DE102023000377A1

DE102023000377A1 - Querstrahldüse für laserbearbeitungskopf

Info

Publication number: DE102023000377A1
Application number: DE102023000377.8A
Authority: DE
Inventors: Jeroen Jonkers; Georg Schmidt; Gunnar KOEHLER
Original assignee: II VI Delaware Inc
Current assignee: II VI Delaware Inc
Priority date: 2022-02-02
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2023-08-03
Also published as: CN116532792A; US20230241716A1

Abstract

Ein Laserkopf zur Materialbearbeitung, beispielsweise ein Fernschweißkopf, weist einen Ausgang mit einer Schutzoptik auf, die so konfiguriert ist, dass sie einen emittierten Laser zu einem Arbeitsbereich durchlässt. Die Schutzoptik, beispielsweise eine Abdeckplatte des Ausgangs, schützt andere Optiken innerhalb des Kopfs und ist ein austauschbares Ersatzteil. Um zu verhindern, dass zumindest ein Teil der aus dem Arbeitsbereich ausgestoßenen Verunreinigungen die Schutzoptik erreicht, ist eine Düse am Kopf benachbart zur Schutzoptik befestigt. Die Düse weist einen Einlass und einen Auslass für das Gas auf. Der Auslass weist ein krummliniges Profil auf, das so konfiguriert ist, dass es einen Querstrahl des Gases in der Ebene zwischen der Schutzoptik und dem Arbeitsbereich auffächert. Das Profil der Düse reduziert die Menge Gas, die benötigt wird, um die Verunreinigungen von der Schutzoptik abzulenken.

Description

HINTERGUND DER OFFENBARUNG
Bei der Lasermaterialbearbeitung entstehen Verunreinigungen. Bei einem Schweißprozess werden zum Beispiel Metallspritzer erzeugt, die die Optiken des Laserbearbeitungskopfs beschädigen können. Aus diesem Grund verwendet der Laserbearbeitungskopf eine Schutzoptik oder ein Abdeckplatte als austauschbares Ersatzteil zum Schutz der Optiken. Die Lebensdauer dieser Abdeckplatte kann durch Verwenden eines Querstrahls von Luft zum Ablenken von Verunreinigungen von der Abdeckplatte erhöht werden.
Während des Betriebs bläst Druckluft aus dem Querstrahl die Verunreinigungen weg, um zumindest einen Teil der Spritzer daran zu hindern, auf der Abdeckplatte aufzutreffen. Im Laufe der Zeit muss die Abdeckplatte dennoch ersetzt werden. Außerdem muss während des Betriebs eine ausreichende Menge an Druckluft zugeführt werden, um die Abdeckplatte zu schützen. Das Erzeugen und Bereitstellen von Druckluft erhöht die Betriebskosten, ebenso wie die Notwendigkeit, Deckgläser zu ersetzen, die Betriebskosten erhöht und Stillstandzeiten der Produktionslinie verursacht.
1A veranschaulicht eine Seitenansicht eines Laserbearbeitungskopfs 20 mit einem Querstrahlmodul 60 gemäß dem Stand der Technik, und 1B veranschaulicht eine Vorderansicht des Laserbearbeitungskopfs 20 in 1A. Der Laserbearbeitungskopf 20 weist ein Gehäuse 30 mit geeigneten Optiken und anderen Komponenten zum Abgeben von Laserenergie aus einer Kabelverbindung 33 in einen Laserstrahl LB aus einem Ausgang 38 des Kopfs 20 auf. Eine Abdeckplatte (36) innerhalb des Ausgangs 38 schützt die internen Optiken des Laserkopfs 20 vor Spritzern und Verunreinigungen, die während des Betriebs erzeugt werden. Eine Verbindung 70 zu einer Gasversorgung am Kopf 20 kann Gas nahe zur Abdeckplatte 36 am Ausgang 38 leiten. Der Laserbearbeitungskopf 20 weist ferner eine elektrische Verbindung 40 zu einem Detektor auf.
Das Querstrahlmodul 60 wird auf einer Halterung 22 am Kopf 20 getragen und ist in einer Distanz unterhalb des Ausgangs 38 angeordnet. Der Laserbearbeitungskopf 20 weist ferner einen Druckmesser 50 auf, der den Druck von Druckluft misst, die in den Bereich unterhalb des Ausgangs 38 geblasen wird. Die Druckluft neigt dazu, Spritzer und Verunreinigungen des Laserprozesses davon abzuhalten, die Abdeckplatte 36 im Ausgang 38 des Kopfs 20 zu erreichen. Wie dargestellt, weist das Querstrahlmodul 60 eine lineare Geometrie zum Erzeugen des Querstrahls auf.
Figurenliste

1A veranschaulicht eine Seitenansicht eines Laserbearbeitungskopfs mit einem Querstrahlmodul gemäß dem Stand der Technik.
1B veranschaulicht eine Vorderansicht des Laserbearbeitungskopfs in 1A.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfs mit einem Querstrahlmodul gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Düse für das offenbarte Querstrahlmodul.
3B veranschaulicht eine Vorderansicht der Düse von 3A.
3C veranschaulicht eine Rückansicht der Düse von 3A.
3D veranschaulicht eine Querschnittansicht der Düse von 3A.
4A veranschaulicht eine Seitenansicht der offenbarten Düse während der Verwendung.
4B veranschaulicht eine Draufsicht der offenbarten Düse während der Verwendung.
5A veranschaulicht eine schematische Draufsicht eines Profils der offenbarten Düse.
5B veranschaulicht eine schematische Draufsicht von zwei beispielhaften Profilen für die offenbarte Düse.
6A veranschaulicht eine schematische Draufsicht der offenbarten Düse mit einem ersten Satz von Folien.
6B veranschaulicht eine schematische Seitensicht der offenbarten Düse mit dem ersten Satz von Folien.
7A veranschaulicht eine schematische Draufsicht eines Profils der offenbarten Düse mit einem zweiten Satz von Folien.
7B veranschaulicht eine schematische Seitenansicht eines Profils der offenbarten Düse mit dem zweiten Satz von Folien.
8 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der offenbarten Düse mit einem dritten Satz von Folien.
9 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der offenbarten Düse mit einem anderen Folientyp.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungskopfs 20 mit einem Querstrahlmodul 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Laserbearbeitungskopf 20 weist ein Gehäuse 30 mit einem Innenraum 32 zur Aufnahme von Optiken und anderen Komponenten zum Emittieren eines Laserstrahls LB aus dem Auslass 38 des Gehäuses auf. Zum Beispiel sind optische Komponenten 34, wie etwa eine Fokussierlinse, Galvo-Spiegel und dergleichen, innerhalb des Innenraums 32 des Gehäuses 30 dargestellt. Die optischen Komponenten 34 hängen vom Typ des Laserbearbeitungskopfs 20 ab.
Beispielsweise können die optischen Komponenten 34 in einem Fernschweißkopf Galvo-Spiegel und Fokussierlinsen zum Lenken des Strahls aufweisen. Alternativ können die optischen Komponenten 34 für einen feststehenden Kopf eine Fokussierlinse mit einer festen Position des Fokus aufweisen. Es versteht sich, dass der Kopf 20 mehrere andere geeignete Komponenten (nicht dargestellt) aufweisen kann, wie etwa jene, die innerhalb eines Fernschweißkopfs oder dergleichen verwendet werden.
Während des Betriebs werden Verunreinigungen 14 (z. B. Spritzer, Partikel, Dämpfe und andere Emissionen) im Prozessbereich oder Schweißbad 12 des Laserstrahls LB auf einem Werkstück 10 erzeugt. Eine Schutzoptik oder Abdeckplatte 36 ist im Gehäuse 30 zwischen den optischen Komponenten 34 und dem Auslass 38 angebracht und schützt die Optik 34 und andere interne Komponenten des Kopfs 20. Die Abdeckplatte 36 ist üblicherweise ein austauschbares Ersatzteil, das entfernt und unter Verwendung geeigneter Merkmale im Gehäuseinnenraum 32 ersetzt werden kann. Beispielsweise kann die Abdeckplatte 36 auf einem Einsatz gehalten werden, auf den durch eine Zugangsklappe an der Seite des Gehäuses 30 zugegriffen werden kann.
Typischerweise besteht die Abdeckplatte 30 aus einem durchlässigen Material, wie etwa einem geeigneten Glas, das den Laserstrahl hindurchtreten lässt, aber den Durchtritt von Verunreinigungen 14 in das Gehäuse 30 des Kopfs verhindert. Die Abdeckplatte 36 kann auch eine Antireflexbeschichtung aufweisen, um ihre Durchlässigkeit für den Wellenlängenbereich des Laserstrahls LB zu optimieren.
Eine Gaszufuhranordnung 90 weist eine Ringdüse 42 auf, die innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet und mit einer Zuleitung 44 von Gas (z. B. Luft oder dergleichen) verbunden ist. Die Ringdüse 42 kann das Gas in einer zur Abdeckplatte 36 parallelen Richtung blasen. Diese Ringdüse 42 kann außerdem dazu beitragen, die Abdeckplatte 36 von Verunreinigungen freizuhalten, und dazu neigen, die Abdeckplatte 36 zu kühlen.
Um Verunreinigungen 14, die aus dem Bearbeitungsbereich 12 in Richtung der Optiken 34, 36 fliegen können, weiter abzulenken, weist das Querstrahlmodul 100 eine Düse 110 auf, die mit einer Versorgungsleitung 80 verbunden ist. Die Düse 110 kann unter Verwendung einer Befestigungsstruktur 22, die je nach Bedarf für eine Implementierung angepasst und positioniert werden kann, am Kopf 20 befestigt sein. Beispielsweise kann die Distanz D der Düse 110 relativ zur Abdeckplatte 36 angepasst werden. Zusätzlich kann die Winkelausrichtung der Düse 110 angepasst werden, um den Querstrahl etwas nach oben oder nach unten zu blasen. Außerdem kann die Ausrichtung des Querstrahls J konfiguriert werden. Beispielsweise kann die Halterung 22 so angebracht werden, dass der Querstrahl J zu einer Seite des Kopfs bläst, anstatt nach vorne zu blasen, wie in 1A und 1B dargestellt.
Bei einem Fernschweißkopf kann der konvergierende Laserstrahl von vielen verschiedenen Positionen innerhalb des Auslasses 38 kommen, wie in 1A und 1B zu sehen ist. Daher ist die Düse 110 weiter als einen Radius der Abdeckplatte 36 von der Mittellinie C_L befestigt. Solch eine Platzierung ist in 1A dargestellt. Aufgrund dieser Platzierung ist der Bereich in der Ebene des Querstrahls J, der von Verunreinigungen gereinigt werden muss (Bereich A in 5A), etwas größer als der Bereich der Abdeckplatte 36 für einen Fernschweißkopf.
Bei einem feststehenden Kopf tritt jedoch ein fester konvergierender Strahl aus dem Auslass 38 aus, sodass die Düse 100 näher als den Radius der Abdeckplatte 36 zur optischen Achse C_L befestigt sein kann. Diese Platzierung ist in 2 dargestellt. Aufgrund dieser Platzierung ist der Bereich in der Ebene des Querstrahls J, der von Verunreinigungen gereinigt werden muss (Bereich A in 5A), kleiner als der Bereich der Abdeckplatte 36 für einen feststehenden Kopf.
Die Düse 110 liefert einen Querstrom oder einen Querstrahl J von Druckgas (z. B. Druckluft) in einer Ebene quer durch den Raum zwischen dem Auslass 38 und dem Werkstück 10, z. B. etwa parallel zur Abdeckplatte 36. Die Geschwindigkeit des Querstrahls J kann durch Variieren des Drucks des Versorgungsgases gesteuert werden. Der Druck des Versorgungsgases wird durch den Druckmesser 50 (siehe 1A und 1B) gemessen. Außerdem ist das Querstrahlmodul 100 entsprechend positioniert. Die Verunreinigungen werden durch den Querstrahl J abgelenkt. Die Ablenkung der Verunreinigungen kann durch einen Ablenkwinkel α gemessen werden. Wenn der Querstrahl J weiter weg von der Abdeckplatte 36 positioniert ist, bedeutet dies im Allgemeinen, dass kleinere Ablenkwinkel erforderlich sind, um Verunreinigungen 14 von der Abdeckplatte 36 fernzuhalten. Kleinere Ablenkwinkel erfordern weniger Gasverbrauch und sind daher vorzuziehen. Der Querstrahl J kann jedoch eine starke Sogwirkung und Turbulenzen in der Umgebungsluft erzeugen, sodass der Querstrahl J auch in geeigneter Entfernung vom Bearbeitungsbereich 12 und relativ zur Abdeckplatte 36 positioniert werden muss. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die Düse 110 so zu positionieren, dass Kollisionen mit Teilen des Werkstücks oder Kollisionen mit Klemmen oder anderen Vorrichtungen vermieden werden, die zum Halten des Werkstücks verwendet werden. Typischerweise ist die Querstrahldüse 110, die den Querstrahl J erzeugt, in einer Distanz D etwa auf halbem Weg zwischen dem Bearbeitungsbereich 12 und der Abdeckplatte 36 positioniert.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen linearen Geometrie einer Düse für ein Querstrahlmodul, wie sie im Stand der Technik zu sehen ist, weist die Düse 110 der vorliegenden Offenbarung ein Profil mit einer krummlinigen Geometrie auf. Insbesondere veranschaulichen 3A-3D eine perspektivische Ansicht, eine Vorderansicht, eine Rückansicht bzw. eine Querschnittansicht einer Düse 110 für das offenbarte Querstrahlmodul.
Die Düse 110 weist eine obere und eine untere Lippe oder Oberfläche 111a-b auf, die von einem Eingangsende 112a zu einem Ausgangsende 112b konvergieren. Seiten 118a-b an den Lippen 111a-b schließen eine konvergierende Kammer 115 der Düse 110 ein. Ein Einlass 114 am Eingangsende 112a ist je nach Bedarf mit einer Versorgungsleitung, einem Adapter oder dergleichen verbunden, um Druckgas oder Druckluft zu empfangen. Ein Auslass 116 in Form eines Schlitzes am Ausgangsende 112b der Düse 110 liefert den Querstrahl der vorliegenden Offenbarung. Der Querschnitt des Auslasses 116 kann eine ähnliche Form wie eine Lavaldüse aufweisen.
Die Düse 110 kann gegebenenfalls durch maschinelles Bearbeiten, Formen und Zusammenschweißen der verschiedenen Komponenten hergestellt sein. Beispielsweise können verschiedene bearbeitete Teile zusammengebaut sein und an ihren Verbindungen Dichtungen aufweisen. Die in 3A-3D dargestellten Komponenten sind lediglich als Beispiel dargestellt.
Die Geometrie der Düse 110 ist im Hinblick auf die Lehren der vorliegenden Offenbarung von besonderem Interesse. Der Auslass 112b der Düse weist nämlich ein krummliniges Profil P auf, wie bereits erwähnt. Der Schlitz 116 erstreckt sich entlang des krummlinigen Profils P und weist im Vergleich zum Einlass 114 eine geringe Höhe H auf, sodass die Kammer 115 sich auf einen dreieckigen Querschnitt reduziert. Der Schlitz 116 weist eine Breite W am Ausgangsende 112b auf, die sich entlang des krummlinigen Profils P eines Umfangssegments erstreckt. Falls erwünscht, können die Seiten 118a-b sich eine Distanz vom Ausgangsende 112b nach außen erstrecken, beispielsweise als Folie 119b dargestellt. In 3A und 3D ist nur eine kurze Folie 119b für die Seite 118b dargestellt, aber die Folie(n) kann/können sich über eine größere Länge erstrecken. Weitere Einzelheiten werden im Folgenden bereitgestellt.
4A veranschaulicht eine Seitenansicht der offenbarten Düse 110 während der Verwendung zum Erzeugen eines Querstrahls J, und 4B veranschaulicht eine Draufsicht der offenbarten Düse 110 während der Verwendung zum Erzeugen des Querstrahls J. Wie dargestellt, wird der Querstrahl J unterhalb der Abdeckplatte 36 des Bearbeitungskopfs 20 in einer geeigneten Distanz D emittiert, und der Querstrahl J divergiert oder fächert sich in Fächerform vom Ausgangsende 112b der Düse 110 unter dem Umfang des Ausgangs 38, der die Abdeckplatte 36 aufweist, auf. 4B stellt das Profil der Düse 110 und der Abdeckplatte 36 lediglich zu Veranschaulichungszwecken schematisch dar. Wie schematisch dargestellt, nimmt die Ablenkkraft des Querstrahls J, der von der Düse 110 divergiert, im Allgemeinen mit der Distanz vom Ausgang 112b der Düse ab und ist in der Darstellung mit Punkten P₁, P₂, P₃ gekennzeichnet Dieses Verhalten kann für die offenbarte Düse 110 spezifisch sein. Die Ablenkkraft einer linearen Düse (z. B. 60 in 1A-1B), die im Stand der Technik verwendet wird, kann mit der Distanz von der Düse (60) ziemlich konstant bleiben.
Während des Laserbearbeitungsvorgangs werden Verunreinigungen 14 erzeugt, die in Richtung der Abdeckplatte 36 fliegen. Eine Flugbahn eines beispielhaften Verunreinigungselements ist in 4A schematisch dargestellt. Der Querstrahl J wird verwendet, um die Verunreinigungen abzulenken, wenn sie nach oben fliegen, damit der Bereich der Abdeckplatte 36 vor den Verunreinigungen geschützt werden kann.
Die vom Bearbeitungspunkt 12 (siehe 2) kommenden Verunreinigungen treffen auf den Querstrahl J. Am Querstrahl J werden die Verunreinigungen in Richtung des Gasstroms des Querstrahls Jbeschleunigt. Die Geschwindigkeitskomponenten in den beiden anderen Richtungen werden durch den Querstrahl J nicht wesentlich beeinflusst. Nach dem Querstrahl Jtendieren die Verunreinigungen dazu, sich weiter in Richtung einer Ebene es zu bewegen, die durch die Abdeckplatte 36 definiert ist. Sobald die Verunreinigungen weiter nach oben gelangt sind, wurden sie aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem Querstrahl J vorzugsweise eine zusätzliche Distanz in der Ebene es der Abdeckplatte 36 bewegt. Das Ziel besteht darin, eine ausreichende Ablenkung der Verunreinigungen zu erzielen, damit sie den Bereich der Abdeckplatte 36 verfehlen, der durch den Querstrahl J geschützt werden soll, während die Menge Gas, die zugeführt werden muss, minimiert wird (d. h. der Gasverbrauch reduziert wird).
Nachdem die beispielsweise vom Bearbeitungspunkt 12 kommenden Verunreinigungen auf den Querstrahl J treffen, bewegen sich die Verunreinigungen über die vertikale Distanz D, bevor die Verunreinigungen die Ebene CS erreichen können, die durch die Abdeckplatte 36 definiert ist. Im Allgemeinen müssen Verunreinigungen in der Nähe des Düsenauslasses 112b über den Durchmesser der Abdeckplatte 36 abgelenkt werden, nachdem sie sich über die vertikale Distanz D bewegt haben. Natürlich ist die erforderliche Ablenkung an Punkt (P1) größer als die erforderliche Ablenkung an Punkt (P2), die größer als die erforderliche Ablenkung an Punkt (P3) ist. Die erforderliche Ablenkung an Punkt P1 ist kleiner als die erforderliche Ablenkung an Punkt P4. Somit würde für Verunreinigungen, die den Querstrahl J an einem weiter entfernten Punkt, beispielsweise an Punkt P3, gegenüber dem Auslass 112b der Düse 110 durchqueren, nur eine kleine Ablenkung ausreichen, damit sie die Abdeckplatte 36 verfehlen. Darüber hinaus kann die erforderliche Ablenkdistanz für Verunreinigungen, die an einem peripheren Punkt durchtreten, beispielsweise an Punkt P1, weg von der horizontalen Symmetrielinie C in 4B durch den fächerartigen Querstrahl J, wie hierin offenbart, reduziert werden. Im Vergleich dazu wäre die erforderliche Ablenkdistanz für Verunreinigungen, die an einem zentralen Punkt durchtreten, beispielsweise an Punkt P4, auf der horizontalen Symmetrielinie C in 4B größer.
Wie erwähnt, wird der Querstrahl J in einer Distanz D von der Ebene es der Abdeckplatte 36 platziert. Die zum Ablenken von Verunreinigungen erforderliche Geschwindigkeit des Querstrahls nimmt mit dieser Distanz D ab. Je größer jedoch die Distanz D ist, desto näher ist der Querstrahl J am Werkstück, was zu mehreren praktischen Problemen führen kann. Daher beträgt diese Distanz D, wie erwähnt, typischerweise etwa die Hälfte des Spalts zwischen der Abdeckplatte 36 und dem Werkstück 10, obwohl sie variieren kann. Es versteht sich, dass die Oberfläche eines Werkstücks 10 uneben sein kann. Bei einem Fernschweißkopf kann der Fokus des Laserstrahls aus dem Kopf zum Ermöglichen des Schweißens des unebenen Werkstücks schnell nach oben und unten bewegt werden, während der Kopf und der Querstrahl nicht bewegt werden.
Letztendlich ist der Ursprungsort der Verunreinigungen typischerweise ein fester Punkt im Raum oder auf ein bestimmtes Volumen im Raum zum Schweißen begrenzt. Außerdem wird die Distanz D des Querstrahls J durch mehrere Überlegungen definiert, wie oben erläutert. Darüber hinaus können die während der Laserbearbeitung auftretenden Verunreinigungen eine Reihe von Eigenschaften aufweisen, darunter Radius, spezifische Dichte, Geschwindigkeit, Flugrichtung und Ursprungspunkt. Jede dieser Eigenschaften hängt vom Schweißverfahren, den zu schweißenden Materialien usw. ab, sodass sie für das Problem des Minimierens des Gasverbrauchs als gegeben angenommen werden können. Allgemein wird das Fernhalten von Verunreinigungen vom erforderlichen Bereich A während der Laserbearbeitung durch die Eigenschaften des Querstrahls J und die Form der Düse 110 bestimmt, die verwendet wird, um den Querstrahl J zu erzeugen. Insbesondere bestimmen die Form (Krümmung, Länge des Austrittsschlitzes 116, Höhe des Austrittsschlitzes 116 usw.) der Düse 110 und die im Querstrahl J gelieferte Menge Gas die Eigenschaften des Querstrahls J, der mit den Verunreinigungen in Wechselwirkung tritt. Die Form (Krümmung, Länge, Höhe usw.) der Düse 110 kann gewählt werden, um den Gasverbrauch zu reduzieren.
Die Querstrahldüse 110 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist so konfiguriert, dass sie die Menge an Druckgas oder Druckluft, die zugeführt werden muss, reduziert, um den Querstrahl J zu erzeugen, der zum Ablenken von Verunreinigungen ausreicht. Der reduzierte Gasverbrauch ist ferner so konfiguriert, dass die Abdeckplatte 36 in ausreichendem Maße geschützt wird, damit kein übermäßiges Austauschen der Abdeckplatte 36 erforderlich ist. Zu diesem Zweck reduziert die Querstrahldüse 110 den Gasverbrauch, während sie vorzugsweise dieselbe Ablenkleistung wie bestehende Lösungen beibehält oder sogar verbessert. Die Ablenkleistung wird durch den Ablenkwinkel α gemessen. Der für eine ausreichende Ablenkleistung erforderliche Ablenkwinkel α ist aufgrund des divergierenden Strömungsbildes des aus der Querstrahldüse 110 strömenden Gases kleiner als bei bestehenden Lösungen.
Der Laserbearbeitungskopf 20 der vorliegenden Offenbarung kann ein Fernschweißkopf sein, der eine große Abdeckplatte 36 aufweist, da interne Optiken und Komponenten des Kopfs 20 den Laserstrahl LB in verschiedene Richtungen lenken können, ohne dass der Kopf 20 mit einem Roboter verschoben oder das Werkstück mit einer mechanisierten Arbeitsfläche verlagert werden muss. Normalerweise wird der beim Fernschweißen verwendete Kopf 20 mit einem Roboter oder einem Verschiebetisch kombiniert, da das Werkstück größer als das Arbeitsvolumen (oder die Fläche) des Fernschweißkopfs 20 ist. Die meisten Schweißnähte sind relativ kurz, sodass die internen optischen Komponenten 34 (z. B. Galvo-Spiegel) des Fernschweißkopfs 20 verwendet werden, um den Laserstrahl LB viel schneller von einer Schweißnaht zur nächsten springen zu lassen, als dies zum Beispiel durch den Roboter erzielt werden kann. Für einen höheren Durchsatz auf On-the-fly-Schweißen erweitert, kann der Kopf 20 mit einem Roboter kontinuierlich bewegt werden, und die Bewegung der Galvo-Spiegel innerhalb des Kopfs 20 kann exakt mit der des Roboters synchronisiert werden, um die Schweißnähte genau in der erforderlichen Position zu erzeugen.
Die Abdeckplatte 36 kann in einem Beispiel einen Durchmesser von bis zu 200 mm aufweisen, und der Arbeitsbereich, über den der Laserstrahl gerichtet werden kann, kann in einem Beispiel etwa 300 mm mal 200 mm betragen. Je nach Implementierung sind andere Konfigurationen möglich. Für solch einen Fernschweißkopf 20 kann die Querstrahldüse 110 mit dem krummlinigen Ausgang 112b die gleiche Ablenkleistung liefern, um Verunreinigungen von der Abdeckplatte 36 abzulenken, während ungefähr die Hälfte des Gasverbrauchs im Vergleich zu der herkömmlichen linearen Düsenanordnung verwendet wird. Das gleiche Prinzip für die offenbarte Querstrahldüse 110, die für einen Fernschweißkopf mit der größeren Abdeckplatte 36 verwendet wird, kann auch an einem feststehenden Schweißkopf verwendet werden. Bei solch einer Anordnung jedoch können das krummlinige Profil P und die Größe der Düse 110 unter der Voraussetzung angepasst werden, dass der Ursprung der Verunreinigungen eine konstante Position in Bezug auf den feststehenden Schweißkopf aufweist. Außerdem kann die Düse 110 näher an der Mittelachse C_L positioniert werden.
5A veranschaulicht eine schematische Draufsicht für das krummlinige Profil P des Ausgangsendes 112b der offenbarten Düse 110 relativ zum Umfang 37 des Bereichs A, der von Verunreinigungen befreit werden soll. Wie zu erkennen ist, befinden sich die Düse 110 und die Abdeckplatte nicht in derselben Ebene und sind durch die zuvor erwähnte vertikale Distanz D getrennt. Der Einfachheit halber kann sich die Erörterung der geometrischen Positionen der Komponenten relativ zueinander auf Projektionen in der Ebene des Querstrahls J beziehen. In der in 5A dargestellten Geometrie ist der Umfang 37 des Bereichs A, der von Verunreinigungen befreit werden sollte, als ein Kreis mit einem Radius Rc dargestellt. Dieser stellt den Bereich A dar, aus dem Verunreinigungen abgelenkt werden sollten. Das krummlinige Profil P des Ausgangsendes 112b der Düse 110 ist als Segment mit einem Radius Rj dargestellt. Eine beispielhafte Stromlinie S des von der Düse 110 erzeugten Querstrahls ist so dargestellt, dass sie sich vom Ausgangsende 112b der Düse 110 erstreckt, wobei sie virtuell von einem zentralen Ursprungspunkt O ausgeht. Sämtliche Verunreinigungen, auf die diese Stromlinie S stößt, müssen bis zu einer maximalen Distanz L abgelenkt werden, damit die Verunreinigungen aus dem Bereich A der Abdeckplatte 36 abgelenkt werden können. Mit anderen Worten würde an dem Punkt, an dem die Stromlinie S in den Bereich A eintritt, die Distanz L die Ablenkung der Verunreinigungen entlang der Richtung der Stromlinie darstellen, die erforderlich ist, damit die Verunreinigungen die Abdeckplatte 36 verfehlen, wenn sie vom Querstrahl weiter nach oben fliegen. Weiter unten auf der Stromlinie S wird eine Ablenkdistanz benötigt, die kleiner als L ist. Außerdem erzeugt der fächerförmige Querstrahl in größeren Distanzen eine geringere Ablenkung. Gemäß 4B wäre beispielsweise die Ablenkung an Punkt P1 größer als die Ablenkung an Punkt P2, die größer wäre als die Ablenkung an Punkt P3. Genauer gesagt nimmt die erforderliche Ablenkung mit der Distanz entlang der Stromlinie S linear ab, wohingegen die vom Querstrahl J bereitgestellte Ablenkung umgekehrt proportional zur Distanz zum virtuellen Ursprung O der Stromlinien S abnehmen kann. Zur Bereitstellung der minimal erforderlichen Ablenkung für alle Verunreinigungen wird mehr Gas pro Breiteneinheit (Winkelausdehnung) entlang des Austrittsschlitzes 116 benötigt. Die Gesamtbreite des Ausgangsschlitzes 116 verringert sich jedoch noch mehr, sodass der Gasverbrauch (d. h. Gasverbrauch = Gas pro Breiteneinheit x Breite des Austrittsschlitzes) letztendlich reduziert wird. Der Gasverbrauch (für gegebene Verunreinigungen) nimmt mit abnehmendem Rj monoton ab, da die Breite des Ausgangsschlitzes 116 schneller abnimmt als das erforderliche Gas pro Breiteneinheit zunimmt. Falls die Krümmung Rj entlang des Schlitzes 116 konstant ist, gilt dies für die Krümmung Rj , die ungefähr der halbe Radius der Abdeckplatte 36 ist. Die Stromlinie S und die Mittellinie C definieren einen Winkel θ zwischen einander. Der Winkel θ kann eine maximale Winkelausdehnung θm erreichen. Die maximale Winkelausdehnung θm des Ausgangsendes 112b muss die Grenzlinie B nicht überschreiten, die den Umfang des Bereichs A berührt, obwohl eine gewisse zusätzliche Winkelausdehnung bereitgestellt werden kann, falls gewünscht. In jedem Fall kann der Schlitz (116) entlang des Profils P des Ausgangsendes 112b ein Umfangssegment definieren. Dies reduziert das erforderliche Gas, da die Breite des Schlitzes 116 kürzer ist als für die lineare Konfiguration verwendet.
Wie erwähnt, kann das erforderliche Gas reduziert werden, indem ein Krümmungsradius Rj für das Ausgangsende 112b des Querstrahls gewählt wird. Ein kleinerer Krümmungsradius Rj der Düse 110 erzeugt eine stärkere Divergenz/Auffächerung des Querstrahls. Dies kann den herkömmlichen Gasverbrauch um etwa 40 % im Vergleich zum linearen Querstrahl nach dem Stand der Technik reduzieren, ohne die Lebensdauer der Abdeckplatte 36 zu opfern. Im Allgemeinen kann der Krümmungsradius Rj der Düse 110 kleiner sein als der Radius der Abdeckplatte 36, der geometrisch mit dem Radius Rc des von Verunreinigungen zu reinigenden Bereichs in Beziehung steht. Zum Beispiel kann der Radius Rj für die Düse 110 etwa die Hälfte des Radius der Abdeckplatte 36 betragen. Dies kann die optimale Anordnung für einen Fernschweißkopf sein. Trotzdem kann die Düse 110 mit einem größeren Radius Rj als dem Radius der Abdeckplatte verwendet werden und immer noch den Gasverbrauch reduzieren. Zum Beispiel kann der Radius Rj der Düse kleiner als das Vierfache des Radius der Abdeckplatte 36 sein. Die Anordnung für einen feststehenden Schweißkopf kann anders sein. Daher kann der Radius Rj für die Düse 110 ohne Einschränkung kleiner als, gleich wie oder größer als der Radius der Abdeckplatte 36 und für eine Implementierung konfiguriert sein und dennoch den Gasverbrauch reduzieren.
Der Krümmungsradius Rj für das Profil P kann konstant sein. Gleichwohl können die Stromlinien S für den Querstrahlversatz von der Mittellinie C (d. h. bei Winkeln von |θ| > 0) die Ablenkung von Verunreinigungen übertreffen, wenn der Krümmungsradius Rj konstant ist. Zum Beispiel liefert die Querstrahldüse 110 eine ausreichende Geschwindigkeit für die Mittellinie C des Querstrahls, wo die größte Ablenkung L erforderlich ist (z. B. kann die Ablenkung L ungefähr der Durchmesser der Abdeckplatte 36 an der Mittellinie C sein). An beiden Außenkanten des Düsenprofils P (z. B. Tangente B) ist die erforderliche Ablenkung L deutlich geringer, sodass der Gasstrom verringert werden kann. Dies könnte durch Verringern des lokalen Gasstroms erreicht werden, indem die Höhe (H) des Austrittsschlitzes (116) der Düse 110 so geändert wird, dass die Höhe des Schlitzes (116) zu den gegenüberliegenden Rändern hin kleiner und in der Mitte oder im Zentrum des Schlitzes (116) relativ groß ist. Daher kann der Gasverbrauch weiter reduziert werden, indem die Höhe (H) des Auslassschlitzes (116) in der Düse 110 mit zunehmendem Winkel θ von der Mittellinie C verringert wird.
Zusätzlich oder alternativ kann der Gasverbrauch weiter reduziert werden, indem der Krümmungsradius Rj des Ausgangsendes 112b mit zunehmendem Winkel θ von der Mittellinie C verringert wird. Insbesondere skaliert der Gasverbrauch linear mit der Breite des Schlitzes 116, die eine Funktion des Krümmungsradius Rj und der maximalen Winkelausdehnung θm ist. Der Krümmungsradius Rj der Düse 110 kann für größere Winkel θ von der Mittellinie C verringert werden. Die Breite des Schlitzes 116 wiederum kann weiter verringert werden, indem der Radius Rj mit zunehmendem Winkel θ verringert wird. Ein kleinerer Radius Rj führt zu einem stärker divergierenden Strahl J und erzeugt daher eine schnellere Abnahme der „Ablenkkraft“ für zunehmende Distanz von der Düse 110. Für größere Winkel θ ist die Abnahme der Ablenkleistung noch akzeptabel, da die erforderliche Ablenkung ebenfalls geringer ist, selbst wenn die „tote“ Distanz d0 zwischen dem Düsenende 112b und dem Beginn der Zone A berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann der Gasverbrauch auf etwa 40 % bzw. 45 % des herkömmlichen Gasverbrauchs reduziert werden.
Die erforderliche Ablenkung L kann weiter reduziert werden, indem der Radius Rj des krummlinigen Profils P des Querstrahlauslasses 112b weiter verringert wird, sodass er stärker divergierende Stromlinien S erzeugt. Dieser Effekt kompensiert die oben erwähnte schnellere Abnahme der Ablenkleistung des Querstrahls J. Mit anderen Worten vergrößert der reduzierte Radius Rj den Winkel θ so, dass die Verunreinigungen weiter nach außen gestoßen werden und daher weniger Ablenkung benötigt wird. Auf diese Weise können Verunreinigungen an beiden Rändern des Querstrahls J noch weiter nach außen gestoßen werden, was zu einer kürzeren erforderlichen Ablenkdistanz L führt. Das divergente Strömungsmuster wird durch die Düse 110 mit einem kürzeren Austrittsschlitz 116 erzeugt, was zu einem geringeren Gasverbrauch führt.
In 5A weist das Profil P des Querstrahlendes 112b einen konstanten Krümmungsradius auf. Wie oben erläutert und hier wiederholt, nimmt die Distanz A entlang der Stromlinie S von der Mitte der Querstrahldüse 110 bis zum Ende des Bereichs A der Abdeckplatte mit zunehmendem Winkel θ von der Symmetriemittellinie C ab. Der Querstrahl mit diesem konstanten Krümmungsradius Rj erbringt mehr Leistung als erforderlich, da die Ablenkkraft entlang jeder Stromlinie S genau gleich abnimmt, aber für große Winkel θ weniger Ablenkkraft benötigt wird. Diese Überleistung kann verwendet werden, um die Düse 110 weiter zu optimieren, indem (i) die Höhe H des Schlitzes 116 als Funktion des zunehmenden Winkels θ verringert wird; und/oder (ii) der Krümmungsradius des Profils P als Funktion des zunehmenden Winkels θ verringert wird.
Zum Beispiel veranschaulicht 5B eine schematische Draufsicht eines beispielhaften Profils P für das Ausgangsende 112b für die offenbarte Düse. Ein konstanter Krümmungsradius R1 ist relativ zu einem variablen Krümmungsradius R2 für das Profil P des Düsenendes 112b dargestellt. Die Krümmungen R1, R2 an der Symmetrieachse sind gleich. Für die größten Winkel θ verringert sich der Krümmungsradius der Kurve R2 auf etwa ein Zehntel des konstanten Radius R1. Die Breite (Winkelausdehnung) des Profils P für den variablen Radius R2 ist etwa 20 % kürzer, was zu einer weiteren Reduktion des Gasverbrauchs führt.
Je nach Implementierung können mehrere Variablen angepasst werden, um den Gasverbrauch zu reduzieren und gleichzeitig zu verhindern, dass Verunreinigungen die Abdeckplatte erreichen. Die Höhe H des Schlitzes 116, die Breite W des Schlitzes 116, der Krümmungsradius des Profils P, ob der Radius konstant ist oder variiert, die horizontale Distanz d und die vertikale Distanz D des Austrittsendes 112b der Düse von der Abdeckplatte 36 und andere hierin erwähnte Variablen. Als ein Beispiel kann der Austrittsschlitz 116 eine Höhe H aufweisen, die relativ klein ist und gemäß einer Ausführungsform etwa 0,2 mm beträgt. In einem anderen Beispiel kann das Ausgangsende 112b der Düse so nach hinten positioniert sein, dass die Distanz d > 0 vom Bereich A ist.
Während des Betriebs kann der Querstrahl J Wirbel in der Luft an den Seiten der Düse 110 erzeugen. Die Wirbel können die Flugbahnen der Verunreinigungen stören. Die durcheinandergewirbelten Verunreinigungen können in den Raum zwischen dem Strahl J und der Abdeckplatte 36 geführt werden und die Abdeckplatte 36 erreichen. Als eine Möglichkeit zur Vermeidung von Verunreinigungen aus diesen Bereichen kann der Arbeitsbereich des Laserkopfs 20 so reduziert werden, dass der Laserstrahl dazu neigt, keine Verunreinigungen aus den Bereichen an den Seiten der Düse 100 zu erzeugen. In einer anderen Anordnung können Folien oder Barrieren verwendet werden.
Zum Beispiel veranschaulichen 6A und 6B eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Seitenansicht der offenbarten Düse 110 mit einem Satz von Folien 120a-b. Die Folien 120a-b können in diesen Seitenbereichen der Düse 110 platziert werden, um die Bildung von Wirbeln zu verhindern und um als Barriere für die Verunreinigungen zu dienen, die in diese Seitenbereiche eintreten.
Wie hier dargestellt, können die Folien 120a-b Metallplatten sein, die horizontal in der Ebene des Querstrahls J angeordnet und auf beiden Seiten der Düse 110 positioniert sind. Die Innenkanten 122 der Folien 120a-b können sich ungefähr tangential zum Umfang 37 des Bereichs A erstrecken. (Wie bereits erwähnt, ist dieser projizierte Umfang für die an einem Fernschweißkopf verwendete Düse 110 mindestens gleich groß wie oder größer als der Umfang der Abdeckplatte 36, da ein konvergierender Laserstrahl vom Fernschweißkopf zu vielen verschiedenen Positionen gehen kann. Für die an einem feststehenden Kopf verwendete Düse 110 jedoch ist der projizierte Umfang aufgrund des konvergierenden (und positionsmäßig stabilen) Strahls kleiner als der Umfang der Abdeckplatte 36.) Das Ausmaß F, wie weit sich die Folien 120a-b erstrecken, kann je nach dem Arbeitsbereich des Schweißkopfs, den Eigenschaften der beim Schweißen erzeugten Verunreinigungen und der erwarteten Bewegung des Schweißkopfs während des Betriebs wie gewünscht konfiguriert werden.
7A und 7B veranschaulichen eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Seitenansicht der offenbarten Düse 110 mit einem anderen Satz von Folien 130a-b. Diese Folien 130a-b können Metallplatten sein, die vertikal in der Ebene des Querstrahls J angeordnet und auf beiden Seiten der Düse 110 positioniert sind. Die Innenflächen 132 der Folien 130a-b können etwa tangential zum Umfang 37 des Bereichs A verlaufen. Das Ausmaß F, wie weit sich die Folien 130a-b erstrecken, kann je nach dem Arbeitsbereich des Laserkopfs, den Eigenschaften der beim Schweißens erzeugten Verunreinigungen und der erwarteten Bewegung des Laserkopfs während des Betriebs wie gewünscht konfiguriert werden. Außerdem kann die Höhe h1, h2 der Folien 130a-b wie gewünscht entweder über oder unter der Ebene der Düse 110 konfiguriert werden. Um eine Störung des Arbeitsbereichs, umgebender Klemmen und dergleichen zu vermeiden, erstreckt sich die untere vertikale Höhe h2 der Folien 130a-b vorzugsweise nicht zu weit unter die Ebene des Querstrahls J, aber es können andere Konfigurationen verwendet werden.
8 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der offenbarten Düse 110 mit einem anderen Satz von Folien 140a-b. Diese Folien 140a-b weisen horizontale Folienabschnitte 142ab auf beiden Seiten der Düse 110 ähnlich den vorstehend erörterten auf, und die Folien 140a-b weisen vertikale Folienabschnitte 143a-b auf, die an den Innenkanten der horizontalen Folienabschnitte 142a-b angeordnet sind. Das Ausmaß F, wie weit sich die Folien 140a-b erstrecken, kann wiederum je nach dem Arbeitsbereich des Laserkopfs, den Eigenschaften der beim Schweißen erzeugten Verunreinigungen und der erwarteten Bewegung des Laserkopfs während des Betriebs wie gewünscht konfiguriert werden. Ebenso kann die Höhe h der Folienabschnitte 143a-b wie gewünscht entweder über oder unter der Ebene der Düse 110 konfiguriert werden.
9 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der offenbarten Düse 110 mit einem anderen Folientyp. Hier ist die Folie 150 in einer Distanz unterhalb des Ausgangsendes 112b der Düse 110 positioniert. Die Folie 150 weist die Form einer planaren Barriere mit einer gekrümmten Kante 156 auf, um den Durchtritt des Laserstrahls zu ermöglichen. Die Folie 150 wird von zwei dünnen Beinen 152 gehalten, die sich von der Unterseite der Düse 110 erstrecken, sodass zwischen der Folie 150 und der Düse 110 eine große Öffnung 154 vorhanden ist. Diese Öffnung 154 dient dazu, dass der Querstrahl Luft aus der Umgebung ansaugen kann. Die Folie 150 deckt die „tote“ Distanz oder Zone zwischen dem Ausgangsende 112a der Düse 110 und dem Bereich A ab, was zuvor erwähnt wurde. Die Folie 150 kann den Durchtritt von Verunreinigungen durch diese Zone blockieren, was zusätzliche Vorteile haben kann. Merkmale dieser Folie 150 können mit beliebigen der anderen hierin offenbarten Folien kombiniert werden, z. B. kann die Folie 150 breiter gemacht werden, sodass die Folie 150 auch die Funktion der horizontalen Folien 120a-b aus 6A-6B aufweist. Die Abmessungen der Folie 150 und ihre Tiefe im Vergleich zum Ausgangsende 112b der Düse 110 können so konfiguriert werden, dass sie die Anforderungen einer Implementierung erfüllen.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter und anderer Ausführungsformen soll den Schutzbereich oder die Anwendbarkeit der von den Anmeldern konzipierten erfinderischen Konzepte weder begrenzen noch einschränken. Es versteht sich, dass zum Nutzen der vorliegenden Offenbarung die vorstehend beschriebenen Merkmale gemäß einer beliebigen Ausführungsform oder einem beliebigen Aspekt des offenbarten Gegenstands entweder allein oder in Kombination mit jedem anderen beschriebenen Merkmal in jeder anderen Ausführungsform oder jedem anderen Aspekt des offenbarten Gegenstands genutzt werden können.

Claims

Eine Düse zum Zuführen von Gas zwischen einem Ausgang eines Laserbearbeitungskopfs, der einen Laserstrahl emittiert, und einem Arbeitsbereich, über den der Laserstrahl gerichtet wird, umfassend einen Auslass mit einem krummlinigen Profil, um einen Querstrahl des Gases in einer Ebene zwischen dem Ausgang des Laserbearbeitungskopfs und dem Arbeitsbereich aufzufächern.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei ein Krümmungsradius des krummlinigen Profils kleiner ist als ein Krümmungsradius einer Abdeckplatte des Ausgangs.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei ein Krümmungsradius des krummlinigen Profils etwa die Hälfte des Krümmungsradius einer Abdeckplatte des Ausgangs beträgt.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei ein Krümmungsradius des krummlinigen Profils kleiner ist als etwa das Vierfache eines Krümmungsradius einer Abdeckplatte des Ausgangs.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei ein Krümmungsradius entlang des krummlinigen Profils konstant ist.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei ein Krümmungsradius des krummlinigen Profils variiert und an Rändern des krummlinigen Profils kleiner ist als in einer Mitte des krummlinigen Profils.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei der Auslass einen Schlitz zum Hindurchleiten des Gases umfasst, wobei der Schlitz eine Breite entlang des krummlinigen Profils aufweist, der Schlitz eine Höhe senkrecht zur Breite aufweist, und die Höhe des Schlitzes entlang der Breite konstant ist.
Die Düse nach Anspruch 1, wobei der Auslass einen Schlitz zum Hindurchleiten des Gases umfasst, wobei der Schlitz eine Breite entlang des krummlinigen Profils aufweist, der Schlitz eine Höhe senkrecht zur Breite aufweist, und die Höhe des Schlitzes an Rändern entlang der Breite des Schlitzes schmaler ist als in einer Mitte des Schlitzes.
Die Düse nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Folie, die in einer Distanz unterhalb der Düse angeordnet ist und sich teilweise über den Auslass der Düse hinaus erstreckt.
Die Düse nach Anspruch 1, ferner umfassend Folien, die auf gegenüberliegenden Seiten der Düse angeordnet sind und sich zumindest teilweise über den Auslass hinaus erstrecken, wobei die Folien Platten umfassen, die sich parallel zur Ebene zwischen dem Ausgang und dem Arbeitsbereich erstrecken, wobei jede der Platten eine Innenkante ungefähr tangential zu einem Umfang einer Abdeckplatte des Ausgangs aufweist.
Die Düse nach Anspruch 1, ferner umfassend Folien, die auf gegenüberliegenden Seiten der Düse angeordnet sind und sich zumindest teilweise über den Auslass hinaus erstrecken, wobei die Folien Platten umfassen, die sich senkrecht zur Ebene zwischen dem Ausgang und dem Arbeitsbereich erstrecken, wobei jede der Platten eine Innenseite ungefähr tangential zu einem Umfang einer Abdeckplatte des Ausgangs aufweist.
Die Düse nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Versorgungsleitung für das Gas, wobei die Versorgungsleitung mit einem Einlass der Düse verbunden ist.
Die Düse nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Halterung, die mit der Düse und dem Laserbearbeitungskopf verbunden ist.
Ein System zur Materialbearbeitung mit einem Laserbearbeitungskopf zum Emittieren eines Laserstrahls auf einen Arbeitsbereich des Materials, umfassend: - einen Ausgang mit einer Abdeckplatte zum Hindurchleiten des emittierten Laserstrahls; und - eine Düse, die am Laserbearbeitungskopf befestigt ist und einen Auslass mit einem krummlinigen Profil aufweist, um einen Querstrahl eines Gases in einer Ebene zwischen der Abdeckplatte und dem Arbeitsbereich aufzufächern.
Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Materials, wobei das Verfahren umfasst: - Bestrahlen eines Arbeitsbereichs des Materials durch einen Laser, der durch eine Abdeckplatte eines Ausgangs eines Laserbearbeitungskopfs übertragen wird; - Bereitstellen eines Querstrahls von Gas aus einem Auslass einer Düse mit einem krummlinigen Profil; - Ablenken von Verunreinigungen, die durch Laserbehandlung des Materials im Arbeitsbereich erzeugt werden, weg von der Abdeckplatte des Ausgangs durch Auffächern des Querstrahls in einer Ebene zwischen der Abdeckplatte und dem Arbeitsbereich.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Auffächern des Querstrahls des Gases vom krummlinigen Profil ein Divergieren des Gases von einem Krümmungsradius des krummlinigen Profils umfasst.