Verfahren sowie Düse zur Bearbeitung oder Analyse eines Werkstücks oder einer Probe mit einem energetischen Strahl
Technisches Anwendungsgebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung oder Analyse eines Werkstücks oder einer Probe mit zumindest einem energetischen Strahl, bei dem der energetische Strahl auf eine zu bearbeitende oder zu analysierende Stelle gerichtet und in der Umgebung der zu bearbeitenden oder zu analysierenden Stelle mit zumindest einer Düse eine gerichtete Strömung eines aus der Düse austretenden Hilfsmediums erzeugt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Düse zur Durchführung des Verfahrens mit einem Düsenkörper mit einer Durch- gangsbohrung für den Durchtritt des energetischen
Strahls und ein oder mehreren Austrittsöffnungen für ein über den Düsenkörper zuführbares Hilfsmedium.
Bei der Bearbeitung oder Analyse von Werkstück- Oberflächen mit einem energetischen Strahl, insbesondere aus einer Laser-, Plasma- oder Lichtbogenquelle, treten aufgrund der Wechselwirkung der energetischen Strahlung mit dem Werkstoff Emissionsprodukte, wie bspw. Dampf oder Bestandteile einer Schmelze, aus der Wechselwirkungszone aus. So tritt dieser Effekt bspw. aufgrund von Temperatur- oder Druckänderungen oder aufgrund von Phasenumwandlungen im Werkstoff beim Trennen, Schneiden, Abtragen, Bohren, Strukturieren, Fügen, Schweißen, Löten oder Umschmelzen auf. Auch bei anderen Bearbeitungs- oder Analyseverfahren durch
lokale Veränderung eines oder mehrerer physikalischer oder chemischer Eigenschaften des Werkstoffes können derartige in der Regel unerwünschte Emissionen auftreten. Die Emissionen können einerseits die Bearbeitungs- oder Analysevorrichtung, bspw. werkstücknahe Komponenten zur Strahlerzeugung oder - formung, Optiken, Elektroden oder Düsen, verunreinigen oder beschädigen und andererseits oberhalb der Werkstückoberfläche mit der energetischen Strahlung derart wechselwirken, dass die beabsichtigte Wirkung der Strahlung auf das Werkstück, insbesondere durch Absorption, Streuung oder Brechung, gestört wird. Bei bekannten Verfahren zur Bearbeitung oder Analyse von Oberflächen mit energetischer Strahlung werden daher Maßnahmen ergriffen, um eine unkontrollierte Ausbreitung der hervorgerufenen Emissionen zu vermeiden.
Stand der Technik Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Materialbearbeitung mit energetischer Strahlung bekannt. So werden Laser-, Plasma- und Lichtbogenverfahren bspw. für das thermische Trennen, Fügen und Oberflächenveredeln eingesetzt. Der Bearbeitungsprozess wird bei diesen Verfahren häufig durch Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen Hilfsmediums unterstützt, das über ein oder mehrere Düsen zur Erzeugung einer gerichteten Strömung im Bereich der zu bearbeitenden Stelle zugeführt wird. Die Flüssigkeits- oder Gasströmung wird dabei entweder in Richtung der Wechsel- wirkungszone der energetischen Strahlung mit der
Oberfläche und/oder in Richtung der Strahlachse der energetischen Strahlung erzeugt, um die Material- emissionen zu verringern oder aus dem Wechselwirkungs-
bereich wegzuführen. Die Zufuhr des Hilfsmediums dient somit zum einen dem Schutz von Optiken oder Elektroden der Vorrichtung vor Verunreinigungen durch die Emissionen, zum anderen kann die Wechselwirkungszone durch Schutzgaszufuhr auch vor der Umgebungsluft abgeschirmt werden. Weiterhin ist es bekannt, die Werkstoffeigen- schaften sowie Plasma- oder Lichtbogeneigenschaften durch geeignete Wahl der Gasart des Hilfsmediums und der Strömungsbedingungen zu beeinflussen. Schließlich kann durch die Übertragung von Druck- und/oder Zugspannungskräften durch die Strömung des Hilfsmediums auch ein beabsichtigter Materialabtrag unterstützt werden. Die DE 198 02 305 AI offenbart einen Laserschweißkopf, der zwei Gasaustrittskanäle für ein der Schweißstelle zugeführtes Arbeitsgas und für ein Schutzgas zur weiträumigen Abschirmung der Schweißnaht während des Schweißvorganges aufweist. Das Arbeitsgas trifft in Form eines mittig austretenden zum Laserstrahl koaxialen ArbeitsgasStromes auf die Schweißstelle. Das Schutzgas wird über einen Ringkanal mit ringförmiger Austrittsöffnung ebenfalls auf das Werkstück gerichtet. Die Austrittsöffnung ist dabei so ausgebildet und angeordnet, dass ein ringförmig geschlossener und konkav gewölbter (glockenförmiger) Schutzgasström zur sicheren Abschirmung der Schweißnaht gegenüber der Atmosphäre entsteht. Die Druckschrift geht hierbei nicht auf die Problematik des Abtransportes von Emissionsprodukten ein. Ein derartiger Abtransport lässt sich durch die glockenförmig geschlossene Schutzgasströmung dieser Druckschrift auch nicht erreichen. Vielmehr werden in diesen Schutzgasstrom
eintretende Emissionsprodukte wiederum auf das Werkstück gelenkt .
Aus S. Katayama et al . „Development of Tornado Nozzle for Reduction in Porosity during Laser Welding of Aluminium Alloy", Proc . ICALEO 2001, ist ein Verfahren zur Bearbeitung einer Werkstückoberfläche mit einem energetischen Strahl bekannt, bei dem das Schutzgas koaxial zur energetischen Strahlung auf die Werkstückoberfläche gerichtet und gleichzeitig mit einem Drall beaufschlagt wird. Durch diese Drall- Strömung wird in der Wechselwirkungszone ein Unterdruck zum Absaugen der Emissionen hervorgerufen, der diese jedoch nicht aus dem Strahlungsweg herausführt.
Bei einer in dieser Druckschrift weiterhin angeführten Technik wird ein drallfreier koaxialer Gasstrom erzeugt, der ebenfalls auf die Werkstückoberfläche gerichtet ist . Durch einen derartigen Gasstrom lässt sich bei Schutzgaszufuhr eine gute
Abschirmung der Wechselwirkungszone von der Umgebungs- luft erreichen. Die auf das Werkstück gerichtete Strömung führt zur Kompression von Emissionsprodukten und ungewollten Störungen der Wechselwirkungszone, bspw. eines Schweißschmelzbades. Die Emissionsprodukte werden dabei nicht abtransportiert, sondern in Richtung des Werkstückes zurück transportiert und führen dort zu entsprechendem Niederschlag oder Anhaftungen. Aus M. Kern et al . , „Optimiertes Querj etkonzept zur effizienten Spritzerablenkung und gesicherten Schutzgaszufuhr beim Laserschweißen", Laser und Optoelektronik, Bd. 28, 1996, Ausgabe 8, Seiten 62 ff,
ist ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung mit energetischer Strahlung bekannt, bei dem das Hilfsmedium über Querjets nahe der Werkstückoberfläche durch den energetischen Strahl hindurch strömt . Durch diese Querjets werden von der Werkstückoberfläche in Richtung der Komponenten der Vorrichtung sich ausbreitende Emissionen abgelenkt und aus dem Strahlbereich befördert. Um gleichmäßige Bearbeitungsergebnisse zu erzielen, müssen die Querjets jedoch bei einem Richtungswechsel der Bearbeitung ebenfalls umorientiert werden. Weiterhin besteht die Gefahr, dass durch die Querjets unerwünschte Umgebungsluft in die Wechsel- Wirkungszone gesaugt wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bearbeitung oder Analyse eines Werkstücks oder einer Probe mit energetischer Strahlung sowie eine Düse zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die einen werkstücknahen Abtransport der Emissionsprodukte ohne Störung der Bearbeitungszone ermöglichen.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie der Düse gemäß den Patentansprüchen 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Düse sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungs- beispielen entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Bearbeitung oder Analyse eines Werkstücks oder einer Probe mit
zumindest einem energetischen Strahl wird der energetische Strahl in bekannter Weise auf eine zu bearbeitende oder zu analysierende Stelle des Werkstücks oder der Probe gerichtet und in der Umgebung der zu bearbeitenden oder zu analysierenden Stelle mit zumindest einer Düse eine gerichtete Strömung eines aus der Düse austretenden Hilfsmediums erzeugt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Strömung des Hilfsmediums mit einer Hauptstrδmungskomponente (= Haupt- Strömungsrichtung bzw. dominante Strömungsrichtung) derart von einer Strahlachse der energetischen Strahlung und/oder von der Oberfläche des oder der zu bearbeitenden oder zu analysierenden Werkstücks oder Probe weg gerichtet erzeugt wird, dass ein Sog im Bereich einer Wechselwirkungszone des energetischen
Strahls mit dem Werkstück oder der Probe entsteht, der dort anfallende Emissionsprodukte seitlich aus der Wechselwirkungszone befördert. Die vorliegende Erfindung geht somit einen vollständig anderen Weg als die bekannten Verfahren des Standes der Technik, bei denen die Hauptströmungskomponente des Hilfsmediums immer entweder parallel zur Strahlachse der energetischen Strahlung in Richtung der Oberfläche oder auf diese Strahlachse hin gerichtet erzeugt wird. Beim vorliegenden Verfahren wird durch die von Strahlachse und/oder Oberfläche weg gerichtete HauptStrömungskomponente eine Wechselwirkung des eingesetzten Hilfsmediums mit der Wechselwirkungszone, d. h. der zu bearbeitenden oder zu analysierenden Stelle, oder dem energetischen Strahl selbst vermieden. Die vorliegend eingesetzte gerichtete Strömung erzeugt vielmehr einen Sog im Bereich der Wechselwirkungszone, der dort anfallende Emissionsprodukte seitlich aus der Wechsel-
Wirkungszone befördert. Auf diese Weise werden die Emissionsprodukte nahe ihres Entstehungsortes aus dem Wirkbereich der Energiestrahlung abtransportiert, ohne die Wechselwirkungszone dabei störend zu beeinflussen. Weiterhin kann diese Anordnung dazu genutzt werden, die der Bearbeitungsstelle zugewandten Düsenteile durch den expandierenden Gas- oder Flüssigkeitsstrom und den schnellen Abtransport heißer Emissionsprodukte effektiv zu kühlen und vor Beschädigungen und Anhaftungen zu schützen. Im Gegensatz zur Technik der Querjets lässt sich die Strömung des Hilfsmediums auch rotationssymmetrisch um die Strahlachse erzeugen, so dass die Notwendigkeit einer Umorientierung bei einem Richtungs- Wechsel der Bearbeitung überflüssig wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Strömung des Hilfsmediums beim vorliegenden Verfahren mit der Hauptströmungskomponente in radialer Richtung zur Strahlachse und/oder parallel zur Werkstück- oder Probenoberfläche erzeugt. Diese beiden Alternativen stimmen in den Fällen überein, in denen die energetische Strahlung senkrecht auf das Werkstück bzw. die Probe gerichtet wird. Dies muss jedoch nicht bei allen Anwendungen der Fall sein.
Als Hilfsmedium können beim vorliegenden Verfahren bspw. Luft, inerte oder reaktionsträge Gase oder auch reaktive Gase oder Flüssigkeiten eingesetzt werden. Die Art des eingesetzten Mediums hängt von der gewünschten Zusatzwirkung dieses Mediums ab.
Die ein oder mehreren Düsen, mit denen die von der Strahlachse und/oder Oberfläche weg gerichtete Strömung
des Hilfsmediums über der Oberfläche erzeugt wird, werden je nach gewünschter Sogwirkung und gewünschtem Sogort in geeignetem Abstand über der Werkstück- oder Probenoberfläche positioniert. Auch der Volumenstrom des über die ein oder mehreren Düsen geführten Hilfs- mediums kann je nach gewünschter Sogwirkung eingestellt werden. Auf diese Weise lässt sich das Verfahren flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen. Die für die Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Düse umfasst einen Düsenkörper mit einer vorzugsweise zentralen Durchgangsbohrung für den Durchgang des energetischen Strahls sowie ein oder mehrere Austrittsöffnungen für das über den Düsenkörper zugeführte Hilfsmedium. Diese Austrittsöffnungen sind derart am Düsenkδrper angeordnet und ausgebildet, dass die gemäß dem vorliegenden Verfahren von der zentralen Längsachse der Durchgangsbohrung und/oder von einer auf einer Austrittsseite der Düse liegenden und senkrecht zur Längsachse der Durchgangsbohrung orientierten
Hilfsebene weg gerichtete Hauptströmungskomponente des Hilfsmediums erzielt wird, durch die ein Sog im Bereich der Wechselwirkungszone des energetischen Strahls mit einem vor der Düse angeordneten Werkstück entsteht, der dort anfallende Emissionsprodukte seitlich aus der Wechselwirkungszone befördert. In einer besonderen Ausgestaltung sind die ein oder mehreren Austritts- Öffnungen so angeordnet und ausgebildet, dass die Hauptströmungsrichtung radial von der Längsachse der Durchgangsbohrung weg gerichtet ist. Selbstverständlich umfasst der Düsenkörper einen oder mehrere Anschlüsse für die Zufuhr des Hilfsmediums, die über einen oder
mehrere Kanäle mit den Austrittsöffnungen verbunden sind.
Bei vektorieller Zerlegung der Hauptrömungs- komponente in eine Komponente senkrecht zur Werkstückoder Probenoberfläche und eine Komponente in radialer Richtung zur Strahlachse und/oder parallel zur Werkstück- oder Probenoberfläche ist die Komponente in radialer Richtung zur Strahlachse und/oder parallel zur Werkstück- oder Probenoberfläche bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens und der Düse größer als die Komponente senkrecht zur Werkstück- oder Probenoberfläche. Die ein oder mehreren Austrittsöffnungen für das Hilfsmedium sind vorzugsweise als Schlitze oder Bohrungen im werkstücknahen Teil der äußeren Düsenwand ausgebildet, so dass die Strömung des Hilfsmediums dominant radial abströmt und einen radialen rotations- symmetrischen oder unsymmetrischen Strömungsfächer, im Folgenden auch Radialj et genannt, bildet.
Beim Einsatz der vorliegenden Düse müssen die Achsen von Energiestrahl und Durchgangsbohrung nicht in jedem Falle koaxial oder parallel verlaufen. Vielmehr lässt sich die Düse und somit die Durchgangsbohrung unabhängig von der Strahlachse des Energiestrahls positionieren und einstellen. Vorzugsweise weist die Düse auch einen Anschluss für die Zuführung eines weiteren Mediums über die Durchgangsbohrung auf. Bei dieser Ausgestaltung kann die vorzugsweise zentrale für den Strahlungsdurchtritt vorgesehene Durchgangsbohrung zusätzlich als Zufuhrkanal für ein gasförmiges oder
flüssiges, inertes, reaktionsträges oder reaktives Medium, insbesondere zur Emissions- oder Bearbeitungsbeeinflussung, dienen. Weiterhin kann durch die Zufuhr eines derartigen zusätzlichen Mediums eine Kompensation des aus der Wechselwirkungszone abgesaugten Volumens erfolgen, um eine Ansaugung von Nebenluft zu vermeiden. Die Durchgangsbohrung ist hierbei an der dem Werkstück zugewandten Seite vorzugsweise mit einer umfänglichen Anschrägung oder Abrundung versehen, um Verluste bei der Stromungsumlenkung des ausströmenden zusätzlichen Mediums zu vermeiden. Auch weitere Teile der Düse, an denen eine Stromungsumlenkung stattfindet, sind zur Vermeidung von Totwassergebieten vorzugsweise geeignet abgerundet . Die Durchgangsbohrung kann auch zusätzlich zur werkstücknahen Austrittsöffnung weitere seitliche Öffnungen aufweisen. Die zentrale Mediumzufuhr über die Dürchgangsbohrung kann dabei so eingestellt werden, dass ein Ansaugen von Nebenluft durch die zusätzlichen Öffnungen vermieden wird. Bei einer Ausgestaltung der Durchgangsbohrung, bei der diese bis auf die werkstücknahe Austrittöffnung gasdicht abgeschlossen ist, wird die zentrale Medienzufuhr über die Durchgangsbohrung vorzugsweise so eingestellt, dass zumindest eine Unterdruckbildung in der Durchgangsbohrung vermieden wird.
Die Austrittsöffnungen für das Hilfsmedium sind bei der vorliegenden Düse vorzugsweise mit Führungs- lippen zur Beeinflussung der Strömungsrichtung und
Strömungsgeometrie versehen. Die vom Werkstück bzw. der Probe weiter entfernte Führungslippe kann dabei weiter radial hinausragen als die dem Werkstück bzw. der Probe
nähere Führungslippe oder umgekehrt. Die Strömungskonturen der Führungslippen können bei der vorliegenden Düse auch so ausgebildet sein, dass im Düsenkanal und/ oder außerhalb davon zwischen der von der Werkstückoder Probenoberfläche weiter entfernten Führungslippe und der Werkstück- bzw. Probenoberfläche eine Strömung mit einem konvergenten, divergenten oder aus diesen Eigenschaften zusammengesetzten, bspw. Laval-fδrmigen, Strömungslängsschnitt entsteht.
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Düse ist deren Durchgangsbohrung so ausgebildet, dass sie auf konventionelle, koaxiale Bearbeitungsdüsen aufgesteckt oder aufgeschoben werden kann. Die Innen- kontur der Durchgangsbohrung ist dabei im Wesentlichen an die Außenkontur der konventionellen Düse angepasst . Bei dieser Ausgestaltung lässt sich die vorliegende Düse als optional montierbares Zusatzmodul für konventionelle Vorrichtungen zur Bearbeitung oder Analyse von Oberflächen einsetzen.
Weiterhin kann die Düse auch zusätzlich einen Ringspalt für die Zufuhr eines weiteren Mediums aufweisen, wie dies in der DE 4402000 C2 näher erläutert ist. Bei einer aufsteck- oder aufschiebbaren Ausgestaltung der Düse, wie in Zusammenhang mit der vorangehenden Ausführungsform erläutert, kann dieser Ringspalt auch durch eine geeignete Innenkontur der vorliegenden Düse zwischen der vorliegenden und der konventionellen Düse gebildet werden.
Mit dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Düse können gleichzeitig mehrere Effekte erzielt
werden, die mit den bisher bekannten Verfahren oder den bei diesen Verfahren eingesetzten Düsen nicht oder nur zum Teil möglich sind. So lässt sich mit dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Düse ein effektiverer Abtransport der Emissionsprodukte nahe an ihrem Entstehungsort realisieren. Die Emissionsprodukte werden dabei expandiert statt komprimiert, so dass ein Niederschlag sowie Anhaftungen auf der Werkstückoberfläche vermieden werden. Durch die Sogwirkung wird die Entgasung von Schweißkapillaren und Schmelzbädern in der Wechselwirkungszone gefördert, so dass die Porenbildung im Werkstoff vermindert wird. Durch Vermeidung von Druckkräften in der Wechselwirkungszone, die bei direkter Anströmung auftreten, wird der Bearbeitungsprozess nur minimal gestört . Das Verfahren lässt sich auch mit kostengünstigen Hilfsmedien betreiben, da eine indirekte Strδmungswirkung ausgenutzt wird und somit keine direkte Beaufschlagung der zentralen Bearbeitungsstelle mit dem Hilfsmedium erfolgt. Im Gegensatz zu bekannten Querjetkonzepten führt das vorliegende Radialjetkonzept nicht zum Absaugen von Prozess- oder Schutzgas aus der Wechsel- wirkungszone sondern zum Ansaugen von zentral über die Durchgangsbohrung zugeführten Medien in Richtung der Wechselwirkungszone.
Bei angepasster Gestaltung und Medienwahl lässt sich auch eine Schutzwirkung im Bereich der Wechsel- wirkungszone erreichen. Im Falle einer Strömung mit Strömungskomponenten auch in Richtung der Werkstückoder Probenoberfläche kann auch die Umgebung der Wechselwirkungszone vor Umgebungsluft geschützt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Düse werden nachfolgend anhand von Ausführungs- beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Düse; und Fig. 2 ein zweites Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Düse.
Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt ein Beispiel für einen Aufbau einer Düse zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens, wobei in diesem und dem nachfolgenden Beispiel lediglich die für die Erfindung wesentliche Düsenspitze dargestellt ist. Der Düsenkörper 1 weist eine zentrale Durchgangsbohrung 2 für den Durchtritt des ener- getischen Strahls 3, bspw. des Strahls einer Laser-,
Plasma- oder Lichtbogenquelle, auf. Die Strahlachse 4 dieses energetischen Strahls 3 liegt im vorliegenden Beispiel auf der Längsachse 5 der zentralen Durchgangsbohrung 2. Diese Durchgangsbohrung 2 dient gleichzeitig einer zentralen Medienzufuhr 6, durch die bspw. Prozessgase in die Wechselwirkungszone 7 an der Werkstückoberfläche 8 des Werkstücks 9 transportiert werden können. Der Düsenkörper 1 weist im vorliegenden Beispiel an der dem Werkstück 9 zugewandten Düsenunterseite 10 einen umlaufenden Düsenaustrittsschlitz 11 auf, über
den ein zugeführtes Hilfsmedium im vorliegenden Beispiel radial zur Strahlachse 4 bzw. Längsachse der Durchgangsbohrung 5 aus der Düse austritt . Der Düsenkörper hat einen entsprechenden Anschluss 12 für die Zufuhr dieses Hilfsmediums, das im Düsenkδrper über einen Kesselraum 13 zum Austrittsschlitz 11 strömt. Durch das radial von der Strahlachse 4 weg ausströmende Hilfsmedium wird ein Radialj et 14 mit einer zur Werkstückoberfläche parallelen dominanten Strömungs- komponente erzeugt. Durch diese Strömung werden aus der Wechselwirkungszone 7 Emissionsprodukte 15 abgesaugt, wie dies durch die Pfeile dargestellt ist. Diese Emissionsprodukte resultieren aus der Wechselwirkung des auf die Werkstückoberfläche 8 auftreffenden energetischen Strahls 3 mit dem Material der Werkstückoberfläche, insbesondere aus der dadurch hervorgerufenen schnellen Temperatur- und/oder Phasenänderung im Material. Durch den Radialj et 14 wird ein schneller Abtransport dieser Emissionsprodukte 15 erreicht, ohne die Wechselwirkungszone 7 nennenswert zu beeinflussen. Insbesondere kommt der Radialj et 14 nicht mit dieser Wechselwirkungszone 7 oder dem energetischen Strahl 3 in Kontakt. Die Strömungsführung wird im vorliegenden Beispiel zusätzlich durch Führungslippen 16 am Austrittsschlitz 11 unterstützt. Das durch die Sogwirkung abgesaugte Volumen wird durch das über die Durchgangsbohrung 2 zugeführte Medium ersetzt. Die Austrittsδffnung der Durchgangsbohrung ist hierbei, wie in der Figur ersichtlich, angeschrägt bzw. abgerundet, um die Ausströmung dieses Mediums nicht zu stören.
Ein weiteres Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung einer Düse zur Durchführung des vorliegenden
Verfahrens zeigt Figur 2. Der Austrittsschlitz 11 der Düse ist dabei über entsprechende Führungslippen 16 so ausgebildet, dass die Strömung des Hilfsmediums nicht nur von der Strahlachse 4 bzw. Längsachse 5 der Durch- gangsbohrung weg, sondern auch von der Werkstückoberfläche weg nach hinten gerichtet ist. Auch bei dieser Ausgestaltung werden Emissionsprodukte 15 durch diese Strömungsführung aus der Wechselwirkungszone 7 abgesaugt. Dies gilt auch für eine mögliche Ausgestaltung, bei der die Strömung durch entsprechende Gestaltung der Führungslippen parallel zur Strahlachse nach hinten gerichtet oder zur Strahlachse geneigt nach hinten gerichtet erzeugt wird. Die weiteren Komponenten der in Figur 2 dargestellten Düse entsprechen denen der Düse der Figur 1, so dass hier nicht mehr näher darauf eingegangen werden muss.
Eine gemäß Figur 1 ausgestaltete Düse wurde bereits erfolgreich und vorteilhaft beim Schweißen von Stahlwerkstoffen mit Nd: /YAG-LaserStrahlung der
Leistung über 5 kW getestet. Hierbei wurden etwa 50 - 100 1/min Luft als Hilfsmedium eingesetzt. Die Düse wies hierbei eine Spaltweite des Düsenschlitzes 11 von einigen Zehntel Millimetern auf, der Abstand der Düsenunterseite zur Werkstückoberfläche betrug einige Millimeter. Beim Durchschweißen von 10 mm dickem Baustahl wurde im Vergleich mit dem Einsatz konventioneller Querjet-Düsen eine Steigerung der Schweißgeschwindigkeit um 50% bei verbesserter Nahtqualität erzielt. Die entstehende intensive
Dampffackel über der Wechselwirkungszone konnte mit dieser Düse wirkungsvoll unterdrückt werden, ohne den Schweißprozess zu stören.
Bezugszeichenliste
1 Düsenkörper
2 Durchgangsbohrung 3 energetischer Strahl
4 Strahlachse
5 Längsachse der Durchgangsbohrung
6 zentrale Medienzufuhr
7 Wechselwirkungszone 8 Werkstückoberfläche
9 Werkstück
10 Düsenunterseite
11 Düsenaustrittsschlitz
12 Anschluss zur Zufuhr des Hilfsmediums 13 Kesselraum der Düse
14 Radialj et
15 umgelenkte Emissionsprodukte
16 Führungslippen