用於雷射材料加工的裝置的粉末噴嘴、容納單元和加工頭部的製作方法

2023-07-18 17:37:41 2

本發明涉及根據權利要求1的前序部分的用於雷射材料加工的裝置的粉末噴嘴、根據權利要求5的前序部分的用於雷射材料加工的裝置的粉末噴嘴的容納單元和帶有權利要求10的特徵的用於雷射材料加工的裝置的加工頭部。

背景技術：

雷射材料加工能夠尤其實施為利用粉末的雷射射束堆焊。這種方法例如在許多領域如例如工具製造、模具製造、傳動機構製造和機械製造中用於維護（Instantsetzung）、防磨損和防腐蝕。在此利用雷射射束在結構部件上產生熔斑並且通過粉末噴嘴將由附加原料製成的粉末輸送給熔斑。經輸送的粉末此後同樣熔化並且與結構部件的熔化的基本原料複合。通過由雷射和粉末噴嘴構成的單元在結構部件之上的運動產生所謂的堆焊焊道。各個堆焊焊道能夠如下密地彼此並排，使得在結構部件上出現閉合的覆層，所述覆層能夠為了提高表面品質進行再加工。

在此使用的粉末噴嘴經受高的溫度並且由於穿過所述粉末噴嘴來輸送的粉末而經受磨損。此外，完全或部分熔化的粉末會（所述粉末從結構部件處彈回）附著在粉末噴嘴處。所述附著必須定期去除，以便保證不堵塞粉末供應地無缺陷地運行。因此用於雷射材料加工的、尤其用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置的粉末噴嘴必須實施成可更換的。

在文件DE 10 2005 058 172 B4中描述用於以雷射射束堆焊的形式的雷射材料加工的裝置。裝置具有帶有射束通過通道的粉末噴嘴。射束通過通道具有射束輸入開口和在軸向方向上對置的射束輸出開口。粉末噴嘴此外具有容納軸頸，在所述容納軸頸處構造有射束輸入開口並且藉助於所述容納軸頸實現固定或保持粉末噴嘴。為了固定粉末噴嘴，除了環繞的凹槽之外的柱形的插入區域插入到沒有更詳細地示出的、空心柱形的容納套筒中。容納套筒在其周緣處分布地具有多個鑽孔，埋頭螺紋緊固件能夠旋入到所述鑽孔中。鑽孔的位置如下來選取，使得在插入的粉末噴嘴的情況下，埋頭螺紋緊固件在旋入時沉入到凹槽中並且由此將粉末噴嘴相對於容納套筒來固定。在拆卸粉末噴嘴時埋頭螺紋緊固件必須鬆開並且能夠脫落。在安裝粉末套筒時所述粉末套筒必須被置於到正確的軸向位置或插入位置中並且在該處保持。只有這時才能夠旋入埋頭螺紋緊固件。

在文件DE 10 2005 058 172 B4中描述的裝置中，由容納軸頸和容納套筒構成的配對在整個插入深度上用作粉末噴嘴的定心部。因為由此在整個插入深度上需要緊密的配合，故定心部對於汙染而言是非常敏感的。已經小的汙染會導致容納軸頸在容納套筒中的卡住。

技術實現要素：

與此相對地，本發明的任務是，提出粉末噴嘴、用於粉末噴嘴的容納單元和加工頭部以用於雷射材料加工的裝置，其實現簡單地更換粉末噴嘴。根據本發明，所述任務利用帶有權利要求1的特徵的粉末噴嘴、帶有權利要求5的特徵的容納單元和帶有權利要求10的特徵的加工頭部來解決。

根據本發明的用於雷射材料加工的裝置的粉末噴嘴具有射束通過通道，所述射束通過通道具有射束輸入開口和在軸向方向上對置的射束輸出開口。在裝置運行中，雷射射束通過射束輸入開口進入到射束通過通道中並且在所述雷射射束碰到待加工的工件上之前通過射束輸入開口離開所述射束通過通道。粉末噴嘴此外具有容納軸頸，在所述容納軸頸處構造有射束輸入開口。藉助於容納軸頸實現將粉末噴嘴固定或保持尤其在用於雷射材料加工的裝置的容納單元的容納套筒中。

根據本發明，容納軸頸如下實施，使得容納軸頸在朝著射束輸入開口的方向布置的插入區域中的外輪廓朝著射束輸入開口的方向單調地逐漸變細。由此粉末噴嘴能夠在使用時到如下程度地插入到容納套筒中，直到容納軸頸的外輪廓與容納套筒的相對應的內輪廓到達貼靠並且粉末噴嘴由此不能夠進一步推入。在所述位置中，粉末噴嘴由此軸向和徑向地相對於容納套筒以及由此相對於容納單元明確地固定並且能夠通過合適的固定器件固定。由此粉末噴嘴能夠特別簡單地在容納單元中固定在正確的位置處。此外，通過逐漸變細獲得非常小的易受汙染性。

「單調地逐漸變細」就此而言應該理解成，外輪廓逐漸變細，而橫截面朝著射束輸入開口的方向沒有又變大。橫截面在此也能夠在區段中保持相同。「插入區域」應該就此而言理解成如下區域，所述區域沉入到容納套筒中。

粉末噴嘴尤其用在以粉末進行雷射射束堆焊中。但在其它雷射材料加工、如例如雷射切割或雷射焊接中的使用同樣可行。在這些情況中沒有粉末被引導通過粉末噴嘴。

在本發明的設計方案中，容納軸頸的插入區域具有圓狀的橫截面，所述橫截面基於描述的、插入區域的逐漸變細而在軸向方向上改變。提及的橫截面作為橫向於軸向方向通過插入區域的剖面得出，插入區域由此關於軸向方向旋轉對稱。插入區域由此至少區段地實施成錐狀。由此，插入區域和由此容納軸頸能夠特別簡單地通過車削加工來製造。這尤其當粉末噴嘴的整個外輪廓實施成旋轉對稱時適用。

粉末噴嘴通常不必相對於容納套筒以一定的角度位置來安裝。然而，如果出於某種原因確實需要以一定的角度位置來置入，則粉末噴嘴和容納套筒能夠具有凹槽和相對應的突起部以用於定位。

在本發明的設計方案中，容納軸頸的插入區域的外輪廓具有在2和8°之間的逐漸變細角度。由此當粉末噴嘴插入到相對應的容納套筒中時尤其實現自鎖。這尤其在插入和固定粉末噴嘴時是有利的。所述粉末噴嘴能夠由此被置於到正確的位置中並且留在其中，即使沒有固定保持所述粉末噴嘴。由此，人們能夠用兩隻手用於真正地鎖定或固定。由此，以插入區域的錐狀的實施方案的容納即使在如下粉末噴嘴的情況下也提供優點，所述粉末噴嘴不必旋轉並且容納也相反於用於旋轉的工具的、如例如銑刀或鑽頭的容納而不必承受工具力。

逐漸變細角度在此在插入區域的逐漸變細的區段和軸向方向之間形成。

在本發明的設計方案中，容納軸頸的插入區域朝著射束輸出開口的方向由擴大部限制，力通過所述擴大部能夠朝著射束輸出開口的方向導入。由此能夠以簡單的方式在取下粉末噴嘴時將力施加到粉末噴嘴上。擴大部尤其實施為環繞的軸帶（Bund），所述軸帶沒有例如用於粉末或冷卻液的接頭。擴大部尤其朝著射束輸出開口的方向又減小，從而粉末噴嘴沒有過多材料和由此質量。

提及的任務還通過用於雷射材料加工的裝置的粉末噴嘴的帶有容納套筒的容納單元來解決。容納套筒具有容納空間，所述容納空間帶有插入開口和在軸向方向上對置的過渡開口。容納空間設置用於在插入方向上容納粉末噴嘴的容納軸頸的插入區域。在此，容納套筒的內輪廓至少在一區段中朝著過渡開口的方向逐漸變細。由此粉末噴嘴能夠如已經上面描述的那樣特別簡單地固定在容納單元中。插入方向在此平行於上面描述的軸向方向伸延並且從插入開口向過渡開口取向。在裝置運行中，雷射射束通過過渡開口進入到容納套筒中並且通過插入開口離開所述容納套筒。

根據本發明，在容納套筒的插入開口的區域中布置有夾緊螺母，所述夾緊螺母能夠相對於容納套筒朝著插入方向並且相反於插入方向移位。在容納套筒之內布置有夾緊套筒。夾緊螺母具有內傾斜部並且夾緊套筒具有外傾斜部，其如下來實施和布置，使得在夾緊螺母朝著夾緊方向移位時夾緊套筒橫向於插入方向被擠壓並且在此固定插入到夾緊套筒中的粉末噴嘴。尤其容納套筒具有外螺紋並且夾緊螺母具有相對應的內螺紋。由此保證粉末噴嘴特別簡單地並且可靠地固定在容納開口中。通過簡單地擰緊僅僅一個夾緊螺母能夠實現可靠地固定粉末噴嘴。夾緊方向尤其相應於插入方向。夾緊螺母能夠在其周緣處具有鑽孔或平的面，通過所述鑽孔或平的面能夠放置工具以用於擰緊或鬆開夾緊螺母。

在本發明的設計方案中，夾緊套筒實施為開縫的套筒。縫在此尤其在軸向方向上伸延。夾緊套筒例如能夠具有4個或更多縫。這樣的夾緊套筒能夠良好地被擠壓，這允許可靠地固定粉末噴嘴。此外，能夠簡單地且成本有利地製造這樣的夾緊套筒。

在本發明的設計方案中，夾緊套筒具有外螺紋並且容納套筒具有內螺紋，藉助於其使得夾緊套筒能夠與容納套筒連接。夾緊套筒的外螺紋在此尤其布置在其朝著容納套筒的過渡開口的方向取向的端部處。由此實現夾緊套筒簡單地並且可靠地固定在容納套筒中。

在本發明的設計方案中，容納套筒的外螺紋和內螺紋具有不同的轉動方向。由此可靠地防止，在鬆開夾緊螺母時同時也鬆開在夾緊套筒和容納套筒之間的連接。在擰緊夾緊螺母時同樣不會鬆開在夾緊套筒和容納套筒之間的連接，因為夾緊套筒通過提及的傾斜部不是僅僅被擠壓，而是所述夾緊套筒也被加載有朝著過渡開口的方向的力。外螺紋尤其實施為右旋螺紋並且內螺紋實施為左旋螺紋。

提及的任務還通過用於雷射材料加工的裝置的如下的加工頭部來解決，所述加工頭部具有帶有上面描述的特徵的粉末噴嘴和容納單元。

在本發明的設計方案中，粉末噴嘴具有擴大部並且容納單元具有帶有推出傾斜部的夾緊螺母。其如下來實施和布置，使得在夾緊螺母相對於插入套筒相反於插入方向移位時粉末噴嘴同樣相反於插入方向移位。由此，在夾緊螺母相反於插入方向移位時、也就是說尤其在夾緊螺母通過推出傾斜部和擴大部來鬆開或轉上時，力相反於插入方向施加到粉末噴嘴上。利用所述力能夠克服當前的自鎖並且使得粉末噴嘴簡單地且受控地從容納套筒中推出。

附圖說明

本發明的另外的優點、特徵和細節按照實施例的下面的描述以及按照附圖得知，在所述附圖中相同的或功能相同的元件設有一致的附圖標記。

在此：

圖1示出用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置的粉末噴嘴的側視圖，

圖2示出源自圖1的粉末噴嘴的前視圖，以及

圖3示出通過用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置的帶有粉末噴嘴和容納單元的加工頭部的剖面。

具體實施方式

根據圖1，用於沒有進一步示出的用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置的粉末噴嘴10具有容納軸頸11和頭部部件12。粉末噴嘴10的外輪廓關於軸向方向13旋轉對稱地來實施。整個容納軸頸11由此橫向於軸向方向13具有圓狀的橫截面。粉末噴嘴10通過容納軸頸11能夠固定在僅僅在圖3中示出的容納套筒25中並且由此粉末噴嘴10得到保持。對此，粉末噴嘴10能夠在插入方向14上（所述插入方向平行於軸向方向13伸延）插入到容納套筒25中。

頭部部件12相反於插入方向14地聯接到容納軸頸11處。在用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置運行中，雷射射束通過在容納軸頸11處的射束輸入開口23（參見圖3）進入到粉末噴嘴10的放射通過通道24（參見圖3）中並且通過在頭部部件12處的射束輸出開口21（參見圖2和3）離開粉末噴嘴10，以便在待加工的工件上產生所謂的熔斑。射束輸入開口23和射束輸出開口21、以及放射通過通道24在圖1中沒有示出。以粉末形式通過三個在頭部部件12處沒有示出的接頭來輸送的附加原料通過在頭部部件12處總共三個粉末輸出開口15排出，其中，在圖1中可見僅僅一個粉末輸出開口15。粉末輸出開口15如下來布置，使得粉末輸送到在待加工的工件上的熔斑中。

容納軸頸11具有三個不同的區域。所述容納軸頸具有插入區域16，所述插入區域含有射束輸入開口23並且由此在射束輸入開口23的方向上布置。在插入到容納套筒25中時，容納軸頸11的插入區域16沉入到容納套筒25中。擴大部17相反於插入方向14並且由此朝著射束輸出開口21的方向聯接到插入區域16處。在擴大部17的區域中，容納軸頸11的直徑通過傾斜部強烈地提高，其中，也實現突變的直徑提高。過渡區域18聯接到擴大部17處，所述過渡區域在頭部部件12處結束。在過渡區域18中，容納軸頸11的直徑連續地下降，其中，如在圖3中示出的那樣，其它直徑伸延也是可行的。頭部部件12同樣具有帶有不同的直徑伸延的多個區域。頭部部件12的結構在此然而不進一步研究，從而放棄詳細地描述頭部部件12。

容納軸頸11的插入區域16的外輪廓實施成非柱狀，而是單調地（monoton）朝著插入方向14並且由此朝著射束輸入開口23的方向逐漸逐漸變細。逐漸逐漸變細角度α（其在插入區域16的外輪廓和軸向方向13之間形成）在圖1中示出的粉末噴嘴10的情況下為3°。逐漸變細角度也可以在2°和8°之間。其由此如下來選取，使得在容納軸頸11插入到相對應的容納套筒中時出現自鎖。

容納軸頸11的插入區域16例如能夠具有在20和50mm之間的直徑並且頭部區域12能夠具有在40和70mm之間的最大直徑。粉末噴嘴10的總長度例如能夠在60和90mm之間。

在粉末噴嘴10的在圖2中示出的前視圖中僅僅能夠看出頭部部件12。頭部部件12如整個粉末噴嘴10那樣具有帶有圓狀的直徑的外輪廓。在頭部部件12處在中間布置有射束輸出開口21，在裝置運行中雷射射束從噴嘴頭部10中從所述射束輸出開口中排出。圍繞射束輸出開口21均勻分布地布置有三個粉末輸出開口15。

根據圖3，用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置的加工頭部22具有粉末噴嘴10，所述粉末噴嘴原則上與在圖1中的粉末噴嘴10相同地構造。在頭部部件12處構造有射束輸出開口21。在容納軸頸11的插入區域16處構造有射束輸入開口23。在射束輸入開口23和射束輸出開口21之間延伸有相反於插入方向14連續變窄的射束通過通道24。射束輸入開口23和射束輸出開口21由此在軸向方向13上對置地布置。容納軸頸11的插入區域16如關於圖1描述的那樣單調地朝著射束輸入開口23的方向逐漸變細。

加工頭部22此外具有插入套筒25，所述插入套筒主要實施成空心柱形並且由此構造出帶有插入開口27的容納空間26，粉末噴嘴10能夠插入到所述插入開口中。在軸向方向13上對置地，插入套筒25具有過渡開口28，在裝置運行中雷射射束通過所述過渡開口進入到容納套筒25中，所述雷射射束通過插入開口27又離開所述容納套筒。容納套筒25的內輪廓在如下區域中逐漸變細，容納軸頸11的插入區域16連續地朝著過渡開口28的方向沉入到所述區域中。容納套筒25的內輪廓的逐漸變細在此與容納軸頸11的插入區域16的外輪廓的逐漸變細相對應。

在容納套筒25和容納軸頸11的插入區域16之間布置有開縫的夾緊套筒29。夾緊套筒29主要具有空心錐形的基本形狀，其朝著插入開口27的方向擴大。所述夾緊套筒具有總共4個縫，所述縫在插入方向14上伸延。夾緊套筒29朝著過渡開口28的方向具有外螺紋30。通過所述外螺紋30和容納套筒25的相對應的內螺紋31使得夾緊套筒29與容納套筒25連接。這兩個提及的螺紋30、31實施為左旋螺紋。

容納套筒25在插入開口27的區域中此外具有外螺紋32，所述外螺紋與夾緊螺母34的內螺紋33共同作用。通過外螺紋32和內螺紋33能夠使得夾緊螺母34旋上到容納套筒25上和從容納套筒25旋下並且由此沿著和相反於插入方向14相對於容納套筒25來移位。這兩個提及的螺紋32、33實施為右旋螺紋。為了如有可能能夠將更高的轉矩導入到夾緊螺母34中，在其周緣處分布地布置有多個鑽孔35。

夾緊螺母34此外相反於插入方向14偏置地具有環繞的平的內傾斜部36。內傾斜部36如下來實施，使得內直徑朝著插入方向14增加。夾緊螺母34的內傾斜部36與夾緊套筒29的相對應的外傾斜部37共同作用。在夾緊螺母34轉上到容納套筒25上時、也就是說在夾緊螺母34朝著夾緊方向移位時（所述夾緊方向相應於插入方向14），力由此通過內傾斜部36和外傾斜部37向內作用於夾緊套筒29，所述力將夾緊套筒29橫向於插入方向14擠壓並且由此使得容納軸頸11的插入區域16和由此整個粉末噴嘴10固定在容納套筒25中。容納套筒25、夾緊套筒29和夾緊螺母34由此形成用於粉末噴嘴10的容納單元39。

夾緊螺母34此外具有平的推出傾斜部38，所述推出傾斜部布置在其對置於過渡開口28的端部處。推出傾斜部38在插入方向14上向內傾斜。夾緊螺母34的推出傾斜部38如下來實施，使得所述推出傾斜部在夾緊螺母34從容納套筒25旋下時到達貼靠在粉末噴嘴10的容納柄杆11的擴大部17處並且使得粉末噴嘴10由此同樣相反於插入方向14移位。

由容納套筒25、夾緊套筒29和夾緊螺母34形成的容納單元39和粉末噴嘴10由此形成用於以粉末進行雷射射束堆焊的裝置的加工頭部22。

粉末噴嘴10的裝配和拆卸由此如下進行。

在裝配粉末噴嘴10時，其如下程度地插入到容納套筒25中，直到粉末噴嘴10的容納柄杆11的插入區域16的外輪廓與夾緊套筒29的內輪廓到達貼靠。由此實現粉末噴嘴10的軸向的和徑向的定位。基於描述的在粉末噴嘴10和容納套筒或夾緊套筒25、29之間的自鎖使得粉末噴嘴10留在調整的位置中，而所述粉末噴嘴不必保持。接下來，夾緊螺母34旋上到容納套筒25上並且由此如描述的那樣擠壓夾緊套筒29和固定粉末噴嘴10。由此粉末噴嘴10的裝配除了聯接另外的供應線路之外結束。

為了拆卸粉末噴嘴10，夾緊螺母34從容納套筒25旋下並且由此同時粉末噴嘴10如描述的那樣從容納套筒25中推出。