DE102008037345A1 - Gasdüse mit Schutzglaseinheit und Verfahren zum Schweißen/Schneiden eines Werkstücks - Google Patents

Gasdüse mit Schutzglaseinheit und Verfahren zum Schweißen/Schneiden eines Werkstücks Download PDF

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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    • B23K26/1462Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B23K26/1476Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle

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Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet eine Doppelkoaxialdüse für Schweiß- und Schneidanwendungen, wobei die Innendüse eine Flow an Prozessgas zur Verfügung stellt, der rein zur Bearbeitungsstelle geführt werden soll, um dort ein gewünschtes Prozessergebnis zu erreichen. Dieser Prozessgasflow wird durch eine zweite, die erste Düse allseitig umgebende Düse in einem Führungsgasflow allseitig umhüllt. Es handelt sich um querschnittsverengende Düsen mit mindestens zwei Wendepunkten, die einen laminaren Flow erzeugen. Die Düsendicke verjüngt sich bis zum Düsenaustritt auf technisch Null. Beim erfindungsgemäßen Verfahren treten die Gase mit atmosphärischem Druck aus und ihre Durchflussmengen n entstehen und Diffusion verhindert wird; der dynamische Druck der Gaspartikel kann dadurch stark reduziert werden, d. h. das Prozessgas wird non-invasiv in Bezug auf Schmelzbaddynamik und Gaseinwirbelung aufgebracht. Die Dichte des Führungsgases entspricht dem der Umgebungsatmosphäre, um der Flüchtigkeit des bewegten im Mantel aus Führungsgas eingeschlossenen Prozessgases entgegenzuwirken. Aufgrund des Einsatzes als Koaxialdüse bei laserbasierten Schweiß- und Schneidverfahren steigen auch Schweißspritzer und rauch- und partikelartige Emissionen zum Filterglas auf. Diese werden ggf. vorpolarisiert und vor dem Schutzglas durch elektromagentische (Wechsel-)felder und durch einen induzierten Wirbel des Gases vor dem Filterglas mittels ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasdüse zum Schweißen oder Schneiden eines Werkstückes. Eine Schutzglaseinheit verhindert die Verschmutzung des in ihr befindlichen Schutzglases, das optische Elemente schützt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Hinführen leichtflüchtiger Gase zum Schweiß-/Schneidpunkt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von partikel- und rauchartigen Schweißemissionen vor der Schutzglaseinheit.
  • Metallische Werkstoffe lassen sich heutzutage mittels Lichtstrahlen aus Lasern effizient und zuverlässig schweißen und schneiden. Entsprechend effiziente und zuverlässige Schweiß/Schneidverfahren mittels Laser werden auch für Leichtbauwerkstoffe aus Aluminium, Magnesium und Titan angestrebt. An der Oberfläche von Leichtbauwerkstoffen bildet sich durch Kontakt mit Luftsauerstoff instantan eine Oxidschicht. Die Schweißnahtqualität ist von den verwendeten Schutzgasen abhängig. Je besser die Schweiß-/Schneidstelle von der Umgebungsluft durch den Einsatz dieser Gase getrennt wird, umso besser ist das Prozessergebnis. So können allgemein Versprödungen der Schweißnaht, Anlauffarben in Stahl, Oberflächenoxidbildung bei Aluminium, Magnesium und Titan vermieden werden. Neuste Erkenntnisse zeigen, dass Prozessporen in Laserschweißnähten durch eingewirbeltes Prozessgas entstehen. Gasdüsen, die dem Stand der Technik entsprechen, erzeugen keine reine Schutzgasatmosphäre am Schweiß-/Schneidpunkt, da sie fluiddynamisch nicht optimiert sind, um Einwirbelung von Umgebungsluft in das Prozessgas auf dessen Weg von der Düsenaustrittsöffnung bis zum Bearbeitungspunkt zu vermeiden, und der Gasstrom invasiv auf das Schmelzbad wirkt.
  • Neben den Prozessgasen, die von der Düsenaustrittsöffnung zur Bearbeitungsstelle strömen, steigen in umgekehrter Richtung Partikel- und rauchartige Emissionen von der Schweiß-/Schneidstelle zur Düse hin auf. Im Fall von Laserstrahlschweiß- und schneideerfahren bei denen die Gasdüse koaxial zum Laserstrahl ausgeführt wird, können diese Emissionen das Schutzglas, das zum Schutz der dahinter liegenden optischen Fokussiereinheiten (Linsen, Kollimator, o. Ä.) dient, beschmutzen, was zu einer Veränderung der Strahleigenschaften führt. Die Schutzglaseinheit muss daher so ausgeführt sein, dass die Emissionen sich nicht auf dem Schutzglas niederschlagen können.
  • Folgende Terminologie/Nomenklatur findet Anwendung:
    Koaxialdüse: Der Strahlengang des Lasers befindet sich in
    der Gasdüse in der Regel mittig dazu.
    Seitendüse: Das Prozessgas wird von einer Seite der
    Schweißzone zugeführt. Zwischen dem Fluxvektor
    des Gases und dem Strahlengang des Lasers
    tritt so ein Versatzwinkel auf.
    Einfachdüse: Alle Düsengeometrien, die einen einzelnen Gas
    strom erzeugen. Es kann ein reines Gas oder
    ein Gasgemisch zugeleitet werden.
    Mehrfachdüse: Düsengeometrien, die den Gasstrom aufteilen
    und die dadurch entstehen Ströme unabhängig
    voneinander auf die Prozesszone führen. Jeder
    Gasstrom kann ein reines Gas bzw. ein Gasge
    misch sein. Spezialfall ist hier die Doppeldü
    se, die zwei Gasströme erzeugt.
    Laminardüse: Düsengeometrien, die durch fluiddynamische
    vorteilhafte Auslegung ihrer Form Randschich
    tenablösungen und Turbulenzen vermeiden.
  • Der Begriff Flow wird eingesetzt, wenn die Charakteristik des Gasstromes, d. h. laminar oder turbulent, von Bedeutung ist. Flux bezeichnet den Durchfluss an Gas (in Litern [1]) pro Zeiteinheit (in Minuten [min]) pro Flächeeinheit (in Quadratzentimetern [cm2]).
  • Die Gasdüsen des Standes der Technik haben in der Regel eine der beiden Aufgaben:
    Ein reines Gas bzw. Gasgemische aus verschiedenen Einzelgasen sollen durch die Düse verbessert in der Prozesszone aufgebracht werden. Dies geschieht durch eine unterschiedliche Ausgestaltung von (Mehrfach)düsen (ob nun Seiten- oder Koaxialdüsen). Durch die Düsengeomtrie einer Einfachdüse soll ein reines Gas bzw. ein Gasgemisch besser in die Prozesszone geleitet werden.
  • Keine der Koaxialdüsen des Standes der Technik wurde fluiddynamisch optimiert und erprobt. Es wurde im bekannten Stand der Technik folglich nicht beachtet, ob der Gasstrom laminar oder turbulent aus der Düsenöffnung austritt. Der Stand der Technik verfolgte lediglich das Ziel zum Zeitpunkt des Schweißens und kurz danach die Schweißstelle von der Umgebungsluft zu trennen. Dementsprechend sind die Gasdüsen des Standes der Technik, nicht aerodynamisch bzw. fluiddynamisch optimiert, weswegen es meist einfache Kegelformen sind, die zum Ende hin eine sprunghafte Verkleinerung besitzen, wenn diese Düsen Koaxialdüsen sind. Bei Seitendüsen handelt es sich meist um rohrähnliche Geometrien ohne Querschnittsänderung.
  • Solche Seitendüsen sind daher von Vorneherein Laminarflowdüsen. Dies wurde auch experimentell verifiziert. Jedoch müssen sie bezüglich des Laserstrahles um einen weiteren Winkel angestellt werden. Es konnte mittels Schlierenoptik nachgewiesen werden, dass Helium aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit nach oben entweicht. Man beachte, dass diese Düsen bei einem Druck von 3 bar getestet wurden und daher das Schmelzbad verwirbeln werden [Neumann, S.; Thomy, C.; Seefeld; T.; Vollertsen, F.: Distortion Minimization and Shielding Gas Flow Optimisation in CO2- Laser Remote Welding of Steel, ICAELO 2005, S. 998].
  • Weitere Gasdüsen aus dem Stand der Technik sind:
    • DE 19802305 C2 : Laserschweißkopf zum Fügen von vorzugsweise dreidimensionalen metallischen Bauteilen. Es wird ein Arbeits- und ein Schutzgas zugeführt. Deren Unterschied bzw. Eigenschaften werden nicht erläutert. Die Gaszuführung (z. B. Durchfluss etc.) ist auf die Eigenschaften der Gase nicht abgestimmt. Es werden lediglich zwei Gase durch zwei Düsen aufgebracht. Es wird kein laminarer Flow erzeugt, da die Gase an Kanten ausströmen und sich mit anderen Gaskomponenten aus der Umgebungsluft vermischen.
    • DE 19858018 C1 : Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Schweißen von Metall sowie Schutzgasvorrichtung hierfür: Es wird ein einziges Gas durch eine Glockendüse eingebracht. Ein Sinterring reduziert Turbulenzen beim Einbringen des Gases in die Düse. Trägt man Flusslinien in der Düse auf, so ist selbst bei leichtem Überdruck, eine Verwirbelung der Gase am Düsenaustritt gegeben. Leichte Gase verflüchtigen sich nach dem Düsenaustritt, insbesondere da diese Gase nur „schwaden- oder hauchartig” aufgebracht werden.
    • DE 4016200 A1 : Düse zum Laserstrahschweißen oder Laserstrahlschneiden: Die Patentansprüche beziehen sich allesamt auf das Sintermaterial, das notwendig ist, um im Außenbereich eine laminare Strömung zu erzeugen. Die Geschwindigkeit der Gase ist nicht auf Vermeidung von Diffusion oder Flüchtigkeit ausgelegt. Dies wird sowohl in 1 in DE 4016200 A1 als auch 2 in DE 4016200 A1 jeweils Ziffer 4 deutlich. Die Dichte der Flusslinien ist unterschiedlich, d. h. der Volumenstrom ist stark unterschiedlich, und es kommt zu Diffusion und Verwirbelung. Daher kann zwar im Außenbereich ein preiswerteres Gas zum Einsatz kommen, aber eben nur ein preiswerteres Inertgas. In DE 4016200 A1 wird keine Lehre erläutert, wie die Durchflüsse der Düsen zu kalibrieren sind, um eine laminare Strömung zu erzeugen.
    • JP5050284 : Shielding gas nozzle for laser beam welding; Nissan Motor Co.: Es handelt sich um eine Mehrfachkoaxialdöse. Diese ist fluiddynamisch nicht optimiert.
    • JP7223086 : Assist gas nozzle for laser beam welding; Nissan Motor Co.: Es handelt sich um eine Mehrfachkoaxialdöse. Diese ist fluiddynamisch nicht optimiert.
    • JP6304777 , Gas nozzle for welding sealing plate of battery on armor can by laser beam; Sanyo Electronic: Es handelt sich um Mehrfachkoaxialdöse. Diese ist fluiddynamisch nicht optimiert.
    • JP11058063 : Gas nozzle for laser beam welding; Kawasaki Steel: Gaszuführeinheit für eine Einfach- bzw. Mehrfachkoaxialdöse mit Zirkularbohrungen. Im Gegensatz dazu hat die hier vorgestellte Erfindung Langlochbohrungen mit einer Dispersionszwischenplatte.
    • JP20033181676 : Laser welding gas shielded nozzle; Hokkaido Technology; Anscheinend Zuführeinheit mit nur einem Langloch.
    • EP1584406 A2 : A gas shielding method and a gas shielding apparatus for laserwelding; Hokkaido University: Es handelt sich um eine Mehrfachdüse. Diese ist fluiddynamisch nicht optimierten.
    • EP0600250 : Procedure of welding work pieces by a laser beam an laser welding nozzle; Linde AG; Zuführeinheit für Prozess- und Hilfsgase mit Mehrfachrundlöchern. Beim Aufbau nach EP0600250 hat das Argon außen einen höheren Druck als das Helium, das in der Mitte ist. Dadurch entsteht in der Mitte ein Unterdruck. Ziel dieser Erfindung ist es, die Dampfkapillare durch den Unterdruck zu vergrößern, um eine bessere Einkoppelung des Laserstrahles zu ermöglichen. Dies wird allerdings nur bei einer Verwendung des CO2-Lasers benötigt.
  • Bei der „Integrated Nozzle” des Fraunhofer ILT handelt es sich um eine verfahrensspezifische Spezialdüse. Es handelt sich um eine koaxiale Einfachkegeldüse, die die Lufteinwirbelungen durch eine Manteldüse für das Prozessgas vermeidet. Auch hier ist der Gasstrom zum Laserstrahl angestellt, da das Gas radialsymmetrisch von allen Seiten kommt. Bei der realen Ausführung dieser Düse ist jedoch oberhalb der Düse ein Schutzglas angebracht, das mit einem Druckluft-Cross-Jet gespült und dadurch sauber gehalten wird. Um einen Austritt dieser Druckluft zu ermöglichen ist ein großes Austrittsloch über der Düse angebracht. Es ist davon auszugehen, das Luft durch den Innenteil der Manteldüse nach unten zum Schmelzbade gelangt, wenn der Druckluftstrom bei stark rauchenden Werkstoffen (insbesondere verzinkte Stahlbleche) erhöht werden muss. Die Konstruktion schließt das zumindest nicht aus [Petring, D.; Fuhrmann, C.: Recent Progress and innovative solutions for brid welding; Proceedings of the 1st Pacific International Conference on Application of Lasers and Optics 2004].
  • Die Konstruktion der Gasdüse gemäß dieser Erfindung ist folgendermaßen ausgelegt: Die innere Düsenkontur (8) ist fluiddynamisch auf laminaren Flow ausgelegt. Sie verjüngt ihren Querschnitt und ist durch zwei Wendepunkte (4, 5) charakterisiert. Es handelt sich nicht um eine einfache Kegeldüse. So lässt sich bei einer Koaxialdüse dennoch der Flux am Düsenaustritt reduzieren ohne Turbulenz zu erzeugen. Diese innere Düse (8) ist in eine weitere Düse (5) größeren Querschnitts eingebaut, deren Gasstrom so ausgelegt ist, dass er den Flow, der in der inneren Düse erzeugt wird, allseitig umgibt (9, 10). An der Trennkante beider Düsen verjüngt sich die Dicke der Düse auf technisch Null (7). Die Düsen sind aus ei nem Material mit hohem Schmelzpunkt und hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt (z. B. Kupfer).
  • Die Gaseinleitung im oberen Teil beider Düsen erfolgt über Einleitungsplatten die Lang- bzw. Rundlöcher aufweisen, die verwirbelungsminimiert angeordnet sind. Um dies zu erreichen, wird der Gasstrom aufgeteilt. Dies geschieht über eine Platte mit runden Löchern unter der sich eine weitere Platte mit gebogenen Langlöchern befindet, wobei die runden Löchern über den Stegen der Langlöcher zum liegen kommen, um eine optimale Dispersion am Düseneinlauf zu gewährleisten (vgl. 2). Dies ist entscheidend für die Ausbildung eines laminaren Flows in den Düsen selbst. Im Unterschied zu Sintermaterialen kommt es so ebenfalls zu einem laminaren Flow am Düsenaustritt, jedoch wird ein Druckabfall durch Gitterverluste, wie sie bei Sintermaterialen auftreten, vermieden.
  • Um eine Verwirbelung und Turbulenzen nach dem Austritt zu vermeiden, wird das Gas in die innere Düse nur mit geringem Überdruck eingeleitet. Die äußere Düse wird entsprechend der Forderung nach gleicher Ausströmgeschwindigkeit am Düsenaustritt über die Kontinuitätsgleichung bestimmt.
  • Ohne Beschränkung ihrer allgemeinen Verwendbarkeit werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problemmatik in bezug auf Helium als Prozessgas und Argon als Führungsgas erläutert. Helium wird als Prozessgas in der Innendüse und Argon als Führungsgas in der Außendüse angenommen.
  • Die konstruktive Ausführung dieser Erfindung hat folgende prozesstechnische Vorteile: Diese Erfindung erzeugt einen laminaren Prozessgasstrom in einer ersten Düse (10). Am Düsenaustritt kommt es zu keiner Ablösung der Grenzschicht bzw. Einwirbeln von Umgebungsluft, da das Prozessgas der Innendüse von einem Führungsgas aus einer zweiten Düse umspült wird (9). Für die Nichtablösung ist die Verjüngung der Dü sendicke auf technisch Null entscheidend, die eine Expansion des Heliums am Düsenaustritt vermeidet.
  • Das Verfahren der Gasaufbringung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flows von Prozess- und Führungsgas so eingestellt sind, dass es zu keinen Scherspannungen zwischen beiden Gasen am Düsenaustritt kommt. Ebenso wird die Ausströmgeschwindigkeit so eingestellt, dass es zu keiner Diffusion der beiden Gases vom Düsenaustritt bis zum Schweiß-/Schneidpunkt kommen kann. Beide Gase treten am Düsenaustritt mit atmosphärischem Druck aus, um eine Expansion der Gase und eine Dispersion der Geschwindigkeitsprofile zu vermeiden. So kann teueres Helium effektiv und sparsam aufgebracht werden. Als Führungsgas kann billigeres Inertgas wie z. B. Argon aber auch je nach den Möglichkeiten bzw. den Anforderung des Werkstoffes bei schmelzschweißender Bearbeitung auch Druckluft verwendet werden. Die hohe Flüchtigkeit von Helium, die in der um eine Größenordnung geringeren Dichte von Helium im Vergleich zu Luft begründet ist, führt bei Düsen des Standes der Technik häufig dazu, dass nur ein Teil des am Düsenaustritt ausströmenden Heliums zum Bearbeitungspunkt gelangte, da es vorher bereits nach oben abgeströmt war. Dies wurde auch dadurch verstärkt, das bewegte Heliumteilchen auf unbewegte Luftteilchen am Düsenaustritt trafen. Diese Problematik ist bei dieser Erfindung vermieden, da die bewegten Heliumteilchen im Flow der Innendüse allseitig von ebenfalls bewegten Argonteilchen im Flow, der durch die Außendüse erzeugt wird, umgeben sind. Eine Verswirbelung zwischen diesen beiden Flows findet nicht statt. Die Dichte von Argon unterscheidet sich kaum von der der Umgebungsluft. Von einer Flüchtigkeit des Argons kann deshalb kaum gesprochen werden. Es ist bekannt, dass Argonflows die Bearbeitungsstelle vollständig erreichen und das Argon auch an der Bearbeitungsstelle verharrt. Bei Düsen des Standes der Technik wurden daher oft Gemische aus Argon und Helium verwendet, um mit dem Argon immerhin einen gewissen Anteil an Helium zur Bearbeitungsstelle zu führen. Jedoch wäre eine reine Heliumatmosphäre am Bearbeitungspunkt wünschenswert gewesen, was aus den dargestellten Gründen nicht realisiert werden konnte. Diese Erfindung ermöglicht es nun einen reinen Heliumflow eingebettet in einen Argonflow zur Bearbeitungstelle zu führen. Wollte man bei Düsen des Standes der Technik die Abdeckung am Bearbeitungspunkt verbessern und die Verwirbelung mit Umgebungsluft auf dem Weg dorthin reduzieren, so musste man den Volumenstrom erhöhen. Dadurch wurde jedoch der dynamische Druck der Gase erhöht, was am Bearbeitungspunkt zu einer Verwirbelung der Schmelze und damit zu einem unruhigen Schweißbad und schließlich einer rauen Oberraupe der Schweißnaht und bei Schneideerfahren zu einer Bartbildung an der Schneidunterkante führte. Daneben wurde auch Prozessgas in das Schmelzbad eingewirbelt, was zu Porenbildung in der Schweißnaht führt. Diese Erfindung ist aufgrund des geringen dynamischen Drucks der eingesetzten Gase non-invasiv in Bezug auf das Schmelzbad. Diese Düse vermeidet die oben genannten Nachteile herkömmlicher Düsen. Das Bearbeitungsergebnis ist aufgrund des Einsatzes von reinem Helium am Bearbeitungspunkt allein schon von höherer Qualität. Auch bei höheren Arbeitsabständen werden Bearbeitungspunkte perfekt abgedeckt. Mit dieser laminaren Koaxialdoppeldüse lassen sich aber auch Pulverwerkstoffe aufbringen, bzw. die Innendüse auch für sich allein zur Erfüllung der Forderung nach einer Verringerung der Turbulenzen einsetzen, wann immer dies gefordert ist. Es handelt sich um eine rotationssymmetrische Düse, die daher eine Koaxialdüse sein muss, was den Einsatz in der Fertigung erleichtert.
  • Jedoch ist eine Problematik bei Koaxialdüsen Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen, die bei Laserstrahlverfahren in Richtung des Strahlenganges aufsteigen. Um die Linse (1) vor solchen Verunreinigungen zu schützen befindet sich ein Filterglas (2) vor der Linse. Diese Filtergläser sind bezüglich der verwendeten Laserwellenlänge antireflex beschichtet. Jedoch verunreinigen Schweißrauche und -spritzer diese Filtergläser, die in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden müssen.
  • In dieser Erfindung wird vor dem Filterglas ein elektromagnetisches (Wechsel-)Feld angelegt, das Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen vor dem Schutzglas ablenkt und damit eine Verschmutzung des Schutzglases vermeidet. Die Ablenkung kann durch gegenpolige Vorpolarisierung verbessert werden. Dazu wirkt die Innendüse als Gegenpol und wird an ein entsprechendes Potential, das mit dem (Wechsel-)Feld getunt ist, angeschlossen. Da nicht alle Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen von einem elektromagnetischen (Wechsel-)Feld abgelenkt werden können besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin diese durch Zentrifugalkräfte vor dem Schutzglas abzulenken (3). Dies wird dadurch erreicht, dass vor dem Schutzglas ein Vortex im dort befindlichen Gasvolumen erzeugt wird (3). Dadurch werden auch aufsteigende Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen im Vortex mitbewegt, und da diese Teilchen eine weitaus höhere Dichte als die bewegten Gase besitzen, wird eine Zentrifugalkraft auf die Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen ausgeübt, die diese aus dem Strahlweg heraus und vom Schutzglas weg ablenken.
  • Die Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen, die dennoch zum Schutzglas gelangen, werden von diesem folgendermaßen entfernt. Das Filterglas ist zusätzlich zu seiner Antireflexbeschichtung mit einer Lotuseffektbeschichtung versehen, die verhindert, dass Verunreinigungen sich festsetzen können. Diese Verunreinigungen müssen jedoch schnell vom Filterglas entfernt werden. Das Filterglas wird mit einer Schwingung bisweilen wechselnder Amplitude und Frequenzen beaufschlagt, die Verunreinigungen abschüttelt (vgl. 3). Eine bevorzugte Weiterbildung stellt die Anregung mit Ultraschall dar.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung lässt das Filterglas um seinen eigenen Mittelpunkt rotieren, um eine Zentrifugalkraft auf angelagerte Schweißspritzer und andere rauch- und partikelartigen Emissionen auszuüben (vgl. 4).
  • Eine bevorzugte Weiterbildung stellt Vergrößerung, inbesondere eine Verdopplung, des Filterglasdurchmessers (11) gegenüber dem Düsendurchmesser (14) dar. Somit kann das Filterglas exzentrisch (13) rotieren. Eine im exzentrischen Bereich liegende Reinigungseinheit (12) erlaubt eine mechanische Entfernung von angelagerten Schweißspritzern und andere rauch- und partikelartigen Emissionen ohne den Strahlengang zu obsturieren.
  • In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und beigefügten Figuren erläutert.
  • In den Figuren zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
  • 2 Aufsicht auf die untere Disperionsplatte
  • 3 eine Seitenansicht des Filterglases und Frequenzgebers zur Anregung in bis zu drei Raumrichtungen
  • 4 eine Aufsicht auf das Filterglas, Rotationspunkt und des Rotationsantriebs
  • 5 eine Aufsicht auf ein Filterglas mit größerem Querschnitt als der Düsenoberlauf, exzentrischen Rotationspunkt und Reinigungseinheit
  • 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 19802305 C2 [0009]
    • - DE 19858018 C1 [0009]
    • - DE 4016200 A1 [0009, 0009, 0009, 0009]
    • - JP 5050284 [0009]
    • - JP 7223086 [0009]
    • - JP 6304777 [0009]
    • - JP 11058063 [0009]
    • - JP 20033181676 [0009]
    • - EP 1584406 A2 [0009]
    • - EP 0600250 [0009, 0009]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Neumann, S.; Thomy, C.; Seefeld; T.; Vollertsen, F.: Distortion Minimization and Shielding Gas Flow Optimisation in CO2- Laser Remote Welding of Steel, ICAELO 2005, S. 998 [0008]
    • - Petring, D.; Fuhrmann, C.: Recent Progress and innovative solutions for brid welding; Proceedings of the 1st Pacific International Conference on Application of Lasers and Optics 2004 [0010]

Claims (5)

  1. Gasdüse zum Schweißen/Schneiden eines Werkstückes, insbesondere für strahlbasierte Fertigungsverfahren, mit: – einer ersten Innendüse (8) zum Bereitstellen eines ersten Prozessgasflows (10), – einer zweiten Außendüse (5) zum Bereitstellen eines zweiten Führungsgasflows (9), – einer Gaszuführeinheit zum non-tubulenten Einleiten der Gase für das laminare Ausströmen am Düsenaustritt aufweist, – einer Filterglaseinheit mit Filterglas (2) vor der ggf. vorpolarisierte Schweißemissionen durch elektromagnetische (Wechsel-)felder mittels Lorenzkraft oder Erzeugung eine Wirbels mittels Zentrifugalkraft von der Mittelachse weggelenkt, oder von der Schweißemissionen durch Lotuseffekt- oder andere Antihaftbeschichtung an der Festsetzung gehindert, – einen Schutzglashalter mit Filterglas (X) der angelagerte Schweißemissionen durch Schwingungsanregung variabler Amplitude und Frequenz, durch Rotation um die eigene Achse des Filterglases mittels Zentrifugalkraft, durch Rotation um eine dem Strahlengang externe Achse des Schutzglas zur Durchführung desselben durch eine mechanische Reinigungseinheit entfernt. – einem Verfahren zur Einleitung der Gase bei dem die Gase mit atmosphärischem Druck am Düsenaustritt ausströmen und ihre Strömungsgeschwindigkeiten derart gewählt sind, dass Diffusionsprozesse und Scherspannungen minimiert werden und die Dichte des Führungsgases dem Umgebungsmedium nahe ist, um die Flüchtigkeit des Prozessgaseses, das gegebenefalls eine geringer Dichte aufweist, zur verringern. – einem Verfahren das den dynamischen Druck der bewegten Gasteilchen möglichst minimiert, um non-invasiv in Bezug auf das Schmelzbad und dessen Eigendynamik zu sein, damit sich die ausbildende Nahtoberraupe von geringerer Rauhigkeit ist, und auf Gaseinwirbelung, die Poren in der Schweinnaht verursachen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 und oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsengeometrie querschnittsverjüngend und mindestens zwei Wendepunkte aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine erste Platte mit Rundbohrungen und eine zweite Platte im gebogenen Langbohrungen, wobei die Rundlöcher über den Stegen der Langlöcher zum liegen kommen.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich die Düsendicke auf technisch Null am Austrittsende vermindert.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Düsengeometrie fluiddynamisch auf laminare Strömung ausgelegt ist.
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