwei sich mindestens bereichsweise radial um den Austrittsabschnitt (112) erstreckende Kühlmittelverbindungsleitungen (117A, 117B, 117C) verbunden sind.The invention relates to a feed nozzle (100) for a welding device, with a base body (110) which has a main section (111) and an outlet section (112) adjoining the main section (111), the outlet section (112) having an outlet opening ( 113), with at least one coolant supply line (115A, 115B, 115C) extending axially along the main section (111) and with at least one coolant discharge line (116A, 116B, 116C) extending axially along the main section (111), the at least one Coolant supply line (115A, 115B, 115C) and the at least one coolant discharge line (116A, 116B, 116C) are connected via at least two coolant connection lines (117A, 117B, 117C) extending at least in regions radially around the outlet section (112).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuführdüse für eine Schweißvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Schweißvorrichtung mit einer derartigen Zuführdüse.The invention relates to a feed nozzle for a welding device. The invention also relates to a welding device with such a feed nozzle.

Derartige Zuführdüsen dienen üblicherweise dazu, ein Pulver-Gas-Gemisch während eines Schweißvorgangs zuzuführen. Bei einem Schweißvorgang wird auf der Oberfläche eines Bauteils ein Schmelzbad erzeugt, in das über eine Zuführdüse ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff eingebracht wird. Dabei schmilzt der Zusatzwerkstoff auf und es entsteht auf der Bauteiloberfläche eine Schicht, die mit dem Grundwerkstoff über die Verbindungszone verschmolzen ist. Das Schweißen kann beispielsweise unter Verwendung eines Laserstrahls erfolgen.Such feed nozzles are usually used to feed a powder-gas mixture during a welding process. During a welding process, a weld pool is created on the surface of a component, into which a powdery filler material is introduced via a feed nozzle. The filler material melts and a layer is created on the component surface that is fused with the base material via the connection zone. The welding can be done using a laser beam, for example.

Während des Schweißvorgangs entsteht eine hohe Wärme, insbesondere eine hohe Reflexionswärme, welche auf die Zuführdüse einwirkt. Es ist daher erforderlich, dass die Zuführdüse während des Schweißvorgangs gekühlt wird. Zuführdüsen sind jedoch meist sehr lang und weisen gleichzeitig einen sehr geringen Durchmesser auf, was die Kühlung derartiger Zuführdüsen erschwert.During the welding process, a high level of heat is generated, in particular a high level of reflection heat, which acts on the feed nozzle. It is therefore necessary that the feed nozzle be cooled during the welding process. However, feed nozzles are usually very long and at the same time have a very small diameter, which makes it difficult to cool such feed nozzles.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zuführdüse sowie eine Schweißvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welchen der Prozess weiter verbessert werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a feed nozzle and a welding device in which the process can be further improved.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved with the features of the independent claims. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Zuführdüse gemäß der Erfindung weist einen Grundkörper auf, welcher einen Hauptabschnitt und einen an den Hauptabschnitt angrenzenden Austrittsabschnitt aufweist, wobei der Austrittsabschnitt eine Austrittsöffnung aufweist. Weiter weist die Zuführdüse mindestens eine sich axial entlang des Hauptabschnitts erstreckende Kühlmittelzuführleitung und mindestens eine sich axial entlang des Hauptabschnitts erstreckende Kühlmittelabführleitung auf, wobei die mindestens eine Kühlmittelzuführleitung und die mindestens eine Kühlmittelabführleitung über mindestens zwei sich mindestens bereichsweise radial um den Austrittsabschnitt erstreckenden Kühlmittelverbindungsleitungen verbunden sind.The feed nozzle according to the invention has a base body which has a main section and an exit section adjoining the main section, the exit section having an exit opening. Furthermore, the feed nozzle has at least one coolant feed line extending axially along the main section and at least one coolant discharge line extending axially along the main section, the at least one coolant feed line and the at least one coolant discharge line being connected via at least two coolant connection lines extending radially around the outlet section at least in some areas.

Die Zuführdüse, auch Pulverzuführdüse genannt, kann beispielsweise eine sogenannte Off-Axis-Düse sein. Die Zuführdüse weist einen bevorzugt länglich geformten Grundkörper auf, welcher unterteilt ist in einen Hauptabschnitt und einen an den Hauptabschnitt angrenzenden Austrittsabschnitt. Das Pulver-Gas-Gemisch strömt derart durch den Grundkörper, dass dieses zunächst durch den Hauptabschnitt strömt, von dem Hauptabschnitt in den Austrittsabschnitt einströmt und über die Austrittsöffnung aus dem Austrittsabschnitt und damit aus der Zuführdüse austritt, um in das Schmelzbad auf dem zu schweißenden Bauteil aufgebracht zu werden. Insbesondere im Bereich des Austrittsabschnitts verjüngt sich der Grundkörper, so dass im Bereich der Austrittsöffnung der Grundkörper den kleinsten Durchmesser aufweist. Zur Kühlung der Zuführdüse und insbesondere des Grundkörpers der Zuführdüse weist die Zuführdüse mindestens eine Kühlmittelzuführleitung und mindestens eine Kühlmittelabführleitung auf. Die Kühlmittelzuführleitung und die Kühlmittelabführleitung verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Über die Kühlmittelzuführleitung kann Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, hin zu dem Austrittsabschnitt des Grundkörpers transportiert werden, und über die Kühlmittelabführleitung kann das Wärme aufgenommene Kühlmittel von dem Austrittsabschnitt wegtransportiert werden. Im Bereich des Austrittsabschnitts des Grundkörpers ist die Kühlmittelzuführleitung mit der Kühlmittelabführleitung verbunden, so dass das Kühlmittel von der Kühlmittelzuführleitung hin zu der Kühlmittelabführleitung strömen kann. Dafür sind mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen vorgesehen, welche sich jeweils zwischen der Kühlmittelzuführleitung und der Kühlmittelabführleitung erstrecken. Dadurch, dass jeweils einer Kühlmittelzuführleitung bzw. einer Kühlmittelabführleitung zwei oder mehr Kühlmittelverbindungsleitungen zugeordnet sind, erfolgt im Bereich des Austrittsabschnitts des Grundkörpers eine Aufspaltung des Kühlmittelflusses in mehrere Kühlmittelströme, welche jeweils durch die Kühlmittelverbindungsleitungen strömen. Diese aufgespaltenen Kühlmittelströme strömen in der Kühlmittelabführleitung wieder zusammen. Durch die Aufspaltung des aus der Kühlmittelzuführleitung ausströmenden Kühlmittelstroms in mehrere kleinere Teilströme im Bereich der Kühlmittelverbindungsleitungen kann eine sehr fokussierte Kühlung im Bereich des Austrittsabschnitts erfolgen. Zudem ermöglicht eine derartige Aufspaltung des Kühlmittelstroms eine sehr platzsparende Anordnung der Kühlung insbesondere im Bereich des Austrittsabschnitts, wo der Grundkörper besonders schmal ausgebildet ist und damit besonders kleinbauend in seinem Durchmesser ist. Im Gegensatz zu der Kühlmittelzuführleitung und der Kühlmittelabführleitung, welche sich jeweils axial entlang der Länge des Hauptabschnitts erstrecken, sind die Kühlmittelverbindungsleitungen im Wesentlichen spiralförmig um den Austrittsabschnitt angeordnet, so dass diese sich zumindest bereichsweise radial um den Austrittsabschnitt erstrecken.The feed nozzle, also called a powder feed nozzle, can for example be a so-called off-axis nozzle. The feed nozzle has a preferably elongated base body which is divided into a main section and an outlet section adjoining the main section. The powder-gas mixture flows through the base body in such a way that it first flows through the main section, flows in from the main section into the outlet section and exits the outlet section via the outlet opening and thus out of the feed nozzle in order to enter the weld pool on the component to be welded to be applied. In particular, the base body tapers in the area of the outlet section, so that the base body has the smallest diameter in the area of the outlet opening. To cool the feed nozzle and in particular the base body of the feed nozzle, the feed nozzle has at least one coolant feed line and at least one coolant discharge line. The coolant supply line and the coolant discharge line preferably run parallel to one another. Coolant, such as water, can be transported to the outlet section of the base body via the coolant supply line, and the coolant absorbed by the heat can be transported away from the outlet section via the coolant discharge line. In the area of the outlet section of the base body, the coolant feed line is connected to the coolant discharge line, so that the coolant can flow from the coolant feed line to the coolant discharge line. For this purpose, at least two coolant connection lines are provided which each extend between the coolant supply line and the coolant discharge line. Because two or more coolant connection lines are assigned to one coolant supply line or one coolant discharge line, the coolant flow is split into several coolant flows in the area of the outlet section of the base body, each of which flows through the coolant connection lines. These split coolant flows flow together again in the coolant discharge line. By splitting the coolant flow flowing out of the coolant supply line into several smaller partial flows in the area of the coolant connection lines, very focused cooling can take place in the area of the outlet section. In addition, such a splitting of the coolant flow enables a very space-saving arrangement of the cooling, particularly in the area of the outlet section, where the base body is designed to be particularly narrow and is therefore particularly small in its diameter. In contrast to the coolant supply line and the coolant discharge line, which each extend axially along the length of the main section, the coolant connection lines are arranged essentially in a spiral around the outlet section, so that they extend radially around the outlet section at least in some areas.

Um die Kühlwirkung möglichst effektiv gestalten zu können und gleichzeitig eine kompakte Ausgestaltung der Kühlung erreichen zu können, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen parallel zueinander verlaufen. Die zwei oder mehr Kühlmittelverbindungsleitungen sind damit vorzugsweise nebeneinander, in einer Reihe angeordnet.To be able to design the cooling effect as effectively as possible and at the same time to be able to achieve a compact design of the cooling, it is preferably provided that the at least two coolant connection lines run parallel to one another. The two or more coolant connection lines are thus preferably arranged next to one another, in a row.

Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen jeweils einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Kühlmittelzuführleitung und die Kühlmittelabführleitung. Durch den kleineren Durchmesser können mehrere Kühlmittelverbindungsleitungen nebeneinander platzsparend angeordnet werden, so dass effektiv eine größere Fläche gekühlt werden kann, als mit nur einer, einen größeren Durchmesser aufweisenden Kühlmittelleitung. Insbesondere in dem schmal ausgebildeten Austrittsabschnitt können durch den kleineren Durchmesser eine größere Anzahl an Kühlmittelverbindungsleitungen angeordnet werden, so dass trotz des schmalen Aufbaus des Austrittsabschnitts eine große Fläche bzw. ein großer Bereich des Austrittsabschnitts effektiv gekühlt werden kann.Furthermore, it is preferably provided that the at least two coolant connection lines each have a smaller diameter than the coolant supply line and the coolant discharge line. Due to the smaller diameter, several coolant connection lines can be arranged next to one another in a space-saving manner, so that a larger area can effectively be cooled than with only one coolant line having a larger diameter. In particular in the narrow outlet section, a larger number of coolant connection lines can be arranged due to the smaller diameter, so that despite the narrow structure of the outlet section, a large area or a large area of the outlet section can be effectively cooled.

Die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen jeweils in einem Winkel 2° ≤ α ≤ 20° zu einer Lotachse einer Längsachse des Grundkörpers verlaufen. Die Kühlmittelverbindungsleitungen erstrecken sich somit vorzugsweise nicht genau in einem 90°-Winkel zu der Längsachse des Grundkörpers, sondern sie sind vorzugsweise winklig zu der Lotachse der Längsachse angeordnet, so dass die Kühlmittelverbindungsleitungen sich schräg zu der Lotachse der Längsachse des Grundkörpers erstrecken. Durch die winklige Anordnung der Kühlmittelverbindungsleitungen relativ zu der Lotachse der Längsachse des Grundkörpers kann zum einen dem durchfließenden Kühlmittel eine Strömungsrichtung vorgegeben werden. Zudem können durch diese winklige Anordnung die Kühlmittelverbindungsleitungen eine größere Länge aufweisen, so dass durch die größere Länge der Kühlmittelverbindungsleitungen eine größere Fläche zur Wärmeaufnahme gebildet werden kann, wodurch die Wärmeabfuhr von dem Austrittsabschnitt weiter gesteigert werden kann.The at least two coolant connection lines are preferably arranged such that the at least two coolant connection lines each run at an angle 2 ° α 20 ° to a perpendicular axis of a longitudinal axis of the base body. The coolant connection lines thus preferably do not extend exactly at a 90 ° angle to the longitudinal axis of the base body, but they are preferably arranged at an angle to the perpendicular axis of the longitudinal axis, so that the coolant connection lines extend obliquely to the perpendicular axis of the longitudinal axis of the base body. Due to the angled arrangement of the coolant connection lines relative to the perpendicular axis of the longitudinal axis of the base body, on the one hand, a flow direction can be specified for the coolant flowing through. In addition, as a result of this angled arrangement, the coolant connection lines can have a greater length, so that the greater length of the coolant connection lines can form a larger surface for heat absorption, whereby the heat dissipation from the outlet section can be increased further.

Eine Kühlmittelzuführleitung, eine Kühlmittelabführleitung und die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen bilden vorzugsweise jeweils ein Kühlmittelpaar aus. Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass mindestens zwei Kühlmittelpaare mit jeweils einer Kühlmittelzuführleitung, einer Kühlmittelabführleitung und mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen vorgesehen sind. Durch das Vorsehen von zwei oder mehr derartiger Kühlmittelpaare kann die Zufuhrmenge an Kühlmittel gesteigert werden. Trotz der erhöhten Kühlmittelzufuhrmenge kann aufgrund der Aufteilung in eine Vielzahl von Leitungen durch die mehreren Kühlmittelpaare der Bauraumbedarf für die Kühlung klein gehalten werden, so dass eine besonders effiziente Kühlung auch bei sehr schmal und kleinbauend ausgebildeten Zuführdüsen erreicht werden kann. Die Kühlmittelverbindungsleitungen der einzelnen Kühlmittelmittelpaare sind vorzugsweise parallel zueinander verlaufend in einer Reihe entlang zumindest eines Bereichs der Länge des Austrittsabschnitts angeordnet.A coolant supply line, a coolant discharge line and the at least two coolant connection lines preferably each form a coolant pair. It can preferably be provided that at least two coolant pairs, each with a coolant supply line, a coolant discharge line and at least two coolant connection lines, are provided. By providing two or more such coolant pairs, the amount of coolant supplied can be increased. Despite the increased amount of coolant supply, the space requirement for cooling can be kept small due to the division into a large number of lines through the multiple coolant pairs, so that particularly efficient cooling can be achieved even with very narrow and small-sized supply nozzles. The coolant connection lines of the individual coolant pairs are preferably arranged running parallel to one another in a row along at least one region of the length of the outlet section.

Zusätzlich zu einer Kühlung kann die Zuführdüse bevorzugt auch eine an dem Grundkörper angeordnete Schutzgaszuführung aufweisen. Durch die zusätzliche Schutzgaszuführung kann der Arbeitsabstand zwischen dem zu schweißenden Bauteil und der Zuführdüse vergrößert werden, ohne das Schweißergebnis zu beeinträchtigen, wobei durch den größeren Arbeitsabstand die Wärmeentwicklung an der Zuführdüse reduziert werden kann. Zudem können durch den größeren Arbeitsabstand auch schwer zugängliche Bereiche geschweißt werden. Die Handhabbarkeit und Einsetzbarkeit der Zuführdüse kann dadurch gesteigert werden. Die Schutzgaszuführung ermöglicht eine stabile Führung des aus der Austrittsöffnung des Austrittsabschnitts austretenden Pulver-Gas-Gemisches über eine relativ lange Wegstrecke, wodurch der Arbeitsabstand der Zuführdüse entsprechend verlängert werden kann.In addition to cooling, the feed nozzle can preferably also have a protective gas feed arranged on the base body. Due to the additional shielding gas supply, the working distance between the component to be welded and the feed nozzle can be increased without impairing the welding result, whereby the heat development at the feed nozzle can be reduced due to the larger working distance. In addition, the larger working distance means that areas that are difficult to access can also be welded. The handling and usability of the feed nozzle can thereby be increased. The protective gas supply enables stable guidance of the powder-gas mixture emerging from the outlet opening of the outlet section over a relatively long distance, as a result of which the working distance of the supply nozzle can be lengthened accordingly.

Die Schutzgaszuführung weist vorzugsweise eine sich axial entlang des Hauptabschnitts des Grundkörpers erstreckende Schutzgaszuführleitung auf, welche im Bereich des Austrittsabschnitts des Grundkörpers in mehrere Schutzgasaustrittsleitungen aufgespalten sein kann, wobei die mehreren Schutzgasaustrittsleitungen jeweils eine Schutzgasaustrittsöffnung aufweisen können, wobei die Schutzaustrittsöffnungen der mehreren Schutzgasaustrittsleitungen ringförmig verteilt um die Austrittsöffnung des Austrittsabschnitts angeordnet sein können. Durch die Aufspaltung in mehrere Schutzgasaustrittsleitungen, die ringförmig verteilt um die Austrittsöffnung des Austrittsabschnitts angeordnet sind, kann eine gezielte und kontrollierte Führung des aus der Austrittsöffnung austretenden Pulver-Gas-Gemisches durch das Schutzgas erfolgen. Der aus der Austrittsöffnung austretende Strahl an Pulver-Gas-Gemisch kann um seine gesamte Umfangsfläche durch das aus den Schutzgasaustrittsöffnungen der Schutzgasaustrittsleitungen austretende Schutzgas gestützt werden, so dass der Strahl des Pulver-Gas-Gemisches auch noch nach seinem Austritt aus der Austrittsöffnung stabil gehalten werden kann, bis der Strahl das zu schweißende Bauteil erreicht. Der gesamte Schweißvorgang und damit der Schweißprozess können dadurch wesentlich verbessert werden.The protective gas supply preferably has a protective gas supply line extending axially along the main section of the base body, which in the area of the outlet section of the base body can be split into several protective gas outlet lines, wherein the several protective gas outlet lines can each have a protective gas outlet opening, the protective outlet openings of the several protective gas outlet lines being distributed in a ring around the Outlet opening of the outlet section can be arranged. By splitting into several protective gas outlet lines, which are arranged in a ring-like manner around the outlet opening of the outlet section, the powder / gas mixture emerging from the outlet opening can be guided through the protective gas in a targeted and controlled manner. The jet of powder-gas mixture emerging from the outlet opening can be supported around its entire circumferential surface by the protective gas emerging from the protective gas outlet openings of the protective gas outlet lines, so that the jet of powder-gas mixture is kept stable even after it has emerged from the outlet opening until the beam reaches the component to be welded. The entire welding process and thus the welding process can be significantly improved as a result.

Um eine gleichmäßige Verteilung des Schutzgases in die einzelnen Schutzgasaustrittsleitungen erreichen zu können, kann es vorgesehen sein, dass die Schutzgaszuführung im Bereich des Austrittsabschnitts eine sich radial um den Grundkörper erstreckende Schutzgasverteilungsleitung aufweisen kann, welche mit den Schutzgasaustrittsleitungen verbunden sein kann. Die Schutzgasverteilungsleitung schließt sich vorzugsweise im Bereich des Austrittsabschnitts an die Schutzgaszuführleitung an, so dass das Schutzgas aus der Schutzgaszuführleitung in die Schutzgasverteilungsleitung einströmen kann. Die Schutzgasverteilungsleitung erstreckt sich vorzugsweise ringförmig um den Umfang des Austrittsabschnitts. An die Schutzgasverteilungsleitung schließen sich die mehreren Schutzgasaustrittsleitungen an, so dass das Schutzgas aus der Schutzgasverteilungsleitung in die einzelnen Schutzgasaustrittsleitungen einströmen kann.In order to be able to achieve a uniform distribution of the protective gas in the individual protective gas outlet lines, it can be provided be that the protective gas supply in the area of the outlet section can have a protective gas distribution line extending radially around the base body, which can be connected to the protective gas outlet lines. The protective gas distribution line preferably adjoins the protective gas supply line in the area of the outlet section, so that the protective gas can flow into the protective gas distribution line from the protective gas supply line. The protective gas distribution line preferably extends annularly around the circumference of the outlet section. The several protective gas outlet lines are connected to the protective gas distribution line, so that the protective gas can flow from the protective gas distribution line into the individual protective gas outlet lines.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt ferner mit einer Schweißvorrichtung, welche eine wie vorstehend beschriebene, aus- und weitergebildete Zuführdüse aufweist. Die Schweißvorrichtung kann beispielsweise in Form einer Laserschweißvorrichtung ausgebildet sein, bei welcher mittels eines Laserstrahls die zu schweißende Fläche eines Bauteils erwärmt wird, wodurch sich ein Schweißbad an dem Bauteil ausbildet, und mittels der Zuführdüse ein Pulver-Gas-Gemisch in das ausgebildete Schweißbad eingebracht werden kann. Andere Arten von Schweißvorrichtungen sind ebenfalls denkbar.The object according to the invention is also achieved with a welding device which has a feed nozzle designed and developed as described above. The welding device can be designed, for example, in the form of a laser welding device, in which the surface of a component to be welded is heated by means of a laser beam, whereby a weld pool is formed on the component, and a powder-gas mixture is introduced into the weld pool by means of the feed nozzle can. Other types of welding devices are also conceivable.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are shown in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the following figures.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Zuführdüse gemäß der Erfindung,
  • 2 eine schematische Draufsicht von oben auf die in 1 gezeigte Zuführdüse,
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung der in 2 gezeigten Zuführdüse entlang der Linie A-A,
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung des Austrittsabschnitts der in 1 bis 3 gezeigten Zuführdüse,
  • 5 eine schematische Detaildarstellung des Austrittsabschnitts der in 1 bis 3 gezeigten Zuführdüse,
  • 6 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Seitenansicht des in 5 gezeigten Austrittsabschnitts,
  • 7 eine schematische Darstellung einer Draufsicht von vorne auf den in 5 gezeigten Austrittsabschnitt,
  • 8 eine weitere schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Seitenansicht des in 5 gezeigten Austrittsabschnitts, und
  • 9 eine schematische Schnittdarstellung entlang der in 8 eingezeichneten Linie B - B.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a feed nozzle according to the invention,
  • 2 a schematic plan view from above of the in 1 shown feed nozzle,
  • 3rd a schematic sectional view of the in 2 shown feed nozzle along the line AA,
  • 4th a schematic sectional view of the outlet section of the in 1 to 3rd shown feed nozzle,
  • 5 a schematic detailed representation of the outlet section of the in 1 to 3rd shown feed nozzle,
  • 6th a schematic representation of a plan view of a side view of the in 5 outlet section shown,
  • 7th a schematic representation of a plan view from the front of the in 5 outlet section shown,
  • 8th a further schematic representation of a top view of a side view of the in 5 outlet section shown, and
  • 9 a schematic sectional view along the in 8th marked line B - B.

1 zeigt eine Zuführdüse 100 gemäß der Erfindung, mittels welcher ein Pulver-Gas-Gemisch, wie beispielsweise ein Pulver-Helium-Gemisch, einem Schweißvorgang zugeführt werden kann. 1 shows a feed nozzle 100 according to the invention, by means of which a powder-gas mixture, such as a powder-helium mixture, can be fed to a welding process.

Die Zuführdüse 100 weist einen Grundkörper 110 auf, welcher unterteilt ist in einen Hauptabschnitt 111 und einen an den Hauptabschnitt 111 angrenzenden Austrittsabschnitt 112. Über den Hauptabschnitt 111 wird das Pulver-Gas-Gemisch zu dem Austrittsabschnitt 112 geführt, wobei an einem freien Ende des Austrittsabschnitts 112 eine Austrittsöffnung 113 ausgebildet ist, über welche das Pulver-Gas-Gemisch aus der Zuführdüse 100 in Richtung des zu schweißenden Bauteils ausströmt. Die Austrittsöffnung 113 ist stirnseitig des Austrittsabschnitts 113 und damit stirnseitig des Grundkörpers 110 ausgebildet. Der Hauptabschnitt 111 weist eine wesentlich größere Länge auf als der Austrittsabschnitt 112. Der Austrittsabschnitt 112 ist derart ausgebildet, dass sich der Außenumfang des Austrittsabschnitts 112 in Richtung der Austrittsöffnung 113 verjüngt.The feed nozzle 100 has a base body 110 which is divided into a main section 111 and one to the main section 111 adjacent outlet section 112 . About the main section 111 the powder-gas mixture becomes the exit section 112 guided, wherein at a free end of the outlet section 112 an outlet opening 113 is formed, via which the powder-gas mixture from the feed nozzle 100 flows out in the direction of the component to be welded. The outlet opening 113 is at the front of the outlet section 113 and thus on the face of the base body 110 educated. The main section 111 has a much greater length than the outlet section 112 . The exit section 112 is designed such that the outer circumference of the outlet section 112 in the direction of the outlet opening 113 rejuvenates.

Die Zuführdüse 100 weist, wie insbesondere auch in 5 und 6 zu erkennen ist, mehrere Kühlmittelpaare 114A, 114B, 114C auf, über welche Kühlmittel entlang des Grundkörpers 110 geführt werden kann, um die Zuführdüse 100 zu kühlen. Als Kühlmittel kann beispielsweise Wasser verwendet werden. Jedes Kühlmittelpaar 114A, 114B, 114C bildet jeweils einen Kühlmittelkreislauf aus, wobei die Kühlmittelkreisläufe der einzelnen Kühlmittelpaare 114A, 114B, 114C jeweils getrennt voneinander sind bzw. verlaufen.The feed nozzle 100 points, as in particular also in 5 and 6th can be seen, several pairs of coolants 114A , 114B , 114C on what coolant along the body 110 can be guided to the feed nozzle 100 to cool. Water, for example, can be used as the coolant. Any pair of coolants 114A , 114B , 114C each forms a coolant circuit, the coolant circuits of the individual coolant pairs 114A , 114B , 114C are or run separately from one another.

Jedes Kühlmittelpaar 114A, 114B, 114C weist eine Kühlmittelzuführleitung 115A, 115B, 115C, eine Kühlmittelabführleitung 116A, 116B, 116C und bei der hier gezeigten Ausgestaltung drei Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C auf. Die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C verbinden jeweils die Kühlmittelzuführleitung 115A, 115B, 115C mit den Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C eines Kühlmittelpaares 114A, 114B, 114C. Der in der Kühlmittelzuführleitung 115A, 115B, 115C strömende Kühlmittelstrom wird bei Eintritt in die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C in jeweils drei Kühlmittelströme aufgeteilt, wobei diese drei aufgeteilten Kühlmittelströme beim Einströmen in die Kühlmittelabführleitung 116A, 116B, 116C wieder zusammengeführt werden.Any pair of coolants 114A , 114B , 114C has a coolant supply line 115A , 115B , 115C , a coolant discharge line 116A , 116B , 116C and in the embodiment shown here, three coolant connection lines 117A , 117B , 117C on. The coolant connection lines 117A , 117B , 117C each connect the coolant supply line 115A , 115B , 115C with the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C a coolant pair 114A , 114B , 114C . The one in the coolant supply line 115A , 115B , 115C flowing coolant flow is when entering the coolant connection lines 117A , 117B , 117C divided into three coolant flows, these three divided coolant flows as they flow into the coolant discharge line 116A , 116B , 116C to be merged again.

Die Kühlmittelzuführleitungen 115A, 115B, 115C und die Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C erstrecken sich jeweils axial entlang der Länge des Hauptabschnitts 111, wobei sich die Kühlmittelzuführleitungen 115A, 115B, 115C und die Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C bis in den Austrittsabschnitt 112 hineinerstrecken. Die Kühlmittelzuführleitungen 115A, 115B, 115C der einzelnen Kühlmittelpaare 114A, 114B, 114C verlaufen parallel zueinander. Auch die Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C der einzelnen Kühlmittelpaare 114A, 114B, 114C verlaufen parallel zueinander.The coolant supply lines 115A , 115B , 115C and the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C each extend axially along the length of the main section 111 , wherein the coolant supply lines 115A , 115B , 115C and the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C up to the outlet section 112 extend into it. The coolant supply lines 115A , 115B , 115C of the individual coolant pairs 114A , 114B , 114C run parallel to each other. Also the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C of the individual coolant pairs 114A , 114B , 114C run parallel to each other.

Die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C erstrecken sich hingegen zumindest bereichsweise radial um den Austrittsabschnitt 112. Die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C umgreifen damit den Austrittsabschnitt 112 zumindest bereichsweise ringförmig. Die Flussrichtung des Kühlmittels in den Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C ist damit im Wesentlichen senkrecht zu der Flussrichtung des Kühlmittels in den Kühlmittelzuführleitungen 115A, 115B, 115C und den Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C. Die Kühlmittelmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C erstrecken sich parallel zueinander, wobei die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.The coolant connection lines 117A , 117B , 117C however, extend radially around the outlet section at least in some areas 112 . The coolant connection lines 117A , 117B , 117C so embrace the exit section 112 at least partially ring-shaped. The direction of flow of the coolant in the coolant connection lines 117A , 117B , 117C is thus essentially perpendicular to the direction of flow of the coolant in the coolant supply lines 115A , 115B , 115C and the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C . The coolant connection lines 117A , 117B , 117C extend parallel to each other, wherein the coolant connection lines 117A , 117B , 117C are arranged in a row next to each other.

Im Gegensatz zu den Kühlmittelzuführleitungen 115A, 115B, 115C und den Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C weisen die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C einen kleineren Durchmesser, insbesondere einen kleineren Durchflussdurchmesser, auf.In contrast to the coolant supply lines 115A , 115B , 115C and the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C show the coolant connection lines 117A , 117B , 117C a smaller diameter, in particular a smaller flow diameter.

Ferner erstrecken sich die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C nicht exakt im Winkel der Lotachse A der Längsachse L des Grundkörpers 110, wie in 2 und 6 gezeigt ist, sondern die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C verlaufen jeweils in einem Winkel 2° ≤ α ≤ 20° zu der Lotachse A der Längsachse L des Grundkörpers 110. Der Winkel α beträgt bei der hier gezeigten Ausgestaltung circa 6°.The coolant connection lines also extend 117A , 117B , 117C not exactly at the angle of the plumb axis A. the longitudinal axis L. of the main body 110 , as in 2 and 6th is shown, but the coolant connection lines 117A , 117B , 117C each run at an angle 2 ° ≤ α 20 ° to the plumb line A. the longitudinal axis L. of the main body 110 . The angle α is approximately 6 ° in the embodiment shown here.

Die Kühlmittelzuführleitungen 115A, 115B, 115C, die Kühlmittelabführleitungen 116A, 116B, 116C und die Kühlmittelverbindungsleitungen 117A, 117B, 117C sind einstückig mit dem Grundkörper 110 ausgebildet.The coolant supply lines 115A , 115B , 115C , the coolant discharge lines 116A , 116B , 116C and the coolant connection lines 117A , 117B , 117C are integral with the body 110 educated.

Zusätzlich zu der Kühlmittelführung weist die Zuführdüse 100, wie insbesondere in den 3, 4, 7, 8 und 9 zu erkennen ist, eine Schutzgaszuführung 118 auf.In addition to the coolant guide, the feed nozzle 100 , as in particular in the 3rd , 4th , 7th , 8th and 9 can be seen, a protective gas supply 118 on.

Die Schutzgaszuführung 118 weist eine sich axial entlang des Hauptabschnitts 111 erstreckende Schutzgaszuführleitung 119 auf. Im Bereich des Austrittsabschnitts 112 mündet die Schutzgaszuführleitung 119 in eine Schutzgasverteilungsleitung 120. Die Schutzgasverteilungsleitung 120 erstreckt sich radial um den Grundkörper 110, insbesondere radial um den Austrittsabschnitt 112 des Grundkörpers 110. Die Schutzgasverteilung 120 bildet somit eine Ringform aus.The protective gas supply 118 has one extending axially along the main section 111 extending protective gas supply line 119 on. In the area of the outlet section 112 opens the protective gas supply line 119 into a protective gas distribution line 120 . The shielding gas distribution line 120 extends radially around the base body 110 , in particular radially around the outlet section 112 of the main body 110 . The inert gas distribution 120 thus forms a ring shape.

An die Schutzgasverteilungsleitung 120 angeschlossen sind mehrere Schutzgasaustrittsleitungen 121, wie sie insbesondere in 7 zu erkennen sind. Jede Schutzgasaustrittsleitung 121 weist eine Schutzgasaustrittsöffnung 122 auf, aus welchen das Schutzgas in Richtung des zu schweißenden Bauteils ausströmen kann. Die Schutzgasaustrittsöffnungen 122 sind ringförmig verteilt um die Austrittsöffnung 113 des Austrittsabschnitts 112 des Grundkörpers 110 angeordnet. Durch die Aufspaltung in mehrere Schutzgasaustrittsleitungen 121, die ringförmig verteilt um die Austrittsöffnung 113 des Austrittsabschnitts 112 angeordnet sind, kann eine gezielte und kontrollierte Führung des aus der Austrittsöffnung 113 austretenden Pulver-Gas-Gemisches durch das Schutzgas erfolgen. Der aus der Austrittsöffnung 113 austretende Strahl an Pulver-Gas-Gemisch kann um seine gesamte Umfangsfläche durch das aus den Schutzgasaustrittsöffnungen 122 der Schutzgasaustrittsleitungen 121 austretende Schutzgas gestützt werden, so dass der Strahl des Pulver-Gas-Gemisches auch noch nach seinem Austritt aus der Austrittsöffnung 113 stabil gehalten werden kann, bis der Strahl das zu schweißende Bauteil erreicht.To the shielding gas distribution line 120 Several shielding gas outlet lines are connected 121 as they are especially in 7th can be recognized. Every shielding gas outlet line 121 has a protective gas outlet opening 122 on, from which the shielding gas can flow out in the direction of the component to be welded. The protective gas outlet openings 122 are distributed in a ring around the outlet opening 113 of the outlet section 112 of the main body 110 arranged. By splitting into several protective gas outlet lines 121 , which are distributed in a ring around the outlet opening 113 of the outlet section 112 are arranged, a targeted and controlled guidance of the out of the outlet opening 113 escaping powder-gas mixture through the protective gas. The one from the outlet opening 113 The exiting jet of powder-gas mixture can pass around its entire circumferential surface through the protective gas outlet openings 122 the shielding gas outlet lines 121 escaping protective gas are supported, so that the jet of the powder-gas mixture even after it has emerged from the outlet opening 113 can be kept stable until the beam reaches the component to be welded.

Die Schutzgasaustrittsöffnungen 122 können bündig mit der Austrittsöffnung 113 an der Stirnseite des Grundkörpers 110 angeordnet sein.The protective gas outlet openings 122 can be flush with the outlet opening 113 on the front of the base body 110 be arranged.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausgestaltungen. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von den dargestellten Lösungen auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiven Einzelheiten räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The embodiment of the invention is not limited to the preferred embodiments specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solutions shown even in the case of fundamentally different designs. All of the features and / or advantages arising from the claims of the description or the drawings, including structural details of spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in a wide variety of combinations.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
ZuführdüseFeed nozzle
110110
GrundkörperBase body
111111
HauptabschnittMain section
112112
AustrittsabschnittExit section
113113
AustrittsöffnungOutlet opening
114A, 114B, 114C114A, 114B, 114C
KühlmittelpaarCoolant pair
115A, 115B, 115C115A, 115B, 115C
KühlmittelzuführleitungCoolant supply line
116A, 116B, 116C116A, 116B, 116C
KühlmittelabführleitungCoolant discharge line
117A, 117B, 117C117A, 117B, 117C
KühlmittelverbindungsleitungCoolant connection line
118118
SchutzgaszuführungInert gas supply
119119
SchutzgaszuführleitungInert gas supply line
120120
SchutzgasverteilungsleitungInert gas distribution line
121121
SchutzgasaustrittsleitungInert gas outlet line
122122
Schutzgasaustrittsöffnung Inert gas outlet opening
LL.
LängsachseLongitudinal axis
AA.
LotachsePlumb line
αα
Winkelangle

Claims (9)

Zuführdüse (100) für eine Schweißvorrichtung, mit einem Grundkörper (110), welcher einen Hauptabschnitt (111) und einen an den Hauptabschnitt (111) angrenzenden Austrittsabschnitt (112) aufweist, wobei der Austrittsabschnitt (112) eine Austrittsöffnung (113) aufweist, mit mindestens einer sich axial entlang des Hauptabschnitts (111) erstreckenden Kühlmittelzuführleitung (115A, 115B, 115C) und mit mindestens einer sich axial entlang des Hauptabschnitts (111) erstreckenden Kühlmittelabführleitung (116A, 116B, 116C), wobei die mindestens eine Kühlmittelzuführleitung (115A, 115B, 115C) und die mindestens eine Kühlmittelabführleitung (116A, 116B, 116C) über mindestens zwei sich mindestens bereichsweise radial um den Austrittsabschnitt (112) erstreckende Kühlmittelverbindungsleitungen (117A, 117B, 117C) verbunden sind.Feed nozzle (100) for a welding device, with a base body (110) which has a main section (111) and an exit section (112) adjoining the main section (111), the exit section (112) having an exit opening (113), with at least one coolant supply line (115A, 115B, 115C) extending axially along the main section (111) and with at least one coolant discharge line (116A, 116B, 116C) extending axially along the main section (111), wherein the at least one coolant supply line (115A, 115B, 115C) and the at least one coolant discharge line (116A, 116B, 116C) are connected via at least two coolant connection lines (117A, 117B, 117C) extending at least in some areas radially around the outlet section (112). Zuführdüse (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen (117A, 117B, 117C) parallel zueinander verlaufen.Feed nozzle (100) Claim 1 , characterized in that the at least two coolant connection lines (117A, 117B, 117C) run parallel to one another. Zuführdüse (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen (117A, 117B, 117C) einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Kühlmittelzuführleitung (115A, 115B, 115C) und die Kühlmittelabführleitung (116A, 116B, 116C).Feed nozzle (100) Claim 1 or 2 , characterized in that the at least two coolant connection lines (117A, 117B, 117C) have a smaller diameter than the coolant supply line (115A, 115B, 115C) and the coolant discharge line (116A, 116B, 116C). Zuführdüse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen (117A, 117B, 117C) jeweils in einem Winkel 2° ≤ α ≤ 20° zu einer Lotachse (A) einer Längsachse (L) des Grundkörpers (110) verlaufen.Feed nozzle (100) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the at least two coolant connection lines (117A, 117B, 117C) each run at an angle 2 ° ≤ α ≤ 20 ° to a perpendicular axis (A) of a longitudinal axis (L) of the base body (110). Zuführdüse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kühlmittelpaare (114A, 114B, 114C) mit jeweils einer Kühlmittelzuführleitung (115A, 115B, 115C), einer Kühlmittelabführleitung (116A, 116B, 116C) und mindestens zwei Kühlmittelverbindungsleitungen (117A, 117B, 117C) vorgesehen sind.Feed nozzle (100) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that at least two coolant pairs (114A, 114B, 114C) each with a coolant supply line (115A, 115B, 115C), a coolant discharge line (116A, 116B, 116C) and at least two coolant connecting lines (117A, 117B, 117C) are provided. Zuführdüse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine an dem Grundkörper (111) angeordnete Schutzgaszuführung (118).Feed nozzle (100) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized by a protective gas supply (118) arranged on the base body (111). Zuführdüse (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (118) eine sich axial entlang des Hauptabschnitts (111) erstreckende Schutzgaszuführleitung (119) aufweist, welche im Bereich des Austrittsabschnitts (112) in mehrere Schutzgasaustrittsleitungen (121) aufgespalten ist, wobei die mehreren Schutzgasaustrittsleitungen (121) jeweils eine Schutzgasaustrittsöffnung (122) aufweisen, wobei die Schutzgasaustrittsöffnungen (122) der mehreren Schutzgasaustrittsleitungen (121) ringförmig verteilt um die Austrittsöffnung (113) des Austrittsabschnitts (112) angeordnet sind.Feed nozzle (100) Claim 6 , characterized in that the protective gas supply (118) has a protective gas supply line (119) which extends axially along the main section (111) and which is split into several protective gas outlet lines (121) in the region of the outlet section (112), the several protective gas outlet lines (121) each have a protective gas outlet opening (122), the protective gas outlet openings (122) of the plurality of protective gas outlet lines (121) being arranged in a ring-shaped manner around the outlet opening (113) of the outlet section (112). Zuführdüse (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgaszuführung (118) im Bereich des Austrittsabschnitts (112) eine sich radial um den Grundkörper (110) erstreckende Schutzgasverteilungsleitung (120) aufweist, welche mit den Schutzgasaustrittsleitungen (121) verbunden ist.Feed nozzle (100) Claim 7 , characterized in that the protective gas supply (118) in the area of the outlet section (112) has a protective gas distribution line (120) which extends radially around the base body (110) and which is connected to the protective gas outlet lines (121). Schweißvorrichtung, mit einer Zuführdüse (100), welche nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.Welding device with a feed nozzle (100) which, according to one of the Claims 1 to 8th is trained.
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