EP4638051A1 - PULVERZUFUHRDÜSENEINRICHTUNG FÜR EIN PULVER-AUFTRAGSCHWEIßVERFAHREN - Google Patents

PULVERZUFUHRDÜSENEINRICHTUNG FÜR EIN PULVER-AUFTRAGSCHWEIßVERFAHREN

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Publication number
EP4638051A1
EP4638051A1 EP23840886.8A EP23840886A EP4638051A1 EP 4638051 A1 EP4638051 A1 EP 4638051A1 EP 23840886 A EP23840886 A EP 23840886A EP 4638051 A1 EP4638051 A1 EP 4638051A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
powder
grain size
feed
welding
nozzle device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23840886.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Phillip Utsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik SE
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik SE filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik SE
Publication of EP4638051A1 publication Critical patent/EP4638051A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
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    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
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    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
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    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a powder feed nozzle device for a powder deposition welding process, a powder deposition welding process with such a powder feed nozzle device, and a powder deposition welding process with such a powder deposition welding process.
  • powder build-up welding processes are known in the prior art.
  • a powdered welding filler material hereinafter referred to as powder material
  • a welding device for example an arc, flame or laser beam
  • a powder feed nozzle device is used to apply a surface, possibly a melt pool created on the surface, of a component.
  • a powder build-up welding process with laser is known, for example, in DE 102011 100 456 A1 as so-called extremely high-speed laser build-up welding [EHLA].
  • EHLA extremely high-speed laser build-up welding
  • Very high feed rates can be achieved using these special powder build-up welding processes because the powder material is already melted or partially melted in a powder focus above the relevant surface to be coated before it reaches the melt pool and is also connected to a melt pool that has already been created.
  • the powder nozzle device usually comprises a feed line in which the powder material is fed to one or more outlets by means of a gas flow and forms a powder focus at a defined angle and a powder conveying speed generated by means of the speed of the (carrier) gas flow in the feed line.
  • This powder focus is aligned with the welding energy provided (for example the laser focus of a laser optics of a laser deposition welding process) in accordance with the respective powder deposition welding process.
  • the considerable costs of powder build-up welding are associated with the fact that only a powder material with a high technical purity in terms of its composition and/or with a small grain size window can be used to achieve a satisfactory result with low post-processing requirements.
  • a coating that is usually very hard or abrasion-resistant is applied using powder build-up welding. The subsequent grinding process is time-consuming and the wear on the abrasives is high, and thus associated with high costs.
  • the present invention is based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known from the prior art.
  • the features according to the invention arise from the independent claims, for which advantageous embodiments are shown in the dependent claims.
  • the features of the claims can be combined in any technically reasonable manner, whereby the explanations from the following description and features from the figures can also be used, which include additional embodiments of the invention.
  • the invention relates to a powder feed nozzle device for a powder deposition welding process, comprising at least the following components:
  • the powder feed nozzle device is characterized in particular in that it further comprises a control device which is designed to adjust the speed of the gas flow in at least one of the feed lines, and wherein different powder feed speeds can be set at at least two of the outlets.
  • the individual particles (or grains) of a powder material are distributed approximately in a Gaussian manner with regard to their diameter and/or mass.
  • a smaller included angle between the powder material and the limited area of the provision of the welding energy and/or a slower powder feed rate lead (in each case independently of each other) to a longer residence time in the area of the welding energy and thus cause a higher energy input into the powder material compared to a larger angle or faster powder feed rate.
  • the speed of the gas flow which is used as a carrier or conveying means for the powder material, is set depending on the grain size. It is also proposed that different grain size windows are provided via a plurality of outlets and that different powder conveying speeds are set at at least two of the outlets. This means that a grain size window with an optimal powder conveying speed can be guided through the limited range of the welding energy provided via the respective outlet. In other words, a powder material with a significantly larger grain size window, namely divided into several smaller grain size windows at the majority of outlets, can be used. This means that a significantly more cost-effective powder material can be used or, in addition, currently used as rejects or A further portion of the powder material that is to be processed during the production of a powder material with a defined grain size distribution can be used.
  • powder materials can also be used simultaneously and/or without adjustments to the supplied welding energy and/or feed rate, which preferably also sets the properties of a melt pool to be created, different powder materials with different heat capacities (C) by spraying them out at different speeds at the respective outlet, i.e. (assuming the same degree of melting or always complete melting) a powder material with high heat capacity is fed to the area of the welding energy provided at a lower powder feed rate and a powder material with lower heat capacity is fed to the area of the welding energy provided at a comparatively higher powder feed rate.
  • C heat capacities
  • each supply line has one outlet.
  • one supply line has multiple outlets and/or one outlet has multiple supply lines.
  • the feed lines are designed to feed the powder material into a powder focus.
  • a single outlet is aligned with a single powder focus or the trajectory of the conveyed powder material.
  • several outlets are aligned with the same or different powder focus.
  • such a powder focus of an outlet is set so that it lies in the laser focus and/or in the melt pool. It should be noted that the The extent of the spatially limited area of provision of the welding energy (focus area) is greater than the (spatial) extent of the powder focus and/or in an edge area around this focus area at least so much welding energy is provided that a significant heating of the powder material still takes place there.
  • the trajectory of the powder gas flow is diverted by the means for providing the welding energy, for example in so-called powder spraying or high-velocity oxygen fuel [HVOF].
  • the trajectory of the powder gas flow is not influenced or only negligibly influenced by the means for providing the welding energy, for example in arc welding or extremely high-velocity laser cladding [EHLA].
  • At least one of the outlets is formed in a circumferential ring shape, preferably arranged around the outlet of the welding device.
  • at least one of the outlets is designed as an opening arranged laterally to the welding device, for example with the same (hydraulic) diameter of the associated supply line or a diameter that is reduced in comparison.
  • a plurality of such lateral openings are arranged in a ring shape, preferably around the outlet of the welding device.
  • the speed of the (carrier) gas flow corresponds to the respective powder conveying speed. It should be noted that in one embodiment, the gas flow deviates from the powder conveying speed at the respective outlet in the area of a regulation or measurement for a control in a supply system, such a relationship being known at least empirically.
  • a powder outflow direction has an included angle of less than 45° [forty-five degrees of 360°], preferably less than 30°, to a main axis of the limited area of provision of the welding energy, for example a laser beam or its laser focus.
  • the included angle is understood to be the angle which is enclosed by the powder outflow direction and the laser main axis in their main vector direction (i.e. in the direction of travel).
  • the feed lines have different (hydraulic) diameters, preferably at least two of the feed lines have different diameters.
  • the feed lines are preferably dimensioned in terms of their diameters in such a way that this is advantageous for the powder materials with a defined grain size window used in the feed line.
  • the diameter of a feed line determines, depending on the selected speed of the gas flow, the powder conveying speed at which a powder material particle leaves the outlet corresponding to the feed line and thus also the residence time of the powder material particles in the area of the welding energy (focus area) and thus the energy input of the welding device into the particles of the powder material.
  • the resistance of the feed line for example in the applicable range of the Reynolds number, is decisive for the gas flow.
  • the diameters for a constant and/or common pressure with which the carrier gas is provided are set up for the desired speed of the gas flow.
  • the entire welding filler material required for a build-up welding is supplied as powder material, particularly preferably via the aforementioned supply lines and outlets, to the focus area of a powder build-up welding device.
  • the first grain size window is configured for grain sizes equal to or less than 53 pm [fifty-three micrometers] and the second grain size window is configured for grain sizes equal to or greater than 53 pm.
  • at least one first feed line is set up for guiding a powder material with a first grain size window of 10 pm [ten micrometers] to 53 pm.
  • At least one further feed line is set up for guiding a powder material with a further grain size window of 53 pm to 90 pm [ninety micrometers], and/or preferably at least one (optionally still) further feed line is set up for guiding a powder material with a (still) further grain size window of more than 90 pm, preferably from 90 pm to 120 pm, more preferably from 90 pm to 150 pm [one hundred and fifty micrometers].
  • a control device is also included which is designed to adjust the supply of the powder quantity into the feed line.
  • the powder feed speed in a feed line or at the respective outlet can be adjusted depending on the respective grain size window of the powder material to be fed. This means that the speed at which a particle of the powder material leaves the corresponding outlet can be adjusted and thus the length of time the particle in question stays in the focus area of the welding energy. As explained above, the energy input of the particles of the powder material can be adjusted.
  • the pressure at which the carrier gas is provided for the gas flow is controlled.
  • a gas flow is variably throttled by means of a control valve.
  • a control circuit with a measured variable related to the speed of the gas flow is provided.
  • control device of the powder feed nozzle device is used to control a speed of the gas flow in each individual or at least one of the Feed lines can be adjusted independently. This means that the speed of the gas flow can be adjusted for the feed line in question depending on the grain size window of the powder material to be fed into the respective feed line.
  • a control device (additional to or the same as the one mentioned above) is included, which is designed to variably adjust the supply of the powder quantity into the feed line.
  • a separating device for separating a powder material into at least two grain size windows is also included, wherein the separating device is connected to the feed lines of the powder feed nozzle device in such a way that separated powder materials Depending on the respective grain size window, each one is fed to an assigned supply line.
  • a powder material comprising particles of different sizes in a very large grain size window can be used directly (and preferably without a preceding separation step) in the powder feed nozzle device.
  • the separation device enables the grain size window provided to be separated into at least two grain size windows. These separated powder materials of different grain size windows then comprise an approximately Gaussian distribution of particles with a size corresponding to the respective grain size window set.
  • sieving and/or centripetal force can be used for separation.
  • the separation device is formed separately from the feed lines, for example for filling a corresponding number of storage containers.
  • a device for separating powder materials is connected to the feed lines of the powder feed nozzle device in such a way that separated powder materials of certain grain size windows are each provided to a corresponding feed line.
  • the cost aspect is only one possible advantage, and if necessary (for example instead) a very high quality requirement is placed on the welding result, whereby the powder material is supplied with precisely the welding energy that leads to a satisfactory welding result by evaporating no or less of the powder material and/or melting (at least almost) all of the powder material or (at least sufficiently) melting it.
  • a powder deposition welding method is proposed which is carried out by means of a powder feed nozzle device according to an embodiment according to the above description, comprising the following steps: a. providing a powder material with a first grain size window to a first feed line of the powder feed nozzle device and a powder material with a second grain size window to a second feed line of the powder feed nozzle device; and b. feeding the powder material with the first grain size window by means of the first feed line to the powder focus and the powder material with the second grain size window by means of the second feed line to the powder focus, wherein the first grain size window is different from the second grain size window.
  • the powder material with a first grain size window and the powder material with a second grain size window are the same powder material.
  • the same powder material has particles of different diameters and/or masses and that at least two different grain size windows of the same powder material are used in the powder feeding method.
  • the different grain size windows certainly overlap with each other, and not only at the negligible edges of the approximately Gaussian distribution of the relevant grain size window.
  • the grain size windows are selected immediately adjacent to each other. The boundaries are selected according to cost, availability and/or optimal exposure to the welding energy.
  • the powder feeding process for coating a surface is carried out together with powder build-up welding.
  • the powder feeding process can also be carried out without powder build-up welding.
  • step a providing at least one powder material with at least one further grain size window to at least one further feed line of the powder feed nozzle device; and in step b.: feeding the powder material with the at least one further grain size window by means of a respective further feed line to the powder focus, wherein the third grain size window is different from the first grain size window and the second grain size window.
  • the powder materials of a respective grain size window have a certain heat capacity, wherein at least two, preferably all, of the heat capacities are different from one another.
  • This powder feeding method is carried out as an alternative or in addition to the powder feeding method with the different grain size windows.
  • a plurality of different powder materials are used, each with a different heat capacity of the material composition.
  • the powder material with the different grain size windows is a technically homogeneous material.
  • a technically homogeneous material is a powder material which, with measures which are economically feasible and, subject to this restriction, are not or only minimally detrimental to the material composition.
  • one grain size window contains less of one element, e.g. less hard materials, than another grain size window. This may or may not necessarily be compensated for by a different mass fed per time of the individual grain size windows.
  • the influence on the weld quality is less due to the lower mass than with a larger grain size window, because good mixing with the other applied (melted and/or partially melted) particles can be expected during the welding process.
  • step b. is carried out at a predetermined powder conveying speed, wherein at least two, preferably all, of the powder conveying speeds at the respective outlets are different from one another.
  • At least two, preferably all, of the outlets in step b. are operated in a controlled manner with a powder conveying speed adapted to the respective grain size window, whereby the powder conveying speed is thus recorded directly or indirectly and taken into account as a measured variable in a control loop.
  • An indirect measurement is, for example, the assessment of the coating applied to a surface to be coated.
  • the powder feed speed is constant during operation, i.e. both during a welding process and before or between two welding processes.
  • the powder feed speed of a respective outlet of a powder feed nozzle device once set up is constant.
  • the supply lines and outlets are operated at different times. Preferably, they are operated simultaneously with each other at least during the build-up welding, i.e. the powder material with the different grain size windows is provided simultaneously and welded to the surface to be coated.
  • step c. is carried out before step a., in which a powder material is separated into at least two grain size windows, preferably by means of a separating device according to an embodiment as described above.
  • a powder material is provided with a grain size window that is larger than the powder feeding method proposed here, for example, it covers the entire range of grain sizes to be welded. This is then divided into the desired grain size windows, preferably as described above, with a separating device (preferably as described previously) integrated into the build-up welding process or separately in advance.
  • a powder deposition welding method is proposed, wherein, in addition to the powder feed nozzle device, a powder deposition welding device is also included for carrying out the powder deposition welding method, which comprises a welding device with a focus area for welding energy and a workpiece holder for fixing and aligning a workpiece with a surface to be coated, wherein the powder deposition welding method has at least the following steps: i. by means of the powder feed nozzle device, carrying out a powder feed method according to an embodiment as described above; ii. by means of the workpiece holder fixed and aligned, providing a workpiece with a surface to be coated; and iii. by means of the welding device, providing welding energy in a predetermined focus area, wherein the focus area and the at least one powder focus spatially overlap, wherein the focus area and/or at least one of the powder focuses are preferably arranged above the surface to be coated.
  • a powder build-up welding device which is designed to use the powder supplied by means of the powder supply nozzle device and according to an embodiment of the powder supply method described above.
  • powder material The powder material is melted or partially melted by means of the welding energy of the welding device in the (spatially limited) focus area and applied to the surface to be coated, in which a melt pool is preferably formed.
  • the workpiece holder is designed to clamp, i.e. to fix, a workpiece (i.e. a base body), whereby a defined spatial axis, for example a central axis of rotation, of the workpiece can be precisely aligned.
  • a workpiece i.e. a base body
  • a defined spatial axis for example a central axis of rotation
  • the base body is already finished, except for the coating to be applied or, if necessary, other smaller post-processing processes. Precise positioning is therefore necessary.
  • This is preferably supported by a gripping arm and defined gripping surfaces on the workpiece and/or appropriate measuring technology.
  • the workpiece holder comprises a detection device for imbalances, whereupon a clamping can be corrected or, if balancing of the workpiece has not yet been carried out or can still be added (for example within the scope of admissibility), at least a corresponding material removal or material application is carried out.
  • the workpiece holder is, for example, a chuck.
  • the workpiece holder is, for example, a tool table with corresponding fixing elements.
  • the workpiece holder itself is preferably integrated into a fixed, possibly adjustable, machine coordinate system (at least within the scope of an adjustment tolerance).
  • the powder deposition welding device further comprises a welding device which comprises a locally limited high-temperature source, for example a burner (in high-velocity oxygen fuel [HVOF]) or a laser (in laser deposition welding, preferably in extremely high-velocity laser deposition welding [EHLA]).
  • a welding device which comprises a locally limited high-temperature source, for example a burner (in high-velocity oxygen fuel [HVOF]) or a laser (in laser deposition welding, preferably in extremely high-velocity laser deposition welding [EHLA]).
  • the welding device is designed in such a way that the powdery
  • Welding filler material (the powder material) in the focus area can be melted or can be melted so that the powder material hits the surface of the workpiece to be coated partially melted (i.e. with a melted surface) or completely melted.
  • the welding device is set up such that in a region close to the focus area, i.e. generally along the axis of the welding device in the direction of the surface to be coated behind the focus of the supplied powder material, the surface of the workpiece to be coated is melted to a desired depth (i.e. a melt pool is formed) so that the powder material is absorbed in the surface to be coated.
  • the powder material is both partially melted or melted and a melt pool is created in the region close to the focus area in the surface to be coated of the workpiece to be coated.
  • the powder deposition welding process is a laser deposition welding process, preferably an extremely high-speed laser deposition welding, wherein preferably in a step b. an amount of the powder material supplied can also be controlled.
  • Such powder deposition welding with a laser deposition welding process is carried out with a welding device comprising at least one laser optics.
  • the laser optics are fed from and/or comprise one or more laser sources.
  • the laser beam or the multiple laser beams of the laser optics are focused on one or more laser focuses (forming a focus area), wherein the energy density (intensity) for the desired (maximum) thermal input is preferably only present in this area when, controlled by a control device, a predetermined power limit or more power is emitted by means of the laser optics.
  • the laser focus has a spatial extension, for example with a diameter (in a plane parallel to the surface to be coated) of 1 mm [one millimeter] to 12 mm, for example from 1.2 mm to 8 mm, particularly preferably from 3 mm to 4 mm. It should be noted that It should be noted that the area depends on the power of the laser beam used and that with increasing power the diameter should increase to achieve the desired energy density on the surface to be coated.
  • a powder deposition welding device is proposed, wherein the powder deposition welding device is configured to carry out a powder deposition welding method according to an embodiment as described above.
  • Fig. 1 a powder feed nozzle device for a powder build-up welding process
  • Fig. 2 A flow chart showing a powder deposition welding process for coating a workpiece.
  • a powder feed nozzle device 1 for a powder deposition welding process according to extremely high-speed laser deposition welding [EHLA] is shown schematically.
  • a powder deposition welding device 13 with a welding device 14 comprising a laser optics is shown.
  • the powder material 12 is fed here by means of a carrier gas via three outlets 5, 6, 7 to a powder focus 8, which is located in the focus area 15 of the laser beam 21 of the welding device 14.
  • the powder material 12 melted or partially melted therein is connected to the surface 18 to be coated of the workpiece 17 held in a workpiece holder 16, wherein the surface to be coated is preferably Surface 18 in the focus area 15 of the laser beam 21 is melted or partially melted.
  • a separating device 11 is shown, which is supplied with a powder material 12 from a (purely optional here only) storage container 22.
  • the powder material 12 in this storage container 22 has a large grain size window, in which the later grain size windows of the (purely optional here three) supply lines 2, 3, 4 are included.
  • a gas source 23 is shown, from which a gas stream 10 can be injected into the separating device 11.
  • the speed of the respective gas stream 10 can be adjusted in this embodiment via controllable throttle valves, namely by means of a control device 9 (symbolically indicated here with a processor 19 and a storage unit 20).
  • the powder material 12 fed from the storage container 22 is divided between the supply lines 2, 3, 4 via the gas streams 10 due to its different masses.
  • the powder material 12 provided from the storage container 22 is divided into the desired grain size windows by means of sieving.
  • the grain size windows are made available separately to the respective feed lines 2, 3, 4 via separate storage containers 22.
  • the first feed line 2 is connected to the first outlet 5, the second feed line 3 to the second outlet 6, and the third feed line 4 to the third outlet 7.
  • the desired conveying speed is already set in the feed lines 2, 3, 4, but at the latest at the outlets 5, 6, 7, the desired speed of the powder material 12 with the respective grain size window.
  • the outlets 5, 6, 7 (for example, rotating ring nozzles) have a very different angle to each other and meet a common powder focus 8. Alternatively, the angles are the same or only slightly different. Regardless of this, the powder focuses 8 of the Outlets 5,6,7 apart, the outlets 5,6,7 then do not have a common powder focus 8.
  • Fig. 2 shows a flow chart of a powder deposition welding process for coating a workpiece 17.
  • a step i., the following powder feed process is carried out by means of a powder feed nozzle device 1, whereby reference is made to the illustration in Fig. 1 purely for the sake of clarity without excluding generality:
  • a powder material 12 is separated into at least two grain size windows, for example as shown in Fig. 1 or as described alternatively.
  • step a a powder material 12 with a first grain size window is provided to a first feed line 2 of the powder feed nozzle device 1 and a powder material 12 with a second grain size window is provided to a second feed line 3 of the powder feed nozzle device 1 and, if necessary, further grain size windows are provided to further feed lines 4.
  • step b. the powder material 12 with the first grain size window is fed to the powder focus 8 by means of the first feed line 2 and the powder material 12 with the second grain size window is fed to the powder focus 8 by means of the second feed line 3, and optionally further grain size windows are fed to the powder focus 8 by means of further feed lines 4.
  • the grain size windows are (preferably all) different from one another.
  • a workpiece 17 with a surface 18 to be coated is fixed and aligned by means of a workpiece holder 16 and thus prepared for a coating process.
  • welding energy is provided in a predetermined focus area 15 by means of a welding device 14, for example in the form of a laser beam 21.
  • the focus area 15 and the at least one powder focus 8 spatially overlap.
  • the powder deposition welding process is the so-called extremely high-speed laser deposition welding [EHLA], wherein the Focus region 15 and the at least one powder focus 8 are arranged above the surface 18 to be coated of the provided workpiece 17.
  • Powder feed nozzle device first supply line second supply line third supply line first outlet second outlet third outlet

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) für ein Pulver-Auftragschweißverfahren, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Mehrzahl von Zuleitungen (2,3,4); und - eine zu der Anzahl der Zuleitungen korrespondierende Anzahl von Auslässen (5,6,7), wobei jeder der Auslässe (5,6,7) auf einen Pulver-Fokus (8) gerichtet ist. Die Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Steuereinrichtung (9) umfasst ist, welche dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Gasstroms (10) in zumindest einer der Zuleitungen (2,3,4) einzustellen, und wobei an wenigstens zweien der Auslässe (5,6,7) voneinander verschiedene Pulverfördergeschwindigkeiten einstellbar sind. Mit der hier vorgeschlagenen Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist ein Pulverwerkstoff mit einem großen Korngrößenfenster einsetzbar.

Description

Pulverzufuhrdüseneinrichtunq für ein Pulver-Auftragschweißverfahren
Die Erfindung betrifft eine Pulverzufuhrdüseneinrichtung für ein Pulver- Auftragschweißverfahren, einen Pulver-Auftragschweißverfahren mit einer solchen Pulverzufuhrdüseneinrichtung, sowie einen Pulver-Auftragsschweißverfahren mit einem solchen Pulver-Auftragschweißverfahren.
Im Stand der Technik sind verschiedene Pulver-Auftragsschweißverfahren bekannt. Dabei wird üblicherweise ein pulverförmiger Schweißzusatzwerkstoff, hiernach als Pulverwerkstoff bezeichnet, mittels einer Pulverzufuhrdüseneinrichtung in ein durch eine Schweißeinrichtung, beispielsweise Lichtbogen, Flamme oder Laserstrahl, der Pulverwerkstoff aufgeschmolzen oder angeschmolzen und so einer Oberfläche, unter Umständen einem darauf erzeugten Schmelzbad auf der Oberfläche, eines Bauteils aufgebracht. Ein Pulver-Auftragsschweißverfahren mit Laser ist beispielsweise in der DE 102011 100 456 A1 als sogenanntes Extremhochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [EHLA] bekannt. Mittels diese speziellen Pulver- Auftragschweißverfahren können sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten erreicht werden, weil der Pulverwerkstoff bereits vor Erreichen des Schmelzbades in einem Pulver-Fokus oberhalb der betreffenden zu beschichtenden Oberfläche aufgeschmolzen oder angeschmolzen ist und zudem einem bereits erzeugten Schmelzbad verbunden wird.
In allen im Stand der Technik bekannten Pulver-Auftragschweißverfahren umfasst die Pulverdüsenvorrichtung üblicherweise eine Zuleitung, in welcher mittels eines Gasstroms der Pulverwerkstoff einem oder mehreren Auslässen zugeführt wird und in einem definierten Winkel und einer mittels der Geschwindigkeit des (Träger-) Gasstroms in der Zuleitung erzeugten Pulverfördergeschwindigkeit einen Pulver- Fokus bilden. Dieser Pulver-Fokus ist entsprechend dem jeweiligen Pulver- Auftragschweißverfahren zu der bereitgestellten Schweißenergie (beispielsweise dem Laser-Fokus einer Laseroptik eines Laser-Auftragschweißverfahrens) ausgerichtet ist. Derzeit sind erhebliche Kosten des Pulver-Auftragschweißens damit verbunden, dass ausschließlich ein Pulverwerkstoff mit hoher technischer Reinheit hinsichtlich seiner Zusammensetzung und/oder mit einem kleinen Korngrößenfenster einsetzbar ist, um ein zufriedenstellendes Ergebnis mit geringer Anforderung an eine Nachbearbeitung zu erzielen. Beispielsweise bei einem Beschichten einer Bremsscheibe wird eine in der Regel sehr harte beziehungsweise abrasionsfeste Beschichtung mittels des Pulver-Auftragschweißens aufgebracht. Dabei ist ein anschließender Schleifprozess zeitaufwendig und ein Verschleiß an den Schleifmitteln hoch, und somit mit hohen Kosten verbunden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Pulverzufuhrdüseneinrichtung für ein Pulver- Auftragschweißverfahren, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Mehrzahl von Zuleitungen; und
- eine zu der Anzahl der Zuleitungen korrespondierende Anzahl von Auslässen, wobei jeder der Auslässe auf einen Pulver-Fokus gerichtet ist.
Die Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Steuereinrichtung umfasst ist, welche dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Gasstroms in zumindest einer der Zuleitungen einzustellen, und wobei an wenigstens zweien der Auslässe voneinander verschiedene Pulverfördergeschwindigkeiten einstellbar sind.
In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Die einzelnen Teilchen (oder Körner) eines Pulverwerkstoffs liegen mit Hinblick auf ihren Durchmesser und/oder ihre Masse in einer etwa Gauß’schen Verteilung vor. Dabei ist die Wärmekapazität (C) der einzelnen Teilchen das Verhältnis der dem Teilchen zugeführten Wärme (Q) zu der damit bewirkten Temperaturerhöhung (AT), die sich bei näherungsweise homogenen Körpern auch als Produkt der spezifischen Wärmekapazität (c) und der Masse (m) des Körpers des Teilchens berechnen lässt (C=c x m). Dieser Effekt lässt sich ausnutzen, weil sich eine Verweildauer des Pulverwerkstoffs in dem (räumlich) begrenzten Bereich der Bereitstellung von Schweißenergie einstellen lässt, und zwar zum einen über den Weg, also beispielsweise den Winkel, unter welchem der Pulverwerkstoff ausgedüst wird, und über die Geschwindigkeit des Pulverwerkstoffs. Ein kleinerer eingeschlossener Winkel zwischen Pulverwerkstoff und dem begrenzten Bereich der Bereitstellung der Schweißenergie und/oder eine langsamere Pulverfördergeschwindigkeit führen (jeweils voneinander unabhängig) zu einer längeren Verweildauer in dem Bereich der Schweißenergie und bewirken damit einen im Vergleich zu einem größeren Winkel beziehungsweise schnelleren Pulverfördergeschwindigkeit einen höheren Energieeintrag in den Pulverwerkstoff.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Geschwindigkeit des Gasstroms, welcher als Träger beziehungsweise Fördermittel für den Pulverwerkstoff eingesetzt wird, abhängig davon eingestellt wird, welche Korngröße vorliegt. Dabei ist weiterhin vorgeschlagen, dass über eine Mehrzahl von Auslässen unterschiedliche Korngrößenfenster bereitgestellt werden und damit an zumindest zweien der Auslässe voneinander unterschiedliche Pulverfördergeschwindigkeiten eingestellt sind. Dies führt dazu, dass über den jeweiligen Auslass jeweils ein Korngrößenfenster mit einer optimalen Pulverfördergeschwindigkeit durch den begrenzten Bereich der bereitgestellten Schweißenergie führbar ist. Mit anderen Worten ist somit in Summe ein Pulverwerkstoff mit einem deutlich größeren Korngrößenfenster, nämlich aufgeteilt in mehrere kleinere Korngrößenfenster an der Mehrzahl der Auslässe, einsetzbar. Damit lässt sich ein deutlich kostengünstigerer Pulverwerkstoff einsetzen beziehungsweise zusätzlich derzeit als Ausschuss oder noch weitere aufzubereitendes Korngrößenfenster bei der Herstellung von einem Pulverwerkstoff mit definierter Korngrößenverteilung anfallender Anteil des Pulverwerkstoffs nutzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einem anderen oder damit überschneidenden Aspekt auch Pulverwerkstoffe zeitgleich und/oder ohne Anpassungen an der zugeführten Schweißenergie und/oder Vorschubgeschwindigkeit, womit bevorzugt zudem die Eigenschaften eines zu erzeugenden Schmelzbads eingestellt sind, unterschiedliche Pulverwerkstoffe mit unterschiedlicher Wärmekapazität (C) einsetzbar sind, indem diese mit unterschiedlicher Geschwindigkeit an dem jeweiligen Auslass ausgedüst werden, also (unter Annahme eines gleichen Anschmelzgrads oder stets einer vollständigen Aufschmelzung) ein Pulverwerkstoff mit hoher Wärmekapazität mit geringerer Pulverfördergeschwindigkeit und ein Pulverwerkstoff mit geringerer Wärmekapazität eben mit im Vergleich dazu höherer Pulverfördergeschwindigkeit dem Bereich der bereitgestellten Schweißenergie zugeführt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass derzeit teilweise in Kauf genommen wird, dass Anteile des Pulverwerkstoffs mit einem gängigen (großen) Korngrößenfenster aufgrund der geringen Korngröße verdampfen und somit nicht nur der Beschichtung nicht zugeführt werden, sondern zudem einen gasförmigen Schadstoff bilden, welcher gesondert behandelt und abgeführt werden muss.
In einem Ausführungsbeispiel verfügt jede Zuleitung über einen Auslass. Alternativ weist eine Zuleitung mehrere Auslässe und/oder ein Auslass mehrere Zuleitungen auf.
Die Zuleitungen sind zum Zuführen des Pulverwerkstoffs in einen Pulver-Fokus eingerichtet. Bevorzugt ist ein einzelner Auslass jeweils zu einem einzelnen Pulver- Fokus ausgerichtet beziehungsweise die Trajektorie des geförderten Pulverwerkstoffs. In einer Ausführungsform sind mehrere Auslässe zu einem gleichen oder unterschiedlichen Pulver-Fokus ausgerichtet. In einer Ausführungsform ist ein solcher Pulver-Fokus eines Auslasses so eingestellt, dass dieser in dem Laser-Fokus und/oder in dem Schmelzbad liegt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausdehnung des räumlich begrenzten Bereichs der Bereitstellung der Schweißenergie (Fokus-Bereich) größer als die (räumliche) Ausdehnung des Pulver- Fokus ist und/oder in einem Randbereich um diesen Fokus-Bereich zumindest so viel Schweißenergie bereitgestellt ist, dass auch dort noch eine nennenswerte Erwärmung des Pulverwerkstoffs stattfindet. In einer Ausführungsform wird die Trajektorie des Pulver-Gasstroms durch das Mittel zum Bereitstellen der Schweißenergie umgelenkt, beispielsweise beim sogenannten Pulverspritzen oder Hochgeschwindigkeitsflammspritzen [HVOF; engl.: High Velocity Oxygen Fuel], Alternativ wird die Trajektorie des Pulver-Gasstroms durch das Mittel zum Bereitstellen der Schweißenergie nicht oder lediglich in vernachlässigbarer Weise beeinflusst, beispielsweise beim Lichtbogenschweißen oder Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA],
In einer Ausführungsform ist zumindest einer der Auslässe umlaufend ringförmig gebildet, bevorzugt um den Auslass der Schweißeinrichtung herum angeordnet. In einer Ausführungsform ist zumindest einer der Auslässe als seitlich zu der Schweißeinrichtung angeordnete Öffnung, beispielsweise mit dem gleichen (hydraulischen) Durchmesser der zugehörigen Zuleitung oder einem demgegenüber verringerten Durchmesser, ausgeführt. Bevorzugt ist eine Mehrzahl solcher seitlichen Öffnungen ringförmig, bevorzugt um den Auslass der Schweißeinrichtung herum, angeordnet. In vielen Anwendungsfällen entspricht die Geschwindigkeit des (Träger-) Gasstroms der jeweiligen Pulverfördergeschwindigkeit. Es sei darauf hingewiesen, dass der Gasstrom in einer Ausführungsform in dem Bereich einer Regelung beziehungsweise Messung für eine Steuerung in einem Zuleitungssystem von der Pulverfördergeschwindigkeit an dem jeweiligen Auslass abweicht, wobei ein solcher Zusammenhang zumindest empirisch bekannt ist.
Bevorzugt weist eine Pulverausströmrichtung zu einer Hauptachse des begrenzten Bereichs der Bereitstellung der Schweißenergie, beispielsweise eines Laserstrahls beziehungsweise dessen Laser-Fokus, einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 45° [fünfundvierzig Grad von 360°], bevorzugt weniger als 30°. Als eingeschlossenen Winkel wird in diesem Zusammenhang derjenige Winkel verstanden, welcher von der Pulverausströmrichtung und der Laserhauptachse in deren Hauptvektorrichtung (also in Verlaufsrichtung) eingeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung weisen die Zuleitungen unterschiedliche (hydraulische) Durchmesser auf, bevorzugt weisen wenigstens zwei der Zuleitungen unterschiedliche Durchmesser auf. Hierbei sind die Zuleitungen bevorzugt hinsichtlich ihrer Durchmesser derart dimensioniert, dass dies vorteilhaft für die in der Zuleitung eingesetzten Pulverwerkstoffe mit definiertem Korngrößenfenster sind. Der Durchmesser einer Zuleitung bestimmt dabei in Abhängigkeit von der gewählten Geschwindigkeit des Gasstroms die Pulverfördergeschwindigkeit, mit der ein Pulverwerkstoffteilchen den mit der Zuleitung korrespondierenden Auslass verlässt und damit auch die Verweildauer der Pulverwerkstoffteilchen in dem Bereich der Schweißenergie (Fokus-Bereich) und damit den Energieeintrag der Schweißeinrichtung in die Teilchen des Pulverwerkstoffs. In einer Ausführungsform ist der Widerstand der Zuleitung, beispielsweise im anwendbaren Bereich der Reynoldszahl, für den Gasstrom maßgeblich. Beispielsweise sind dann bei dieser Ausführungsform die Durchmesser für einen konstanten und/oder gemeinsamen Druck, mit welchem das Trägergas bereitgestellt wird, für die gewünschte Geschwindigkeit des Gasstroms eingerichtet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der gesamte für ein Auftragschweißen notwendige Schweißzusatzwerkstoff als Pulverwerkstoff, besonders bevorzugt über die genannten Zuleitungen und Auslässe, dem Fokus-Bereich einer Pulver- Auftragschweißeinrichtung zugeführt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung vorgeschlagen, dass zum Zuleiten von einem Pulverwerkstoff folgende Zuleitungen eingerichtet sind:
- wenigstens eine erste Zuleitung für ein Zuleiten von Pulverwerkstoffen mit einem ersten Korngrößenfenster; und
- wenigstens eine weitere Zuleitung für ein Zuleiten von Pulverwerkstoffen mit einem zweiten Korngrößenfenster, wobei das erste Korngrößenfenster kleiner als das zweite Korngrößenfenster ist.
In einer Ausführungsform ist das erste Korngrößenfenster für Korngrößen von gleich oder weniger als 53 pm [dreiundfünfzig Mikrometer] eingerichtet ist und das zweite Korngrößenfenster für Korngrößen von gleich oder mehr als 53 pm eingerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist wenigstens eine erste Zuleitung für ein Führen von einem Pulverwerkstoff mit einem ersten Korngrößenfenster von 10 pm [zehn Mikrometer] bis 53 pm eingerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist wenigstens eine weitere Zuleitung ist für ein Führen von einem Pulverwerkstoff mit einem weiteren Korngrößenfenster von 53 pm bis 90 pm [neunzig Mikrometer] eingerichtet, und/oder bevorzugt wenigstens eine (gegebenenfalls noch) weitere Zuleitung für das Führen von einem Pulverwerkstoff mit einem (noch) weiteren Korngrößenfenster von mehr als 90 pm, bevorzugt von 90 pm bis 120 pm, weiter bevorzugt von 90 pm bis 150 pm [hundert und fünfzig Mikrometer], eingerichtet.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung vorgeschlagen, dass weiterhin eine Steuereinrichtung umfasst ist, welche dazu eingerichtet ist, die Zufuhr der Pulvermenge in die Zuleitung einzustellen.
Mit einer derartigen Steuereinrichtung zum, bevorzugt veränderlichen, Einstellen der Geschwindigkeit des Gasstroms ist die Pulverfördergeschwindigkeit in einer Zuleitung beziehungsweise am jeweiligen Auslass abhängig von dem jeweiligen Korngrößenfenster des zuzuführenden Pulverwerkstoffs einstellbar. Hierdurch ist also die Geschwindigkeit einstellbar, mit welcher ein Teilchen des Pulverwerkstoffs den korrespondierenden Auslass verlässt und damit also die Verweildauer des betreffenden Teilchens in dem Fokus-Bereich der Schweißenergie. Damit ist, wie oben erläutert, der Energieeintrag die Teilchen des Pulverwerkstoffs einstellbar veränderbar.
Bei einer solchen Steuereinrichtung ist beispielsweise der Druck, mit welchem das Trägergas für den Gasstrom bereitgestellt wird, gesteuert. In einer Ausführungsform ist mittels eines Steuerventils ein Gasstrom veränderbar gedrosselt. In einer Ausführungsform ist ein Regelkreis mit einer Messgröße mit Bezug zu der Geschwindigkeit des Gasstroms vorgesehen.
Bevorzugt ist mit der Steuereinrichtung der Pulverzufuhrdüseneinrichtung eine Geschwindigkeit des Gasstroms in jeder einzelnen oder zumindest einer der Zuleitungen unabhängig einstellbar. Somit ist für die betreffende Zuleitung eine Geschwindigkeit des Gasstroms abhängig von dem Korngrößenfenster des in der jeweiligen Zuleitung zuzuleitenden Pulverwerkstoffs einstellbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist eine (zusätzliche zu der oder gleiche wie die oben genannte) Steuereinrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, die Zufuhr der Pulvermenge in die Zuleitung veränderlich einzustellen.
Dies erlaubt die Menge des Pulverwerkstoffs, welche in der Zuleitung dem korrespondierenden Auslass zugeleitet wird, einzustellen und damit wie viel Schweißenergie pro Teilchen des Pulverwerkstoffs zur Verfügung steht; denn eine große Dichte von Teilchen führt zu einer gegenseitigen Verschattung und somit zu einem verminderten Energieeintrag pro Teilchen.
Es sei darauf hingewiesen, dass mit einem veränderlichen Einstellen ein derart großer Bereich einstellbar ist, dass mit diesem Mittel für unterschiedliche Anforderungen, beispielsweise unterschiedliche Pulverwerkstoffe (beispielsweise mit unterschiedlichen Korngrößenfenstern), gemäß der hiesigen Beschreibung der Pulverwerkstoff dem Fokus-Bereich (der Schweißenergie) und der zu beschichtenden Oberfläche adäquat zuführbar sind. Alternativ ist ein (einfaches) Einstellen lediglich zum Einstellen einer Geschwindigkeit innerhalb eines Toleranzfensters möglich. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass eine solche Steuereinrichtung nicht zwingend notwendig ist, sondern ebenfalls eine Justierung von Hand, unter Umständen einzig unter Prüfung des Schweißergebnisses und ohne weitere Messwerte, möglich ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulverzufuhrdüseneinrichtung vorgeschlagen, dass weiterhin eine Auftrenneinrichtung zum Auftrennen von einem Pulverwerkstoff in wenigstens zwei Korngrößenfenster umfasst ist, wobei die Auftrenneinrichtung derart mit den Zuleitungen der Pulverzufuhrdüseneinrichtung verbunden ist, dass aufgetrennte Pulverwerkstoffe abhängig von einem jeweiligen Korngrößenfenster jeweils einer zugeordneten der Zuleitungen zugeführt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Pulverwerkstoff umfassend Teilchen unterschiedlicher Größe in einem sehr großen Korngrößenfenster unmittelbar (und bevorzugt ohne vorhergehenden Separationsschritt) in der Pulverzufuhrdüseneinrichtung einsetzbar. Die Auftrenneinrichtung ermöglicht ein Auftrennen des bereitgestellten Korngrößenfensters in wenigstens zwei Korngrößenfenster. Diese aufgetrennten Pulverwerkstoffe unterschiedlicher Korngrößenfenster umfassen dann eine etwa Gauß'sche Verteilung von Teilchen mit einer Größe korrespondierend zu dem jeweiligen eingestellten Korngrößenfenster.
In einer Ausführungsform ist zum Auftrennen eine Siebung und/oder eine Zentripetalkraft einsetzbar.
In einer Ausführungsform ist die Auftrenneinrichtung separat von den Zuleitungen gebildet, beispielsweise zum Befüllen von einer entsprechenden Anzahl von Vorratsbehältern. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist eine Einrichtung zum Auftrennen von Pulverwerkstoffen derart mit den Zuleitungen der Pulverzufuhrdüseneinrichtung verbunden, dass aufgetrennte Pulverwerkstoffe bestimmter Korngrößenfenster jeweils einer korrespondierenden Zuleitung bereitgestellt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Kostenaspekt nur ein möglicher Vorteil ist, und gegebenenfalls (beispielsweise stattdessen) eine sehr hohe Güteanforderung an das Schweißergebnis gestellt wird, wobei der Pulverwerkstoff mit eben jener Schweißenergie versorgt ist, welcher zu einem zufriedenstellenden Schweißergebnis führt, indem keine beziehungsweise weniger Anteil des Pulverwerkstoffs verdampft werden und/oder (zumindest nahezu) alle Anteile des Pulverwerkstoffs aufgeschmolzen oder (zumindest ausreichend) angeschmolzen werden. Hierfür ist es beispielsweise vorteilhaft eben noch einen genauer eingestellten, und damit in der Regel teureren, Pulverwerkstoff einzusetzen, nämlich beispielsweise mit einem engeren Korngrößenfenster beziehungsweise eine Mehrzahl von solchen Pulverwerkstoffen, nämlich beispielsweise mit unterschiedlicher
Werkstoffzusammensetzung und Wärmekapazität der jeweiligen Teilchen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Pulver-Auftragschweißverfahren vorgeschlagen, welches mittels einer Pulverzufuhrdüseneinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt wird, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Pulverwerkstoffs mit einem ersten Korngrößenfenster an eine erste Zuleitung der Pulverzufuhrdüseneinrichtung und eines Pulverwerkstoffs mit einem zweiten Korngrößenfenster an eine zweite Zuleitung der Pulverzufuhrdüseneinrichtung; und b. Zuführen des Pulverwerkstoffs mit dem ersten Korngrößenfenster mittels der ersten Zuleitung an den Pulver-Fokus und des Pulverwerkstoffs mit dem zweiten Korngrößenfenster mittels der zweiten Zuleitung an den Pulver-Fokus, wobei das erste Korngrößenfenster von dem zweiten Korngrößenfenster verschieden ist.
Es wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen, sofern dort notwendige Merkmale zum Ausführen des hier vorgeschlagenen Pulverzuführverfahrens oder zumindest optional auf solche Merkmale, welche das Pulverzuführverfahren betreffen, beschrieben sind. Mit diesem Verfahren ist ermöglicht, dass ein Pulver- Auftragsschweißen zeitgleich mit zumindest zwei Pulverwerkstoffen unterschiedlicher Korngrößenfenster oder mit zumindest zwei Pulverwerkstoffen unterschiedlicher Korngrößenfenster verarbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Pulverzuführverfahrens ist der Pulverwerkstoff mit einem ersten Korngrößenfenster und der Pulverwerkstoff mit einem zweiten Korngrößenfenster der gleiche Pulverwerkstoff. Es soll dabei verstanden werden, dass der gleiche Pulverwerkstoff Teilchen unterschiedlicher Durchmesser und/oder Masse aufweist und im Pulverzuführverfahren wenigstens zwei voneinander verschiedene Korngrößenfenster des gleichen Pulverwerkstoffs eingesetzt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die unterschiedlichen Korngrößenfenster durchaus Überlappungen miteinander aufweisen, und zwar nicht nur an den vernachlässigbaren Rändern der etwa Gauß'schen Verteilung der betreffenden Korngrößenfensters. Bevorzugt sind die Korngrößenfenster unmittelbar aneinander angrenzend ausgewählt. Die Grenzen sind nach Kosten, Verfügbarkeit und/oder optimaler Aussetzung gegenüber der Schweißenergie ausgewählt.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Pulverzuführverfahren zum Beschichten einer Oberfläche gemeinsamen mit einem Pulver-Auftragschweißen ausgeführt wird. Beispielsweise zu Testzwecken, bevorzugt beim Justieren, oder in Pausen des Auftragvorgangs ist das Pulverzuführverfahren auch ohne das Pulver- Auftragschweißen ausführbar.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulverzuführverfahren vorgeschlagen, dass weiterhin zumindest die folgenden Schritte umfasst sind: in Schritt a.: Bereitstellen wenigstens eines Pulverwerkstoffs mit wenigstens einem weiteren Korngrößenfenster an wenigstens eine weitere Zuleitung der Pulverzufuhrdüseneinrichtung; und in Schritt b.: Zuführen des Pulverwerkstoffs mit dem wenigstens einen weiteren Korngrößenfenster mittels einer jeweiligen weiteren Zuleitung an den Pulverfokus, wobei das dritte Korngrößenfenster von dem ersten Korngrößenfenster und dem zweiten Korngrößenfenster verschieden ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulverzuführverfahren vorgeschlagen, dass die Pulverwerkstoffe eines jeweiligen Korngrößenfensters eine bestimmte Wärmekapazität besitzen, wobei wenigstens zwei, bevorzugt alle, der Wärmekapazitäten voneinander verschieden sind.
Dieses Pulverzuführverfahren wird alternativ oder zusätzlich zu dem Pulverzuführverfahren mit den unterschiedlichen Korngrößenfenstern ausgeführt. Beispielsweise ist, wie oben beschrieben, eine Mehrzahl von unterschiedlichen Pulverwerkstoffen mit jeweils unterschiedlicher Wärmekapazität der Werkstoffzusammensetzung eingesetzt. Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulverzuführverfahrens vorgeschlagen, dass der Pulverwerkstoff mit den unterschiedlichen Korngrößenfenstern ein technisch homogener Werkstoff ist.
Ein technisch homogener Werkstoff ist ein solcher Pulverwerkstoff, welcher mit Maßnahmen, welche wirtschaftlich ausführbar sind und unter dieser Einschränkung als die Werkstoffzusammensetzung nicht oder ausreichend wenig beeinträchtigend anzusehen sind. Beispielsweise ist es akzeptabel, wenn ein Korngrößenfenster weniger von einem Element, beispielsweise weniger Hartstoffe, enthält als ein anderes Korngrößenfenster. Dies ist beispielsweise aufgrund einer unterschiedlich zugeführten Masse pro Zeit der einzelnen Korngrößenfenster ausgleichbar oder nicht zwangsläufig auszugleichen. Besonders bei einem Korngrößenfenster mit im Durchschnitt kleineren Teilchen als den anderen Korngrößenfenstern ist je nach Ausführung des Pulverzuführverfahrens während des Pulver-Auftragschweißens der Einfluss auf die Schweißgüte aufgrund der geringeren Masse geringer als bei einem größeren Korngrößenfenster, weil beim Schweißvorgang eine gute Durchmischung mit den anderen aufgebrachten (aufgeschmolzenen und/oder angeschmolzenen) Teilchen zu erwarten ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulverzuführverfahrens vorgeschlagen, dass der Schritt b. mit einer vorbestimmten Pulverfördergeschwindigkeit ausgeführt wird, wobei wenigstens zwei, bevorzugt alle, der Pulverfördergeschwindigkeiten an den jeweiligen Auslässen voneinander verschieden sind.
Bei dieser Ausführungsform werden, wie oben bereits im Zusammenhang mit der Pulverzufuhrdüseneinrichtung beschrieben, zumindest zwei der Korngrößenfenster mit unterschiedlichen Pulverfördergeschwindigkeiten ausgedüst, wobei aufgrund der unterschiedlichen (mittleren) Wärmekapazität die oben genannten Vorteile hinsichtlich der Schweißgüte und/oder der Einsetzbarkeit von einem Pulverwerkstoff mit einem vergleichsweise großen und/oder mehrere Pulverwerkstoffe mit den entsprechenden Korngrößenfenstern erzielbar sind. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind alle Auslässe mit voneinander unterschiedlichen Korngrößenfenstern und entsprechenden (also voneinander unterschiedlichen) Pulverfördergeschwindigkeiten betrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden wenigstens zwei, bevorzugt alle, der Auslässe in Schritt b. mit einer an das jeweilige Korngrößenfenster angepassten Pulverfördergeschwindigkeit geregelt betrieben, wobei also die Pulverfördergeschwindigkeit direkt oder indirekt erfasst und als Messgröße in einem Regelkreis berücksichtigt wird. Eine Indirekte Messung ist beispielsweise die Begutachtung der auf einer zu beschichtenden Oberfläche aufgetragenen Beschichtung.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer vorteilhaften Ausführungsform die Pulverfördergeschwindigkeiten im Betrieb, also sowohl während eines Schweißvorgangs als auch vor einem beziehungsweise zwischen zwei Schweißvorgängen konstant ist. Besonders bevorzugt ist (abgesehen von einem eventuell notwendigen Justieren) die Pulverfördergeschwindigkeit eines jeweiligen Auslasses einer einmal eingerichteten Pulverzufuhrdüseneinrichtung konstant.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulverzuführverfahrens vorgeschlagen, dass wenigstens zwei, bevorzugt alle, der Pulverwerkstoffe mit unterschiedlichen Korngrößenfenstern dem jeweiligen Auslass und/oder Pulver- Fokus in Schritte b. wenigstens teilweise zeitlich überschneidend oder gleichzeitig zugeführt werden.
Bei einer Ausführungsform werden die Zuleitungen und Auslässe zeitlich zueinander versetzt betrieben. Bevorzugt werden diese zumindest während des Auftragschweißens gleichzeitig miteinander betrieben, also der Pulverwerkstoff mit den unterschiedlichen Korngrößenfenstern gleichzeitig bereitgestellt und mit der zu beschichtenden Oberfläche verschweißt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulverzuführverfahrens vorgeschlagen, dass weiterhin ein vor Schritt a. ausgeführter Schritt c. umfasst ist, in welchem ein Pulverwerkstoff in wenigstens zwei Korngrößenfenster aufgetrennt wird, bevorzugt mittels einer Auftrenneinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung.
Bei diesem Pulverzuführverfahren wird ein Pulverwerkstoff mit einem im Vergleich zum hier vorgeschlagenen Pulverzuführverfahren großen, beispielsweise die gesamte Bandbreite der zu verschweißenden Korngrößen umfassend, Korngrößenfenster bereitgestellt. Dieser wird dann in die gewünschten Korngrößenfenster aufgeteilt, bevorzugt wie oben beschrieben, mit einer Auftrenneinrichtung (bevorzugt wie sie vorhergehend beschrieben ist) zeitlich integriert in den Auftragschweißprozess oder separat im Vorfeld.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Pulver-Auftragsschweißverfahren vorgeschlagen, wobei zum Ausführen des Pulver-Auftragschweißverfahrens neben der Pulverzufuhrdüseneinrichtung weiterhin eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung umfasst ist, welche eine Schweißeinrichtung mit einem Fokus-Bereich für Schweißenergie sowie eine Werkstückaufnahme zum Fixieren und Ausrichten eines Werkstücks mit einer zu beschichtenden Oberfläche umfasst, wobei das Pulver-Auftragschweißverfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: i. mittels der Pulverzufuhrdüseneinrichtung, Ausführen eines Pulverzuführverfahrens nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung; ii. mittels der in der Werkstückaufnahme fixiert und ausgerichtet, Bereitstellen eines Werkstücks mit einer zu beschichtenden Oberfläche; und iii. mittels der Schweißeinrichtung, Bereitstellen von Schweißenergie in einem vorbestimmten Fokus-Bereich, wobei sich der Fokus-Bereich und der zumindest eine Pulver-Fokus räumlich überlappen, wobei bevorzugt der Fokus-Bereich und/oder zumindest einer der Pulver-Fokusse oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet sind.
Hier ist eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung vorgeschlagen, welche zum Verwenden des mittels der Pulverzufuhrdüseneinrichtung und gemäß einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Pulverzuführverfahren zugeführten Pulverwerkstoffs eingerichtet ist. Der Pulverwerkstoff wird mittels der Schweißenergie der Schweißeinrichtung in dem (räumlich begrenzten) Fokus-Bereich aufgeschmolzen oder angeschmolzen und auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht, in welcher bevorzugt ein Schmelzbad gebildet ist.
Die Werkstückaufnahme ist zum Einspannen, also zum Fixieren, von einem Werkstück (also einem Grundkörper) eingerichtet, wobei eine definierte Raumachse, beispielsweise eine zentrale Rotationsachse, des Werkstücks präzise ausrichtbar ist. In der Regel ist der Grundkörper bereits, bis auf die aufzubringende Beschichtung oder gegebenenfalls weitere kleinere Nachbearbeitungsprozesse, fertiggestellt. Es ist also eine präzise Positionierung notwendig. Bevorzugt wird dies mittels eines Greifarms und definierten Greifflächen an dem Werkstück und/oder einer entsprechenden Messtechnik unterstützt. Beispielsweise umfasst die Werkstückaufnahme eine Erfassungseinrichtung für Unwuchten, woraufhin eine Einspannung korrigierbar ist oder, falls ein Wuchten des Werkstücks noch nicht ausgeführt wurde oder (beispielsweise im Rahmen einer Zulässigkeit) noch ergänzt werden darf, zumindest ein entsprechender Materialabtrag oder Materialauftrag ausgeführt wird. Für ein Rotationswerkstück ist die Werkstückaufnahme beispielsweise ein Spannfutter. Für ein Werkstück ohne Rotationsachse beziehungsweise welches für eine rotative Bearbeitung ungeeignet ist, ist die Werkstückaufnahme beispielsweise ein Werkzeugtisch mit entsprechenden Fixierelementen. Die Werkstückaufnahme selbst ist bevorzugt in ein festes, gegebenenfalls justierbares, Maschinen-Koordinatensystem (zumindest im Rahmen einer Justiertoleranz) definiert eingebunden.
Die Pulver-Auftragschweißeinrichtung umfasst weiterhin eine Schweißeinrichtung, welche eine lokal begrenzte Hochtemperaturquelle, beispielsweise einen Brenner (beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen [HVOF; engl.: High Velocity Oxygen Fuel]) oder einen Laser (beim Laserauftragschweißen, bevorzugt beim Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA]) umfasst.
Die Schweißeinrichtung ist derart eingerichtet, dass der pulverförmige
Schweißzusatzwerkstoff (der Pulverwerkstoff) in dem Fokus-Bereich (und gegebenenfalls in einem Bereich um den Fokus-Bereich herum) anschmelzbar oder aufschmelzbar ist, sodass der Pulverwerkstoff angeschmolzen (also mit einer aufgeschmolzenen Oberfläche) oder vollständig aufgeschmolzen auf der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks auftrifft. In einer Ausführungsform ist die Schweißeinrichtung derart eingerichtet, dass in einer Region in der Nähe des Fokus- Bereichs, das heißt in der Regel entlang der Achse der Schweißeinrichtung in Richtung hin zu der zu beschichtende Oberfläche hinter dem Fokus des zugeführten Pulverwerkstoffs, die zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks bis in eine gewünschte Tiefe aufgeschmolzen (also ein Schmelzbad gebildet) wird, sodass der Pulverwerkstoff in der zu beschichtenden Oberfläche aufgenommen wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird sowohl der Pulverwerkstoff angeschmolzen beziehungsweise aufgeschmolzen als auch ein Schmelzbad in der Region in der Nähe des Fokus-Bereichs in der zu beschichtenden Oberfläche des zu beschichteten Werkstücks erzeugt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulver- Auftragsschwei ßverfahrens vorgeschlagen, dass das Pulver- Auftragschweißverfahren ein Laser-Auftragschweißverfahren, bevorzugt ein Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen, ist, wobei bevorzugt in einem Schritt b. zudem eine Menge des zugeführten Pulverwerkstoffs steuerbar ist.
Ein solches Pulver-Auftragschweißen mit einem Laser-Auftragschweißverfahren wird mit einer Schweißeinrichtung umfassend zumindest eine Laseroptik ausgeführt.
Die Laseroptik wird gespeist aus und/oder umfasst eine oder mehrere Laserquellen. Der Laserstrahl oder die mehreren Laserstrahlen der Laseroptik werden auf einen oder mehrere Laser-Fokusse (einen Fokus-Bereich bildend) gebündelt, wobei bevorzugt einzig in diesem Bereich die Energiedichte (Intensität) für den erwünschten (maximalen) thermischen Eintrag vorliegt, wenn, gesteuert von einer Steuervorrichtung, mittels der Laseroptik ein vorbestimmter Leistungsgrenzwert oder mehr Leistung abgegeben wird. Der Laser-Fokus weist eine räumliche Ausdehnung auf, beispielsweise mit einem (in einer Ebene parallel zu der zu beschichtenden Oberfläche) Durchmesser von 1 mm [einem Millimeter] bis 12 mm, beispielsweise von 1 ,2 mm bis 8 mm, besonders bevorzugt von 3 mm bis 4 mm. Es sei darauf hingewiesen, dass die Fläche abhängig von der Leistung des eingesetzten Laserstrahls ist und mit zunehmender Leistung für eine angestrebte Energiedichte an der zu beschichtenden Oberfläche einen zunehmenden Durchmesser aufweisen sollte.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Pulver-Auftragschweißeinrichtung vorgeschlagen, wobei die Pulver-Auftragschweißeinrichtung zum Ausführen eines Pulver- Auftragschweißverfahrens nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung eingerichtet ist.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
Fig. 1 : eine Pulverzufuhrdüseneinrichtung für ein Pulver-Auftragschweißverfahren; und
Fig. 2: in einem Flussdiagramm ein Pulver-Auftragschweißverfahren zum Beschichten eines Werkstücks.
In Fig. 1 ist eine Pulverzufuhrdüseneinrichtung 1 für ein Pulver- Auftragschweißverfahren nach dem Extremhochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [EHLA] schematisch dargestellt. Links in der Darstellung ist eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung 13 mit einer eine Laseroptik umfassenden Schweißeinrichtung 14 gezeigt. Der Pulverwerkstoff 12 wird hier mittels eines Trägergases über drei Auslässe 5,6,7 einem Pulver-Fokus 8 zugeführt, welcher sich in dem Fokus-Bereich 15 des Laserstrahls 21 der Schweißeinrichtung 14 befindet. Der darin aufgeschmolzene oder angeschmolzene Pulverwerkstoff 12 wird mit der zu beschichtenden Oberfläche 18 des in einer Werkstückaufnahme 16 aufgenommenen Werkstücks 17 verbunden, wobei hierbei bevorzugt die zu beschichtende Oberfläche 18 im Fokus-Bereich 15 des Laserstrahls 21 aufgeschmolzen oder angeschmolzen.
Rechts in der Darstellung ist eine Auftrenneinrichtung 11 gezeigt, welche aus einem (hier rein optional einzigen) Vorratsbehälter 22 mit einem Pulverwerkstoff 12 versorgt ist. Der Pulverwerkstoff 12 in diesem Vorratsbehälter 22 weist ein großes Korngrößenfenster auf, in welchem die späteren Korngrößenfenster der (hier rein optional drei) Zuleitungen 2,3,4 umfasst sind. Weiterhin ist eine Gasquelle 23 gezeigt, aus welcher ein Gasstrom 10 in die Auftrenneinrichtung 11 eindüsbar ist. Die Geschwindigkeit des jeweiligen Gasstroms 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel über steuerbare Drosselventile einstellbar, und zwar mittels einer Steuereinrichtung 9 (hier mit einem Prozessor 19 und einer Speichereinheit 20 symbolisch angedeutet). Bei dieser einfachen Ausführungsform der Auftrenneinrichtung 11 wird der aus dem Vorratsbehälter 22 zugeführte Pulverwerkstoff 12 aufgrund seiner unterschiedlichen Massen über die Gasströme 10 auf die Zuleitungen 2,3,4 aufgeteilt. Damit werden also die leichtesten Pulverkörner und damit das kleinste Korngrößenfenster in die erste Zuleitung 2, die schwersten Pulverkörner und damit das größte Korngrößenfenster der dritten Zuleitung 4, und die mittelschweren Pulverkörner und damit das mittlere Korngrößenfenster der zweiten Zuleitung 3 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich wird der aus dem Vorratsbehälter 22 bereitgestellte Pulverwerkstoff 12 mittels Siebung in die gewünschten Korngrößenfenster aufgeteilt. Alternativ werden die Korngrößenfenster über separate Vorratsbehälter 22 separat der jeweiligen Zuleitung 2,3,4 zur Verfügung gestellt.
Die erste Zuleitung 2 ist mit dem ersten Auslass 5, die zweite Zuleitung 3 mit dem zweiten Auslass 6, und die dritte Zuleitung 4 mit dem dritten Auslass 7 verbunden. Bevorzugt bereits in den Zuleitungen 2,3,4 ist die gewünschte Fördergeschwindigkeit, spätestens aber an den Auslässen 5,6,7 die gewünschte Geschwindigkeit des Pulverwerkstoffs 12 mit dem jeweiligen Korngrößenfenster eingestellt. In dieser Darstellung weisen die Auslässe 5,6,7 (beispielsweise umlaufende Ringdüsen) einen stark unterschiedlichen Winkel zueinander auf und treffen auf einen gemeinsamen Pulver-Fokus 8. Alternativ sind die Winkel gleich oder nur leicht unterschiedlich. Unabhängig davon fallen die Pulver-Fokusse 8 der Auslässe 5,6,7 auseinander, die Auslässe 5,6,7 weisen dann also keinen gemeinsamen Pulver-Fokus 8 auf.
In Fig. 2 ist in einem Flussdiagramm ein Pulver-Auftragschweißverfahren zum Beschichten eines Werkstücks 17 gezeigt. Dabei wird in einem Schritt i. mittels einer Pulverzufuhrdüseneinrichtung 1 das folgende Pulverzuführverfahren ausgeführt, wobei rein der Anschaulichkeit ohne Ausschluss der Allgemeinheit auf die Darstellung in Fig. 1 Bezug genommen wird:
Zunächst wird in einem (rein optionalen) Schritt c. ein Pulverwerkstoff 12 in wenigstens zwei Korngrößenfenster aufgetrennt, beispielsweise wie in Fig. 1 dargestellt oder wie dazu alternativ beschrieben.
Anschließend wird in Schritt a. ein Pulverwerkstoff 12 mit einem ersten Korngrößenfenster an eine erste Zuleitung 2 der Pulverzufuhrdüseneinrichtung 1 und ein Pulverwerkstoff 12 mit einem zweiten Korngrößenfenster an eine zweite Zuleitung 3 der Pulverzufuhrdüseneinrichtung 1 und gegebenenfalls weitere Korngrößenfenster an weitere Zuleitungen 4 bereitgestellt.
Daraufhin wird in Schritt b. der Pulverwerkstoff 12 mit dem ersten Korngrößenfenster mittels der ersten Zuleitung 2 an den Pulver-Fokus 8 und der Pulverwerkstoff 12 mit dem zweiten Korngrößenfenster mittels der zweiten Zuleitung 3 an den Pulver- Fokus 8, und gegebenenfalls weitere Korngrößenfenster mittels weiterer Zuleitungen 4 an den Pulver-Fokus 8 zugeführt. Die Korngrößenfenster sind (bevorzugt alle) voneinander verschieden.
In einem Schritt ii. wird ein Werkstück 17 mit einer zu beschichtenden Oberfläche 18 mittels einer Werkstückaufnahme 16 fixiert und ausgerichtet und so für einen Beschichtungsvorgang bereitgestellt. Daraufhin wird in Schritt iii. mittels einer Schweißeinrichtung 14 Schweißenergie in einem vorbestimmten Fokus-Bereich 15 bereitgestellt, beispielsweise in Form von einem Laserstrahl 21. Der Fokus- Bereich 15 und der zumindest eine Pulver-Fokus 8 überlappen sich dabei räumlich. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Pulver-Auftragschweißverfahren das sogenannte Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA], wobei der Fokus-Bereich 15 und der zumindest eine Pulver-Fokusse 8 oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche 18 des bereitgestellten Werkstücks 17 angeordnet sind.
Mit der hier vorgeschlagenen Pulverzufuhrdüseneinrichtung ist ein Pulverwerkstoff mit einem großen Korngrößenfenster einsetzbar.
Bezuqszeichenliste
Pulverzufuhrdüseneinrichtung erste Zuleitung zweite Zuleitung dritte Zuleitung erster Auslass zweiter Auslass dritter Auslass
Pulver-Fokus
Steuereinrichtung
Gasstrom
Auftrenneinrichtung
Pulverwerkstoff
Pulver-Auftragschweißeinrichtung
Schweißeinrichtung
Fokus-Bereich
Werkstückaufnahme
Werkstück zu beschichtende Oberfläche
Prozessor
Speichereinheit
Laserstrahl
Vorratsbehälter
Gasquelle

Claims

Patentansprüche
1 . Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) für ein Pulver-Auftragschweißverfahren, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Mehrzahl von Zuleitungen (2,3,4); und
- eine zu der Anzahl der Zuleitungen korrespondierende Anzahl von Auslässen (5,6,7), wobei jeder der Auslässe (5,6,7) auf einen Pulver-Fokus (8) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Steuereinrichtung (9) umfasst ist, welche dazu eingerichtet ist, die Geschwindigkeit des Gasstroms (10) in zumindest einer der Zuleitungen (2,3,4) einzustellen, und wobei an wenigstens zweien der Auslässe (5,6,7) voneinander verschiedene Pulverfördergeschwindigkeiten einstellbar sind.
2. Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei weiterhin eine Steuereinrichtung (9) umfasst ist, welche dazu eingerichtet ist, die Zufuhr der Pulvermenge in die Zuleitung einzustellen.
3. Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei weiterhin eine Auftrenneinrichtung (11 ) zum Auftrennen von einem Pulverwerkstoff (12) in wenigstens zwei Korngrößenfenster umfasst ist, wobei die Auftrenneinrichtung (11 ) derart mit den Zuleitungen (2,3,4) der Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) verbunden ist, dass aufgetrennte Pulverwerkstoffe (12) abhängig von einem jeweiligen Korngrößenfenster jeweils einer zugeordneten der Zuleitungen (2,3,4) zugeführt werden.
4. Pulver-Auftragschweißverfahren, welches mittels einer Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 3 ausgeführt wird, aufweisend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines Pulverwerkstoffs (12) mit einem ersten Korngrößenfenster an eine erste Zuleitung (2) der Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) und eines Pulverwerkstoffs (12) mit einem zweiten Korngrößenfenster an eine zweite Zuleitung (3) der Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ); und b. Zuführen des Pulverwerkstoffs (12) mit dem ersten Korngrößenfenster mittels der ersten Zuleitung (2) an den Pulver-Fokus (8) und des Pulverwerkstoffs (12) mit dem zweiten Korngrößenfenster mittels der zweiten Zuleitung (3) an den Pulver-Fokus (8), wobei das erste Korngrößenfenster von dem zweiten Korngrößenfenster verschieden ist.
5. Pulverzuführverfahren nach Anspruch 4, wobei der Pulverwerkstoff (12) mit den unterschiedlichen Korngrößenfenstern ein technisch homogener Werkstoff ist.
6. Pulverzuführverfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei der Schritt b. mit einer vorbestimmten Pulverfördergeschwindigkeit ausgeführt wird, wobei wenigstens zwei, bevorzugt alle, der Pulverfördergeschwindigkeiten an den jeweiligen Auslässen (5,6,7) voneinander verschieden sind.
7. Pulverzuführverfahren nach einem von Anspruch 4 bis Anspruch 6, wobei wenigstens zwei, bevorzugt alle, der Pulverwerkstoffe (12) mit unterschiedlichen Korngrößenfenstern dem jeweiligen Auslass (5,6,7) und/oder Pulver-Fokus (8) in Schritte b. wenigstens teilweise zeitlich überschneidend oder gleichzeitig zugeführt werden.
8. Pulverzuführverfahren nach einem von Anspruch 4 bis Anspruch 7, wobei weiterhin ein vor Schritt a. ausgeführter Schritt c. umfasst ist, in welchem ein Pulverwerkstoff (12) in wenigstens zwei Korngrößenfenster aufgetrennt wird, bevorzugt mittels einer Auftrenneinrichtung (11 ) nach Anspruch 3.
9. Pulver-Auftragsschweißverfahren, wobei zum Ausführen des Pulver-Auftragschweißverfahrens neben der Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ) weiterhin eine Pulver- Auftragschweißeinrichtung (13) umfasst ist, welche eine Schweißeinrichtung (14) mit einem Fokus-Bereich (15) für Schweißenergie sowie eine Werkstückaufnahme (16) zum Fixieren und Ausrichten eines Werkstücks (17) mit einer zu beschichtenden Oberfläche (18) umfasst, wobei das Pulver-Auftragschweißverfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: i. mittels der Pulverzufuhrdüseneinrichtung (1 ), Ausführen eines Pulverzuführverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche; ii. mittels der in der Werkstückaufnahme (16) fixiert und ausgerichtet, Bereitstellen eines Werkstücks (17) mit einer zu beschichtenden Oberfläche (18); und iii. mittels der Schweißeinrichtung (14), Bereitstellen von Schweißenergie in einem vorbestimmten Fokus-Bereich (15), wobei sich der Fokus-Bereich (15) und der zumindest eine Pulver-Fokus (8) räumlich überlappen, wobei bevorzugt der Fokus-Bereich (15) und/oder zumindest einer der Pulver- Fokusse (8) oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche (18) angeordnet sind.
10. Pulver-Auftragsschweißverfahren nach Anspruch 9, wobei das Pulver-Auftragschweißverfahren ein Laser-Auftragschweißverfahren, bevorzugt ein Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen, ist, wobei bevorzugt in einem Schritt b. zudem eine Menge des zugeführten Pulverwerkstoffs (12) steuerbar ist.
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