EP4655127A1

EP4655127A1 - Strahldüse mit gegenüberliegenden injektorführungen

Info

Publication number: EP4655127A1
Application number: EP24701827.8A
Authority: EP
Inventors: Tim Hesse; Jakob Spiecker; Niels Schäfer; Julius Irrek; Alessandro Käfer; Andreas Scholz; Timo STEEB; Ralf Eckardt; Bjoern SAUTTER
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2023-01-27
Filing date: 2024-01-19
Publication date: 2025-12-03
Also published as: US20250339924A1; CN120603671A; KR20250174005A; WO2024156619A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahldüse (1) zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung (2), aufweisend einen Lichtkanal (3) zur Führung zumindest eines Laserstrahls, der auf ein Werkstück gerichtet ist; und eine radial außerhalb des Lichtkanals (3) angeordnete Pul- vereinheit (7) zur Führung zumindest eines Pulverstrahls, der zumindest mit einem ersten Pulverfokus (21) auf das Werkstück aufzutragen ist; wobei die Pulvereinheit (7) an einem Düsenmund (6) in einer Umfangsrichtung um den Lichtkanal (3) einen Pulverabschnitt (11) bildet, der eine Mehrzahl an Injektorführungen (19) aufweist, in die insbesondere jeweils ein Pulverinjektor (16) einsetzbar ist, wobei eine erste Injektorführung (70) bezogen auf den ersten Pulverfokus (21) im Wesentlichen gegenüber einer zweiten Injektorführung (71) liegt.

Description

Strahldüse mit gegenüberliegenden Injektorführungen

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahldüse zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung sowie ein Verfahren zum Laserauftragschweißen.

Stand der Technik

Laserauftragschweißen findet etwa in der Reparatur-, Beschichtungs- und/oder Verbindungstechnik Anwendung. Es kann zwischen dem konventionellen Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition (LMD), Direct Metal Deposition (DMD) oder Direct Energy Deposition (DED)) und dem sogenannten High-Speed Laserauftragschweißen (HS-LMD oder extremes Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen (EHLA)) unterschieden werden. HS-LMD- Verfahren sind beispielsweise in den Offenlegungsschriften DE 102011 100456 A und DE 102018 130 798 A1 beschrieben. Ein weiteres Verfahren zum Laserauftragschweißen ist aus der chinesischen Patentanmeldung CN 109175372 A bekannt.

Mittels Laserauftragschweißen kann eine Funktionsschicht auf ein Werkstück aufgetragen werden. Diese erhöht gegenüber einem unbearbeiteten Werkstück im Allgemeinen die Belastbarkeit des mittels Laserauftragschweißen bearbeiteten Werkstücks. Die Funktionsschicht kann beispielsweise als Verschleißschutzschicht dienen. Der Auftrag der Funktionsschicht basiert auf einem Aufschmelzen einer Werkstückoberfläche, einem Aufträgen eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs und einem anschließenden Abkühlen, sodass eine Matrixstruktur mit Hartstoffpartikeln stoffschlüssig mit der Werkstoffoberfläche verbunden ist. Somit greift das Laserauftragschweißen in die innere Materialstruktur des Werkstücks ein und verändert diese. Dies kann unter Umständen Unzulänglichkeiten in der inneren Materialstruktur nach sich ziehen. Diese können die angestrebte Erhöhung der Belastbarkeit beeinträchtigen. Die Unzulänglichkeiten können mikroskopischer Natur sein, weshalb sie nur unter hohem Aufwand identifizierbar sind.

Darstellung der Erfindung Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Strahldüse sowie ein verbessertes Verfahren zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung bereitzustellen. Die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, eine Schweißqualität einer aufgetragenen Funktionsschicht und des Werkstücks insgesamt zu erhöhen und Unzulänglichkeiten in einer Schweißverbindung zwischen einem pulverförmigen Zusatzwerkstoff und einer Werkstoffoberfläche, zu verringern oder zu vermeiden. So kann die Strahldüse darauf abzielen, im Bereich eines Nabentopfes eines rotationssymmetrischen Bauteils, wie einer Bremsscheibe, ein zuverlässiges Aufträgen der Funktionsschicht zu ermöglichen, insbesondere bei einem lateralen Anstellwinkel von größer als 5° zwischen der Strahldüse und dem Bauteil. Der laterale Anstellwinkel bezeichnet die Neigung der Strahldüse gegenüber einem Werkstück um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung verläuft. Bei den zu vermeidenden Unzulänglichkeiten kann es sich um eine wellig aufgetragene Funktionsschicht handeln, die von einer angestrebten glatten Funktionsschicht abweicht und die insbesondere aus einem unsachmäßig auf die Bauteiloberfläche gerichteten Zusatzwerkstoff resultieren kann. Bei den Unzulänglichkeiten kann es sich ferner um Bindefehler zwischen der Werkstoffoberfläche und der aufgetragenen Funktionsschicht oder zwischen einzelnen aufgetragenen Funktionsschichten handeln. Es kann sich bei den Unzulänglichkeiten auch um Poren, also Lufteinschlüsse, handeln, die innerhalb der aufgetragenen Funktionsschicht oder zwischen der aufgetragenen Funktionsschicht und der Werkstoffoberfläche auftreten. Insbesondere wenn es sich bei der Werkstoffoberfläche um einen Gusswerkstoff handelt, können Poren vermehrt auftreten. Bei den Unzulänglichkeiten kann es sich auch um Risse handeln, die insbesondere vertikal zur Werkstoffoberfläche innerhalb der aufgetragenen Funktionsschicht verlaufen. Die Unzulänglichkeiten können auch daraus bestehen, dass sich Pulverpartikel, insbesondere Karbide, des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs in einem Matrixmaterial des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs lösen, was zu einer Versprödung des Matrixmaterials führt. Die Erfindung zielt weiter insbesondere darauf ab, eine zuverlässige Strahldüse bereitzustellen, die gegenüber thermischen Belastungen widerstandsfähig ist. Die Erfindung kann weiter darauf abzielen, die Strahldüse derart auszugestalten, sodass sie über sehr hohe Zyklenanzahlen hinweg ein zuverlässiges und präzises Laserauftragschweißen gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch eine Strahldüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.

Entsprechend wird eine Strahldüse zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung vorgeschlagen, die einen Lichtkanal zur Führung zumindest eines Laserstrahls, der auf ein Werkstück gerichtet ist, aufweist. Beim Laserauftragschweißen kann es sich um ein Verfahren zum High- Speed Laserauftragschweißen (HS-LMD) handeln. Die Vorschubrichtung ist die Richtung, entlang der sich die Strahldüse relativ zu dem Werkstück bewegt. Sie kann aus einer Bewegung, insbesondere einer Rotationsbewegung, des Werkstücks, aus einer Bewegung der Strahldüse oder aus einer Überlagerung beider Bewegungen resultieren. Die Vorschubrichtung und die korrelierende Vorschubbewegung können über den Prozessverlauf konstant sein. Alternativ können sie mit dem jeweiligen Prozessstadium variieren. Bei dem Werkstück kann es sich um ein rotationssymmetrisches Werkstück, wie eine Bremsscheibe, einen Hydraulikzylinder, eine Druckwalze oder ein Gleitlager handeln. Der Laserstrahl kann durch den Lichtkanal hindurch strahlen. Er kann von einer Laserquelle bereitgestellt werden, von der der Laserstrahl mittels eines Lichtleitkabels zu einem Lasersystem geführt wird, das den Laserstrahl über eine Kollimationslinse aufteilt und ihn vor dessen Eintritt in die Strahldüse über eine Laseroptik prozessgerecht fokussiert. Der Lichtkanal kann ein hohler Kanal sein, der die gesamte Strahldüse entlang einer Längsrichtung durchläuft. Durch den Lichtkanal kann außer dem Laserstrahl auch ein Prozessgas zur Werkstückoberfläche geleitet werden.

Die Strahldüse hat ferner eine radial außerhalb des Lichtkanals angeordnete Pulvereinheit zur Führung zumindest eines Pulverstrahls, der zumindest mit einem ersten Pulverfokus auf das Werkstück aufzutragen ist. Die Pulvereinheit kann ausgehend von der Längsrichtung der Strahldüse radial außerhalb des Lichtkanals sein und kann Bestandteil einer Außenstruktur sein, die den Lichtkanal geschlossen umgibt. Der Pulverstrahl kann zumindest einen pulverförmigen Zusatzwerkstoff führen, der aus Hartstoffpartikeln, insbesondere Karbiden, und einem Matrixwerkstoff besteht. Die Pulvereinheit kann der Teil der Strahldüse sein, der dazu vorgesehen ist, den pulverförmigen Zusatzwerkstoff direkt oder indirekt zu führen. Der Pulverstrahl ist vollständig oder teilweise auf den ersten Pulverfokus fokussiert. Der erste Pulverfokus ist die Stelle, auf die die Pulvereinheit den Pulverstrahl ausrichtet. Der erste Pulverfokus kann exzentrisch zu einem Mittelpunkt des Lichtkanals sein.

An einem Düsenmund bildet die Pulvereinheit in einer Umfangsrichtung um den Lichtkanal einen Pulverabschnitt, der eine Mehrzahl an Injektorführungen aufweist, in die insbesondere jeweils ein Pulverinjektor einsetzbar ist, wobei eine erste Injektorführung bezogen auf den ersten Pulverfokus Im Wesentlichen gegenüber einer zweiten Injektorführung liegt. Eine Injektorführung kann als Aufnahme für einen Pulverinjektor dienen. Alternativ stellen die Injektorführungen selbst Injektoröffnungen dar, durch die der Pulverwerkstoff durch die Strahldüse geleitet wird, ohne auf zusätzliche Pulverinjektoren angewiesen zu sein. Die Pulvereinheit kann Teil des Düsenmunds sein. Der Düsenmund ist der dem Werkstück zugewandte Teil der Strahldüse. Der Endabschnitt des Düsenmunds hat einen distalen Bereich. Dieser stellt den Teil des Düsenmunds dar, der am nächsten zum Werk- stück ist. An dem von dem Werkstück abgewandten Abschnitt hat die Strahldüse einen proximalen Bereich und einen Flanschabschnitt. Der proximale Bereich und der Flanschabschnitt sind der dem Werkstück abgewandte Teil der Strahldüse. Über den Flanschabschnitt kann die Düse mit einem weiteren Bestandteil des Lasersystems, wie beispielsweise einer Laseroptik oder einer Prozesseinheit, koppelbar sein. Der Pulverabschnitt kann einen Abschnitt des Umfangs des Düsenmunds um den Lichtkanal ausbilden. Beispielsweise kann der Pulverabschnitt den größeren Teil des Umfangs des Düsenmunds ausmachen. Die Injektorführungen können zylindrische oder konische Durchgangsöffnungen im Bereich des Düsenmunds sein, in die jeweils ein Pulverinjektor einsetzbar ist. Die Injektorführungen können mittels einer spanenden Bearbeitung in den Düsenmund eingebracht werden. Bevorzugt sind sie jedoch bereits bei einer additiven Fertigung der Strahldüse vorgesehen. Die Injektorführungen können an den jeweils einzusetzenden Pulverinjektor angepasst sein. Die erste Injektorführung kann an dem ersten Pulverfokus punktgespiegelt zur zweiten Injektorführung liegen. Sie kann auch um eine Abweichung von 5° bis 15° entlang der Umfangsrichtung um den Lichtkanal punktgespiegelt sein. Die Strahldüse kann einen lateralen Anstellwinkel aufweisen. Der laterale Anstellwinkel bezeichnet die Neigung der Strahldüse gegenüber einem Werkstück um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung verläuft. Der laterale Anstellwinkel verläuft also seitlich zur Vorschubrichtung. Die Strahldüse kann ferner einen posterioren Anstellwinkel aufweisen. Der posteriorer Anstellwinkel bezeichnet die Neigung der Strahldüse entgegen der Vorschubrichtung. Der posteriore Anstellwinkel verläuft also in bzw. entgegen der Vorschubrichtung Die Strahldüse kann zumindest zwei Injektorführungen, die sich gegenüberliegen, aufweisen. Insbesondere kann sie vier oder mehr Injektorführungen aufweisen.

Die Strahldüse kann so eine erhöhte Variabilität (i) der Laserstrahlführung, (ii) der Anwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs, (iii) des Wärmemanagements, (iv) des Schutzes des Lasersystems inklusive der Strahldüse bewirken. Sie ermöglicht das Vorsehen mehrerer unabhängiger Prozesszonen bei hoher Präzision. Die Prozesszonen können sich in Zonen für das Laserauftragschweißen und Zonen für die Vor- und/oder Nachbearbeitung aufteilen. In den Zonen für das Laserauftragschweißen findet eine Wechselwirkung zwischen zumindest einem Laserstrahl und einem pulverförmigen Zusatzmaterial statt. Die Vor- und/oder Nachbearbeitung kann das Reinigen der Werkstoffoberfläche, die Vorwärmung der Werkstoffoberfläche, bevor der pulverförmige Zusatzwerkstoff aufgetragen wird, die Nachwärmung der Werkstoffoberfläche, nachdem der pulverförmige Zusatzwerkstoff aufgetragen worden ist, oder eine Kombination davon sein. Bei der Vor- und/oder Nachbearbeitung kann der Laserstrahl ohne Wechselwirkung mit dem pulverförmigen Zusatzmaterial auf das Werkstück treffen. Die unabhängigen Prozesszonen können die Schweißqualität und somit die die Belastbarkeit der aufgetragenen Funktionsschicht, insbesondere der Verschleiß- Schutzschicht, und des Werkstücks insgesamt erhöhen. Ein zusätzliches Prozessgas kann die Prozesszonen stabilisieren und die Präzision des Laserauftragschweißens sowie die Lebensdauer der Strahldüse erhöhen. Ferner können die gegenüberliegenden Injektorführungen dazu beitragen, dass die Funktionsschicht glatt, mithin frei von einer Welligkeit, auf die Werkstückoberfläche des Werkstücks aufgetragen wird und eine Stabilität der Strahldüse erhöht ist.

Insbesondere kann die Strahldüse das Auftreten von Bindefehlern verringern. Denn Bindefehler können dann auftreten, wenn die von dem Laserstrahl erhitzte Oberfläche, etwa das Werkstück oder eine zuvor aufgeschweißte Funktionsschicht, nicht ausreichend erwärmt wurde. Diese mangelnde Erwärmung kann die Folge davon sein, dass eine Laserleistung eines einzelnen Laserstrahls geringgehalten wird, um eine Überhitzung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs zu vermeiden. Durch die erhöhte Variabilität der Laserstrahlführung, die erhöhte Variabilität der Anwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs und/oder die erhöhte Variabilität des Wärmemanagements der Strahldüse kann das Auftreten von Bindefehlern verringert oder gar vermieden werden, insbesondere indem die gegenüberliegenden Injektorführungen ein sich ausgleichendes Aufträgen verschiedener Ströme des Pulverstrahls ermöglichen.

Weiter insbesondere kann die Strahldüse das Auftreten von Poren zwischen der aufgeschweißten Funktionsschicht und der von dem Laserstrahl erhitzten Oberfläche verringern. Denn Poren können dann auftreten, wenn in dem Werkstück befindliche Lamellen, insbesondere Graphitlamellen, durch die Laserstrahlung verdampfen. Poren können ferner auftreten, wenn die zu bearbeitende Oberfläche Verunreinigungen aufweist, beispielsweise verursacht von Ölen, Fetten, Kühlschmierstoffen oder Oxide, die durch den Schweißprozess nicht vollständig abgeführt werden können. Die unerwünschte Verdampfung der Verunreinigungen kann die Folge davon sein, dass eine Laserleistung eines einzelnen Laserstrahls derart hoch eingestellt ist, dass Bindefehler aufgrund mangelnder Erwärmung vermieden werden können. Durch die erhöhte Variabilität der Laserstrahlführung, die erhöhte Variabilität der Anwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs und/oder die erhöhte Variabilität des Wärmemanagements der Strahldüse kann das Auftreten von Poren verringert oder gar vermieden werden, insbesondere indem die gegenüberliegenden Injektorführungen ein sich ausgleichendes Aufträgen verschiedener Ströme des Pulverstrahls ermöglichen.

Weiter insbesondere kann die Strahldüse das Auftreten von Rissen in der aufgeschweißten Funktionsschicht verringern. Denn Risse können dann auftreten, wenn ein Temperaturgradient zwischen dem stark erhitzten pulverförmigen Zusatzwerkstoff und der weniger stark erhitzten Werkstückoberfläche so stark ist, dass eine bei der Abkühlung auftretende Materialschrumpfung rissbegründende Spannungen nach sich zieht. Die Rissbildung kann die Folge davon sein, dass eine Laserleistung eines einzelnen Laserstrahls derart hoch eingestellt ist, dass Bindefehler aufgrund mangelnder Erwärmung vermieden werden können. Durch die erhöhte Variabilität der Laserstrahlführung, die erhöhte Variabilität der Anwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs und/oder die erhöhte Variabilität des Wärmemanagements der Strahldüse kann das Auftreten von Rissen verringert oder gar vermieden werden, insbesondere indem die gegenüberliegenden Injektorführungen ein sich ausgleichendes Aufträgen verschiedener Ströme des Pulverstrahls ermöglichen.

Weiter insbesondere kann die Strahldüse eine Auflösung von Hartstoffpartikeln, insbesondere Karbiden, in dem Matrixmaterial verringern. Das pulverförmige Zusatzmaterial kann Hartstoffpartikel, insbesondere Karbide, und ein Matrixmaterial aufweisen. In der aufgeschweißten Funktionsschicht sollen die Hartstoffpartikel ungelöst vorhanden sein, um die Belastbarkeit der Funktionsschicht zu erhöhen. Hartstoffpartikel können sich jedoch auflösen, wenn der pulverförmige Zusatzwerkstoff mit einer zu hohen Bestrahlungsstärke beaufschlagt wird und die Hartstoffpartikel somit aufschmelzen. Aufgelöste Hartstoffpartikel bewirken eine Versprödung der aufgeschweißten Funktionsschicht, weil das Matrixmaterial weniger duktil ist, wodurch beispielsweise durch Schrumpfungen auftretende Spannungen bei der Abkühlung oder der Belastung des Werkstücks nicht von dem Matrixmaterial aufgenommen werden können. Durch die erhöhte Variabilität der Laserstrahlführung, die erhöhte Variabilität der Anwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs und/oder die erhöhte Variabilität des Wärmemanagements der Strahldüse kann die Auflösung von Hartstoffpartikeln verringert oder gar vermieden werden, insbesondere indem die gegenüberliegenden Injektorführungen ein sich ausgleichendes Aufträgen verschiedener Ströme des Pulverstrahls ermöglichen.

Weiter insbesondere kann die Strahldüse ein Anhaften von Pulverpartikeln am Düsenmund verhindern. Aufgrund der hohen Prozesswärme kann es aufgrund der reflektierenden Laserstrahlung und/oder aufgrund einer Metalldampffackel grundsätzlich zu einem Anhaften oder gar einem Verschweißen von Zusatzwerkstoff am Düsenmund kommen, was zu einer Störung der Gas- und Pulverströme führen kann, die in der Folge das Prozessergebnis beeinträchtigt. Die Metalldampffackel ist ein Ergebnis der teilweisen Verdampfung des Werkstoffs aufgrund des Laserauftragschweißens. Sie kann zu einer Streuung und/oder einer Absorption von Laserstrahlung führen und in der Folge die Vorwärmung des Werkstücks beeinträchtigen. Dies kann die Ausbildung von Bindefehlern weiter begünstigen. Durch die erhöhte Variabilität der Laserstrahlführung, die erhöhte Variabilität der Anwendung eines pulverförmigen Zusatzwerkstoffs und/oder die erhöhte Variabilität des Wärmemanagements der Strahldüse kann die unerwünschte Auflösung von Hartstoffpartikeln sowie eine Ausbreitung der Metalldampffackel verringert oder gar vermieden werden, insbesondere indem die gegenüberliegenden Injektorführungen ein sich ausgleichendes Aufträgen verschiedener Ströme des Pulverstrahls ermöglichen.

Die gegenüberliegenden Injektorführungen verringern oder vermeiden eine wellig aufgetragene Funktionsschicht, die von einer angestrebten glatten Funktionsschicht abweicht. Die Welligkeit kann aus Parametertoleranzen resultieren. Durch das zumindest näherungsweise paarweise Gegenüberliegen der Injektorführungen und in der Folge der darin angeordneten Pulverinjektoren wird ein fluidischer Ausgleich der einzelnen Ströme des Pulverstrahls beim Aufträgen der Funktionsschicht sichergestellt. Ferner ist eine kinematische Stabilität der Strahldüse durch das ausgleichende Element, das von den gegenüberliegenden Injektorführungen hervorgerufen ist, erhöht. Ferner trägt die Strahldüse dazu bei, dass ein Prozessfenster, in dem ein prozessgereichtes Aufträgen der Funktionsschicht ermöglicht ist, erhöht ist, indem die Beeinflussung der Welligkeit durch Schwankungen der Laserleistung, des Düsenabstandes und/oder des Förder- und/oder Düsengases verringert ist. Die Pulverkaustik hat einen langen Ausdehnungsbereich in Strahlrichtung mit einem näherungsweise konstanten Pulverfokusdurchmesser. Damit können Schwankungen der Beschichtung und insbesondere Welligkeiten vermieden werden.

In einer Ausführungsform sind die im Wesentlichen gegenüberliegenden Injektorführungen am ersten Pulverfokus punktgespiegelt, sodass sich je zwei der Mehrzahl an Injektorführungen bezogen auf den Mittelpunkt des Lichtkanals gegenüberliegen. Sie haben demnach eine zueinander geometrisch bestimmte Position. Dies trägt weiter dazu bei, die kinematische Stabilität der Strahldüse zu erhöhen und das entsprechende Prozessfenster weiter zu erhöhen.

In einer Ausführungsform ist die Mehrzahl an Injektorführungen eine ungerade Anzahl, wobei eine hintere Injektorführung, die in der Vorschubrichtung vorne liegt, als einzige der Mehrzahl an Injektorführungen keine gegenüberliegende Injektorführung hat. Bezogen auf eine Mittelachse der Strahldüse ist die hintere Injektorführung zentral angeordnet, schneidet also die Mittelachse. Insofern ruft der aus ihr hervortretende Pulverstrahl keine Unwucht gegenüber der Mittelachse hervor und bedarf keiner gegenüberliegenden Injektorführung. In einer alternativen Ausführungsform ist die Mehrzahl an Injektorführungen eine gerade Anzahl, sodass jede Injektorführung eine gegenüberliegende Injektorführung aufweist. Somit ist eine hohe Laufruhe der Strahldüse während der Prozessbearbeitung garantiert, was weiter zur glatten Oberfläche der Funktionsschicht beiträgt.

In einer Ausführungsform ist in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung orthogonal verläuft, die erste Injektorführung und/oder die zweite Injektorführung gegenüber einer Längsachse des Lichtkanals geneigt, vorzugsweise um einen Injektorwinkel zwischen 10° und 25° geneigt. Die einzelnen Injektorführungen können in unterschiedlichen Richtungen verlaufen. Vorzugsweise steht keine der Richtungen indes senkrecht zur Vorschubrichtung. Somit weist die Strahldüse vorzugsweise keine Injektorführungen und in der Folge keine Pulverinjektoren auf, die senkrecht zur Vorschubrichtung, mithin dem Tangentialvorschub, ausgerichtet sind. Durch die Neigung der Injektorführungen und die daraus resultierenden Injektorwinkel lassen sich die Eigenschaften der Funktionsschicht prozessgerecht anpassen. Eine Längsachse des Lichtkanals, entlang der der Laserstrahl verläuft, kann gegenüber einem Lot der Werkstückoberfläche des Werkstücks in verschiedenen Richtungen geneigt sein. Der Laserstrahl ist somit nicht orthogonal, beispielsweise um den posterioren Anstellwinkel geneigt, auf das Werkstück ausgerichtet, etwa um eine Reflexionstrahlung gezielt über den Absorptionsabschnitt aufzunehmen. Ferner kann eine Neigung zu dem lateralen Anstellwinkel dazu beitragen, das die Funktionsschicht geometrisch bis an den sogenannten Nabenhut einer Bremsscheibe beschichtet werden kann. Der Nabenhut kann eine Störkontur darstellen, wodurch bei orthogonal zur Bremsscheibenoberfläche ausgerichteter Düse eine Kollision erzeugt werden kann.

In einer Ausführungsform ist jede der Mehrzahl an Injektorführungen auf den ersten Pulverfokus ausgerichtet, wobei insbesondere der erste Pulverfokus auf einer Längsachse des Lichtkanals, entlang der der Laserstrahl verläuft, liegt. Entsprechend fördern die Pulverinjektoren ihren jeweiligen Strom auf dieselbe Stelle. Die Strahldüse ermöglicht somit ein Aufträgen des Pulverstrahls auf die Werkstückoberfläche derselben Stelle, was das Aufträgen einer hohen Funktionsschicht innerhalb einer geringen Zeitspanne gewährleistet. Der erste Pulverfokus kann beispielsweise mittig in einer kreisförmigen Öffnung des Lichtkanals oder auch exzentrisch in einer gestreckten Öffnung liegen. Die Injektorführungen respektive darin eingesetzt Pulverinjektoren können einen gemeinsamen Fokus bzw. Fokusbereich, etwa auf einer Laser-Sekundärsymmetrieachse, aufweisen.

In einer Ausführungsform ist die Mehrzahl an Injektorführungen zu einem ersten Teil auf den ersten Pulverfokus ausgerichtet und zu einem zweiten Teil auf einen zweiten Pulverfokus ausgerichtet, wobei insbesondere der erste Pulverfokus und der zweite Pulverfokus entlang der Vorschubrichtung verlaufen und somit eine Fokuslinie bilden. Die Injektorführungen bilden somit zwei Pulverfoki aus, was ein gleichmäßiges Aufträgen der Funktionsschicht entlang der Vorschubrichtung begünstigt. Es können diejenigen Injektorführungen, die im Bereich des ersten Pulverfokus angeordnet sind, auf den ersten Pulverfokus ausgerichtet sein und diejenigen, die im Bereich des zweiten Pulverfokus angeordnet sind, auf den zweiten Pulverfokus ausgerichtet sein. Dies gewährleistet eine örtliche und funktionale Trennung der einzelnen Injektorführungen, was die fluidischen Eigenschaften der Strahldüse weiter begünstigt. In einer Ausführungsform ist ein erster Pulverinjektor in die erste Injektorführung eingesetzt und dazu vorbereitet, einen ersten Pulvermassenstrom zu fördern und ein zweiter Pulverinjektor ist in die zweite Injektorführung eingesetzt und dazu vorbereitet, einen zweiten Pulvermassenstrom zu fördern, wobei der erste Pulvermassenstrom von dem zweiten Pulvermassenstrom abweicht. Der erste Pulverinjektor kann gegenüberliegend von dem zweiten Pulverinjektor vorgesehen sein. Der erste Pulverinjektor kann derart angeordnet sein, dass er mit einem Primärstrahl des Laserstrahls interagiert. Der zweite Pulverinjektor kann derart angeordnet sein, dass er mit einem Sekundärstrahl des Laserstrahls interagiert. Der Primärstrahl und der Sekundärstrahl können zueinander identisch sein oder eine zueinander unterschiedliche Energie transportieren. Das Vorsehen des ersten Pulvermassenstroms und des zweiten Pulvermassenstroms ermöglicht es der Strahldüse, mehr als eine Prozesszone zu realisieren, was weiter zu erhöhten Variabilität der Strahldüse beiträgt. Insbesondere fördert der erste Pulvermassenstrom ein von dem zweiten Pulvermassenstrom abweichendes Pulver. Somit kann auf das Werkstück eine Funktionsschicht mit variablen Materialien aufgetragen werden. Alternativ können der erste Pulvermassenstrom und der zweite Pulvermassenstrom dasselbe Pulver auf das Werkstück ausrichten. Das Anpassen des Pulvermassenstroms an den jeweils zu versorgenden Injektoren trägt weiter zur erhöhten Variabilität bei.

In einer Ausführungsform ist eine orthogonal zur Längsrichtung der Strahldüse verlaufende Querschnittsfläche des Lichtkanals von einer Kreisform abweichend in der Vorschubrichtung gestreckt und der Pulverabschnitt erstreckt sich entlang eines Langlochbogens, insbesondere hufeisenförmig, um den Lichtkanal. Der Langlochbogen stellt analog zu einem Kreisbogen eine das Langloch in einem Sektor umgebende Linie dar. Der verbleibende Teil des Langlochs, der nicht von dem Langlochbogen, entlang dem sich der Pulverabschnitt erstreckt, erfasst ist, kann von dem Vorschubabschnitt ausgefüllt sein. Der Pulverabschnitt kann sich zumindest teilweise entlang der zwei gegenüberliegenden, geraden Enden des Langlochs und des dazwischenliegenden Teilkreisabschnitts erstrecken, um die Hufeisenform zu bilden. Dies trägt weiter dazu bei, dass mehr als eine Prozesszone vorgesehen sein kann. Entlang der gestreckten Querschnittsfläche des Lichtkanals kann zumindest ein Laserstrahl, insbesondere zumindest ein kreisförmiger Laserstrahl und/oder ein ovaler Laserstrahl, derart geführt werden, dass sich mehr als eine Prozesszone ausbildet, was das Schweißverhalten begünstigt und die Unzulänglichkeiten der Schweißverbindung, insbesondere das Auftreten von Bindefehlern, Poren, Rissen und oder der Auflösung von Karbiden in dem Matrixmaterial, verringert und die Belastbarkeit der aufgetragenen Funktionsschicht erhöht. Somit können das Aufschmelzverhalten, das Pulverstrahlverhalten, die stoffschlüssige Verbindung und das Abkühlverhalten variabel an die jeweilige Anwendung und die jeweils vorherrschenden Werkstoffeigenschaften und Prozessparameter angepasst werden. In einer Ausführungsform setzt sich der Pulverabschnitt aus einem ersten Pulverabschnitt und einem zweiten Pulverabschnitt zusammen und der erste Pulverabschnitt ist von dem zweiten Pulverabschnitt durch eine Pulverabschnittlücke getrennt. Der erste und der zweite Pulverabschnitt können die gegenüberliegenden Injektorführungen effizient realisieren. Jede Injektorführung im ersten Pulverabschnitt kann eine gegenüberliegende, korrespondierende Injektorführung im zweiten Pulverabschnitt aufweisen. Die Winkelsumme aus dem ersten Pulverabschnitt und dem zweiten Pulverabschnitt kann einen Umschlingungswinkel bilden. Wenn dieser, wie nachstehend aufgeführt, bestimmte Winkelspannen erreicht, setzen sich diese Winkelspanne in der Ausführungsform, in der der Pulverabschnitt aus dem ersten und dem zweiten Pulverabschnitt zusammengesetzt ist, aus der Summe des Winkelabschnitts des ersten Pulverabschnitts und des Winkelabschnitts des zweiten Pulverabschnitts zusammen.

In einer Ausführungsform erstreckt sich der Pulverabschnitt in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal um einen Umschlingungswinkel zwischen 45° und 330°, insbesondere zwischen 90° und 300°, weiter insbesondere zwischen 180° und 300°, bezogen auf einen Mittelpunkt des Lichtkanals. Der Umschlingungswinkel kann dahingehend optimiert sein, dass eine Injektorführung jeweils eine gegenüberliegende Injektorführung aufweisen kann. So kann sich der Pulverabschnitt um einen größeren Abschnitt um den Lichtkanal erstrecken als der Vorschubabschnitt. Somit kann eine zufriedenstellende Pulverzufuhr durch die Pulvereinheit und insbesondere darin angeordnete Injektoren sichergestellt sein. Eine passgenaue Anpassung des Pulverabschnitts und des Vorschubabschnitts an die jeweiligen Prozessbedingungen ermöglichen ein effizientes Schweißverhalten ohne Unzulänglichkeiten. Insbesondere dann, wenn der Düsenmund eine Anschrägung aufweist, durch die ein Teil des Düsenmunds abgeschnitten ist, liegt der Umschlingungswinkel des Pulverabschnitts zwischen 90° und 180°. Hat der Düsenmund keine Anschrägung, liegt der Düsenmund bevorzugt oberhalb von 180°. In der Ausführungsform, in der sich der Pulverabschnitt aus einem ersten Pulverabschnitt und einem zweiten Pulverabschnitt zusammensetzt, stellt der Umschlingungswinkel die Winkelsumme aus dem ersten Pulverabschnitt und im zweiten Pulverabschnitt dar.

In einer Ausführungsform ist der Lichtkanal dazu angepasst, eine Mehrzahl an Laserstrahlen zu führen, wobei die Mehrzahl einen ersten Laserstrahl als Primärstrahl und einen zweiten Laserstrahl als Sekundärstrahl hat. Der Primärstrahl und der Sekundärstrahl können auf dasselbe Lichtleitkabel zurückgehen. Ein bereitgestelltes Laserlicht kann über eine Kollimationslinse in ein parallel gerichtetes Strahlbündel aufgeteilt werden. Das Strahlbündel kann beispielsweise durch eine Keilplatte aus einem einzelnen Laserstrahl den Primärstrahl und den Sekundärstrahl formen. In diesem Fall können der Primärstrahl und der Sekundärstrahl dieselbe Wellenlänge haben und dieselbe Energie transportieren. Alternativ können sich der Primärstrahl und der Sekundärstrahl hinsichtlich ihrer Wellenlänge und ihrer Energie unterscheiden. Die jeweiligen Mittelpunkte des Primärstrahls und des Sekundärstrahls können in der Vorschubrichtung in einer Linie versetzt zu einem Mittelpunkt des Lichtkanals liegen. Das Vorsehen der Mehrzahl an Laserstrahlen begünstigt die zuverlässige Umsetzung mehrerer Prozesszonen.

In einer Ausführungsform schließt sich in der Umfangsrichtung ein pulvereinheitfreier Vorschubabschnitt an den Pulverabschnitt an, der in einem der Vorschubrichtung zugewandten Bereich des Düsenmunds ausgebildet ist. Der Pulverabschnitt und der Vorschubabschnitt können zusammen den gesamten Umfang des Düsenmunds um den Lichtkanal ausbilden. Beispielsweise kann der Pulverabschnitt den größeren Teil als der Vorschubabschnitt ausmachen. In der Draufsicht können der Pulverabschnitt und der Vorschubabschnitt entlang einer Öffnung des Lichtkanals geschlossen verlaufen. Der der Vorschubrichtung zugewandte Bereich des Düsenmunds ist in einer Draufsicht an dem Ende der Düse vorgesehen, das Nahe der Vorschubrichtung ist. Eine Stirnseite des Vorschubabschnitts zeigt in Richtung des Werkstücks. Der Vorschubabschnitt kann sich entlang der Umfangsrichtung um den Lichtkanal in einer Winkelspanne erstrecken. Die Winkelspanne, in der sich der Vorschubabschnitt erstreckt, kann kleiner sein als die Winkelspanne, in der sich der Pulverabschnitt erstreckt. Der Bereich, in dem der Vorschubabschnitt ausgebildet ist, kann mit der Position und Ausrichtung der Injektorführungen und der Pulverinjektoren, die den pulverförmigen Zusatzwerkstoff auf das Werkstück auftragen, korrelieren. Die Aufteilung in einen Pulverabschnitt und einen Vorschubabschnitt kann zudem eine Lücke in der Pulverkaustik bewirken, was weiter zu den verschiedenen Prozesszonen beiträgt. Durch die Aufteilung in einen Pulverabschnitt und einen Vorschubabschnitt ist ein Schweißverhalten ohne die vorgenannten Unzulänglichkeiten ermöglicht.

In einer Ausführungsform ist radial außerhalb des Lichtkanals eine Prozessgaseinheit zur Führung eines Prozessgases angeordnet, wobei die Prozessgaseinheit in der Umfangsrichtung einen Prozessgasabschnitt bildet, der den Vorschubabschnitt einnimmt. Die Prozessgaseinheit kann ausgehend von der Längsrichtung der Strahldüse radial außerhalb des Lichtkanals sein und kann Bestandteil der Außenstruktur sein, die den Lichtkanal geschlossen umgibt. Das Prozessgas kann die Pulverkaustik und die von ihr hervorgerufene Werkstückbearbeitung positiv beeinflussen. Die Prozessgaseinheit kann der Teil der Strahldüse sein, der dazu vorgesehen ist, das Prozessgas direkt oder indirekt zu führen. Die Prozessgaseinheit kann zusätzliche Injektorführungen aufweisen, in die zusätzliche Injektoren einsetzbar sind. Sie kann auch einen Ringspalt aufweisen, innerhalb dessen das Prozessgas geführt wird. An dem Düsenmund bildet die Prozessgaseinheit in einer Umfangsrichtung um den Lichtkanal den Prozessgasabschnitt. Die Prozessgaseinheit kann Teil des Düsen- munds sein. In der Draufsicht kann der Prozessgasabschnitt zumindest abschnittsweise entlang der Öffnung des Lichtkanals verlaufen. Der Prozessgasabschnitt kann der Teil der Prozessgaseinheit sein, aus dem das Prozessgas aus der Strahldüse austritt. Der Prozessgasabschnitt kann sich an dem Düsenmund in der Umfangsrichtung an den Pulverabschnitt anschließen. Somit kann der Prozessgasabschnitt in der Umfangsrichtung unmittelbar neben dem Pulverabschnitt sein. So kann das Prozessgas auf die Pulverkaustik und das andauernde Laserauftragschweißen stabilisierend einwirken. Der Prozessgasabschnitt kann sich an den Pulverabschnitt derart anschließen, dass in der Umfangsrichtung ein solcher Übergang stattfindet, dass ein Inneres von dem Prozessgasabschnitt und dem Pulverabschnitt von einem Äußeren getrennt ist. Die Trennung kann dergestalt sein, dass möglichst wenig Fluid zwischen dem Inneren und dem Äußeren ausgetauscht wird. Dies kann zur Stabilisierung der Prozesszonen beitragen und simultan ein Anhaften der Pulverpartikel an einer Stirnseite der Strahldüse verhindern und somit die Lebensdauer der Strahldüse erhöhen.

In einer Ausführungsform ist die Strahldüse mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels Pulverbett-Schmelzen, hergestellt. Hierfür kann die Strahldüse aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, insbesondere einer Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung, bestehen. Diese eignet sich für die additive Fertigungsverfahren einerseits und gewährleistet andererseits eine ausreichende Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Wärmebeständigkeit, um den Prozessanforderungen standzuhalten. Beim Pulverbett-Schmelzen ist der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform vorhanden. Ein Laserstrahl erhitzt das Pulver entlang der vorgesehenen Geometrie, wodurch sich das Pulver verflüssigt und stoffschlüssig verbindet. Das Pulverbett-Schmelzen kann beispielsweise als Selective Laser Melting („SLM“) oder als Selektives Lasersintern („SLS“) ausgeformt sein. Die Strahldüse kann aus einem nicht-ferromagnetischen und/oder nicht-ferromagnetisierbaren Material bestehen.

In einer Ausführungsform weist der Düsenmund eine Anschrägung auf, durch die ein Teil des Düsenmunds abgeschnitten ist, wobei die Anschrägung im Wesentlichen flächig ausgestaltet ist und in einer Ebene verläuft, die gegenüber der Längsrichtung der Strahldüse geneigt ist. Die Anschrägung kann den Pulverabschnitt und den pulverabschnittfreien Vorschubabschnitt bzw. den Prozessgasabschnitt in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal abschneiden. Die Anschrägung verringert das Volumen des Düsenmunds gegenüber der Ausführungsform, in der keine Anschrägung vorgesehen ist. So nimmt der Düsenmund einen verringerten Bauraum ein. Die Strahldüse mit der Anschrägung kann beispielsweise herangezogen werden, um eine Bremsscheibe zu beschichten, die eine Aufnahme, mithin einen Nabenhut, aufweist, die gegenüber der zu beschichtenden Funktionsfläche axial hervorsteht. Die Anschrägung stellt sicher, dass die Strahldüse flexibel auf der zu beschichtenden Funktionsfläche beweglich ist und nahe an die Aufnahme herangefahren werden kann. Die Anschrägung kann im distalen Bereich nach Art einer Passante an dem Langloch oder auch der kreisförmigen Öffnung verlaufen. Die Passante definiert die Orientierung der Anschrägung an dem Düsenmund. Die Passante verläuft in der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche der Strahldüse entlang einer Gerade oder eines Bogens, die bzw. der das Langloch weder schneidet noch berührt. Der Abstand der Passante von dem Mittelpunkt des Lichtkanals ist größer als der Abstand des entsprechenden Abschnitts des Langlochs von dem Mittelpunkt des Lichtkanals. Der Abstand zwischen der Passante und einer Außenkante des Langlochs ist derart gewählt, dass die dazwischenliegende Wandstärke eine ausreichende Festigkeit und Beanspruchbarkeit der Strahldüse gewährleistet. Der Düsenmund kann auch zwei Anschrägungen, die symmetrisch am Düsenmund angeordnet sind, aufweisen. Insbesondere ist die Anschrägung an der dem Nabenhut zugewandten Seite des Düsenmunds vorgesehen, um den lateralen Anstellwinkel der Strahldüse gegenüber dem Lot der Werkstückoberfläche erhöhen zu können.

In einer Ausführungsform bildet die Prozessgaseinheit an einer Stirnseite der Strahldüse zumindest eine Austrittsöffnung aus, aus der das Prozessgas zum Werkstück leitbar ist, wobei insbesondere in der zumindest einen Austrittsöffnung ein zusätzlicher Injektor zur Zuführung des Prozessgases ohne Zusatzwerkstoff angeordnet ist. Die Austrittsöffnung kann an der Stirnseite derart ausgestaltet sein, dass die Fläche, an der Hartstoffpartikel anhaften können, minimiert ist. Das Prozessgas, das aus der Austrittsöffnung geleitet wird, kann von dem Prozessgas, das innerhalb des Lichtkanals geleitet wird, unterstützt werden. In jeder Austrittsöffnung kann ein zusätzlicher Injektor angeordnet sein. Der zusätzliche Injektor unterscheidet sich von den Injektoren, die in den Injektorführungen der Pulvereinheit angeordnet sind. Letztere transportieren die Hartstoffpartikel zur Werkstückoberfläche, Erstere transportieren das Prozessgas.

In einer Ausführungsform erstreckt sich der Prozessgasabschnitt zumindest abschnittsweise entlang eines Langlochbogens, insbesondere bogenförmig, um den Lichtkanal. Der Langlochbogens stellt analog zu einem Kreisbogen eine das Langloch in einem Sektor umgebende Linie dar. Der verbleibende Teil des Langlochs, der nicht von dem Langlochbogen, entlang dem sich der Prozessgasabschnitt erstreckt, erfasst ist, kann von dem Pulverabschnitt ausgefüllt sein. Der Prozessgasabschnitt kann sich zumindest teilweise entlang eines Teilkreisabschnitts, insbesondere des Teilkreisabschnitts, der in der Vorschubrichtung vorne liegt, erstrecken, um die Bogenform zu bilden. Dies trägt weiter dazu bei, die Laserstrahlführung und/oder die Pulverkaustik zu stabilisieren.

In einer Ausführungsform erstreckt sich der Prozessgasabschnitt in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal um einen Umschlingungswinkel zwischen 5° und 180°, insbesondere zwischen 45° und 120°, bezogen auf einen Mittelpunkt des Lichtkanals. So kann sich der Prozessgasabschnitt um einen kleineren Abschnitt um den Lichtkanal erstrecken als der Pulverabschnitt. Somit kann eine zufriedenstellende Pulverzufuhr durch die Pulvereinheit und insbesondere darin angeordnete Injektoren bei Vermeidung einer Anhaftung oder eine Ausbreitung der Dampffackel sichergestellt sein. Eine passgenaue Anpassung des Pulverabschnitts und des Prozessgasabschnitts an die jeweiligen Prozessbedingungen ermöglichen ein effizientes Schweißverhalten ohne Unzulänglichkeiten.

In einer Ausführungsform umgeben der Prozessgasabschnitt und der Pulverabschnitt zusammen den Lichtkanal in der Umfangsrichtung vollständig, mithin um 360°. Die aus dem Prozessgasabschnitt und dem Pulverabschnitt austretenden Strahlen können somit ein Inneres, das sich innerhalb der Strahlen ausbildet, und ein Äußeres, das sich außerhalb der Strahlen ausbildet, voneinander trennen. Die sich aufgrund der Wechselwirkung der Pulverpartikel mit dem Laserstrahl ergebende Metalldampffackel, auch Dampffackel genannt, kann auf diese Weise nicht aus dem Inneren austreten, was eine unerwünschte Interaktion der Dampffackel mit dem Werkstück unterbindet.

In einer Ausführungsform verläuft eine Stirnseite der Strahldüse bzw. die Stirnseite aus der vorstehenden Ausführungsform gegenüber der Längsachse des Lichtkanals, entlang der der Laserstrahl verläuft, angewinkelt, sodass die Stirnseite dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen planparallel zu einer Werkstückoberfläche zu verlaufen. Somit kann ein Abstand von dem Düsenmund zum Werkstück bei angewinkeltem Verlauf erhöht sein. Dies verringert die thermische Belastung des Düsenmunds. Zudem ermöglicht die angewinkelte Stirnseite eine verbesserte Schutzgasabdeckung des Werkstücks. Denn die planparallele Fläche der Stirnseite ermöglicht ein orthogonal zum Werkstück austretenden Schutzgasstrom. In einer Ausführungsform ist die Strahldüse dazu angepasst, den Laserstrahl entlang der Längsrichtung der Strahldüse zu führen, sodass der zumindest eine Laserstrahl orthogonal zur Querschnittsfläche verläuft. Ferner kann der Lichtkanal dazu angepasst sein, an einem radial äußeren Abschnitt ein Schutzgas zur Abschirmung einer Prozesszone zu führen.

Die Offenbarung betrifft in einer Ausführungsform ferner ein System mit einer offenbarungsgemäßen Strahldüse und einem Werkstück. Die Strahldüse ist um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung verläuft, geneigt, um gegenüber dem Werkstück um einen lateralen Anstellwinkel zu bilden, sodass in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung orthogonal verläuft, eine Längsachse des Lichtkanals, entlang der der Laserstrahl verläuft, von einem Lot einer Werkstückoberfläche des Werkstücks abweicht Die laterale Neigung kann durch eine Relativbewegung der Strahldüse zum Werkstück oder des Werkstücks zu Strahldüse realisiert werden. Beispielsweise kann eine Werkstückauflage gegenüber der Strahldüse geneigt sein. Die laterale Neigung kann derart gewählt sein, dass der fluidische Ausgleich der einzelnen Ströme des Pulverstrahls beim Aufträgen der Funktionsschicht optimiert ist. Das System kann Pulverinjektoren aufweisen. In jeder Injektorführung kann ein Pulverinjektor eingesetzt sein. Insbesondere besteht die Strahldüse und/oder die Pulverinjektoren aus einem nicht-ferromagnetischen Material oder aus einem nicht-ferromagnetisierbaren Material.

In einer Ausführungsform liegt der laterale Anstellwinkel zwischen 2° und 45°, insbesondere zwischen 5° und 30°, weiter insbesondere zwischen 10° und 25°. Bei diesen Anstellwinkeln lässt sich eine glatte Funktionsschicht, die frei von einer Welligkeit ist, effizient realisieren. So tragen diese Anstellwinkel bei der gegenüberliegenden Anordnung der Injektorführungen weiter zur Vermeidung von Unzulänglichkeiten in der Funktionsschicht bei. Es hat sich ferner herausgestellt, dass bei diesen Anstellwinkeln ein idealer Kompromiss aus Aufnahme der Reflexionstrahlung über die Strahldüse und Schweißverhalten das Laserauftragschweißen erzielt wird.

In einer Ausführungsform ist zumindest eine, insbesondere jede, der Mehrzahl an Injektorführungen, insbesondere die erste Injektorführung und/oder die zweite Injektorführung, in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung orthogonal verläuft, gegenüber der Längsachse des Lichtkanals geneigt, vorzugsweise um einen Injektorwinkel zwischen 10° und 25° geneigt, wobei eine Winkelsumme aus dem lateralen Anstellwinkel und dem Injektorwinkel dergestalt ist, dass eine dem Werkstück zugeneigte Injektorführung mit dem Werkstück einen Werkstückwinkel von maximal 30°, insbesondere maximal 45°, weiter insbesondere maximal 50° einschließt. Die Summe aus dem lateralen Anstellwinkel und dem Injektorwinkel bewirkt, dass die dem Werkstück zugeneigte Injektorführung in einem späteren Winkel zum Werkstück steht, als andere Injektorführungen. Ist der Werkstoffwinkel der dem Werkstück zugeneigten Injektorführung zu spitz, kann hierunter die von jenem Injektor aufgetragene Funktionsschicht leiden. In dieser Ausführungsform ist der Werkstückwinkel daher nicht kleiner als 30° zu wählen. Insbesondere sind der laterale Anstellwinkel und der Injektorwinkel derart aufeinander abgestimmt, dass ein Unterschreiten des Werkstückwinkels vermieden ist. Auf diese Weise lässt sich ein optimales Verhältnis aus hochwertiger Funktionsschicht, nahe an einen Nabentopf herangetragene Funktionsschicht und effizienter Bearbeitungszeit realisieren.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung, insbesondere mittels einer Strahldüse oder eines Systems gemäß dieser Offenbarung. Das Verfahren weist den Schritt des Ausrichtens der Strahldüse auf ein Werkstück auf. Sobald die Strahldüse auf das Werkstück ausgerichtet ist, kann der Prozess des Laserauftragschweißens beginnen. Das Verfahren weist ferner den Schritt des Neigens der Strahldüse um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung verläuft, auf, sodass die Strahldüse gegenüber dem Werkstück in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung orthogonal verläuft, einen lateralen Anstellwinkel bildet, der kleiner als 90° ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Strahldüse beispielsweise an einen Nabentopf heranführbar ist. Insbesondere in Kombination mit der offenbarungsgemäßen Strahldüse und den gegenüberliegenden Injektoren eignet sich das Verfahren, um eine glatte und großflächige Funktionsschicht bei Bremsscheiben mit einem Nabentopf zu realisieren.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Strahldüse derart geneigt, dass eine dem Werkstück zugeneigte Injektorführung mit dem Werkstück einen Werkstückwinkel von maximal 30°, insbesondere maximal 45°, weiter insbesondere maximal 50° einschließt. Ist der Werkstoffwinkel der dem Werkstück zugeneigten Injektorführung zu spitz, kann hierunter die von jenem Injektor aufgetragene Funktionsschicht leiden. In dieser Ausführungsform ist der Werkstückwinkel daher nicht kleiner als 30° zu wählen. Auf diese Weise lässt sich ein optimales Verhältnis aus hochwertiger Funktionsschicht, nahe an einen Nabentopf herangetragene Funktionsschicht und effizienter Bearbeitungszeit realisieren.

Die offenbarungsgemäßen Merkmale tragen teils für sich, teils in Kombination zur Überwindung der eingangs angeführten Unzulänglichkeiten beim Laserauftragschweißen bei.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Strahldüse bei einem Laserauftragschweißen;

Figur 2 eine Strahldüse in einer Seitenansicht;

Figur 3 die Strahldüse aus Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht;

Figur 4 die Strahldüse aus Figur 2 verbunden mit weiteren Komponenten;

Figur 5 die Strahldüse aus Figur 2 in einer Draufsicht auf einen distalen Bereich;

Figur 6 die Strahldüse aus Figur 2 in einer Draufsicht auf einen Flanschabschnitt;

Figur 7 eine weitere perspektivische Ansicht der Strahldüse aus Figur 2;

Figur 8 eine perspektivische Schnittansicht der Strahldüse aus Figur 2;

Figur 9 die Strahldüse in einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht auf einen distalen Bereich; Figur 10 die Strahldüse mit einer Prozessgaseinheit in einer Draufsicht auf den distalen Bereich;

Figur 11 eine weitere perspektivische Schnittansicht der Strahldüse mit einer angewinkelten Stirnseite;

Figur 12 eine weitere Ausführungsform der Strahldüse mit einem geometrisch angepassten Düsenmund in einer Seitenansicht; und

Figur 13 eine weitere Ausführungsform der Strahldüse mit einem ersten Pulverabschnitt und einem zweiten Pulverabschnitt;

Figur 14 die Ausführungsform aus Figur 13 in einer Draufsicht;

Figur 15 eine weitere Ausführungsform der Strahldüse mit einem ersten Pulverabschnitt und einem zweiten Pulverabschnitt;

Figur 16 die Ausführungsform aus Figur 15 in einer Draufsicht; und

Figur 17 eine Strahldüse mit einer Anschrägung, die an einen Nabenhut einer Bremsscheibe herangefahren ist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

Figur 1 zeigt eine Strahldüse 1 zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung 2. Die Vorschubrichtung 2 ist die Richtung, entlang der sich die Strahldüse 1 relativ zu einem Werkstück 100 bewegt. Sie kann aus einer Bewegung, insbesondere einer Rotationsbewegung, des Werkstücks 100, aus einer Bewegung der Strahldüse 1 oder aus einer Überlagerung einer Bewegung des Werkstücks 100 und der Strahldüse 1 resultieren. Die Vorschubrichtung 2 und die korrelierende Vorschubbewegung können über den Prozessverlauf konstant sein. Alternativ können sie mit dem jeweiligen Prozessstadium variieren. Bei dem Werkstück 100 kann es sich um ein rotationssymmetrisches Werkstück, wie eine Bremsscheibe, einen Hydraulikzylinder, eine Druckwalze oder ein Gleitlager handeln. Aus einem Lichtkanal 3 mit einer Mantelfläche 4 tritt zumindest ein Laserstrahl 110 aus. Der Lichtkanal 3 kann zudem dazu angepasst sein, an einem radial äußeren Abschnitt ein Prozessschutzgas 150 zur Abschirmung einer Prozesszone und zur Vermeidung einer Oxidation zu führen. Der Lichtkanal 3 ist von einer Außenstruktur 5 umgeben, die einen Düsenmund 6 aufweist, der wiederum eine Pulvereinheit 7 beinhaltet. Die Pulvereinheit 7 kann beispielsweise eine Mehrzahl an Injektorführungen 19 aufweisen (siehe Figur 3), in die jeweils ein Pulverinjektor 16 (dazu Figur 4) einsetzbar ist. Alternativ zu den einzelnen Injektorführungen 19 kann die Pulvereinheit 7 einen Pulverringspaltkanal aufweisen. Über die Pulvereinheit 7 und die darin angeordneten Pulverinjektoren 16 wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff 120 auf das Werkstück 100 gerichtet. Der Laserstrahl 110 erwärmt das Werkstück 100 derart, dass sich an einer Werkstoffoberfläche ein Schmelzbad 130 ausbildet. Zudem erwärmt der Laserstrahl 110 den pulverförmigen Zusatzwerkstoff 120, der Hartstoffpartikel und einen Matrixwerkstoff aufweist. Hierfür kann der Laserstrahl 110 eine verringerte Kernintensität aufweisen. Sobald das Schmelzbad 130 abkühlt, bildet sich eine aufgeschweißte Funktionsschicht 140, beispielsweise eine Verschleißschutzschicht, aus den Hartstoffpartikeln und dem Matrixwerkstoff. Die aufgeschweißte Funktionsschicht 140 macht die Werkstoffoberfläche widerstandsfähiger und erhöht deren Belastbarkeit.

Figur 2 zeigt die Strahldüse 1 in einer Seitenansicht, bei der die Vorschubrichtung 2 aus der Zeichenebene heraus zeigt. Die Strahldüse 1 ist über einen Flanschabschnitt 9 mit weiteren Komponenten eines Lasersystems, wie beispielsweise einer Laseroptik oder einem Prozessadapter, koppelbar. An den Flanschabschnitt 9 schließt sich ein proximaler Bereich 10 an. Ein Kühlmitteleinlass 13 und ein Kühlmittelauslass 14, die ein Teil eines Kühlsystems der Strahldüse 1 sind und die radial von der Strahldüse 1 hervorstehen, können zumindest teilweise in dem proximalen Bereich 10 vorgesehen sein. An dem dem proximalen Bereich 10 gegenüberliegenden Ende der Strahldüse 1 ist ein distaler Bereich 8 ausgeformt. Der distale Bereich ist Bestandteil des trichterförmigen Düsenmunds 6. Dieser weist in einer Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 abschnittsweise einen Pulverabschnitt 11 auf, in dem die Pulvereinheit 7 angeordnet ist. An den Pulverabschnitt 11 schließt sich in der Umfangsrichtung ein pulvereinheitfreier Vorschubabschnitt 12 an. Der Vorschubabschnitt 12 kann als Prozessgasabschnitt 61 (siehe beispielsweise Figur 9) ausgestaltet sein, der Bestandteil einer Prozessgaseinheit 60 ist.

Figur 3 zeigt die Strahldüse aus Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht. Der Lichtkanal 3 ist ein hohler Kanal mit der Mantelfläche 4, innerhalb dessen der zumindest eine Laserstrahl 110 verläuft. Die Außenstruktur 5 umgibt den Lichtkanal 3 von dem Flanschabschnitt 9 bis zum distalen Bereich 10. Der Düsenmund 6 ist ein im Wesentlichen trichterförmiger Bereich der Strahldüse 1 . Die T rich- terform des Düsenmunds 6 dient unter anderem dazu, dass der Düsenmund 6 im Bereich der Pul- vereinheit 7 die Mehrzahl an Injektorführungen 19 ausbilden kann. In diese Injektorführungen 19 wird jeweils ein Pulverinjektor 16 (siehe Figur 4) eingesetzt, der den pulverförmigen Zusatzwerkstoff 120 prozessgerecht auf den zumindest einen Laserstrahl 110 und/oder das Werkstück 100 richtet. Die Pulvereinheit 7 erstreckt sich entlang des Pulverabschnitts 11 , an den sich in der Umfangsrichtung der pulvereinheitfreie Vorschubabschnitt 12 anschließt. Der Vorschubabschnitt 12 ist der Bereich des Düsenmunds 6, in dem keine Injektorführungen 19 vorgesehen sind, sodass über diesen kein pulverförmiger Zusatzwerkstoff 120 zugeführt wird. In einer Ausführungsform kann der Vorschubabschnitt 12 als Prozessgasabschnitt 61 ausgeformt sein, sodass über diesen ein Prozessgas zugeführt wird. Die Strahldüse 1 kann mittels additiver Fertigungsverfahren, insbesondere mittels Pulverbett-Schmelzen, hergestellt sein. Hierfür kann die Strahldüse 1 aus einer Kupfer-Chrom- Zirkonium-Legierung bestehen. Diese eignet sich für die additive Fertigungsverfahren einerseits und gewährleistet andererseits eine ausreichende Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Wärmebeständigkeit, um den Prozessanforderungen standzuhalten. Beim Pulverbett-Schmelzen ist der zu verarbeitende Werkstoff in Pulverform vorhanden. Ein Laserstrahl erhitzt das Pulver entlang der vorgesehenen Geometrie, wodurch sich das Pulver verflüssigt und stoffschlüssig verbindet. Das Pulverbett-Schmelzen kann beispielsweise als Selective Laser Melting („SLM“) oder als Selektives Lasersintern („SLS“) ausgeformt sein.

Figur 4 zeigt die Strahldüse 1 , an der zusätzliche Komponenten angebracht sind. So ist an den Flanschabschnitt 9 ein Kopplungsring 15 angeschlossen, der die Strahldüse 1 an der angeschlossenen Einheit, beispielsweise der Laseroptik oder dem Prozessadapter, befestigt. In die Injektorführungen 19 der Pulvereinheit 7 sind Pulverinjektoren 16 eingesetzt. Mittels der Pulverinjektoren 16 wird der pulverförmige Zusatzwerkstoff 120 gefördert und mit dem vorgesehenen Fokus auf das Werkstück 100 appliziert. Die einzelnen Pulverinjektoren 16 können zueinander unterschiedliche Pulverfoki anwenden. Alternativ können die Pulverinjektoren 16 auf denselben Fokuspunkt gerichtet sein. Die Pulverinjektoren 16 sind in die dafür vorgesehenen Injektorführungen 19 der Pulvereinheit 7 im Pulverabschnitt 11 angeordnet. Der Vorschubabschnitt 12 ist frei von Pulverinjektoren 16. In den Kühlmitteleinlass 13 ist ferner ein Zulaufstutzen 17 und in den Kühlmittelauslass 14 ein Ablaufstutzen 18 eingesetzt. Diese verbinden den Kühlmitteleinlass 13 und den Kühlmittelauslass 14 mit einem Kühlmittelkreislauf.

Figur 5 zeigt die Strahldüse 1 in einer Draufsicht auf den distalen Bereich 8. Die orthogonal zur Längsrichtung der Strahldüse 1 verlaufende Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 weicht von einer Kreisform ab und ist in der Vorschubrichtung 2 gestreckt. In dem distalen Bereich 8 ist die Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 nach Art eines Langlochs ausgestaltet, bei dem sich an zwei ge- genüberliegenden Enden eines rechteckigen Abschnitts jeweils ein Teilkreisabschnitt anschließt. Innerhalb des Lichtkanals 3 sind zwei Laserstrahle geführt, ein Primärstrahl 111 und ein Sekundärstrahl 112. Der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 1 12 können auf dasselbe Lichtleitkabel zurückgehen. Ein bereitgestelltes Laserlicht kann über eine Kollimationslinse in ein parallel gerichtetes Strahlbündel aufgeteilt werden. Das Strahlbündel kann beispielsweise durch eine Keilplatte aus einem einzelnen Laserstrahl den Primärstrahl 111 und den Sekundärstrahl 112 formen. Die jeweiligen Mittelpunkte des Primärstrahls 111 und des Sekundärstrahls 1 12 liegen in der Vorschubrichtung 2 in einer Linie versetzt zu einem Mittelpunkt 20 des Lichtkanals 3.

Vorliegend liegt der Sekundärstrahl 1 12 in der Vorschubrichtung 2 vor dem Primärstrahl 1 11 und interagiert nicht mit einer Pulverkaustik. Der Sekundärstrahl 112 kann somit genutzt werden, um das Werkstück 100 vorzuwärmen, bevor der Primärstrahl 1 11 und der von dem Primärstrahl 1 11 erwärmte pulverförmige Zusatzwerkstoff 120 auf das Werkstück 100 treffen. Der Sekundärstrahl 112 bewirkt somit eine erste Prozesszone, die zur Vorwärmung des Werkstücks 100 dient und der Primärstrahl 1 11 bewirkt eine zweite Prozesszone, die zum Aufschweißen des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs 120 auf das Werkstück 100 dient. Diese unterschiedlichen Prozesszonen ermöglichen eine fehlerfreie Schweißung, bei der keine Unzulänglichkeiten, insbesondere keine Bindefehler, Poren, Risse und/oder Auflösungen von Karbiden in dem Matrixmaterial, auftreten. Es ist auch möglich, den Sekundärstrahl 112 in der Vorschubrichtung 2 nach dem Primärstrahl 111 zu führen. Somit kann der Sekundärstrahl 112 dafür genutzt werden, das Werkstück 100 nachzuwärmen und somit zu einer gleichmäßigeren Abkühlung beizutragen, die das Auftreten von Einschließungen oder anderen Unzulänglichkeiten unterbindet.

Der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 112 sind in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Der in der Vorschubrichtung 2 vordere Teilkreisabschnitt des Langlochs ist konzentrisch zum Sekundärstrahl 112, während der hintere Teilkreisabschnitt des Langlochs konzentrisch zum Primärstrahl 1 11 ist. Ein Flächenmittelpunkt der Querschnittsfläche ist exzentrisch zu einem Mittelpunkt des Primärstrahls 1 11 und zu einem Mittelpunkt des Sekundärstrahls 112. Es kann ferner ein Tertiärstrahl vorgesehen sein, sodass beispielsweise der Sekundärstrahl in der Vorschubrichtung vor dem Primärstrahl angeordnet ist und der Tertiärstrahl in der Vorschubrichtung nach dem Primärstrahl angeordnet ist. Die einzelnen Laserstrahlen sind zueinander abschirmungsfrei geführt, sodass es genau einen Lichtkanal 3 mit genau einer Mantelfläche 4 gibt, was minimale thermische Verluste bedingt.

Dadurch, dass der Primärstrahl 1 11 in Figur 5 in der Vorschubrichtung 2 radialversatzfrei hinter dem Sekundärstrahl 112 angeordnet ist und der Sekundärstrahl 112 zur Vorwärmung des Werk- Stücks dient, ist es wünschenswert, dass der pulverförmige Zusatzwerkstoff nicht mit dem Sekundärstrahl 112 interagiert. Somit wird gewährleistet, dass einerseits der Sekundärstrahl 1 12 ausschließlich der Funktion der Vorwärmung des Werkstücks nachgehen kann und andererseits der pulverförmige Zusatzwerkstoff nur von dem Primärstrahl 111 und nicht von dem Sekundärstrahl 112 erwärmt wird. Dies wird erreicht, indem die Strahldüse 1 im Bereich des Düsenmunds 6 die Pulvereinheit 7 derart ausgeformt, dass sie in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 den Pulverabschnitt 11 bildet, an den sich in der Umfangsrichtung der pulvereinheitfreie Vorschubabschnitt 12 anschließt. Neben der Pulvereinheit 7 kann auch die Prozessgaseinheit 60 ausgeformt sein, die den Prozessgasabschnitt 61 bildet, in welchem Fall der Vorschubabschnitt 12 als Prozessgasabschnitt 61 ausgeformt ist. Der Vorschubabschnitt 12 ist in einem der Vorschubrichtung 2 zugewandten Bereich des Düsenmunds 6 ausgebildet. Der Pulverabschnitt 11 erstreckt sich entlang des Langlochs, das die Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 im distalen Bereich 8 ausgeformt. Analog zu einem Kreisbogen erstreckt sich der Pulverabschnitt 11 entlang eines Langlochbogens, insbesondere hufeisenförmig, um den Lichtkanal 3. Der Pulverabschnitt 1 1 erstreckt sich in der Umfangsrichtung daher um den Lichtkanal 3 um einen Umschlingungswinkel kleiner als 360°, insbesondere zwischen 90° und 330°, weiter insbesondere zwischen 180° und 300°, bezogen auf einen Mittelpunkt des Lichtkanals. Somit wird erreicht, dass der pulverförmige Zusatzwerkstoff, der aus den Injektoren 16, die in den Injektorführungen 19 eingesetzt sind, ausströmt, nur mit dem Primärstrahl 111 interagiert. Der Sekundärstrahl 1 12 kann somit eine von dem Primärstrahl 111 unabhängige Prozesszone ausbilden. Der Pulverabschnitt 1 1 und der Vorschubabschnitt 12 bilden in der Draufsicht eine Langlochform. Dies trägt weiter dazu bei, die eingangs identifizierten Unzulänglichkeiten zu verringern oder zu vermeiden.

Figur 6 zeigt die Strahldüse 1 in einer Draufsicht auf den Flanschabschnitt 9. Die orthogonal zur Längsrichtung der Strahldüse 1 verlaufende Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 weicht auch im Bereich des Flanschabschnitts 9 von einer Kreisform ab und ist in der Vorschubrichtung 2 gestreckt. Die Streckung der Querschnittsfläche kann von dem distalen Bereich 8 zum Flanschabschnitt 9 abnehmen. Im Bereich des Düsenmunds 6 kann die Querschnittsfläche derart gestreckt sein, dass sie in der Vorschubrichtung zumindest 1 ,5-fach, insbesondere zumindest doppelt so groß ist wie quer zur Vorschubrichtung. Der Flanschabschnitt 9 weist eine solche radiale Ausdehnung auf, dass die Injektorführungen 19 aus der Draufsicht auf den proximalen Bereich 10 nicht sichtbar sind.

Figur 7 zeigt die Strahldüse 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht. Der Düsenmund 6 weist eine gewölbte Trichterform auf. Innerhalb der einzelnen Wölbungen sind die Injektorführungen 19 ausgeformt, in die die Pulverinjektoren 16 einsetzbar sind. In der Vorschubrichtung 2 ist der Lichtkanal von einer Kreisform abweichend gestreckt, um die offenbarungsgemäßen Vorteile zu erreichen. In der Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 weist der Düsenmund 6 die Pulvereinheit 7 auf. Diese erstreckt sich in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 entlang des Pulverabschnitts 11 , an den sich der pulverfreie Vorschubabschnitt 12 anschließt.

Figur 8 zeigt eine perspektivische Schnittansicht der Strahldüse 1 . Der Lichtkanal 3 hat eine Konus- form, sodass die orthogonal zur Längsrichtung der Strahldüse 1 verlaufende Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 im distalen Bereich 8 kleiner ist als in dem proximalen Bereich 10. Der Kühlmitteleinlass 13 und der Kühlmittelauslass 14 sind im proximalen Bereich 10 der Strahldüse 1 angeordnet und ragen in radialer Richtung von der Strahldüse 1 hervor. Figur 8 zeigt eine Injektorführungen 19 im Schnitt. Diese ist im Pulverabschnitt 1 1 angeordnet. Im Vorschubabschnitt 12 ist keine Injektorführung 19 zur Pulverstrahlführung vorgesehen. Die Strahldüse 1 weist ein Kühlsystem 30 auf. Über den Kühlmitteleinlass 13 in dem proximalen Bereich 10 wird einer radial inneren Kühlkammer 31 ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, zurückführt. Das Kühlmedium kann sich in dem proximalen Bereich 10 in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 verteilen. Von dem proximalen Bereich 10 verläuft das Kühlmedium zum Düsenmund 6. Die radial innere Kühlkammer 31 ist zumindest in dem Düsenmund 6 ausgebildet. Sie kann von dem distalen Bereich 8 bis zum proximalen Bereich 10 verlaufen und nach Art eines Ringspaltsegments, das sich umlaufend um Lichtkanal 3 erstreckt, ausgestaltet sein. Im Bereich des Düsenmunds 6 erstreckt sich die radial innere Kühlkammer 31 in der Umfangsrichtung umlaufend um den Lichtkanal 3. Die radial innere Kühlkammer 31 hat in der radialen Richtung im Bereich des Düsenmunds 6 eine konstante Breite und ist in einer orthogonal zu einer Längsrichtung der Strahldüse 1 verlaufenden Querschnittsfläche konzentrisch zum Lichtkanal 3.

In dem distalen Bereich 8 ist ein Übergang 32 zwischen der radial inneren Kühlkammer 31 und eine radial äußeren Kühlkammer 33 vorgesehen. Die radial äußere Kühlkammer 33 hat in der radialen Richtung im Bereich des Düsenmunds 6 eine zum distalen Bereich 8 hin abnehmende radiale Breite. Die radial äußere Kühlkammer 33 erstreckt sich von dem distalen Bereich 8 bis zu dem proximalen Bereich 10, wo sie dem Kühlmittelauslass 14 das erwärmte Kühlmittel zuführt. Der Übergang 32 zwischen der radial inneren Kühlkammer 31 und der radial äußeren Kühlkammer 33 ist in dem Vorschubabschnitt 12 angeordnet. Der Vorschubabschnitt 12 weist keine Injektorführungen 19 zur Pul- verstrahlführung auf, wodurch genügend Bauraum für den Übergang 32 vorhanden ist.

Die radial äußere Kühlkammer 33 weist eine Kühlstruktur zur Oberflächenvergrößerung auf. Die Kühlstruktur kann mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt sein. Sie gewährleistet, dass das Kühlmedium bei der Rückführung von dem distalen Bereich 8 zum proximalen Bereich 10 mit möglichst viel Oberfläche in Kontakt gerät, um die Wärmeabfuhr zu begünstigen. Die Kühlstruktur ist daraufhin optimiert, möglichst geringe Druckverluste des Kühlmediums hervorzurufen. Dies kann durch eine Wabenstruktur 34, wie sie in Figur 8 gezeigt ist, erreicht werden.

Figur 9 zeigt die Strahldüse 1 einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht auf den distalen Bereich 8. Die orthogonal zur Längsrichtung der Strahldüse 1 verlaufende Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 weicht von einer Kreisform ab und ist in der Vorschubrichtung 2 gestreckt. In dem distalen Bereich 8 ist die Querschnittsfläche des Lichtkanals 3 nach Art eines Langlochs ausgestaltet, bei dem sich an zwei gegenüberliegenden Enden eines rechteckigen Abschnitts jeweils ein Teilkreisabschnitt anschließt. Innerhalb des Lichtkanals 3 sind der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 112 geführt. Die jeweiligen Mittelpunkte des Primärstrahls 111 und des Sekundärstrahls 112 liegen in der Vorschubrichtung 2 in einer Linie versetzt zu dem Mittelpunkt 20 des Lichtkanals 3.

Der Primärstrahl 111 hat einen Strahlmittelpunkt, der mit einem ersten Pulverfokus 21 übereinstimmt. Der erste Pulverfokus 21 ist der Punkt, auf den die Injektoren eines ersten Pulverabschnitts 22 fokussiert sind. Der erste Pulverabschnitt 22 bildet eine erste Pulverkaustik. Entsprechend hat der Sekundärstrahl 112 einen Strahlmittelpunkt, der mit einem zweiten Pulverfokus 23 übereinstimmt. Der zweite Pulverfokus 23 ist der Punkt, auf den die Injektoren eines zweiten Pulverabschnitts 24 fokussiert sind. Der zweite Pulverabschnitt 24 bildet eine zweite Pulverkaustik. Der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 112 sind zueinander in der Vorschubrichtung 2 versetzt. Entsprechend ist auch der erste Pulverfokus 21 zum zweiten Pulverfokus 23 versetzt. Die Pulvereinheit 7, die den ersten Pulverabschnitt 22 und den zweiten Pulverabschnitt 24 aufweist, kann somit zwei voneinander abweichende Pulverfoki ausbilden. Zudem kann sich ein Pulvermassenstrom, der aus den Injektoren des ersten Pulverabschnitts 22 gefördert wird von einem Pulvermassenstrom, der aus den Injektoren des zweiten Pulverabschnitts 24 gefördert wird, unterscheiden. Zwischen dem ersten Pulverabschnitt 22 und dem zweiten Pulverabschnitt 24 kann eine Lücke vorgesehen sein, sodass der von dem ersten Pulverabschnitt 22 angewendete Pulvermassenstrom ausschließlich mit dem Primärstrahl 111 wechselwirkt und der von dem zweiten Pulverabschnitt 24 angewendete Pulvermassenstrom ausschließlich mit dem Sekundärstrahl 112 wechselwirkt.

Der erste Pulverabschnitt 22 und der zweite Pulverabschnitt 24 tragen zu einer Erhöhung der Auftragsrate bei, indem zumindest zwei Prozesszonen innerhalb der Strahldüse 1 verwirklicht sind. Dies kann eine Spurbreite der aufgetragenen Funktionsschicht erhöhen. Zudem ist eine verbesser- te Schutzgasabdeckung bei geringerem Schutzgasverbrauch realisiert, da die Schutzbegasung stärker lokalisiert werden kann.

Der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 112 sind in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Der in der Vorschubrichtung 2 vordere Teilkreisabschnitt des Langlochs ist konzentrisch zum Sekundärstrahl 112, während der hintere Teilkreisabschnitt des Langlochs konzentrisch zum Primärstrahl 111 ist. Der Mittelpunkt 20 der Querschnittsfläche ist exzentrisch zum Mittelpunkt des Primärstrahls 111 und zum Mittelpunkt des Sekundärstrahls 112.

Figur 10 zeigt die Strahldüse 1 in einer Draufsicht auf den distalen Bereich 8. Innerhalb des Lichtkanals 3 sind der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 112 geführt. Der Sekundärstrahl 112 ist in der Vorschubrichtung 2 vor dem Primärstrahl 111 und interagiert nicht mit einer Pulverkaustik, wie im Zusammenhang mit Figur 5 näher beschrieben ist. Bei der Wechselwirkung der Laserstrahlen mit der Werkstoffoberfläche und dem Pulverstrahl kann sich zwischen der Strahldüse 1 und dem Werkstück 100 eine Dampffackel ausbilden. Sofern diese nicht eingedämmt wird, kann sie in unerwünschter Weise mit dem zumindest einen Laserstrahl und/oder der unbearbeiteten und/oder der bearbeiteten Werkstoffoberfläche wechselwirken. In dem an den Pulverabschnitt 11 anschließenden Bereich kann daher der Vorschubabschnitt 12 als Prozessgasabschnitt 61 ausgebildet sein. Dieser wird von der radial außerhalb des Lichtkanals 3 angeordneten Prozessgaseinheit 60 gebildet, die das Prozessgas auf das Werkstück ausrichtet. Der Prozessgasabschnitt 61 kann eine unerwünschte Ausbreitung der Dampffackel verhindern und somit zur präzisen Werkstückbearbeitung bei robuster Strahldüsenausgestaltung beitragen. Der Prozessgasabschnitt 61 kann zumindest eine, vorliegend sind es drei, Austrittsöffnung 62 ausbilden. Die Austrittsöffnungen 62 sind an einer Stirnseite der Strahldüse 1 ausgebildet. In die jeweilige Austrittsöffnung 62 kann ein zusätzlicher Injektor zur Zuführung des Prozessgases ohne Zusatzwerkstoff eingesetzt sein. Ein Innendurchmesser der Austrittsöffnung 62 kann geringer sein als ein Innendurchmesser der Injektorführungen 19. Der Prozessgasabschnitt 61 beugt ferner eine Anhaftung von Pulverpartikeln an der Stirnseite der Strahldüse 1 vor. Insofern erhöht der Prozessgasabschnitt 61 auch die Lebensdauer der Strahldüse 1 . Der Prozessgasabschnitt 61 und der Pulverabschnitt 11 können umlaufend um das von dem Lichtkanal 3 gebildete Langloch herum vorgesehen sein. Somit sind der Primärstrahl 111 und der Sekundärstrahl 112 vollständig innerhalb der Strahlen, die sich aus dem Pulverstrahl und dem Prozessgasstrahl zusammensetzen. Die Strahldüse 1 weist eine Mehrzahl an Injektorführungen 19 auf. Die Injektorführung, die an dem der Vorschubrichtung 2 abgewandten Ende angeordnet ist, stellt eine hintere Injektorführung 72 dar. In Figur 11 ist die Strahldüse 1 mit einem Werkstück 100 in einem Längsschnitt gezeigt. Entlang einer Längsachse 43 des Lichtkanals 3 erstreckt sich der Laserstrahl 110. Die Längsachse 43 des Lichtkanals 3 ist gegenüber einem Lot der Werkstückoberfläche 41 um einen posterioren Anstellwinkel 44 geneigt. Der posteriore Anstellwinkel 44 beschreibt die Neigung der Strahldüse 1 entgegen der Vorschubrichtung 2. Durch diese posteriore Neigung wird beispielsweise eine reflektierte Laserstrahlung auf einen Absorptionsabschnitt gerichtet. Neben der posterioren Neigung kann die Strahldüse 1 gegenüber dem Werkstück 100 auch lateral geneigt sein, wie im Zusammenhang mit Figur 17 weiter beschrieben. Der posteriore Anstellwinkel kann zwischen 2° und 45°, insbesondere zwischen 10° und 30°, weiter insbesondere zwischen 15° und 25° liegen. Um die Neigung respektive den Anstellwinkel 44 zu erreichen, ist es möglich, die Strahldüse 1 gegenüber dem Werkstück 100 zu neigen oder das Werkstück 100 gegenüber der Strahldüse 1 zu neigen. Eine Oberflächenrauigkeit der Absorptionsflächen des Absorptionsabschnitts beträgt zwischen 5 pm und 100 pm, insbesondere zwischen 50 pm und 50 pm. Der Absorptionsabschnitt kann auch mit einer die Absolvierung fördernden absorbieren Beschichtung versehen sein. Eine Stirnseite 42 der Strahldüse 1 kann gegenüber der Längsachse 43 des Lichtkanals 3 angewinkelt verlaufen, sodass die Stirnseite 42 planparallel zum Werkstück 100 verläuft. Somit ist ein Abstand von dem Düsenmund 6 zum Werkstück 100 erhöht. Dies verringert die thermische Belastung des Düsenmunds 6. Zudem ermöglicht die angewinkelte Stirnseite 42 eine verbesserte Schutzgasabdeckung des Werkstücks 100. Denn die planparallele Fläche der Stirnseite 42 ermöglicht ein orthogonal zum Werkstück 100 austretenden Schutzgasstrom.

Figur 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Strahldüse 1 . Der Düsenmund 6 hat eine Anschrägung 50, durch die ein Teil des Düsenmunds 6 abgeschnitten ist. Die Anschrägung 50 bewirkt, dass der Pulverabschnitt 11 und der pulverabschnittfreie Vorschubabschnitt 12 in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 abgeschnitten sind. Die Anschrägung 50 verringert das Volumen des Düsenmunds 6 gegenüber der Ausführungsform, in der keine Anschrägung 50 vorliegt. So ist gewährleistet, dass der Düsenmund 6 einen verringerten Bauraum einnimmt. Die Strahldüse 1 mit der Anschrägung 50 kann beispielsweise herangezogen werden, um eine Bremsscheibe zu beschichten. Die Bremsscheibe kann eine Aufnahme aufweisen, die gegenüber der zu beschichtenden Funktionsfläche axial hervorsteht. Die Anschrägung 50 stellt sicher, dass die Strahldüse 1 flexibel auf der zu beschichtenden Funktionsfläche beweglich ist und nahe an die Aufnahme herangefahren werden kann. Die Anschrägung 50 kann im Wesentlichen flächig ausgestaltet sein und in einer Ebene verlaufen, die gegenüber der Längsrichtung der Strahldüse geneigt ist. Die Anschrägung 50 stellt eine Grenzfläche des Düsenmunds 6 dar, in der keine Pulvereinheit 7 vorgesehen ist. Im distalen Bereich 8 ist die Anschrägung 50 so nahe am Lichtkanal 3 angeordnet, dass an einer dem Werkstück zugewandten Stirnfläche der Strahldüse 1 im Bereich der Anschrägung 50 keine Injektorführungen 19 vorgesehen sind.

Figur 13 zeigt eine weitere Strahldüse 1 mit der Anschrägung 50 in einer perspektivischen Ansicht. Die Anschrägung 50 kann im distalen Bereich 8 nach Art einer Passante 51 an einer Öffnung des Lichtkanals 3 verlaufen. Die Passante 51 definiert die Orientierung der Anschrägung 50 an dem Düsenmund 6. Die Passante 51 verläuft in der dem Werkstück zugewandten Stirnfläche der Strahldüse 1 entlang einer Gerade oder eines Bogens, die bzw. der die Öffnung weder schneidet noch berührt. Zusätzlich kann an der dem Werkstück abgewandten Stirnfläche der Strahldüse 1 eine weitere Anschrägung 50 vorliegen. Die beiden Anschrägungen 50 können symmetrisch zueinander angeordnet sein Der Abstand der Passante 51 von dem Mittelpunkt 20 des Lichtkanals 3 ist größer als der Abstand des entsprechenden Abschnitts des Langlochs von dem Mittelpunkt 20 des Lichtkanals 3. Der Abstand zwischen der Passante 51 und einer Außenkante des Langlochs ist derart gewählt, dass die dazwischenliegende Wandstärke eine ausreichende Festigkeit und Beanspruchbarkeit der Strahldüse 1 gewährleistet.

Die Orientierung der Passante 51 und somit die Orientierung der Anschrägung 50 an dem Düsenmund 6 kann für verschiedene Strahldüsen 1 abhängig von dem jeweiligen Anwendungsgebiet variiert werden. Beispielsweise kann die Passante 51 in der Vorschubrichtung 2 verlaufen. Alternativ kann die Passante 51 beispielsweise quer zur Vorschubrichtung 2 verlaufen. Weiter alternativ kann die Passante 51 beispielsweise in einem Winkel zur Vorschubrichtung 2 verlaufen, der zwischen einem Verlauf entlang der Vorschubrichtung 2 und quer zur Vorschubrichtung 2 liegt. In diesem Fall verläuft die Passante 51 entlang des Übergangsabschnitts zwischen der langen Seite des Langlochs und dem Teilkreisabschnitt des Langlochs. Der Verlauf der Passante 51 gibt die Orientierung der Anschrägung 50 vor.

Die Pulvereinheit 7 an dem Düsenmund 6 bildet in einer Umfangsrichtung um den Lichtkanal 3 den Pulverabschnitt 11. Dieser weist eine Mehrzahl an Injektorführungen 19 auf, in die jeweils ein Pulverinjektor 16 einsetzbar ist. Eine erste Injektorführung 70 liegt bezogen auf den ersten Pulverfokus 21 im Wesentlichen gegenüber über einer zweiten Injektorführung 71 . Insbesondere ist die erste Injektorführung 70 am ersten Pulverfokus 21 punktgespiegelt zur zweiten Injektorführung 71. In dem Ausführungsbeispiel gibt es vier weitere Injektorführungen, von denen sich jeweils 2 zueinander gegenüberliegen. Insgesamt hat die Strahldüse vorliegend demnach sechs Injektorführungen, von denen die Injektorführungen in einem ersten Pulverabschnitt 73 jeweils ein gegenüberliegendes Pendant in einem zweiten Pulverabschnitt 74 aufweisen. Die Öffnung des Lichtkanals 3 kann eine gestreckte Öffnung nach Art eines Langlochs oder, wie dargestellt, eine kreisrunde Öffnung sein. Figur 14 zeigt die Strahldüse 1 aus Figur 13, wobei in die jeweiligen Injektorführungen 19 Pulverinjektoren 16 eingesetzt sind. Die Pulverinjektoren verlaufen schräg zu der Ebene, in der die Stirnseite der Strahldüse 1 verläuft. Ferner hat jeder Pulverinjektor 16 gespiegelt an dem ersten Pulverfokus 21 einen gegenüberliegenden Pulverinjektor 16. Der erste Pulverabschnitt 73 ist von dem zweiten Pulverabschnitt 74 an beiden Seiten entlang der Umfangsrichtung durch eine Pulverabschnittlücke getrennt.

Die Figuren 15 und 16 zeigen eine weitere Ausführungsform der Strahldüse 1 . Eine erste Injektorführung 70 liegt bezogen auf den ersten Pulverfokus 21 gegenüber der zweiten Injektorführung 71. Vorliegend weist die Strahldüse insgesamt vier Injektorführungen 19 auf. In Figur 16 sind in die jeweiligen Injektorführungen 19 Pulverinjektoren 16 eingesetzt. Die Ausführungsform aus den Figuren 15 und 16 eignet sich insbesondere, um präzise Funktionsschichten bei stufigen Bauteilsymmetrien zu realisieren.

Figur 17 zeigt die Strahldüse 1 , die auf ein Werkstück 100 mit einem Nabenhut 101 ausgerichtet ist. Die Zeichenebene in Figur 17 ist die Ebene, zu der die Vorschubrichtung 2 orthogonal verläuft. Die Strahldüse 1 ist um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung 2 verläuft, geneigt. In Figur 17 ist die Strahldüse 1 an eine rechte Flanke des Nabenhuts 101 herangefahren, sodass die Strahldüse 1 um die Vorschubachse nach rechts geneigt ist. Durch die Neigung der Strahldüse 1 um die Vorschubachse ist zwischen dem Lot 41 der Werkstückoberfläche und der Längsachse 43 des Lichtkanals ein lateraler Anstellwinkel 45 gebildet. Der laterale Anstellwinkel 45 ist von dem posterioren Anstellwinkel 44, wie er beispielsweise im Zusammenhang mit Figur 1 1 beschrieben ist, unabhängig. Der laterale Anstellwinkel 45 ermöglicht, insbesondere im Zusammenspiel mit der Anschrägung 50, ein Heranfahren der Strahldüse 1 an den Nabenhut 101 , wodurch die Funktionsschicht auf dem Werkstück 100 bis unmittelbar an den Nabenhut 101 aufgetragen werden kann. Wenn es sich bei dem Werkstück 100 um eine Bremsscheibe handelt, ist auf diese Weise ermöglicht, dass die gesamte Reibfläche der Bremsscheibe bis zum Ansatz des Nabenhuts 101 mit der Funktionsschicht versehen ist. Der laterale Anstellwinkel 45 kann zwischen 2° und 45°, insbesondere zwischen 10° und 30°, weiter insbesondere zwischen 15° und 25° sein. Eine der Mehrzahl an Injektorführungen 19, insbesondere jede der Mehrzahl an Injektorführungen 19, ist in der dargestellten Ebene, zu der die Vorschubrichtung 2 orthogonal verläuft, gegenüber der Längsachse 43 des Lichtkanals geneigt. Insbesondere kann die zumindest eine Injektorführung 19, insbesondere die erste Injektorführung 70 und/oder die zweite Injektorführung 71 um einen Injektorwinkel 46 zwischen 10° und 25° geneigt sein. Aus dem lateralen Anstellwinkel 45 ergibt sich, dass es zumindest eine dem Werkstück 100 zugeneigte Injektorführung 75 gibt. Bei der dem Werkstück 100 zugeneigten Injektorführung 75 kann es sich um eine beliebige der Mehrzahl an Injektorführungen 19 handeln. Ein Werkstückwinkel 47, der sich zwischen der Richtung der dem Werkstück 100 zugeneigten Injektorführung 75 und der Werk- Stückoberfläche erstreckt, ist von der Summe aus dem lateralen Anstellwinkel 45 und dem Injektorwinkel 46 bestimmt. Es hat sich herausgestellt, dass zu spitze Werkstückwinkel 47 eine Welligkeit der aufgetragenen Funktionsschicht bedingen. Insofern sind der laterale Anstellwinkel 45 und der Injektorwinkel 46 derart aufeinander abgestimmt, dass der Werkstückwinkel 47 maximal 30°, insbesondere maximal 45°, weiter insbesondere maximal 50° beträgt. Bei diesem Werkstückwinkel 47 ist ein optimales Verhältnis aus Güte der Funktionsschicht und Nähe der Funktionsschicht zu Nabentopf 101 erreicht. So lässt sich bei diesen Anstellwinkeln 45 und/oder diesen Injektorwinkeln 46 eine glatte Funktionsschicht, die frei von einer Welligkeit ist, effizient realisieren. So tragen diese Anstellwinkel 45 und/oder diese Injektorwinkeln 46 bei der gegenüberliegenden Anordnung der Injektorführungen 19 weiter zur Vermeidung von Unzulänglichkeiten in der Funktionsschicht. Ferner trägt die Anschrägung 50 zu einem bündigen Heranfahren der Strahldüse 1 an den Nabentopf 101 bei.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezuqszeichenliste

1 Strahldüse 31 radial innere Kühlkammer

2 Vorschubrichtung 32 Übergang

3 Lichtkanal 33 radial äußere Kühlkammer 4 Mantelfläche 30 34 Wabenstruktur

5 Außenstruktur 41 Lot der Werkstückoberfläche

6 Düsenmund 42 Stirnseite

7 Pulvereinheit 43 Längsachse des Lichtkanals

8 distalen Bereich 44 posteriorer Anstellwinkel 9 Flanschabschnitt 35 45 lateraler Anstellwinkel

10 proximalen Bereich 46 Injektorwinkel

11 Pulverabschnitt 47 Werkstückwinkel

12 Vorschubabschnitt 50 Anschrägung

13 Kühlmitteleinlass 51 Passante 14 Kühlmittelauslass 40 60 Prozessgaseinheit

15 Kopplungsring 61 Prozessgasabschnitt

16 Pulverinjektor 62 Austrittsöffnung

17 Zulaufstutzen 70 erste Injektorführung

18 Ablaufstutzen 71 zweite Injektorführung 19 Injektorführung 45 72 hintere Injektorführung

20 Mittelpunkt des Lichtkanals 73 erster Pulverabschnitt

21 erster Pulverfokus 74 zweiter Pulverabschnitt

22 erster Pulverabschnitt 75 dem Werkstück zugeneigte Injektorführung

23 zweite Pulverfokus

50 24 zweiter Pulverabschnitt

100 Werkstück

30 Kühlsystem 110 Laserstrahl 120 pulverförmiger Zusatzwerkstoff

111 Primärstrahl 5 130 Schmelzbad

112 Sekundärstrahl 140 Funktionsschicht

Claims

Ansprüche

1. Strahldüse (1) zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung (2), aufweisend einen Lichtkanal (3) zur Führung zumindest eines Laserstrahls, der auf ein Werkstück gerichtet ist; und eine radial außerhalb des Lichtkanals (3) angeordnete Pulvereinheit (7) zur Führung zumindest eines Pulverstrahls, der zumindest mit einem ersten Pulverfokus (21) auf das Werkstück aufzutragen ist; wobei die Pulvereinheit (7) an einem Düsenmund (6) in einer Umfangsrichtung um den Lichtkanal (3) einen Pulverabschnitt (11) bildet, der eine Mehrzahl an Injektorführungen (19) aufweist, in die insbesondere jeweils ein Pulverinjektor (16) einsetzbar ist, wobei eine erste Injektorführung (70) bezogen auf den ersten Pulverfokus (21) im Wesentlichen gegenüber einer zweiten Injektorführung (71) liegt.

2. Strahldüse (1) nach Anspruch 1 , wobei die im Wesentlichen gegenüberliegenden Injektorführungen (70, 71) am ersten Pulverfokus (21) punktgespiegelt sind, sodass sich je zwei der Mehrzahl an Injektorführungen (19) bezogen auf den Mittelpunkt (20) des Lichtkanals (3) gegenüberliegen.

3. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl an Injektorführungen (19) eine ungerade Anzahl ist, wobei eine hintere Injektorführung (72), die in der Vorschubrichtung (2) hinten liegt, als einzige der Mehrzahl an Injektorführungen (19) keine gegenüberliegende Injektorführung hat oder wobei die Mehrzahl an Injektorführungen (19) eine gerade Anzahl ist, sodass jede Injektorführung (19) eine gegenüberliegende Injektorführung aufweist.

4. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung (2) orthogonal verläuft, die erste Injektorführung (70) und/oder die zweite Injektorführung (71) gegenüber einer Längsachse (43) des Lichtkanals (3) geneigt ist, vorzugsweise um einen Injektorwinkel (46) zwischen 10° und 25° geneigt ist.

5. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede der Mehrzahl an Injektorführungen (19) auf den ersten Pulverfokus (21) ausgerichtet ist, wobei insbesondere der erste Pulverfokus (21) auf einer Längsachse (43) des Lichtkanals (3), entlang der der Laserstrahl verläuft, liegt. 6. Strahldüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mehrzahl an Injektorführungen (19) zu einem ersten Teil auf den ersten Pulverfokus

(21) ausgerichtet ist und zu einem zweiten Teil auf einen zweiten Pulverfokus (23) ausgerichtet ist, wobei insbesondere der erste Pulverfokus (21) und der zweite Pulverfokus (23) entlang der Vorschubrichtung (2) verlaufen und eine Fokuslinie bilden.

7. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erster Pulverinjektor in die erste Injektorführung (70) eingesetzt ist und dazu vorbereitet ist, einen ersten Pulvermassenstrom zu fördern und ein zweiter Pulverinjektor in die zweite Injektorführung (71) eingesetzt ist und dazu vorbereitet ist, einen zweiten Pulvermassenstrom zu fördern, wobei der erste Pulvermassenstrom von dem zweiten Pulvermassenstrom abweicht und wobei insbesondere der erste Pulvermassenstrom ein von dem zweiten Pulvermassenstrom abweichendes Pulver fördert.

8. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine orthogonal zur Längsrichtung der Strahldüse (1) verlaufende Querschnitts-fläche des Lichtkanals (3) von einer Kreisform abweichend in der Vorschubrichtung (2) gestreckt ist und sich der Pulverabschnitt (11) entlang eines Langlochbogens, insbesondere hufeisenförmig, um den Lichtkanal (3) erstreckt.

9. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Pulverabschnitt (11) aus einem ersten Pulverabschnitt (73) und einem zweiten Pulverabschnitt (74) zusammensetzt und der erste Pulverabschnitt (73) von dem zweiten Pulverabschnitt (74) durch eine Pulverabschnittlücke getrennt ist.

10. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Pulverabschnitt (11) in der Umfangsrichtung um den Lichtkanal (3) um einen Umschlingungswinkel (23) zwischen 45° und 330°, insbesondere zwischen 90° und 300°, weiter insbesondere zwischen 180° und 300°, bezogen auf einen Mittelpunkt (20) des Lichtkanals (3) erstreckt.

11 . Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lichtkanal (3) dazu angepasst ist, eine Mehrzahl an Laserstrahlen zu führen, wobei die Mehrzahl einen ersten Laserstrahl als Primärstrahl (1 11) und einen zweiten Laserstrahl als Sekundärstrahl (112) hat.

12. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich in der Umfangsrichtung an den Pulverabschnitt (11) ein pulvereinheitfreier Vorschubabschnitt (12) anschließt, der in einem der Vorschubrichtung (2) zu- oder abgewandten Bereich des Düsenmunds (6) ausgebildet ist, wobei insbesondere radial außerhalb des Lichtkanals (3) eine Prozessgaseinheit (60) zur Führung eines Prozessgases angeordnet ist, wobei die Prozessgaseinheit (60) in der Umfangsrichtung einen Prozessgasabschnitt (61) bildet, der den Vorschubabschnitt (12) einnimmt.

13. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist und insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, weiter insbesondere einer Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung, besteht.

14. Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Düsenmund (6) eine Anschrägung (50) aufweist, durch die ein Teil des Düsenmunds

(6) abgeschnitten ist, wobei die Anschrägung (50) im Wesentlichen flächig ausgestaltet ist und in einer Ebene verläuft, die gegenüber der Längsrichtung der Strahldüse (1) geneigt ist.

15. System mit einer Strahldüse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einem Werkstück (100), wobei die Strahldüse (1) um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung (2) verläuft, geneigt ist, um gegenüber dem Werkstück (100) einen lateralen Anstellwinkel (45) zu bilden, sodass in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung (2) orthogonal verläuft, eine Längsachse (43) des Lichtkanals (3), entlang der der Laserstrahl verläuft, von einem Lot (41) einer Werkstückoberfläche des Werkstücks (100) abweicht.

16. System nach Anspruch 15, wobei der laterale Anstellwinkel (45) zwischen 2° und 45°, insbesondere zwischen 5° und 30°, weiter insbesondere zwischen 10° und 25° liegt.

17. System nach Anspruch 16, wobei zumindest eine, insbesondere jede, der Mehrzahl an Injektorführungen (19) in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung (2) orthogonal verläuft, gegenüber der Längsachse (43) des Lichtkanals (3) geneigt ist, vorzugsweise um einen Injektorwinkel (46) zwischen 10° und 25° geneigt ist, wobei eine Winkelsumme aus dem lateralen Anstellwinkel (45) und dem Injektorwinkel (46) dergestalt ist, dass eine dem Werkstück (100) zugeneigte Injektorführung (75) mit dem Werkstück (100) einen Werkstückwinkel (47) von maximal 30°, insbesondere maximal 45°, weiter insbesondere maximal 50° einschließt.

18. Verfahren zum Laserauftragschweißen entlang einer Vorschubrichtung (2), insbesondere mittels einer Strahldüse (1) oder eines Systems nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend die folgenden Schritte:

Ausrichten der Strahldüse auf ein Werkstück (100);

Neigen der Strahldüse (1) um eine Vorschubachse, entlang der die Vorschubrichtung (2) verläuft, sodass die Strahldüse (1) gegenüber dem Werkstück (100) in einer Ebene, zu der die Vorschubrichtung (2) orthogonal verläuft, einen lateralen An- stellwinkel (45) bildet, der kleiner als 90° ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Strahldüse (1) derart geneigt wird, dass eine dem Werkstück (100) zugeneigte Injektorführung (75) mit dem Werkstück (100) einen Werkstückwinkel (47) von maximal 30°, insbesondere maximal 45°, weiter insbesondere maximal 50° einschließt.