WO2024056137A1 - VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS - Google Patents

VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS Download PDF

Info

Publication number
WO2024056137A1
WO2024056137A1 PCT/DE2023/100694 DE2023100694W WO2024056137A1 WO 2024056137 A1 WO2024056137 A1 WO 2024056137A1 DE 2023100694 W DE2023100694 W DE 2023100694W WO 2024056137 A1 WO2024056137 A1 WO 2024056137A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
welding
heat
cooling
main direction
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100694
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Phillip Utsch
Original Assignee
HPL Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102022123550.5A external-priority patent/DE102022123550A1/de
Application filed by HPL Technologies GmbH filed Critical HPL Technologies GmbH
Publication of WO2024056137A1 publication Critical patent/WO2024056137A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/703—Cooling arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/706—Protective screens

Definitions

  • the invention relates to a device for deposition welding and a method for preheating a workpiece.
  • HVLA High-Velocity Laser Application
  • EHLA extreme high-speed laser deposition welding
  • the invention relates to a device for deposition welding, having at least the following components:
  • a feed device for feeding a welding filler material; and - at least one workpiece holder for receiving a workpiece with a surface to be coated, the surface to be coated having a main direction for radiating provided welding energy in a relative arrangement to the welding device.
  • the device is primarily characterized in that a heat absorber device is also provided with a collecting surface and with a cooling surface which is solidly-thermally connected to the collecting surface and actively flows with a cooling fluid during operation, the heat absorber device being aligned relative to the workpiece holder in such a way that during deposition welding The main direction for radiating provided welding energy is cut from the collecting surface of the heat absorber device.
  • the device for deposition welding proposed here is designed to coat a workpiece, which is accommodated in a workpiece holder, on a surface to be coated using a welding filler material, which is supplied from a feed device, using a welding device.
  • the welding filler material is provided, for example, in the form of a wire or a powder.
  • the welding device is set up, for example, for plasma welding, arc welding, laser welding or high-speed flame spraying.
  • the device or the welding device and the feed device are set up for high-speed laser deposition welding [HVLA: High-Velocity Laser Application].
  • the surface of the workpiece to be coated is in an advantageous embodiment flat, alternatively the surface has elevations and/or depressions, so that it has a 2.5-D topology.
  • the workpiece holder and/or the welding device is movable, so that a relative advance between the welding device and the workpiece holder and/or an alignment of the welding device relative to the workpiece holder or to the surface to be coated is possible. Waste heat absorbed in the workpiece or the coating formed on the surface of the workpiece is diffusely radiated, but due to the surface formation, a main direction for radiation is formed normal to the surface to be coated.
  • a main direction is characterized by the fact that most of the thermal radiation is emitted in this direction, preferably more than 20% [twenty percent], particularly preferably at least 50% of the thermal radiation.
  • the term thermal radiation here preferably refers not only to a radiation frequency range which directly leads to the heating of an affected component, but also to those which occur as a result of a phase shift that occurs (with a certain probability or to a certain extent, for example immediately upon impact) (for example as a result of a Refraction) can cause a component that is hit to heat up.
  • the law of reflection applies, so that the angle of incidence equal to the angle of reflection represents the main direction for radiating the welding energy provided in the form of light.
  • the surface of the workpiece to be coated is inclined relative to the welding device or to the direction of input of the welding energy, for example by 15° [fifteen degrees from 360°] to 45°, preferably 25°, so that there is a corresponding surface normal (i.e. with an ideally smooth and reflective surface of the same amount) the discharge angle forms as the main direction.
  • the surface is generally not ideally mirror-smooth and, due to scattering effects when welding filler material is provided, in particular as powder, a considerable proportion of the light-shaped welding energy introduced is emitted outside the main direction, for example in a cone shape from the surface to be coated.
  • the device has a heat absorber device which is set up to absorb or conduct away part of the waste heat radiated from the surface to be coated from the previously described process.
  • a collecting surface is provided, which is designed (at least in the broadest sense) to absorb the radiated waste heat. This collecting surface is set up in such a way that the smallest possible proportion of the waste heat radiated and radiated into the collecting surface is reflected.
  • the collecting surface is also set up in such a way that it has a low tendency to release absorbed heat in the form of thermal radiation.
  • a cooling surface is provided which is solidly and thermally connected to the collecting surface and can be actively flowed through with a cooling fluid and is actively flowed through during operation. This cooling surface is supplied by the heat absorbed by the collecting surface.
  • the cooling surface in continuous operation is supplied with more than 50% [fifty percent], preferably at least 80%, of the heat absorbed by the collecting surface. The remaining heat is stored in the component (i.e. the substrate) with the collecting surface or an adjacent component.
  • a proportion of the heat that is radiated again is less than the heat stored in the component mentioned with or near the collecting surface.
  • the cooling surface is preferably set up to dissipate heat stored in the component mentioned.
  • a portion of the absorbed or reflected heat radiation that is re-emitted as heat radiation from the collecting surface is deflected or scattered in such a way that the resulting heat input into a further component, and above all the welding device and the feed device, is small, preferably negligible.
  • the heat absorber device is aligned relative to the workpiece holder to collect the heat radiation and reflected light from the processing of the surface to be coated in such a way that during deposition welding the main direction for radiating the welding energy provided is cut by means of its collecting surface.
  • a surface center region of the collecting surface is cut from the main direction, so that as much of a scattering component as possible can be absorbed by the collecting surface is.
  • the collecting surface of the heat absorber device is arranged as close as possible to the surface to be coated, so that as much of the heat radiation as possible can be collected.
  • the distance between the surface to be coated and the collecting surface is so large that the welding filler material is not disturbed or is only disturbed to a negligible extent in its trajectory (along the feed direction and/or along a rebound path from the surface to be coated).
  • the collecting surface is aligned with the feed device or its feed direction in such a way that any welding filler material hitting the collecting surface is guided away from the surface to be coated as a result of a bounce and/or as a result of an active (preferably air) flow on the collecting surface.
  • a shortest distance between the surface center of the collecting surface and the processing point of the surface to be coated is at least 150 mm [one hundred and fifty millimeters], preferably a maximum of 500 mm, for example 200 mm to 300 mm.
  • the shortest distance mentioned is preferably a surface normal to an (imaginary) extension plane or to (at the point of the shortest distance) an extension sphere (for example a spherical surface section or a free form) of the collecting surface.
  • the surface normal mentioned is preferably oriented at an angle to the main direction for radiating provided welding energy.
  • the collecting surface has a surface structure which is preferably macroscopic, with the extension plane or extension sphere forming a basic shape from which the surface structure extends differently, comparable to a dent structure (as a surface structure) in a golf ball , whose basic shape is a sphere and thus the extension sphere is a spherical surface, or T-slot (as a surface structure) in a clamping table of a machine tool, whose basic shape is a plane as the extension plane.
  • the cooling surface comprises at least one of the following components: a cooling fin; - at least one perforated sheet;
  • the cooling surface for example for an air flow, for example supported by an air conveyor, has elevations and depressions, for example in the form of cooling fins, in which the extent extending away from a base area is significantly larger than an extent transverse to this extent.
  • a plurality of cooling fins are provided, these being arranged at a suitable distance, preferably parallel to one another.
  • the cooling surface has at least one flow line for a cooling fluid, so that a cooling fluid encapsulated from the environment can be used to control the temperature of the cooling surface.
  • a cooling circuit is provided, into which the flow line of the cooling surface is integrated.
  • a so-called heat pipe is provided, in which a cooling fluid (here a so-called refrigerant) evaporates or is vaporized during operation for cooling and is liquefied again at another location and flows back to the warm location, whereby such a heat pipe forms a closed container.
  • the surface of the cooling surface is enlarged by at least two times, preferably at least three times, preferably a maximum of ten times, compared to a mathematical base area, for example by forming a macroscopic surface roughness, providing a more or less regular corrugation, a pyramid shape or similar.
  • a forced and/or defined air flow is preferably used with an air flow, preferably by means of a conveyor device.
  • the cooling surface is additionally or exclusively formed by one or a plurality of perforated plates.
  • the (through) holes arranged in the perforated plate also forms at least part of the collecting surface for absorbing and/or appropriately reflecting the radiation from the welding process.
  • a perforated sheet comprises a plurality of (through) holes, for example with a diameter of approximately 1 mm [one millimeter] to 3 mm, preferably 1.5 mm to 2 mm, and/or a distance between the holes of approximately 1 mm [one millimeter] to 3 mm, preferably 1.5 mm to 2 mm.
  • the perforated sheet is a so-called expanded metal or expanded metal.
  • the cooling surface is connected to a flow line for a cooling fluid by means of a thermal bridge, the cooling fluid being used as, preferably the only, heat source for heating a further component.
  • a flow line for a cooling fluid is connected to the cooling surface via a thermal bridge, i.e. with an excellent thermal conductivity, i.e. a high heat transfer coefficient and a high thermal conductivity.
  • a thermal bridge is formed, for example, by being made in one piece, by a cohesive connection and/or using a thermal paste.
  • the cooling fluid which is heated on the cooling surface of the heat absorber devices, is used to heat a further component, and thus this further component uses the waste heat during operation (i.e. absorbs and/or converts it) and thus acts as its heat sink Cooling surface is cooled.
  • the further component or a plurality of further components is the sole heat sink for the cooling fluid.
  • the further component or the majority of the further components are the only ones of which the cooling fluid is or will be used as a heat source to control the temperature of the cooling surface. In an operating state in which no or only a small amount of waste heat is generated on the cooling surface, it is then accepted that the other component is not heated in advance.
  • the at least one further component is a workpiece that is not currently being processed using the welding device.
  • this second workpiece is then heated either by means of another source or the workpiece is processed without (additional heating in this way (at room temperature, for example) using the welding device is supplied.
  • the collecting surface has a surface texture designed as a radiation trap, wherein the radiation trap preferably comprises a plurality of dead ends with wall courses approaching one another in the main direction towards the end of the dead end, and / or where preferably Absorbing laser light from laser deposition welding, the surface of the collecting surface has a lower reflection content than the surface to be coated.
  • a radiation trap is formed by the collecting surface, so that a minimum of the input radiation, in particular the laser light, is not reflected or is at least scattered.
  • a plurality of dead ends are provided, in which a radiation path can radiate and at the end meets a closed floor, with the dead end tapering towards this floor, i.e. having an approximate wall course.
  • a light beam that hits one wall of the dead end is reflected onto the opposite wall, provided that the radiation is not already completely absorbed by the first wall and reflected from there in the direction of the end of the dead end, so that the number of impact points on the collecting surface is significantly increased and thus the absorption behavior or the absorption efficiency of the collecting surface is significantly increased compared to an embodiment with a flat or with a merely roughened surface.
  • the radiation trap is formed by a reflection property of the collecting surface, which has a lower reflection proportion for laser light than the surface to be coated.
  • the surface of the collecting area is dark and/or matt.
  • both the dead ends and the small amount of reflection on the surface of the collecting surface can be combined with one another.
  • the reflection portion is achieved by means of a lacquer coating and/or by anodizing an aluminum material.
  • an average and/or central normal to the collecting surface is aligned inclined to the main direction for radiating provided welding energy from the surface to be coated, preferably a scattered light with a scattering angle to this Main direction is oriented at an angle of less than or equal to 15° to this normal.
  • the collecting surface is aligned at an angle to the main direction for radiating the welding energy provided, for example the laser light, so that a remaining reflection component is not reflected back onto the workpiece or is most likely reflected back at another location, preferably outside the workpiece.
  • a scattered light with a scattering angle of 15° [fifteen degrees of 360°] to the main direction i.e. a cone with an opening angle of 15° or smaller, it is oriented at an angle to this normal of the collecting surface, so that also for one A large proportion of the scattered light within this scattering cone collecting surface is inclined.
  • the averaged or central normal of the collecting surface refers to an average of an uneven surface or the imaginary one Extension plane or extension sphere is related to an uneven surface.
  • the collecting surface is concave or convex or corrugated (extension sphere), in which case the central normal is arranged in a surface center of the collecting surface.
  • the inclination towards scattered light within a scattering cone which is preferably not limited to the said opening angle of 15°, is adjusted accordingly by means of a concave or convex embodiment, so that a respective local normal is aligned inclined to the respective scattering angle.
  • this alignment is combined with the above-mentioned radiation trap, whereby the normal is not related to a dead end and/or surface roughness, but rather to an averaging of the area in which the dead ends or the roughness is arranged.
  • the opening angle in a right circular cone is the angle of the right-angled triangle opposite the opposite side, from which the cone (body of revolution with the hypotenuse as the axis of rotation or height) is formed.
  • the tip of the cone therefore contains twice the opening angle (for example 30° for the above-mentioned 15° opening angle).
  • the heat absorber device can be moved in a fixed manner relative to the welding device at least along a single feed direction.
  • the heat absorber device can be moved, preferably in such a way that it is always aligned in the same way as the welding device. This has the advantage that the heat absorber device can be made smaller than a rigidly arranged heat absorber device with the same function.
  • the heat absorber device can be moved, but preferably so that only one radiation angle is constant relative to the collecting surface. A (shortest) distance, an arrival point on the collecting surface and/or an alignment angle about an axis along the radiation angle can be changed.
  • the heat absorber device preferably does not include its own actuator.
  • the heat absorber device is fixed via a connecting arm to the welding device and/or the feed device or to an actuator (at least for the feed) of the welding device or feed device.
  • the (or one) heat absorber device is fixed via a connecting arm to one of the workpiece holders or to an indexing table and/or actuator (at least for positioning relative to the welding device) of the workpiece holder in question.
  • At least one further workpiece holder is provided for receiving a further workpiece for processing by means of the welding device and that a recorded workpiece can be preheated in a position outside of processing by means of a heating device, wherein preferably the heating device, particularly preferably exclusively, the required process heat can be supplied by means of the collected heat of the heat absorber device.
  • a further workpiece holder is provided, which can be equipped with the welding device outside a position for processing, or from which a workpiece can be removed outside of said position.
  • the received workpiece of the further (second) workpiece holder can be preheated by means of a heating device, so that a temperature difference between the surface to be coated and the welding filler material to be applied, which is melted or melted (i.e. very hot), is reduced and This means that the surface to be coated and the material underneath are exposed to reduced thermal shock.
  • further workpiece holders are provided and/or preferably the majority of the workpiece holders can be moved together on a common switching table, so that moving a workpiece holder into the position for machining simultaneously moves another workpiece holder out of this position effects.
  • this heating device can be supplied beforehand while a workpiece is being picked up outside the position for processing by means of the heat collected by the heat absorber device, for example via a flow line with a cooling fluid.
  • the heat absorber device is the only heat source for the process heat, which the heating device requires in order to preheat the workpiece received. Reference is hereby made to the above statements regarding the use of the collected heat of the heat absorber device.
  • the at least one recorded second workpiece is a heat sink for at least 50% of the waste heat collected by the heat absorber device.
  • the 50% [fifty percent] in this case means continuous operation, in which, for example, the components used, i.e. their heat capacities, are brought to saturation and/or a thermodynamic equilibrium is set.
  • the at least one recorded second workpiece is a heat sink for at least 80% of the waste heat collected by the heat absorber device, with the remainder being converted into conduction losses and radiation.
  • At least one perforated plate is provided, wherein, preferably in relation to the main direction for radiating provided welding energy, a channel for a flow line of a cooling fluid is formed behind at least one of the perforated plates, and/or wherein preferably by at least one of the perforated plates and/or a further surface element in relation to the main direction for radiating provided Welding energy behind the at least one perforated plate, the collecting surface is formed.
  • a perforated surface is formed, preferably from a self-supporting element, such as a metallic or organic sheet.
  • the perforated plate preferably has good thermal conductivity, so that radiation energy absorbed on the front side (i.e. on the radiation side) is quickly passed on to the back of the perforated plate, for example comprising steel, aluminum and / or carbon fibers.
  • a perforated sheet comprises a plurality of (through) holes, for example with a diameter of approximately 1 mm [one millimeter] to 3 mm, preferably 1.5 mm to 2 mm, and/or a distance between the holes of approximately 1 mm [one millimeter] to 3 mm, preferably 1.5 mm to 2 mm.
  • the perforated sheet is a so-called expanded metal or expanded metal.
  • a plurality of such perforated plates are arranged one behind the other in the main direction, particularly preferably with holes offset from one another transversely to the main direction. This creates a particularly simply constructed and efficient radiation trap.
  • a preferably closed surface element is arranged in the main direction behind the last perforated plate in this direction, of which part of the collecting surface is formed, specifically for radiation that may be directly incident or for radiation reflected at least once via a plurality of perforated plates.
  • part of the collecting surface is inevitably formed by the at least one perforated plate.
  • the surface element is also a self-supporting sheet metal element, for example made of the same or one Similar material as the at least one perforated sheet or at least one of the perforated sheets.
  • the material of a collecting surface for example at least one of the perforated plates, preferably the frontmost perforated plate in the main direction, is dark, for example as anodized aluminum or a black plate or optionally coated or painted.
  • a collecting surface is brushed or roughened in some other way for the most diffuse reflection behavior possible.
  • a channel for the flow of a cooling fluid for example air
  • a cooling fluid for example air
  • the cooling fluid is guided to flow along at least the perforated plate at the front in the main direction, so that the Venturi nozzle effect is achieved via the holes. This means that additional heated air is sucked in from the processing area when the workpiece is held and at least some of it is removed.
  • a method for preheating a workpiece is proposed, which is carried out before machining by means of deposition welding, the method having the following steps: a. Providing a first workpiece received in a first workpiece holder and a second workpiece recorded in a second workpiece holder; b. Processing the first workpiece held in the first workpiece holder by means of a welding device for deposition welding; c. Catching one in step b. resulting waste heat by means of a heat absorber device; and d. Supplying the second workpiece received in the second workpiece holder with heat with the heat in step c. collected waste heat as a heat source.
  • a method is proposed here in which a workpiece is preheated by means of build-up welding before machining.
  • the advantage here is that a temperature difference between the workpiece and the applied welding filler material, which is applied melted or melted (i.e. at a very high temperature), and the melt pool that may be formed is reduced. This means that a temperature shock for the surface to be coated and the material underneath is reduced and/or the surface properties (and especially their connection to the substrate) of the surface to be coated are (almost) constant with appropriate cooling of the workpiece during processing.
  • a first workpiece is processed in a first workpiece holder by means of a welding device, with the resulting waste heat being absorbed by a heat absorber device and delivered to a second workpiece, which is held in a second workpiece holder.
  • the second workpiece or the second workpiece holder is not in a position in which the second workpiece is processed using deposition welding or at least the second workpiece is preferably not being processed using deposition welding.
  • the second workpiece is currently being prepared, for example by means of calibration, cleaning and/or any machining that may be necessary.
  • the workpiece holder itself or a component of the workpiece holder itself is heated for a heat-conducting transfer of the waste heat to the corresponding workpiece to be held.
  • a separate heating device is provided.
  • the heating device is set up as a component of the second workpiece holder for the airborne transfer of waste heat to the second workpiece.
  • the heat absorber device is a component of the machine tool, for example the first workpiece holder, with the first and second workpiece holders preferably having the same or identical design.
  • Each workpiece holder then forms one Heat source and the other is the heat sink for the waste heat introduced into the respective workpiece during processing using the welding devices.
  • more than two workpiece holders or several workpieces can be accommodated by one workpiece holder at the same time, with the workpiece being heated up in a preferred embodiment which is next sent for processing by means of build-up welding, particularly preferably when there is sufficient waste heat.
  • the workpiece holders and the heat absorber device are part of a device for deposition welding according to an embodiment according to the above description.
  • the method for preheating a workpiece carried out by means of the device for build-up welding in an embodiment according to the above description is particularly advantageous because the heat absorber device can be collected particularly efficiently for collecting waste heat from a workpiece surface processed by means of a welding device. This means that a particularly large proportion of this waste heat can be used for the subsequent workpieces.
  • the device and preferably for carrying out the method proposed here for preheating a workpiece is a laser deposition whitening device, very particularly preferably a high-speed laser deposition welding [HVLA: High-Velocity Laser Application].
  • a laser power is, for example, between ten kilowatts [10 kW] and 30 kW, preferably between 16 kW and 20 kW.
  • Fig. 1 a device for deposition welding in a schematic side view
  • Fig. 2 a heat absorber device in a detailed view
  • Fig. 4 a device for deposition welding in a further embodiment in a schematic side view
  • Fig. 5 a perforated plate.
  • a device 1 for deposition welding is shown in a schematic side view.
  • the device 1 for deposition welding comprises a welding device 2 and a feed device 3, which are set up for coating a (first shown here) workpiece 7.
  • the first workpiece 7 is received by a first workpiece holder 5, the first workpiece holder 5 comprising a heating device 25.
  • a second workpiece holder 6 is arranged next to the first workpiece holder 5, the second workpiece holder 6 being designed analogously to the first workpiece holder 5, i.e. equipped with a heating device 25 and set up to hold a second workpiece 8.
  • the workpiece holders 5,6 are arranged here purely optionally on a common indexing table 26, the indexing table 26 being set up to rotate about a rotation axis 27 on the indexing table side, so that one workpiece holder 5,6 can be positioned in such a way that the recorded workpiece 7,8 is used for coating is arranged by means of the welding device 2 and the feed device 3.
  • the workpiece holders 5,6 are set up to tilt the workpieces 7,8 along a main direction 10.
  • the welding device 2 and the feed device 3 are (purely optional here) for one
  • High-speed laser deposition welding [HVLA: High-Velocity Laser Application] set up, whereby a welding filler material 4 can be fed above a surface 9 of the workpiece 7 to be coated by means of the feed device 3.
  • the welding filler material 4 is set up for melting by means of the welding device 2, the welding device 2 being used to introduce welding energy in the form of laser light 20 into the supplied welding filler material 4 above the surface 9 to be coated and into the surface 9 of the (here first) workpiece 7 to be coated is set up.
  • the surface 9 of the workpiece 7 to be coated is flat in this exemplary embodiment; alternatively, the surface 9 has elevations and/or depressions, so that it has a 2.5-D topology.
  • the workpiece holder 5 and/or the welding device 2 is movable, so that a relative feed direction 24 between the welding device 2 and the workpiece holder 5 and/or an alignment of the welding device 2 relative to the workpiece holder 5 or to the surface 9 to be coated is possible.
  • the two workpiece holders 5, 6 are set up to rotate about a rotation axis 28 on the workpiece side.
  • a main direction 10 represents the direction of radiation of the welding energy provided in the form of light.
  • the workpiece holders 5, 6 are designed in such a way that a recorded workpiece 7 is tilted relative to the earth's gravity field in the position for processing by means of deposition welding.
  • the surface 9 of the workpiece 7 to be coated is inclined relative to the welding device 2, for example by 25° here.
  • the surface 9 is not ideally mirror-smooth and, due to scattering effects when welding filler material 4 is provided, in particular as powder, a considerable proportion of the welding energy introduced (not just the laser light 20) is emitted outside the main direction 10, for example in a cone shape the surface to be coated 9.
  • the tilting of the workpiece 7 is selected such that the emerging laser light 20 strikes a collecting surface 12 of a heat absorber device 11. It is proposed here that the collecting surface 12 forms a radiation trap, so that a minimum of the input radiation (shown here in simplified form only of the laser light 20) is reflected and this reflected thermal radiation is scattered, see Fig. 2.
  • the scattering cone 21 has an (approximate) Gaussian distribution, so that the majority of the energy is in a cone with the scattering angle 23 of, for example, 15°.
  • each beam path of a scattered light 22 within the scattering cone 21 is (purely optional) inclined to a normal of the collecting surface 12 (or its extension plane, shown here in simplified form). The radiation is therefore not reflected back to the starting point (i.e. the current processing point) or only to a small extent.
  • the heat absorber device 11 can be moved in a fixed manner relative to the welding device 2 at least along the feed direction 24 (here purely optionally fixed by means of a connecting arm 31 to the welding device 2 and the feed device 3), so that the heat absorber device 11 or the collecting surface 12 is compared to the surface to be coated 9 of the workpiece 7 can be made smaller.
  • the heat absorber device 11 comprises a cooling surface 13 arranged on the rear of the collecting surface 12, which can be cooled by means of a cooling fluid (here (purely optional) as a liquid within a flow line 15 and preferably also as ambient air).
  • a cooling fluid here (purely optional) as a liquid within a flow line 15 and preferably also as ambient air).
  • the flow line 15 is connected to the collecting surface 12 in a thermally conductive manner via a thermal bridge 17.
  • a thermal bridge 17 is formed, for example, by being made in one piece, by a cohesive connection and/or using a thermal paste.
  • the thermal bridge 17 comprises a so-called heat pipe.
  • the cooling fluid which is heated on the cooling surface 13 of the heat absorber devices 11, is used to heat the (second) workpiece 8 by means of the heating device 25, and thus the second workpiece 8 uses the waste heat during operation for preheating and at the same time so that the cooling surface 13 and therefore the collecting surface 12 are cooled.
  • the heat absorber device 11 is discussed in detail in FIG. 2 and to this extent reference is made to the description there for at least one possible embodiment.
  • a heat absorber device 11 as can be used in a device 1 for build-up welding according to Fig. 1, is shown in a detailed view.
  • the collecting surface 12 is shown here with another detailed section (circled like a magnifying glass).
  • the laser light 20 or the welding energy heats the collecting surface 12 or a large part of the heat absorber device 11, with a cooling surface 13 being arranged on the left side of the collecting surface 12 as shown.
  • the cooling surface 13 includes cooling fins 14, the extent of which extends away from a base surface 16 is significantly larger than an extent transverse to this extent.
  • a plurality of cooling fins 14 are provided, these being arranged at a suitable distance, preferably parallel to one another. This means that the surface of the cooling surface 13 is enlarged many times over compared to a base area 16 of the cooling surface 13.
  • the cooling surface 13 additionally has at least one flow line 15 for the cooling fluid, so that a cooling fluid encapsulated from the environment can be used to control the temperature of the cooling surface 13.
  • a cooling fluid is guided along the cooling fins 14 in the flow direction 32 shown, preferably in an encapsulated line.
  • a plurality of dead ends 18 are provided, into each of which a radiation path of the laser light 20 can shine and at the end hits a closed floor, the dead end 18 tapering towards this floor, i.e. an approximate wall course 19 having.
  • the laser light 20, which hits one wall of the dead end 18, is reflected onto the opposite wall, provided that the radiation is not already completely absorbed by the first wall and from there in turn reflected towards the end of the dead end 18, so that the number of impact points on the collecting surface 12 is significantly increased and thus the absorption behavior of the collecting surface 12 is significantly increased.
  • the surface 9 of the collecting surface 12 is designed to be dark and/or matt.
  • step a a first workpiece 7 is provided in a first workpiece holder 5 and a second workpiece 8 in a second workpiece holder 6, with the provision on an indexing table 26 according to FIG. 1 preferably being carried out with a time delay.
  • step b the first workpiece 7 is processed using a welding device 2. Due to the laser light 20 used by the welding device 2 and the reflection of the laser light 20, heat is introduced into the heat absorber device 11. Therefore, in step c. the resulting waste heat is absorbed by the heat absorber device 11 and delivered to a second workpiece 8 by means of the thermal bridge 17.
  • step d The second workpiece 8 received in the second workpiece holder 6, which is not currently being processed by deposition welding, is heated by means of a heat-conducting transfer of the waste heat to the corresponding workpiece 8 to be received.
  • the second workpiece 8 is currently being prepared, for example by means of calibration, cleaning and/or any machining that may be necessary.
  • the heating device 25 or the (second) workpiece 8 accommodated in the respective (second) workpiece holder 6 thus forms a heat sink.
  • the waste heat absorbed in the currently processed (first) workpiece 7 forms a further heat source for the other (second) workpiece 8.
  • the (which may initially be cold) that has just been processed or that has already been positioned shortly before processing (first) Workpiece 7 waste heat from the heat absorber device 11 is supplied via the heating device 25.
  • step d the waste heat absorbed is used to heat the second workpiece 8, so that it suffers no or only a very small thermal shock during operation during coating. Due to the heated temperature on the second workpiece 8, the quality of the surface 9 of the workpiece 8 to be coated increases.
  • FIG. 4 shows a device 1 for deposition welding in a further embodiment in a schematic side view. On the right in the illustration, as in Fig. 1, a workpiece is shown during deposition welding, so that reference is made to the description there without exclusion of generality.
  • the heat absorber device 11 is shown on the left in the picture and extends vertically from bottom to top.
  • a (closed) surface element 35 (for example a sheet metal) is shown on the far left, on the right side of which at least part of the collecting surface 12 is preferably formed. Alternatively or additionally, the surface element 35 forms a boundary of the channel 34 for the flow line 15 of the cooling fluid.
  • the holes 39 are preferably formed continuously to the channel 34, so that air from the space to the right of the heat absorber device 11 can be sucked into the channel 34 as a result of a flow along the perforated plate 33 (as shown here with the compressed air nozzle 38, for example) as a result of the Venturi nozzle effect is, as is representatively indicated by three arrows.
  • the perforated plate 33 and the surface element 35 are held fixed to one another here (purely optionally) by rod elements 36, 37, the first rod elements 36 purely for holding the two elements to one another and the second rod elements 37 for fixing the heat absorber device 11 to a fixed or movable device are set up.
  • a laser beam emitted from the surface of the workpiece is shown as it passes through one of the holes 39 of the perforated plate 33 and hits the surface element 35 and from there in turn onto the back of the perforated plate 33 is reflected and in turn reflected back to the surface element 35.
  • another emitted laser beam is shown as hitting the perforated plate 33 and being partly absorbed there and (purely optionally) partly emitted diffusely.
  • a perforated plate 33 is shown in a top view.
  • a large number of holes 39 are indicated schematically here.
  • the holes 39 can be regular, irregular, round or square or in any other shape.
  • the holes 39 are formed, for example, by cutting, punching or stretching.
  • the holes 39 are arranged in a large number region where a large radiation intensity is expected or is in a main operating state and correspondingly a small number where a lower intensity is expected.
  • the number of holes 39 is designed differently in some areas so that a large number of holes 39 are provided where a large amount of heated air is to be removed, and conversely a small number of holes 39 where a smaller amount of heated air is to be dissipated Air must be removed.
  • Welding device 36 first rod element
  • welding filler material 38 compressed air nozzle first workpiece holder 39 holes second workpiece holder first workpiece second workpiece surface to be coated

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Auftragschweißen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Schweißeinrichtung (2) zum Bereitstellen von Schweißenergie; - eine Zufuhreinrichtung (3) zum Zuführen von einem Schweißzusatzwerkstoff (4); und - zumindest eine Werkstückaufnahme (5) zum Aufnehmen eines Werkstücks (7) mit einer zu beschichtenden Oberfläche (9), wobei die zu beschichtende Oberfläche (9) in relativer Anordnung zu der Schweißeinrichtung (2) eine Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie aufweist. Die Vorrichtung (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Wärmeabsorbereinrichtung (11) mit einer Auffangfläche (12) und mit einer mit der Auffangfläche (12) festkörperlich-thermisch verbundenen im Betrieb mit einem Kühlfluid aktiv beströmten Kühlfläche (13) vorgesehen ist, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (11) derart relativ zu der Werkstückaufnahme ausgerichtet ist, dass beim Auftragschweißen von der Auffangfläche (12) der Wärmeabsorbereinrichtung (11) die Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie geschnitten ist. Mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zum Auftragschweißen ist eine Erhöhung der Güte einer Beschichtung eines Werkstücks darstellbar, wobei das Werkstück dabei mittels einer Wärmeabsorbereinrichtung und einer Heizeinrichtung erwärmt wird.

Description

Vorrichtung zum Auftragschweißen, sowie ein Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragschweißen, sowie ein Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks.
Es ist bekannt, dass bei einem Laserauftragschweißen mit zunehmend hohen Laserenergien und hohen Auftragsraten, beispielsweise beim Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application], wie beispielsweise aus der DE 10 2011 100 456 A1 unter dem Begriff Extremhochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [EHLA] bekannt, ein hoher Energieeintrag (und vor allem Wärmeeintrag) auf die zu beschichtende Oberfläche eines Werkstücks aufgebracht wird. Diese Energie wird zum Teil von dem Werkstück beziehungsweise der gebildeten Oberfläche als Wärme absorbiert und als Abwärme wieder abgestrahlt und zu einem Teil wird das Laserlicht nicht aufgenommen, sondern reflektiert. Von der Abwärme und dem reflektierten Laserlicht wird erhebliche Energie in die umliegenden Komponenten einer Vorrichtung zum Auftragschweißen eingetragen. Diese Problematik ist aus klassischen Bearbeitungsverfahren von Werkstücken nicht bekannt und es gibt derzeit keine bekannte Lösung für diese Problematik.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragschweißen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Schweißeinrichtung zum Bereitstellen von Schweißenergie;
- eine Zufuhreinrichtung zum Zuführen von einem Schweißzusatzwerkstoff; und - zumindest eine Werkstückaufnahme zum Aufnehmen eines Werkstücks mit einer zu beschichtenden Oberfläche, wobei die zu beschichtende Oberfläche in relativer Anordnung zu der Schweißeinrichtung eine Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie aufweist.
Die Vorrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Wärmeabsorbereinrichtung mit einer Auffangfläche und mit einer mit der Auffangfläche festkörperlich-thermisch verbundenen im Betrieb mit einem Kühlfluid aktiv beströmten Kühlfläche vorgesehen ist, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung derart relativ zu der Werkstückaufnahme ausgerichtet ist, dass beim Auftragschweißen von der Auffangfläche der Wärmeabsorbereinrichtung die Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie geschnitten ist.
In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Die hier vorgeschlagene Vorrichtung zum Auftragschweißen ist dazu eingerichtet, ein Werkstück, welches in eine Werkstückaufnahme aufgenommen ist, auf einer zu beschichtenden Oberfläche mittels eines Schweißzusatzwerkstoffs, welcher aus einer Zufuhreinrichtung zugeführt wird, mithilfe einer Schweißeinrichtung zu beschichten. Der Schweißzusatzwerkstoff wird beispielsweise in Form von einem Draht oder einem Pulver bereitgestellt. Die Schweißeinrichtung ist beispielsweise für ein Plasmaschweißen, Lichtbogenschweißen, Laserschweißen oder für ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzen eingerichtet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung beziehungsweise die Schweißeinrichtung und die Zufuhreinrichtung für ein Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application] eingerichtet. Die zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks ist in einer vorteilhaften Ausführungsform eben ausgebildet, alternativ weist die Oberfläche Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, sodass sie also eine 2,5-D Topologie aufweist. Die Werkstückaufnahme und/oder die Schweißeinrichtung ist beweglich, sodass ein relativer Vorschub zwischen der Schweißeinrichtung und der Werkstückaufnahme und/oder ein Ausrichten der Schweißeinrichtung relativ zu der Werkstückaufnahme beziehungsweise zu der zu beschichtenden Oberfläche ermöglicht ist. In dem Werkstück beziehungsweise der gebildeten Beschichtung auf der Oberfläche des Werkstücks aufgenommene Abwärme wird diffus abgestrahlt, wobei aber aufgrund der Flächenausbildung sich eine Hauptrichtung zum Abstrahlen normal zu der zu beschichtenden Oberfläche ausbildet. Eine Hauptrichtung ist dadurch charakterisiert, dass die meiste Wärmestrahlung in dieser Richtung abgestrahlt wird, bevorzugt mehr als 20 % [zwanzig Prozent], besonders bevorzugt mindestens 50 % der Wärmestrahlung. Als Wärmestrahlung wird bevorzugt hier nicht ausschließlich ein Strahlungsfrequenzbereich bezeichnet, welcher unmittelbar zu einem Erwärmen einer getroffenen Komponente führt, sondern auch solche, welche infolge einer (mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit oder zu einem gewissen Anteil, beispielsweise unmittelbar beim Auftreffen) stattfindenden Phasenverschiebung (beispielsweise infolge einer Brechung) ein Erwärmen einer getroffenen Komponente bewirken können.
Bei einer lichtförmigen Einbringung von Schweißenergie, beispielsweise bei einer Flamme, Plasma oder Laserlicht, gilt das Reflexionsgesetz, sodass also Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel die Hauptrichtung zum Abstrahlen der lichtförmig bereitgestellten Schweißenergie darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks relativ zu der Schweißeinrichtung beziehungsweise zu der Eintragrichtung der Schweißenergie geneigt ausgerichtet, beispielsweise um 15° [fünfzehn Grad von 360°] bis 45°, bevorzugt 25°, sodass sich zu einer Oberflächennormale ein entsprechender (also bei ideal glatt und spiegelnder Oberfläche betragsgleicher) Austragwinkel als Hauptrichtung ausbildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Oberfläche in aller Regel nicht ideal spiegelglatt ist und aufgrund von Zerstreuungseffekten bei einer Bereitstellung von Schweißzusatzwerkstoff, insbesondere als Pulver ein beachtlicher Anteil der eingebrachten lichtförmigen Schweißenergie außerhalb der Hauptrichtung abgestrahlt wird, beispielsweise kegelförmig von der zu beschichtenden Oberfläche. Hier ist vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Wärmeabsorbereinrichtung aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, einen Teil der von der zu beschichtende Oberfläche abgestrahlten Abwärme des zuvor beschriebenen Prozesses aufzunehmen beziehungsweise wegzuleiten. Hierzu ist eine Auffangfläche vorgesehen, welche (zumindest im weitesten Sinne) zum Absorbieren von der abgestrahlten Abwärme eingerichtet ist. Diese Auffangfläche ist derart eingerichtet, dass ein möglichst kleiner Anteil der abgestrahlten und in die Auffangfläche eingestrahlten Abwärme reflektiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auffangfläche zudem derart eingerichtet, dass sie eine geringe Neigung zum Abgeben von aufgenommener Wärme in Form von Wärmestrahlung aufweist. Weiterhin ist eine mit der Auffangfläche festkörperlich-thermisch verbundene mit einem Kühlfluid aktiv beströmbare und im Betrieb aktiv beströmte Kühlfläche vorgesehen. Diese Kühlfläche wird von der mittels der Auffangfläche aufgenommenen Wärme versorgt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kühlfläche (im Dauerbetrieb) mit mehr als 50 % [fünfzig Prozent], bevorzugt mindestens 80 %, der von der Auffangfläche aufgenommenen Wärme versorgt. Die übrige Wärme ist in dem Bauteil (also dem Substrat) mit der Auffangfläche beziehungsweise einem angrenzenden Bauteil gespeichert. Bevorzugt ist ein Anteil der Wärme, welcher wieder abgestrahlt wird, geringer als die in dem genannten Bauteil mit oder bei der Auffangfläche gespeicherte Wärme. Bevorzugt ist die Kühlfläche zum Abführen von in dem genannten Bauteil eingespeicherter Wärme eingerichtet. Bevorzugt wird ein als Wärmestrahlung von der Auffangfläche wieder abgestrahlter Anteil der aufgenommenen oder reflektierten Wärmestrahlung derart abgelenkt oder gestreut, dass ein daraus resultierender Wärmeeintrag in eine weitere Komponente, und vor allem die Schweißeinrichtung und die Zufuhreinrichtung, gering, bevorzugt vernachlässigbar ist.
Die Wärmeabsorbereinrichtung ist zum Auffangen der Wärmestrahlung und reflektiertem Licht aus der Bearbeitung der zu beschichtenden Oberfläche derart relativ zu der Werkstückaufnahme ausgerichtet, dass beim Auftragschweißen mittels ihrer Auffangfläche die Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie geschnitten ist. In einer Ausführungsform ist ein Flächenzentrumsbereich der Auffangfläche von der Hauptrichtung geschnitten, sodass möglichst viel von einem Streuungsanteil von der Auffangfläche aufnehmbar ist. In einer Ausführungsform ist die Auffangfläche der Wärmeabsorbereinrichtung möglichst nah an der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet, sodass möglichst viel von der Wärmestrahlung auffangbar ist. In einer Ausführungsform ist der Abstand zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Auffangfläche derart groß, dass Schweißzusatzwerkstoff in seiner Flugbahn (entlang der Zufuhrrichtung und/oder entlang einer Abprallbahn von der zu beschichtenden Oberfläche) nicht oder einzig zu einem vernachlässigbaren Anteil gestört wird. In einer Ausführungsform ist die Auffangfläche derart zu der Zufuhreinrichtung beziehungsweise deren Zufuhrrichtung ausgerichtet, dass eventuell auf der Auffangfläche auftreffender Schweißzusatzwerkstoff infolge eines Abprallens und/oder infolge einer aktiven (bevorzugt Luft-) Beströmung der Auffangfläche von der zu beschichtenden Oberfläche weggeführt wird. In einer Ausführungsform beträgt ein kürzester Abstand zwischen dem Flächenzentrum der Auffangfläche und dem Bearbeitungspunkt der zu beschichtenden Oberfläche mindestens 150 mm [einhundertundfünfzig Millimeter], bevorzugt maximal 500 mm, beispielsweise 200 mm bis 300 mm. Der genannte kürzeste Abstand ist bevorzugt eine Flächennormale zu einer (gedachten) Erstreckungsebene beziehungsweise zu (im Punkt des kürzesten Abstands) einer Erstreckungssphäre (beispielsweise ein Kugelflächenabschnitt oder eine Freiform) der Auffangfläche. Die genannte Flächennormale ist bevorzugt zu der Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie geneigt ausgerichtet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Auffangfläche in einer Ausführungsform eine Oberflächenstruktur aufweist, welche bevorzugt makroskopisch ist, wobei von der Erstreckungsebene beziehungsweise Erstreckungssphäre eine Grundform gebildet ist, von welcher sich die Oberflächenstruktur abweichend erstreckt, vergleichbar mit einer Dellenstruktur (als Oberflächenstruktur) in einem Golfball, dessen Grundform eine Kugel und somit die Erstreckungssphäre eine Kugelfläche ist, oder T-Nute (als Oberflächenstruktur) in einem Spanntisch einer Werkzeugmaschine, dessen Grundform eine Ebene als Erstreckungsebene ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass die Kühlfläche zumindest eine der folgenden Komponenten umfasst: eine Kühlrippe; - zumindest ein Lochblech;
- eine Strömungsleitung für ein Kühlfluid; und
- eine um zumindest das Zweifache vergrößerte Oberfläche im Vergleich zu der betreffenden Grundfläche der Kühlfläche.
Hier ist vorgeschlagen, dass die Kühlfläche, beispielsweise für eine Luftanströmung, beispielsweise unterstützt von einer Luftförderung, Erhebungen und Vertiefungen aufweist, beispielsweise in Form von Kühlrippen, bei welchen die sich von einer Grundfläche wegerstreckende Ausdehnung deutlich größer ist als eine Ausdehnung quer zu dieser Erstreckung. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind eine Vielzahl von Kühlrippen vorgesehen, wobei diese in einem geeigneten Abstand bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind.
In einer alternativen Ausführungsform oder zusätzlich weist die Kühlfläche zumindest eine Strömungsleitung für ein Kühlfluid auf, sodass also ein von der Umgebung abgekapseltes Kühlfluid zum Temperieren der Kühlfläche einsetzbar ist. In einer Ausführungsform ist ein Kühlkreislauf vorgesehen, in den die Strömungsleitung der Kühlfläche eingebunden ist. In einer alternativen Ausführungsform oder zusätzlich ist eine sogenannte Heat-Pipe vorgesehen, bei welcher ein Kühlfluid (hier dann ein sogenanntes Kältemittel) im Betrieb zum Kühlen verdunstet beziehungsweise verdampft wird und an einem anderen Ort wieder verflüssigt wird und an den warmen Ort zurückfließt, wobei also eine solche Heat-Pipe einen abgeschlossenen Behälter bildet.
Alternativ oder zusätzlich ist die Oberfläche der Kühlfläche im Vergleich zu einer mathematischen Grundfläche um zumindest das Zweifache, bevorzugt zumindest das Dreifache, bevorzugt maximal das Zehnfache, vergrößert, indem beispielsweise eine makroskopische Oberflächenrauigkeit gebildet ist, eine mehr oder weniger regelmäßige Wellung vorgesehen ist, eine Pyramidenform oder Ähnliches. Auch in dieser Ausführungsform ist bevorzugt mit einer Luftanströmung, bevorzugt mittels einer Fördereinrichtung erzwungenen und/oder definierten Luftströmung eingesetzt.
In einer Ausführungsform ist zusätzlich oder ausschließlich die Kühlfläche von einem oder einer Mehrzahl von Lochblechen gebildet. Infolge der Oberflächenvergrößerung mittels der in dem Lochblech angeordneten (Durchgangs-) Löcher ist eine gute Effizienz der Kühlung erzielbar. In einer Ausführungsform ist von zumindest einem der Lochbleche zudem zumindest ein Teil der Auffangfläche zum Absorbieren und/oder geeigneten Reflektieren von der Abstrahlung von dem Schweißprozess gebildet. Beispielsweise umfasst ein solches Lochblech eine Vielzahl von (Durchgangs-) Löchern, beispielsweise mit einem Durchmesser von etwa 1 mm [ein Millimeter] bis 3 mm, bevorzugt 1 ,5 mm bis 2 mm, und/oder einen Abstand zwischen den Löchern von etwa 1 mm [ein Millimeter] bis 3 mm, bevorzugt 1 ,5 mm bis 2 mm. Beispielsweise ist das Lochblech ein sogenanntes Streckmetall beziehungsweise Streckgitter.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass die Kühlfläche mittels einer thermischen Brücke mit einer Strömungsleitung für ein Kühlfluid verbunden ist, wobei zum Erwärmen von einer weiteren Komponente das Kühlfluid als, bevorzugt einzige, Wärmequelle genutzt ist.
Hier ist vorgeschlagen, dass eine Strömungsleitung für ein Kühlfluid mit der Kühlfläche verbunden ist und zwar über eine thermische Brücke, also mit einer hervorragenden Temperaturleitfähigkeit, also einem hohen Wärmeübergangskoeffizient und einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Eine solche thermische Brücke ist beispielsweise durch eine Einstückigkeit, durch eine stoffschlüssige Verbindung und/oder mithilfe einer Wärmeleitpaste gebildet.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass das Kühlfluid, welches an der Kühlfläche der Wärmeabsorbereinrichtungen erwärmt wird, zum Erwärmen einer weiteren Komponente genutzt wird, und somit diese weitere Komponente die Abwärme im Betrieb nutzt (also aufnimmt und/oder umwandelt) und damit als deren Wärmesenke die Kühlfläche gekühlt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die weitere Komponente oder eine Mehrzahl von weiteren Komponenten die einzige Wärmesenke für das Kühlfluid. Weiterhin ist (bevorzugt unabhängig davon) die weitere Komponente beziehungsweise die Mehrzahl der weiteren Komponenten die einzigen, von welchen das Kühlfluid zum Temperieren der Kühlfläche als Wärmequelle genutzt wird beziehungsweise werden. In einem Betriebszustand, in welchem an der Kühlfläche noch keine oder nur eine geringe Abwärme entsteht, wird dann in Kauf genommen, dass die weitere Komponente im Vorfeld nicht erwärmt wird. Beispielsweise ist die zumindest eine weitere Komponente (die Wärmesenke) ein Werkstück, welches gerade nicht mittels der Schweißeinrichtung bearbeitet wird. Bei einer Betriebsaufnahme beziehungsweise in einer unvorhergesehenen Betriebspause steht gegebenenfalls keine Abwärme für dieses Werkstück zur Verfügung, wobei dann entweder mittels einer anderen Quelle dieses zweite Werkstück erwärmt wird oder das Werkstück ohne (ergänzende Erwärmung auf diesem Wege (in beispielsweise Raumtemperatur) der Bearbeitung mittels der Schweißeinrichtung zugeführt wird.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass die Auffangfläche eine als Strahlungsfalle ausgeführte Oberflächenbeschaffenheit aufweist, wobei bevorzugt die Strahlungsfalle eine Mehrzahl von Sackgassen mit zu der Hauptrichtung in Richtung des Endes der Sackgasse einander annäherndem Wandungsverlauf umfasst, und/oder wobei bevorzugt zum Absorbieren von Laserlicht eines Laser-Auftragschweißens die Oberfläche der Auffangfläche einen geringeren Spiegelungsanteil als die zu beschichtende Oberfläche aufweist.
Hier ist vorgeschlagen, dass von der Auffangfläche eine Strahlungsfalle ausgebildet ist, sodass ein Minimum der eingetragenen Strahlung, insbesondere des Laserlichts nicht reflektiert wird oder zumindest zerstreut wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Sackgassen vorgesehen, in welcher ein Strahlungsweg einstrahlen kann und am Ende auf einen geschlossenen Boden trifft, wobei die Sackgasse sich hin zu diesem Boden verjüngt, also einen sich annähernden Wandungsverlauf aufweist. Somit wird ein Lichtstrahl, welcher auf eine Wandung der Sackgasse trifft, auf die gegenüberliegende Wandung reflektiert, sofern die Einstrahlung nicht von der ersten Wandung bereits vollständig absorbiert wird und von dort wiederum in Richtung Ende der Sackgasse reflektiert, sodass die Anzahl der Auftreffpunkte auf der Auffangfläche erheblich erhöht wird und somit das Absorptionsverhalten beziehungsweise die Absoprtionseffizienz der Auffangfläche im Vergleich zu einer Ausführungsform mit einer ebenen oder mit einer lediglich aufgerauten Oberfläche erheblich gesteigert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Strahlungsfalle von einer Spiegelungseigenschaft der Auffangfläche gebildet, welche einen geringeren Spiegelungsanteil für Laserlicht aufweist als die zu beschichtende Oberfläche. Beispielsweise ist die Oberfläche der Auffangfläche dunkel und/oder matt gestaltet.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die Sackgassen als auch der geringe Spiegelungsanteil der Oberfläche der Auffangfläche miteinander kombinierbar sind. Beispielsweise ist der Spiegelungsanteil mittels einer Lackbeschichtung und/oder mittels Eloxieren eines Aluminiummatenals erzielt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass im Betrieb eine gemittelte und/oder zentrale Normale zu der Auffangfläche zu der Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie von der zu beschichtenden Oberfläche geneigt ausgerichtet ist, wobei bevorzugt ein Streulicht mit einem Streuwinkel zu dieser Hauptrichtung von kleiner oder gleich 15° zu dieser Normale geneigt ausgerichtet ist.
Hier ist vorgeschlagen, dass die Auffangfläche zu der Hauptrichtung zum Abstrahlen der bereitgestellten Schweißenergie, beispielsweise dem Laserlicht, geneigt ausgerichtet ist, sodass ein verbleibender Reflexionsanteil nicht wieder auf das Werkstück zurückgestrahlt wird beziehungsweise mit hoher Wahrscheinlichkeit an einer anderen Stelle bevorzugt außerhalb des Werkstücks zurückgeworfen wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist für ein Streulicht, mit einem Streuwinkel von 15° [fünfzehn Grad von 360°] zu der Hauptrichtung, also einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von 15° oder kleiner, zu dieser Normalen der Auffangfläche geneigt ausgerichtet, sodass auch für einen großen Anteil des Streulichts innerhalb dieses Streukegels Auffangfläche geneigt ausgerichtet ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die gemittelte oder zentrale Normale der Auffangfläche zum einen auf ein Mittel einer unebenen Fläche beziehungsweise der gedachten Erstreckungsebene beziehungsweise Erstreckungssphäre durch eine unebene Fläche bezogen ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Auffangfläche konkav oder konvex beziehungsweise gewellt (Erstreckungssphäre) ausgeführt, wobei dann die zentrale Normale in einem Flächenzentrum der Auffangfläche angeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist mittels einer konkaven oder konvexen Ausführungsform die Neigung gegenüber Streulicht innerhalb eines Streukegels, welche bevorzugt nicht auf den genannten Öffnungswinkel von 15° beschränkt ist, entsprechend angepasst, sodass eine jeweilige lokale Normale zu dem jeweiligen Streuwinkel geneigt ausgerichtet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist diese Ausrichtung mit der oben genannten Strahlungsfalle kombiniert, wobei die Normale eben nicht auf eine Sackgasse und/oder Oberflächenrauigkeit bezogen ist, sondern eben auf eine Mittelung der Fläche in welcher die Sackgassen beziehungsweise die Rauigkeit angeordnet ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Öffnungswinkel in einem geraden Kreiskegel derjenige der Gegenkathete gegenüberliegende Winkel des rechtwinkligen Dreiecks ist, von welchem der Kegel (Rotationskörper mit der Hypotenuse als Rotationsachse beziehungsweise Höhe) gebildet ist. In der Spitze des Kegels ist also der doppelte Betrag des Öffnungswinkels (beispielsweise 30° bei dem oben genannten 15° Öffnungswinkel) eingeschlossen.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass die Wärmeabsorbereinrichtung relativ zu der Schweißeinrichtung zumindest entlang einer einzigen Vorschubrichtung fixiert mitbewegbar ist.
Hier ist vorgeschlagen, dass die Wärmeabsorbereinrichtung mitbewegbar ist, bevorzugt so, dass sie zu der Schweißeinrichtung immer gleich ausgerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmeabsorbereinrichtung bei gleicher Funktion kleiner ausführbar ist als eine starr angeordnete Wärmeabsorbereinrichtung. In einer Ausführungsform ist die Wärmeabsorbereinrichtung mitbewegbar, aber bevorzugt so dass ausschließlich ein Strahlungswinkel relativ zu der Auffangfläche konstant ist. Dabei ist ein (kürzester) Abstand, eine Eintreffpunkt auf der Auffangfläche und/oder eine Ausrichtungswinkel um eine Achse entlang des Strahlungswinkels veränderlich.
Bevorzugt umfasst die Wärmeabsorbereinrichtung keinen eigenen Aktor. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmeabsorbereinrichtung über einen Verbindungsarm zu der Schweißeinrichtung und/oder der Zufuhreinrichtung oder zu einem Aktor (zumindest für den Vorschub) der Schweißeinrichtung beziehungsweise Zufuhreinrichtung fixiert. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die (beziehungsweise jeweils eine) Wärmeabsorbereinrichtung über einen Verbindungsarm zu einer der Werkstückaufnahmen oder zu einem Schalttisch und/oder Aktor (zumindest für das Positionieren relativ zu der Schweißeinrichtung) der betreffenden Werkstückaufnahme fixiert.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass zumindest eine weitere Werkstückaufnahme zum Aufnehmen jeweils eines weiteren Werkstücks zum Bearbeiten mittels der Schweißeinrichtung vorgesehen ist und in einer Position außerhalb eines Bearbeitens mittels einer Heizeinrichtung ein aufgenommenes Werkstück vorwärmbar ist, wobei bevorzugt die Heizeinrichtung, besonders bevorzugt ausschließlich, mittels der aufgefangenen Wärme der Wärmeabsorbereinrichtung mit einer benötigten Prozesswärme versorgbar ist.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass eine weitere Werkstückaufnahme vorgesehen ist, welche außerhalb einer Position zum Bearbeiten mittels der Schweißeinrichtung bestückbar ist, beziehungsweise von welcher außerhalb der besagten Position ein Werkstück entnehmbar ist. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass das aufgenommene Werkstück der weiteren (zweiten) Werkstückaufnahme mittels einer Heizeinrichtung vorwärmbar ist, sodass eine Temperaturdifferenz zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und dem aufzubringenden Schweißzusatzwerkstoff, welche angeschmolzen oder aufgeschmolzen (also sehr heiß) ist, verringert ist und somit die zu beschichtende Oberfläche und darunter liegendes Material einem verringerten thermischen Schock ausgesetzt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer Ausführungsform noch weitere Werkstückaufnahmen vorgesehen sind und/oder bevorzugt die Mehrzahl der Werkstückaufnahmen auf einem gemeinsamen Schalttisch gemeinsam bewegbar ist, sodass ein Bewegen einer Werkstückaufnahme in die Position des Bearbeitens gleichzeitig ein Bewegen einer anderen Werkstückaufnahme aus dieser Position heraus bewirkt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist diese Heizeinrichtung zuvor während eines aufgenommenen Werkstücks außerhalb der Position zum Bearbeiten mittels derjenigen von der Wärmeabsorbereinrichtung aufgefangenen Wärme versorgbar, beispielsweise über eine Strömungsleitung mit einem Kühlfluid. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Wärmeabsorbereinrichtung die einzige Wärmequelle für die Prozesswärme, welche die Heizeinrichtung benötigt, um das aufgenommene Werkstück vorzuwärmen. Es wird hiermit Bezug genommen auf die obigen Ausführungen betreffend die Nutzung der aufgefangenen Wärme der Wärmeabsorbereinrichtung.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass im auslegungsgemäßen Betrieb aufgebrachten maximalen Leistung zum Auftragschweißen das zumindest eine aufgenommene zweite Werkstück für mindestens 50 % der von der Wärmeabsorbereinrichtung aufgefangenen Abwärme eine Wärmesenke ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die 50 % [fünfzig Prozent] im Dauerbetrieb vorliegend gemeint ist, in welchem beispielsweise die eingesetzten Bauteile, also deren Wärmekapazitäten, in eine Sättigung gebracht sind und/oder ein thermodynamisches Gleichgewicht eingestellt ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine aufgenommene zweite Werkstück für mindestens 80 % der von der Wärmeabsorbereinrichtung aufgefangenen Abwärme eine Wärmesenke, wobei der Rest in Leitungsverluste und Abstrahlung umgewandelt wird.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung vorgeschlagen, dass zumindest ein Lochblech vorgesehen ist, wobei bevorzugt bezogen auf die Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie hinter zumindest einem der Lochbleche ein Kanal für eine Strömungsleitung eines Kühlfluids gebildet ist, und/oder wobei bevorzugt von zumindest einem der Lochbleche und/oder einem weiteren Flächenelement bezogen auf die Hauptrichtung zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie hinter dem zumindest einen Lochblech die Auffangfläche gebildet ist.
Hier ist vorgeschlagen, dass eine gelöcherte Fläche gebildet ist und zwar bevorzugt aus einem sich selbst tragenden Element, wie beispielsweise ein metallisches oder ein organisches Blech. Bevorzugt weist das Lochblech eine gute Wärmleitfähigkeit auf, sodass vorderseitig (also abstrahlungsseitig) aufgenommene Abstrahlungsenergie schnell an die Rückseite des Lochblechs weitergeleitet wird, beispielsweise dazu umfassend Stahl, Aluminium und/oder Kohlenstofffasern. Beispielsweise umfasst ein solches Lochblech eine Vielzahl von (Durchgangs-) Löchern, beispielsweise mit einem Durchmesser von etwa 1 mm [ein Millimeter] bis 3 mm, bevorzugt 1 ,5 mm bis 2 mm, und/oder einen Abstand zwischen den Löchern von etwa 1 mm [ein Millimeter] bis 3 mm, bevorzugt 1 ,5 mm bis 2 mm.
Beispielsweise ist das Lochblech ein sogenanntes Streckmetall beziehungsweise Streckgitter.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von solchen Lochblechen in der Hauptrichtung hintereinander angeordnet, besonders bevorzugt mit quer zu der Hauptrichtung zueinander versetzten Löchern. Damit ist eine besonders einfach aufgebaute und effiziente Strahlungsfalle geschaffen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in Hauptrichtung hinter dem in dieser Richtung letzten Lochblech ein, bevorzugt geschlossenes, Flächenelement angeordnet, von welchem ein Teil der Auffangfläche gebildet ist, und zwar für gegebenenfalls direkt auftreffende Strahlung oder für über eine Mehrzahl von Lochblechen zumindest einmal reflektierte Strahlung. Es sei darauf hingewiesen, dass von dem zumindest einen Lochblech zwangsläufig auch ein Teil der Auffangfläche gebildet ist. Beispielsweise ist das Flächenelement ebenfalls ein sich selbsttragendes Blechelement, beispielsweise aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie das zumindest eine Lochblech oder zumindest eines der Lochbleche.
Beispielsweise ist das Material einer Auffangfläche, beispielsweise zumindest eines der Lochbleche, bevorzugt des in Hauptrichtung vordersten Lochblechs, dunkel, beispielsweise als eloxiertes Aluminium oder ein Schwarzblech oder gegebenenfalls beschichtet beziehungsweise lackiert. In einer Ausführungsform ist eine Auffangfläche für ein möglichst diffuses Reflexionsverhalten gebürstet oder in anderer Weise aufgeraut.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in Hauptrichtung hinter zumindest einem der Lochbleche, bevorzugt über alle Lochbleche, und/oder zwischen dem zuvor genannten Flächenelement und zumindest einem der Lochbleche ein Kanal zur Strömungsleitung von einem Kühlfluid, beispielsweise Luft, gebildet. Besonders bevorzugt ist das Kühlfluid dabei zumindest bei dem in Hauptrichtung vordersten Lochblech entlang strömend geführt, dass der Venturi-Düsen-Effekt über die Löcher erzielt wird. Damit wird zusätzlich erwärmte Luft aus dem Bearbeitungsbereich bei der Werkstückaufnahme angesaugt und damit zumindest zu einem Teil abgeführt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks vorgeschlagen, welches vor einem Bearbeiten mittels Auftragschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen eines ersten Werkstücks aufgenommen in einer ersten Werkstückaufnahme sowie eines zweiten Werkstücks aufgenommen in einer zweiten Werkstückaufnahme; b. Bearbeiten des in der ersten Werkstückaufnahme aufgenommenen ersten Werkstücks mittels einer Schweißeinrichtung zum Auftragschweißen; c. Auffangen einer in Schritt b. entstehenden Abwärme mittels einer Wärmeabsorbereinrichtung; und d. Versorgen des in der zweiten Werkstückaufnahme aufgenommenen zweiten Werkstücks mit Wärme mit der in Schritt c. aufgefangenen Abwärme als Wärmequelle. Hier ist ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein Werkstück vor dem Bearbeiten mittels eines Auftragsschweißens vorgewärmt wird. Hierbei wird der Vorteil erzielt, dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Werkstück und dem aufgetragenen Schweißzusatzwerkstoff, welcher angeschmolzen oder aufgeschmolzen (also mit sehr hoher Temperatur) aufgebracht wird, und dem gegebenenfalls gebildeten Schmelzbad verringert wird. Damit ist ein Temperaturschock für die zu beschichtende Oberfläche und darunter liegendes Material verringert und/oder die Oberflächeneigenschaft (und vor allem deren Anbindung zum Substrat) der zu beschichtenden Oberfläche bei entsprechender Kühlung des Werkstücks während des Bearbeitens (nahezu) konstant.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass ein erstes Werkstück in einer ersten Werkstückaufnahme mittels einer Schweißeinrichtung bearbeitet wird, wobei hierbei entstehende Abwärme von einer Wärmeabsorbereinrichtung aufgenommen und an ein zweites Werkstück abgegeben wird, welches in einer zweiten Werkstückaufnahme aufgenommen ist. Bevorzugt befindet sich das zweite Werkstück beziehungsweise die zweite Werkstückaufnahme nicht in einer Position, in welcher das zweite Werkstück mittels Auftragsschweißen bearbeitet wird oder zumindest wird bevorzugt das zweite Werkstück gerade nicht mittels Auftragsschweißen bearbeitet. In einer Ausführungsform wird das zweite Werkstück gerade vorbereitet, beispielsweise mittels Einmessen, Reinigen und/oder eine eventuell notwendige spanende Bearbeitung durchgeführt. In einer Ausführungsform wird die Werkstückaufnahme selbst beziehungsweise eine Komponente der Werkstückaufnahme selbst für eine wärmeleitende Übertragung der Abwärme auf das entsprechend aufzunehmende Werkstück erwärmt. In einer alternativen Ausführungsform ist eine separate Heizeinrichtung vorgesehen. In einer Ausführungsform ist die Heizeinrichtung als eine Komponente der zweiten Werkstückaufnahme zum luftgetragenen Übertragen von Abwärme auf das zweite Werkstück eingerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wärmeabsorbereinrichtung eine Komponente der Werkzeugmaschine, beispielsweise die erste Werkstückaufnahme, wobei bevorzugt die erste und die zweite Werkstückaufnahme gleichartig oder identisch ausgebildet sind. Die jeweils eine Werkstückaufnahme bildet dann eine Wärmequelle und die andere jeweils die Wärmesenke für die beim Bearbeiten mittels der Schweißeinrichtungen in das jeweilige Werkstück eingetragene Abwärme. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass beispielsweise mehr als zwei Werkstückaufnahmen beziehungsweise gleichzeitig mehrere Werkstücke von einer Werkstückaufnahme aufnehmbar sind, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils dasjenige Werkstück aufgewärmt wird, welches als Nächstes einem Bearbeiten mittels Auftragsschweißen zugeführt wird, besonders bevorzugt bei ausreichend vorhandener Abwärme. Diese vorhandenen Werkstücke werden beispielsweise in der (zeitlichen) Reihenfolge der Zuführung zu dem Auftragsschweißen gestaffelt mit dieser Wärme versorgt, sodass das dem Auftragsschweißen nächste Werkstück, die höchste Temperatur aufweist beziehungsweise die größte Wärmemenge erhält und das in dieser Reihe letzte Werkstück die geringste Wärmemenge erhält.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass die Werkstückaufnahmen und die Wärmeabsorbereinrichtung Teil einer Vorrichtung zum Auftragschweißen nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ist.
Das mittels der Vorrichtung zum Auftragsschweißen in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführte Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks ist besonders vorteilhaft, weil die Wärmeabsorbereinrichtung besonders effizient zum Auffangen von Abwärme von einem mittels einer Schweißeinrichtung bearbeiteten Werkstückoberfläche auffangbar ist. Somit ist ein besonders großer Anteil dieser Abwärme für die nachfolgenden Werkstücke nutzbar gemacht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung und bevorzugt zum Ausführen des hier vorgeschlagenen Verfahrens zum Vorwärmen eines Werkstücks einer Laser- Auftragsweißeinrichtung, ganz besonders bevorzugt ein Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application], Eine Laserleistung liegt beispielsweise zwischen zehn Kilowatt [10 kW] und 30 kW, bevorzugt zwischen 16 kW und 20 kW.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
Fig. 1 : eine Vorrichtung zum Auftragschweißen in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 2: eine Wärmeabsorbereinrichtung in einer Detailansicht;
Fig. 3: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vorwärmen eines Werkstücks vor einem Bearbeiten mittels Auftragschweißen;
Fig. 4: eine Vorrichtung zum Auftragschweißen in einer weiteren Ausführungsform in einer schematischen Seitenansicht; und
Fig. 5: ein Lochblech.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Auftragschweißen in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Die Vorrichtung 1 zum Auftragschweißen umfasst eine Schweißeinrichtung 2 und eine Zufuhreinrichtung 3, welche zum Beschichten eines (hier gezeigt ersten) Werkstücks 7 eingerichtet sind. Das erste Werkstück 7 ist von einer ersten Werkstückaufnahme 5 aufgenommen, wobei die erste Werkstückaufnahme 5 eine Heizeinrichtung 25 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel ist neben der ersten Werkstückaufnahme 5 eine zweite Werkstückaufnahme 6 angeordnet, wobei die zweite Werkstückaufnahme 6 analog zu der ersten Werkstückaufnahme 5 ausgeführt ist, also mit einer Heizeinrichtung 25 ausgestattet und zum Aufnehmen eines zweiten Werkstücks 8 eingerichtet ist. Die Werkstückaufnahmen 5,6 sind hier rein optional auf einem gemeinsamen Schalttisch 26 angeordnet, wobei der Schalttisch 26 zum Rotieren um eine schalttischseitige Rotationsachse 27 eingerichtet ist, sodass jeweils eine Werkstückaufnahme 5,6 derart positionierbar ist, dass das aufgenommen Werkstück 7,8 zum Beschichten mittels der Schweißeinrichtung 2 und der Zufuhreinrichtung 3 angeordnet ist. Die Werkstückaufnahmen 5,6 sind zum Neigen der Werkstücke 7,8 entlang einer Hauptrichtung 10 eingerichtet.
Die Schweißeinrichtung 2 und die Zufuhreinrichtung 3 sind (rein optional hier) für ein
Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [HVLA: High-Velocity Laser Application] eingerichtet, wobei mittels der Zufuhreinrichtung 3 ein Schweißzusatzwerkstoff 4 oberhalb einer zu beschichtende Oberfläche 9 des Werkstücks 7 zuführbar ist. Der Schweißzusatzwerkstoff 4 ist zum Aufschmelzen mittels der Schweißeinrichtung 2 eingerichtet, wobei die Schweißeinrichtung 2 zum Einbringen von Schweißenergie in Form von Laserlicht 20 in den zugeführten Schweißzusatzwerkstoff 4 oberhalb der zu beschichtenden Oberfläche 9 und in die zu beschichtende Oberfläche 9 des (hier ersten) Werkstücks 7 eingerichtet ist. Die zu beschichtende Oberfläche 9 des Werkstücks 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel eben ausgebildet, alternativ weist die Oberfläche 9 Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, sodass sie also eine 2,5-D Topologie aufweist. Die Werkstückaufnahme 5 und/oder die Schweißeinrichtung 2 ist beweglich, sodass eine relative Vorschubrichtung 24 zwischen der Schweißeinrichtung 2 und der Werkstückaufnahme 5 und/oder ein Ausrichten der Schweißeinrichtung 2 relativ zu der Werkstückaufnahme 5 beziehungsweise zu der zu beschichtenden Oberfläche 9 ermöglicht ist. Zudem sind die beiden Werkstückaufnahmen 5,6 zur Rotation um eine werkstückseitige Rotationsachse 28 eingerichtet.
Aufgrund des in diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Lasers gilt für das Laserlicht 20 das Reflexionsgesetz, sodass gilt: Einfallswinkel 29 gleich Ausfallswinkel 30. Somit stellt eine Hauptrichtung 10 die Richtung des Abstrahlens der lichtförmig bereitgestellten Schweißenergie dar.
Die Werkstückaufnahmen 5,6 sind in diesem Ausführungsbeispiel derart ausgeführt, dass ein aufgenommenes Werkstück 7 in der Position zum Bearbeiten mittels Auftragschweißen zu dem Erdschwerefeld verkippt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zu beschichtende Oberfläche 9 des Werkstücks 7 relativ zu der Schweißeinrichtung 2 geneigt ausgerichtet, beispielsweise um hier 25°.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Oberfläche 9 nicht ideal spiegelglatt ist und aufgrund von Streuungseffekten bei einer Bereitstellung von Schweißzusatzwerkstoff 4, insbesondere als Pulver ein beachtlicher Anteil der eingebrachten Schweißenergie (nicht nur des Laserlichts 20) außerhalb der Hauptrichtung 10 abgestrahlt wird, beispielsweise kegelförmig von der zu beschichtenden Oberfläche 9. Die Verkippung des Werkstücks 7 ist derart gewählt, dass das ausfallende Laserlicht 20 auf eine Auffangfläche 12 einer Wärmeabsorbereinrichtung 11 auftrifft. Hier ist vorgeschlagen, dass die Auffangfläche 12 eine Strahlungsfalle ausbildet, sodass ein Minimum der eingetragenen Strahlung (hier vereinfacht ausschließlich des Laserlichts 20 dargestellt) reflektiert wird und diese reflektierte Wärmestrahlung zerstreut wird, vergleiche dazu Fig. 2.
Aufgrund der Topologie der zu beschichtenden Oberfläche 9 des Werkstücks 7 liegt meist eine Streuung des Laserlichts 20 vor. Der Streukegel 21 weist eine (annährende) Gaußverteilung auf, sodass sich der Hauptanteil der Energie in einem Kegel mit dem Streuwinkel 23 von beispielsweise 15° befindet. Bei dieser Ausführungsform ist (rein optional) jeder Strahlweg eines Streulichts 22 innerhalb des Streukegels 21 geneigt zu einer Normale der Auffangfläche 12 (beziehungsweise deren hier vereinfacht dargestellten Erstreckungsebene). Die Strahlung wird daher nicht oder nur zu einem geringen Anteil wieder zum Ausgangspunkt (also dem aktuellen Bearbeitungspunkt) zurückgeworfen.
Die Wärmeabsorbereinrichtung 11 ist relativ zu der Schweißeinrichtung 2 zumindest entlang der Vorschubrichtung 24 fixiert mitbewegbar (hier rein optional mittels eines Verbindungsarms 31 zu der Schweißeinrichtung 2 und der Zufuhreinrichtung 3 fixiert), sodass die Wärmeabsorbereinrichtung 11 beziehungsweise die Auffangfläche 12 im Vergleich zu der zu beschichtende Oberfläche 9 des Werkstücks 7 kleiner ausführbar ist.
Die Wärmeabsorbereinrichtung 11 umfasst eine zur Auffangfläche 12 rückseitig angeordnete Kühlfläche 13, welche mittels eines Kühlfluids (hier (rein optional) als Flüssigkeit innerhalb einer Strömungsleitung 15 und bevorzugt zudem als Umgebungsluft) kühlbar ist. Die Strömungsleitung 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine thermische Brücke 17 mit der Auffangfläche 12 thermisch-leitend verbunden. Eine solche thermische Brücke 17 ist beispielsweise durch eine Einstückigkeit, durch eine stoffschlüssige Verbindung und/oder mithilfe einer Wärmeleitpaste gebildet. In einer Ausführungsform umfasst die thermische Brücke 17 eine sogenannte Heat-Pipe. Hier ist nun vorgeschlagen, dass das Kühlfluid, welches an der Kühlfläche 13 der Wärmeabsorbereinrichtungen 11 erwärmt wird, zum Erwärmen des (zweiten) Werkstücks 8 mittels der Heizeinrichtung 25 genutzt wird, und somit das zweite Werkstück 8 die Abwärme im Betrieb zum Vorwärmen nutzt und zugleich damit die Kühlfläche 13 und also die Auffangfläche 12 gekühlt wird. Auf die Wärmeabsorbereinrichtung 11 wird in Fig. 2 detailliert eingegangen und insofern wird für zumindest eine mögliche Ausführungsform auf die dortige Beschreibung verwiesen.
In Fig. 2 ist eine Wärmeabsorbereinrichtung 11, wie sie in einer Vorrichtung 1 zum Auftragschweißen gemäß Fig. 1 einsetzbar ist, in einer Detailansicht gezeigt. Zusätzlich ist die Auffangfläche 12 hier noch mit einem weiteren (lupen-artig eingekreisten) Detailausschnitt dargestellt. Das Laserlicht 20 beziehungsweise die Schweißenergie erwärmt die Auffangfläche 12 beziehungsweise einen Großteil der Wärmeabsorbereinrichtung 11, wobei an der darstellungsgemäß linken Seite der Auffangfläche 12 eine Kühlfläche 13 angeordnet ist. Die Kühlfläche 13 umfasst in dieser Ausführungsform Kühlrippen 14, deren sich von einer Grundfläche 16 wegerstreckende Ausdehnung deutlich größer ist als eine Ausdehnung quer zu dieser Erstreckung. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Kühlrippen 14 vorgesehen, wobei diese in einem geeigneten Abstand bevorzugt parallel zueinander angeordnet sind. Somit ergibt sich, dass die Oberfläche der Kühlfläche 13 im Vergleich zu einer Grundfläche 16 der Kühlfläche 13 um ein Vielfaches vergrößert ist.
In einer Ausführungsform weist die Kühlfläche 13 zusätzlich zumindest eine Strömungsleitung 15 für das Kühlfluid auf, sodass also ein von der Umgebung abgekapseltes Kühlfluid zum Temperieren der Kühlfläche 13 einsetzbar ist. Beispielsweise wird ein Kühlfluid in der gezeigten Strömungsrichtung 32, bevorzugt in einer abgekapselten Leitung, an den Kühlrippen 14 entlanggeführt.
In dem Detailausschnitt der Auffangfläche 12 ist eine Mehrzahl von Sackgassen 18 vorgesehen, in welche jeweils ein Strahlungsweg des Laserlichts 20 einstrahlen kann und am Ende auf einen geschlossenen Boden trifft, wobei die Sackgasse 18 sich hin zu diesem Boden verjüngt, also einen sich annähernden Wandungsverlauf 19 aufweist. Somit wird das Laserlicht 20, welches auf eine Wandung der Sackgasse 18 trifft, auf die gegenüberliegende Wandung reflektiert, sofern die Einstrahlung nicht von der ersten Wandung bereits vollständig absorbiert wird und von dort wiederum in Richtung Ende der Sackgasse 18 reflektiert, sodass die Anzahl der Auftreffpunkte auf der Auffangfläche 12 erheblich erhöht wird und somit das Absorptionsverhalten der Auffangfläche 12 erheblich gesteigert wird. Beispielsweise ist die Oberfläche 9 der Auffangfläche 12 dunkel und/oder matt gestaltet.
In Fig. 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Vorwärmen eines Werkstücks vor einem Bearbeiten mittels Auftragschweißen gezeigt. In der folgenden Beschreibung wird Bezug auf die vorhergehende Figurenbeschreibung genommen, vergleiche daher Fig. 1 und Fig. 2. In Schritt a. wird ein erstes Werkstück 7 in einer ersten Werkstückaufnahme 5 und ein zweites Werkstück 8 in einer zweiten Werkstückaufnahme 6 bereitgestellt, wobei das Bereitstellen an einem Schalttisch 26 gemäß Fig. 1 bevorzugt zeitversetzt ausgeführt wird. In Schritt b. wird mittels einer Schweißeinrichtung 2 das erste Werkstück 7 bearbeitet. Aufgrund des verwendeten Laserlichts 20 der Schweißeinrichtung 2 und der Reflexion des Laserlichts 20 erfolgt ein Wärmeeintrag in die Wärmeabsorbereinrichtung 11. Daher wird in Schritt c. die entstehende Abwärme von der Wärmeabsorbereinrichtung 11 aufgenommen und an ein zweites Werkstück 8 mittels der thermischen Brücke 17 abgegeben.
In Schritt d. wird das in der zweiten Werkstückaufnahme 6 aufgenommene zweite Werkstück 8, welches gerade nicht mittels Auftragsschweißen bearbeitet wird, mittels einer wärmeleitenden Übertragung der Abwärme auf das entsprechend aufzunehmende Werkstück 8 erwärmt. In einer Ausführungsform wird das zweite Werkstück 8 gerade vorbereitet, beispielsweise mittels Einmessen, Reinigen und/oder eine eventuell notwendige spanende Bearbeitung durchgeführt. Somit bildet die Heizeinrichtung 25 beziehungsweise das in der jeweiligen (zweiten) Werkstückaufnahme 6 aufgenommene (zweite) Werkstück 8 eine Wärmesenke. In einer Ausführungsform wird von der aufgenommenen Abwärme in dem derzeit bearbeiteten (ersten) Werkstück 7 eine weitere Wärmequelle für das andere (zweite) Werkstück 8 gebildet. Alternativ oder zusätzlich wird das (anfänglich eventuell noch kalte) gerade bearbeitete oder kurz vor dem Bearbeiten bereits positionierte (erste) Werkstück 7 Abwärme aus der Wärmeabsorbereinrichtung 11 über die Heizeinrichtung 25 zugeführt.
Somit wird in Schritt d. die aufgenommene Abwärme zum Erwärmen des zweiten Werkstücks 8 verwendet, sodass dieses im Betrieb beim Beschichten keinen oder nur einen sehr geringen thermischen Schock erleidet. Aufgrund der erwärmten Temperatur an dem zweiten Werkstück 8 erfolgt eine Erhöhung der Güte der zu beschichtende Oberfläche 9 des Werkstücks 8.
In Fig. 4 ist eine Vorrichtung 1 zum Auftragschweißen in einer weiteren Ausführungsform in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Rechts in der Darstellung ist wie in Fig. 1 ein Werkstück während eines Auftragschweißens gezeigt, sodass insoweit ohne Ausschluss der Allgemeinheit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Die Wärmeabsorbereinrichtung 11 ist links im Bild dargestellt und erstreckt sich hier senkrecht von unten bis oben. Ganz links ist ein (geschlossenes) Flächenelement 35 (beispielsweise ein Blech) gezeigt, auf dessen rechter Seite bevorzugt zumindest ein Teil der Auffangfläche 12 gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist von dem Flächenelement 35 eine Begrenzung des Kanals 34 für die Strömungsleitung 15 des Kühlfluids gebildet. Rechts in der Wärmeabsorbereinrichtung 11 ist ein (hier rein optional einziges) Lochblech 33 gezeigt. Die Löcher 39 sind bevorzugt durchgängig zu dem Kanal 34 gebildet, sodass Luft aus dem Raum rechts der Wärmeabsorbereinrichtung 11 infolge einer Anströmung entlang des Lochblechs 33 (wie hier mit der beispielsweise Pressluftdüse 38 dargestellt) infolge des Venturi- Düsen-Effekts in den Kanal 34 einsaugbar ist, wie dies repräsentativ mit drei Pfeilen angedeutet ist. Das Lochblech 33 und das Flächenelement 35 sind hier (rein optional) von Stabelementen 36,37 zueinander fixiert gehalten, wobei die ersten Stabelemente 36 zum reinen Halten der beiden Elemente zueinander und die zweiten Stabelemente 37 zum Fixieren der Wärmeabsorbereinrichtung 11 an einer festen oder bewegbaren Einrichtung eingerichtet sind. Weiterhin ist rein repräsentativ bei einem von der Oberfläche des Werkstücks abgestrahlten Laserstrahl gezeigt, wie dieser durch eines der Löcher 39 des Lochblechs 33 hindurchtritt und auf das Flächenelement 35 trifft und von dort wiederum auf die Rückseite des Lochblechs 33 reflektiert und wiederum hin zu dem Flächenelement 35 zurückreflektiert wird. Zudem ist rein repräsentativ bei einem weiteren abgestrahlten Laserstrahl gezeigt, dass dieser auf das Lochblech 33 trifft und dort teils absorbiert und (rein optional) teils diffus abgestrahlt wird.
In Fig. 5 ist ein Lochblech 33 in einer Draufsicht gezeigt. Hier sind eine Vielzahl von Löchern 39 schematisch angedeutet. Die Löcher 39 können dabei regelmäßig, unregelmäßig, rund oder eckig oder in beliebig anderer Form gebildet sein. Die Löcher 39 sind beispielsweise mittels schneiden, Stanzen oder Strecken gebildet. In einer Ausführungsform sind die Löcher 39 in einer Region großer Anzahl angeordnet, wo eine große Abstrahlungsintensität erwartet wird beziehungsweise in einem Hauptbetriebszustand vorliegt und entsprechend eine geringe Anzahl, wo eine geringere Intensität erwartet wird. Alternativ oder zusätzlich ist die Anzahl der Löcher 39 bereichsweise danach unterschiedlich gestaltet, dass dort eine große Anzahl von Löchern 39 vorgesehen ist, wo eine große Menge an erwärmter Luft abzuführen ist, und umgekehrt eine geringe Anzahl von Löchern 39, wo eine geringere Menge an erwärmter Luft abzuführen ist.
Mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung zum Auftragschweißen ist eine Erhöhung der Güte einer Beschichtung eines Werkstücks darstellbar, wobei das Werkstück dabei mittels einer Wärmeabsorbereinrichtung und einer Heizeinrichtung erwärmt wird.
Bezuqszeichenliste
Vorrichtung zum Auftragschweißen 35 Flächenelement
Schweißeinrichtung 36 erstes Stabelement
Zufuhreinrichtung 37 zweites Stabelement
Schweißzusatzwerkstoff 38 Pressluftdüse erste Werkstückaufnahme 39 Löcher zweite Werkstückaufnahme erstes Werkstück zweites Werkstück zu beschichtende Oberfläche
Hauptrichtung
Wärmeabsorbereinrichtung
Auffangfläche
Kühlfläche
Kühlrippe
Strömungsleitung
Grundfläche thermische Brücke
Sackgasse
Wandungsverlauf
Laserlicht
Streukegel
Streulicht
Streuwinkel
Vorschubrichtung
Heizeinrichtung
Schalttisch schalttischseitige Rotationsachse werkstückseitige Rotationsachse
Einfallswinkel
Ausfallswinkel
Verbindungsarm
Strömungsrichtung des Kühlfluids
Lochblech
Kanal

Claims

Patentansprüche Vorrichtung (1 ) zum Auftragschweißen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Schweißeinrichtung
(2) zum Bereitstellen von Schweißenergie;
- eine Zufuhreinrichtung
(3) zum Zuführen von einem Schweißzusatzwerkstoff (4); und
- zumindest eine Werkstückaufnahme (5) zum Aufnehmen eines Werkstücks (7) mit einer zu beschichtenden Oberfläche (9), wobei die zu beschichtende Oberfläche (9) in relativer Anordnung zu der Schweißeinrichtung (2) eine Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Wärmeabsorbereinrichtung (11 ) mit einer Auffangfläche (12) und mit einer mit der Auffangfläche (12) festkörperlich-thermisch verbundenen im Betrieb mit einem Kühlfluid aktiv beströmten Kühlfläche (13) vorgesehen ist, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (11 ) derart relativ zu der Werkstückaufnahme ausgerichtet ist, dass beim Auftragschweißen von der Auffangfläche (12) der Wärmeabsorbereinrichtung (11 ) die Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie geschnitten ist. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Kühlfläche (13) zumindest eine der folgenden Komponenten umfasst:
- eine Kühlrippe (14);
- zumindest ein Lochblech (33);
- eine Strömungsleitung (15) für ein Kühlfluid; und
- eine um zumindest das Zweifache vergrößerte Oberfläche im Vergleich zu der betreffenden Grundfläche (16) der Kühlfläche (13). Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Kühlfläche (13) mittels einer thermischen Brücke (17) mit einer Strömungsleitung (15) für ein Kühlfluid verbunden ist, wobei zum Erwärmen von einer weiteren Komponente das Kühlfluid als, bevorzugt einzige, Wärmequelle genutzt ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auffangfläche (12) eine als Strahlungsfalle ausgeführte Oberflächenbeschaffenheit aufweist, wobei bevorzugt die Strahlungsfalle eine Mehrzahl von Sackgassen (18) mit zu der Hauptrichtung (10) in Richtung des Endes der Sackgasse (18) einander annäherndem Wandungsverlauf (19) umfasst, und/oder wobei bevorzugt zum Absorbieren von Laserlicht (20) eines Laser- Auftragschweißens die Oberfläche der Auffangfläche (12) einen geringeren Spiegelungsanteil als die zu beschichtende Oberfläche (9) aufweist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb eine gemittelte und/oder zentrale Normale zu der Auffangfläche (12) zu der Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie von der zu beschichtenden Oberfläche (9) geneigt ausgerichtet ist, wobei bevorzugt ein Streulicht (22) mit einem Streuwinkel (23) zu dieser Hauptrichtung (10) von kleiner oder gleich 15° zu dieser Normale geneigt ausgerichtet ist.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeabsorbereinrichtung (11) relativ zu der Schweißeinrichtung (2) zumindest entlang einer einzigen Vorschubrichtung (24) fixiert mitbewegbar ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine weitere Werkstückaufnahme (6) zum Aufnehmen jeweils eines weiteren Werkstücks (8) zum Bearbeiten mittels der Schweißeinrichtung (2) vorgesehen ist und in einer Position außerhalb eines Bearbeitens mittels einer Heizeinrichtung (25) ein aufgenommenes Werkstück (8) vorwärmbar ist, wobei bevorzugt die Heizeinrichtung (25), besonders bevorzugt ausschließlich, mittels der aufgefangenen Wärme der Wärmeabsorbereinrichtung (11 ) mit einer benötigten Prozesswärme versorgbar ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Lochblech (33) vorgesehen ist, wobei bevorzugt bezogen auf die Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie hinter zumindest einem der Lochbleche (33) ein Kanal (34) für eine Strömungsleitung (15) eines Kühlfluids gebildet ist, und/oder wobei bevorzugt von zumindest einem der Lochbleche (33) und/oder einem weiteren Flächenelement (35) bezogen auf die Hauptrichtung (10) zum Abstrahlen von bereitgestellter Schweißenergie hinter dem zumindest einen Lochblech (33) die Auffangfläche (12) gebildet ist. Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks, welches vor einem Bearbeiten mittels Auftragschweißen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen eines ersten Werkstücks (7) aufgenommen in einer ersten Werkstückaufnahme (5) sowie eines zweiten Werkstücks (8) aufgenommen in einer zweiten Werkstückaufnahme (6); b. Bearbeiten des in der ersten Werkstückaufnahme (5) aufgenommenen ersten Werkstücks (7) mittels einer Schweißeinrichtung (2) zum Auftragschweißen; c. Auffangen einer in Schritt b. entstehenden Abwärme mittels einer Wärmeabsorbereinrichtung (11 ); und d. Versorgen des in der zweiten Werkstückaufnahme (6) aufgenommenen zweiten Werkstücks (8) mit Wärme mit der in Schritt c. aufgefangenen Abwärme als Wärmequelle. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Werkstückaufnahmen (5,6) und die Wärmeabsorbereinrichtung (11 ) Teil einer Vorrichtung (1 ) zum Auftragschweißen nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 8 ist.
PCT/DE2023/100694 2022-09-14 2023-09-14 VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS WO2024056137A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022123550.5A DE102022123550A1 (de) 2022-09-14 2022-09-14 Vorrichtung zum Auftragschweißen, sowie ein Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks
DE102022123550.5 2022-09-14
DE102023108124 2023-03-30
DE102023108124.1 2023-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024056137A1 true WO2024056137A1 (de) 2024-03-21

Family

ID=88505309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2023/100694 WO2024056137A1 (de) 2022-09-14 2023-09-14 VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024056137A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011100456A1 (de) 2011-05-04 2012-11-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißverfahren
US20190351497A1 (en) * 2017-01-17 2019-11-21 Gkn Aerospace Sweden Ab Laser metal wire deposition
CN112045305A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 朱海林 一种保护型钢铁加工用多角度焊接装置
DE102020106823A1 (de) * 2020-03-12 2021-09-16 HPL Technologies GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Herstellung und ggf. Nachbearbeiten von Schichten aufgetragen durch Laserauftragschweißen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011100456A1 (de) 2011-05-04 2012-11-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Extremes Hochgeschwindigkeitslaserauftragsschweißverfahren
US20190351497A1 (en) * 2017-01-17 2019-11-21 Gkn Aerospace Sweden Ab Laser metal wire deposition
DE102020106823A1 (de) * 2020-03-12 2021-09-16 HPL Technologies GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Herstellung und ggf. Nachbearbeiten von Schichten aufgetragen durch Laserauftragschweißen
CN112045305A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 朱海林 一种保护型钢铁加工用多角度焊接装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19943393C1 (de) Bestrahlungsgerät für Dentalwerkstoffe
DE102009021448B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Umfangsbearbeitung eines Materialstranges mittels Laser
DE19707834A1 (de) Materialbestrahlungsgerät und Verfahren zum Betrieb von Materialbestrahlungsgeräten
DE102018202203B4 (de) Anordnung zur Justierung einer Pulverströmung in Bezug zur mittleren Längsachse eines Energiestrahls
DE2832050A1 (de) Verfahren zur bildung einer kugel an einem draht durch funkenentladung, vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens und kugel-verbindungsvorrichtung mit der kugel- bildungsvorrichtung
DE102018202797A1 (de) Laserbearbeitungskopf, der zum Laser-Draht-Auftragschweißen ausgebildet ist
AT508355A4 (de) Verfahren und vorrichtung zum biegen eines werkstücks
DE102017125597A1 (de) 3D-Metalldruckverfahren und Anordnung für ein solches
DE102010036161A1 (de) Strahlfalle zur Absorption der Strahlungsenergie unerwünschter Laserstrahlung
WO2019202117A1 (de) Akkumulatorzellenmodul und verfahren zum kontaktieren der akkumulatorzellen
DE102015113766A1 (de) Strahlermodul sowie Verwendung des Strahlermoduls
WO2024056137A1 (de) VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN, SOWIE EIN VERFAHREN ZUM VORWÄRMEN EINES WERKSTÜCKS
DE102022123550A1 (de) Vorrichtung zum Auftragschweißen, sowie ein Verfahren zum Vorwärmen eines Werkstücks
DE3918363A1 (de) Vorrichtung fuer einen leistungslaser
DE4202944A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erwaermen eines materials
DE3925916A1 (de) Lichtstrahlbetriebene heizeinrichtung
DE19983270B4 (de) Laserplasmalichtquelle und Verfahren zur Erzeugung von Strahlung unter Verwendung derselben
EP1452260A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufbringen eines Flussmittels für das Hartlöten von Teilen
DE4415783A1 (de) Verfahren zur Freiformherstellung von Werkstücken
DE102006032606A1 (de) Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung
DE102005021548B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von hohlen Glaskörpern
DE102013107365C5 (de) Laserpanzerung
DE10032975A1 (de) Verfahren zum Hartlöten von Aluminiumteilen
DE102017113804B4 (de) Verfahren sowie Vorrichtung zur Überwachung eines Laserpolierprozesses
DE102019108101A1 (de) Verfahren zum additiven Herstellen und 3D-Drucker zum additiven Herstellen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23792876

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1