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Die
Erfindung betrifft Einrichtungen zur Stoffzuführung zum Schweißen, Sintern
und Legieren von Werkstücken.
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Einrichtungen
zur Stoffzuführung
insbesondere zum Schweißen
sind unter anderem bekannte Pulverdüsen.
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Die
Druckschrift
DE 199
09 390 C1 (Bearbeitungskopf und Verfahren zur Oberflächenbearbeitung
von Werkstücken
mittels Laserstrahl) beinhaltet einen Bearbeitungskopf, in dem eine
Verwirbelungskammer vorhanden ist, in die ein Pulver-Gasstrom zumindest über eine
Einströmöffnung eingeführt und der
Pulver-Gasstrom durch einen konischen Ringspalt, als koaxialer Hohlstrahl,
auf eine Werkstückoberfläche gerichtet
ist. Weiterhin sind sogenannte Beruhigungskanäle parallel zur Längsachse
des Laserstrahls für
das Pulver mit dem Trägergas
integriert.
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Durch
die Druckschrift
DE
103 21 614 A1 (Beschichtungsverfahren sowie Pulverdüse und Beschichtungskabine)
ist auch eine Pulverdüse
bekannt, wobei der aus der Pulverdüse austretende, mit Beschichtungsmaterial
beladene Luftstrom (Materialluftstrom) durch einen weiteren, nicht
mit Beschichtungsmaterial beladenen Luftstrom (Mantelluftstrom) umschlossen
ist. Eine derartige Pulverdüse
soll einen gleichmäßigeren
Materialauftrag bewirken. Zur Erzielung des Mantelluftstromes befinden
sich die Pulverzuführungen
in einem Haltebalken. Die Pulverzuführung besteht aus einer Verteilervorrichtung
mit mehreren nachgeordneten Fingerdüsen. Die Druckschrift
DE 10 2005 058 172
A1 (Vorrichtung für
die Lasermaterialbearbeitung) betrifft eine Vorrichtung für die Lasermaterialbearbeitung
mit einem Bearbeitungskopf. Der Düsenkopf weist Öffnungen
für die Laserstrahlung
sowie für
ein Schutzgas und Pulveraustrittsbohrungen mit mindestens drei Pulveraustrittsöffnungen
auf. Jede der Pulveraustrittsbohrungen ist dabei mit einem Anschlusssockel
für eine
Pulverzuführung
verbunden. Die Pulverzuführung
erfolgt von außen über die
drei Anschlusssockel. Die Weiterleitung basiert auf den drei eingebrachten
Bohrungen mit den Pulveraustrittsöffnungen. Neben diesen Pulveraustrittsbohrungen
und den Austrittsöffnungen für das Schutzgas
besitzt der Bearbeitungskopf eine Zoom-Optik und eine Justageeinrichtung
auf.
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Die
Bearbeitungseinrichtungen zum Schweißen bestehen aus mehreren Bestandteilen,
die durch Montage miteinander verbunden werden müssen. Darüber hinaus sind Verbindungsstellen
vorhanden, bei denen Wärmestaus
in den jeweiligen Düsen
nicht auszuschließen
sind.
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Der
im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine einfach realisierte Einrichtung zur Zufuhr wenigstens eines
Stoffes zum Schweißen,
Sintern und Legieren zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die
Einrichtungen zur Stoffzuführung
zum Schweißen,
Sintern und Legieren von Werkstücken zeichnen
sich insbesondere dadurch aus, dass wenigstens ein Stoff einfach
der Bearbeitungsstelle zuführbar
ist.
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Dazu
ist in einem durch Urformen hergestelltem Konstruktionselement wenigstens
ein Rohrsystem mit zwei nebeneinander in Richtung der Bearbeitungsstelle
des Werkstücks
endenden Öffnungen
angeordnet. Weiterhin ist wenigstens ein anderes Ende des Rohrsystems
oder ein damit verbundenes rohrförmiges
Teil so angeordnet, dass das Rohr oder das rohrförmige Teil eine nach außen weisende Öffnung aufweist.
Darüber
hinaus besteht das Rohrsystem aus einem Material, dessen Schmelztemperatur
größer als
die für
das Urformen des Konstruktionselementes notwendige Temperatur ist.
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Das
Konstruktionselement selbst ist vorteilhafterweise durch Urformen
hergestellt. Das Rohrsystem kann vorteilhafterweise als Stützstruktur
für das
Urformen eingesetzt werden. Das Konstruktionselement mit dem innliegenden
Rohrsystem ist damit ökonomisch
günstig
und einfach realisierbar. Das Konstruktionselement selbst ist vorteilhafterweise
ein Stück.
Montagen zur Realisierung der Einrichtungen selbst sind nicht notwendig.
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Vorteilhafterweise
besteht das Konstruktionselement aus einem Wärme gut leitendem Material,
so dass die in unmittelarer Nähe
der Bearbeitungsstelle auftretende Wärme gut über das Konstruktionselement
ableitbar ist. Durch die einstückige Realisierung
werden Wärmeübergange
im Konstruktionselement selbst vermieden, so dass ansonsten daraus
resultierende lokale Überhitzungen
während des
Einsatzes der Einrichtungen nicht auftreten.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der in der Einrichtung transportierte
Stoff erwärmt
wird, so dass dieser im temperiertem Zustand auf die Bearbeitungsstelle
gelangt. Durch die Erwärmung
des Stoffes sinkt die Temperatur, so dass auch dadurch eine Kühlwirkung
vorhanden ist.
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In
Verbindung mit Laserstrahlen zum Schweißen von Werkstücken ergeben
sich mit dem Einsatz der Einrichtungen besondere Vorteile. Der Stoff
zum Schweißen
oder Sintern kann mittels des Konstruktionselementes nah an die
Bearbeitungsstelle herangeführt
werden. Dabei Enden die Öffnungen
des Rohrsystems beabstandet zur Bearbeitungsstelle. Durch einen
geringen Abstand zwischen Öffnungen
und Laserstrahlen kann der über
das Rohrsystem zugeführte
Stoff unmittelbar danach mit den Laserstrahlen beaufschlagt werden.
Vorteilhafterweise weist das Rohrsystem zwei beabstandet zueinander
angeordnete Öffnungen
auf, so dass der Stoff beispielsweise verteilt in einer breiten
Spur aufgebracht werden kann.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 bis
11 angegeben.
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Wenigstens
eine Rohrverzweigung ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
2 ein Bestandteil des Rohrsystems, wobei die zwei abgezweigten Rohre
des Rohrsystems in Richtung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks enden.
Damit wird der Stoff über
den Einlass und das mit der Rohrverzweigung ausgeführte Rohrsystem
verteilt auf die Bearbeitungsstelle aufgebracht.
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Im
Konstruktionselement ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
3 wenigs tens ein weiteres Rohr so angeordnet, dass eine Öffnung des weiteren
Rohres in Richtung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks angeordnet
ist und die andere Öffnung
nach außen
weist.
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Über dieses
weitere Rohr kann ein weiterer Stoff der Bearbeitungsstelle des
Werkstücks
zugeführt
werden. Die Zuführung
der Stoffe durch das Rohrsystem und des weiteren Rohres kann leicht
gesteuert erfolgen, so dass definierte Stoffmengen zuführbar sind.
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Im
weiteren Rohr können
darüber
hinaus auch Vorrichtungen, beispielsweise Sensoren, angeordnet werden,
die damit sowohl beabstandet als auch geschützt gegenüber der Bearbeitungsstelle angeordnet
sind.
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Im
Rohrsystem und/oder im weiteren Rohr ist nach der Weiterbildung
des Schutzanspruchs 4 wenigstens ein Sensor angeordnet. Dadurch
kann dieser unmittelbar an der Bearbeitungsstelle platziert werden.
Gleichzeitig dient die Einrichtung als Gehäuse des Sensors. Durch die
gute Wärmeleitfähigkeit der
Einrichtung ist der Sensor mechanisch und thermisch geschützt in der
Einrichtung untergebracht. Damit steht dem Nutzer ein kompaktes
System zur Verfügung,
mit dem neben der Stoffzufuhr auch eine Überwachung der Bearbeitungsstelle
erfolgen kann.
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Im
Rohrsystem und/oder im weiteren Rohr befindet sich nach der Weiterbildung
des Schutzanspruchs 5 vorteilhafterweise ein Lichtleiter. Der Lichtleiter
dient der Weiterleitung von bei der Bearbeitung auftretender optischer
Strahlung. Diese kann als Steuerungsmittel des Bearbeitungsprozesses
eingesetzt werden, so dass optimale Bearbeitungen der Werkstücke möglich sind.
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Nach
der Weiterbildung des Schutzanspruchs 6 befindet sich wenigstens
ein weiteres Rohr für
ein Kühlmittel
so in dem Konstruktionselement, dass das weitere Rohr in Richtung
der Bearbeitungsstelle des Werkstücks und über wenigstens eine Krümmung von
dieser weg angeordnet ist. Weiterhin befinden sich die Öffnungen
des weiteren Rohres am der Bearbeitungsstelle des Werkstücks gegenüberliegenden
Endenbereich des Konstruktionselementes.
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Die Öffnungen
sind eine Einlass- und eine Auslassöffnung für das Kühlmittel. Die angegebene Ausgestaltung
führt weiterhin
dazu, dass der korrespondierend zur Bearbeitungsstelle angeordnete Endenbereich
des Konstruktionselements mittels des im weiteren Rohr fließenden Kühlmittels
gekühlt
wird. Vorteilhafterweise wird durch die Anordnung des weiteren Rohres
im Konstruktionselement neben diesem Endenbereich auch das Konstruktionselement
insgesamt selbst gekühlt.
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Günstigerweise
weist das Konstruktionselement nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
7 eine Platten-, eine Rinnen-, eine Rohr- oder eine Düsenform
auf. Diese Formen können
sehr dünnwandig ausgeführt sein,
so dass die Konstruktionselemente sehr nah an der Bearbeitungsstelle
angeordnet und geführt
werden können.
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Eine
Ausführung
des Konstruktionselementes in einer Rohr- oder Düsenform bietet weiterhin die Möglichkeit,
ein Rohrsystem mit mehreren Verzweigungen, mehrere Rohrsysteme auch
mit mehreren Verzweigungen darüber
ninaus in Verbindung mit weiteren Rohren in der Wandung unterzubringen. Damit
steht dem Nutzer eine kompakte Einrichtung zur Verfügung.
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Das
Konstruktionselement ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
8 ein durch Urformen hergestelltes Konstruktionselement, welches weitestgehend
die Gestalt und die Abmessungen des Konstruktionselementes als Finalprodukt
besitzt. Die Einrichtung weist eine einfache Realisierung auf, die weiterhin ökonomisch
günstig
herstellbar ist.
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Das
Konstruktionselement ist nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs
9 ein durch Gießen oder
Sintern hergestelltes Konstruktionselement, welches insbesondere
aus Kupfer oder einem Kupfer enthaltenen Material besteht. Diese
Materialien sind gute Wärmeleiter.
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Nach
der Weiterbildung des Schutzanspruchs 10 ist die Einrichtung zur
Stoffzuführung
eine Pulverzuführeinrichtung
für ein
Auftragschweißen
mit Laserstrahlung, wobei das Konstruktionselement mit der Platten-
oder der Rinnenform beabstandet zur Laserstrahlung angeordnet ist
oder die Laserstrahlung die Rohr- oder Düsenform durchtritt.
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In
Fortführung
nach der Weiterbildung des Schutzanspruchs 11 ist die Pulverzuführ einrichtung mit
den zwei nebeneinander in Richtung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks endenden Öffnungen des
Rohrsystems in Bearbeitungsrichtung vor der Laserstrahlung angeordnet.
Das Pulver fällt
dabei in zwei nebeneinander angeordneten Raupen auf die Oberfläche des
Werkstücks,
so dass ein schneller Materialauftrag erfolgt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt
und wird im Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Einrichtung zur Stoffzuführung zum
Schweißen,
Sintern und Legieren von Werkstücken
in Verbindung mit einer Laserstrahlung,
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2 die
Einrichtung in einer Schnittdarstellung und
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3 eine
Pulverdüse
als Einrichtung zur Stoffzuführung.
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Eine
Einrichtung zur Stoffzuführung
zum Schweißen,
Sintern und Legieren von Werkstücken 3 besteht
im Wesentlichen aus einem Konstruktionselement 1 mit wenigstens
einem Rohrsystem 2.
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Die 1 zeigt
eine Einrichtung zur Stoffzuführung
zum Schweißen,
Sintern und Legieren von Werkstücken
in Verbindung mit einer Laserstrahlung in einer prinzipiellen Darstellung.
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In
dem durch Urformen hergestelltem Konstruktionselement 1 befindet
sich das Rohrsystem 2 mit zwei nebeneinander in Richtung
der Bearbeitungsstelle des Werkstücks 3 endenden Öffnungen 5a, 5b.
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Die 2 zeigt
dazu die Einrichtung in einer prinzipiellen Schnittdarstellung.
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Dazu
weist das Rohrsystem 2 wenigstens eine Rohrverzweigung 6 auf,
wobei die zwei abgezweigten Rohre 7a, 7b des Rohrsystems 2 in
Richtung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks 3 enden und die Öffnungen 5a, 5b bilden.
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Das
andere Ende 8 des Rohrsystems 2 oder ein damit
verbundenes rohrförmiges Teil 9 ist
so angeordnet, dass das Ende 8 des Rohrsystems 2 oder das
rohrförmige
Teil 9 eine nach außen
weisende Öffnung
aufweist. Das Ende 8 oder das rohrförmige Teil 9 ist gleichzeitig
ein Verbindungselement für
ein externes Rohr oder einen externen Schlauch zum Transport des
Stoffes von einem Behälter
zu dem Rohrsystem 2 des Konstruktionselementes 1.
Zwischen dem Rohrsystem 2 und dem Behälter kann auch wenigstens eine
Fördereinrichtung
für den
Stoff angeordnet sein. Das Konstruktionselement 1 ist durch
Gießen
oder Sintern hergestellt und besteht insbesondere aus Kupfer oder
einem Material mit Kupfer. Das durch Urformen hergestellte Konstruktionselement 1 besitzt
weitestgehend die Gestalt und die Abmessungen des Konstruktionselements 1 als Finalprodukt.
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Das
Rohrsystem 2 im Konstruktionselement 1 besteht
aus einem Material, dessen Schmelztemperatur größer als die für das Urformen
des Konstruktionselements 1 notwendige Temperatur ist.
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Das
Konstruktionselement 1 weist eine Platten- oder eine Rinnenform
auf.
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Die
Einrichtung zur Stoffzuführung
ist vorteilhafterweise eine Pulverzuführeinrichtung für ein Auftragschweißen mit
Laserstrahlung 4, wobei das Konstruktionselement 1 und
damit die Einrichtung zur Stoffzuführung beabstandet zur Laserstrahlung 4 angeordnet
ist. Die Pulverzuführeinrichtung
mit den zwei nebeneinander in Richtung der Bearbeitungsstelle des
Werkstücks 3 endenden Öffnungen 5a, 5b des
Rohrsystems 2 ist in Bearbeitungsrichtung vor der Laserstrahlung 4 angeordnet.
Weiterhin wird dieses System so geführt, dass die Einrichtung zur
Stoffzuführung
beabstandet zur Oberfläche
des Werkstücks 3 angeordnet
ist und das Pulver vor der Laserstrahlung 4 auf die Oberfläche gelangt.
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In
einer Ausführungsform
kann das Konstruktionselement 1 auch ein Rohr oder eine
Düse sein,
wobei die Laserstrahlung 4 das Rohr oder die Düse durchtritt.
Die Düse
ist dabei beispielsweise eine Pulverdüse 10.
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Die 3 zeigt
eine Pulverdüse
als Einrichtung zur Stoffzuführung
in einer prinzipiellen Darstellung.
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Das
Rohrsystem 2 in der Pulverdüse 10 weist mehrere
Rohrverzweigungen 6 auf. Zur leichteren Herstellung der
Pulverdüse 10 können auch
mehrere Ringe 11 neben dem Rohrsystem 2 als zusätzliche
Stützstruktur
angeordnet sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann im Konstruktionselement 1 wenigstens ein weiteres Rohr
so angeordnet sein, dass eine Öffnung
des weiteren Rohres in Richtung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks 3 angeordnet
ist und die andere Öffnung nach
außen
weist.
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In
diesem weiteren Rohr kann sich wenigstens ein Sensor oder ein Lichtleiter
befinden. Natürlich
können
sich auch mehrere weitere Rohre im Konstruktionselement 1 befinden,
so dass Sensoren und/oder Lichtwellenleiter und/oder wenigstens
eine Kombination daraus angeordnet werden können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann sich wenigstens ein weiteres Rohr für ein Kühlmittel so im Konstruktionselement 1 befinden,
dass das weitere Rohr in Richtung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks 3 und über wenigstens
eine Krümmung
von dieser weg angeordnet ist. Die Öffnungen des weiteren Rohres
sind am der Bearbeitungsstelle des Werkstücks 3 gegenüberliegenden
Endenbereich des Konstruktionselements 1 angeordnet.