用于激光材料加工的裝置的粉末噴嘴、容納單元和加工頭部的制作方法

本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于激光材料加工的裝置的粉末噴嘴、根據(jù)權(quán)利要求5的前序部分的用于激光材料加工的裝置的粉末噴嘴的容納單元和帶有權(quán)利要求10的特征的用于激光材料加工的裝置的加工頭部。

背景技術(shù)：

激光材料加工能夠尤其實施為利用粉末的激光射束堆焊。這種方法例如在許多領(lǐng)域如例如工具制造、模具制造、傳動機構(gòu)制造和機械制造中用于維護（Instantsetzung）、防磨損和防腐蝕。在此利用激光射束在結(jié)構(gòu)部件上產(chǎn)生熔斑并且通過粉末噴嘴將由附加原料制成的粉末輸送給熔斑。經(jīng)輸送的粉末此后同樣熔化并且與結(jié)構(gòu)部件的熔化的基本原料復(fù)合。通過由激光和粉末噴嘴構(gòu)成的單元在結(jié)構(gòu)部件之上的運動產(chǎn)生所謂的堆焊焊道。各個堆焊焊道能夠如下密地彼此并排，使得在結(jié)構(gòu)部件上出現(xiàn)閉合的覆層，所述覆層能夠為了提高表面品質(zhì)進行再加工。

在此使用的粉末噴嘴經(jīng)受高的溫度并且由于穿過所述粉末噴嘴來輸送的粉末而經(jīng)受磨損。此外，完全或部分熔化的粉末會（所述粉末從結(jié)構(gòu)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(yīng)地?zé)o缺陷地運行。因此用于激光材料加工的、尤其用于以粉末進行激光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中描述用于以激光射束堆焊的形式的激光材料加工的裝置。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(gòu)造有射束輸入開口并且借助于所述容納軸頸實現(xiàn)固定或保持粉末噴嘴。為了固定粉末噴嘴，除了環(huán)繞的凹槽之外的柱形的插入?yún)^(qū)域插入到?jīng)]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鉆孔，埋頭螺紋緊固件能夠旋入到所述鉆孔中。鉆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并且由此將粉末噴嘴相對于容納套筒來固定。在拆卸粉末噴嘴時埋頭螺紋緊固件必須松開并且能夠脫落。在安裝粉末套筒時所述粉末套筒必須被置于到正確的軸向位置或插入位置中并且在該處保持。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(gòu)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，故定心部對于污染而言是非常敏感的。已經(jīng)小的污染會導(dǎo)致容納軸頸在容納套筒中的卡住。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與此相對地，本發(fā)明的任務(wù)是，提出粉末噴嘴、用于粉末噴嘴的容納單元和加工頭部以用于激光材料加工的裝置，其實現(xiàn)簡單地更換粉末噴嘴。根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)利用帶有權(quán)利要求1的特征的粉末噴嘴、帶有權(quán)利要求5的特征的容納單元和帶有權(quán)利要求10的特征的加工頭部來解決。

根據(jù)本發(fā)明的用于激光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，激光射束通過射束輸入開口進入到射束通過通道中并且在所述激光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(gòu)造有射束輸入開口。借助于容納軸頸實現(xiàn)將粉末噴嘴固定或保持尤其在用于激光材料加工的裝置的容納單元的容納套筒中。

根據(jù)本發(fā)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?yún)^(qū)域中的外輪廓朝著射束輸入開口的方向單調(diào)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(yīng)的內(nèi)輪廓到達貼靠并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于容納套筒以及由此相對于容納單元明確地固定并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污染性。

“單調(diào)地逐漸變細”就此而言應(yīng)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(qū)段中保持相同?！安迦?yún)^(qū)域”應(yīng)該就此而言理解成如下區(qū)域，所述區(qū)域沉入到容納套筒中。

粉末噴嘴尤其用在以粉末進行激光射束堆焊中。但在其它激光材料加工、如例如激光切割或激光焊接中的使用同樣可行。在這些情況中沒有粉末被引導(dǎo)通過粉末噴嘴。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，容納軸頸的插入?yún)^(qū)域具有圓狀的橫截面，所述橫截面基于描述的、插入?yún)^(qū)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于軸向方向通過插入?yún)^(qū)域的剖面得出，插入?yún)^(qū)域由此關(guān)于軸向方向旋轉(zhuǎn)對稱。插入?yún)^(qū)域由此至少區(qū)段地實施成錐狀。由此，插入?yún)^(qū)域和由此容納軸頸能夠特別簡單地通過車削加工來制造。這尤其當粉末噴嘴的整個外輪廓實施成旋轉(zhuǎn)對稱時適用。

粉末噴嘴通常不必相對于容納套筒以一定的角度位置來安裝。然而，如果出于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(yīng)的突起部以用于定位。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，容納軸頸的插入?yún)^(qū)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(yīng)的容納套筒中時尤其實現(xiàn)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于到正確的位置中并且留在其中，即使沒有固定保持所述粉末噴嘴。由此，人們能夠用兩只手用于真正地鎖定或固定。由此，以插入?yún)^(qū)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(yōu)點，所述粉末噴嘴不必旋轉(zhuǎn)并且容納也相反于用于旋轉(zhuǎn)的工具的、如例如銑刀或鉆頭的容納而不必承受工具力。

逐漸變細角度在此在插入?yún)^(qū)域的逐漸變細的區(qū)段和軸向方向之間形成。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，容納軸頸的插入?yún)^(qū)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?qū)?。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(huán)繞的軸帶（Bund），所述軸帶沒有例如用于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(zhì)量。

提及的任務(wù)還通過用于激光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(shè)置用于在插入方向上容納粉末噴嘴的容納軸頸的插入?yún)^(qū)域。在此，容納套筒的內(nèi)輪廓至少在一區(qū)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(jīng)上面描述的那樣特別簡單地固定在容納單元中。插入方向在此平行于上面描述的軸向方向伸延并且從插入開口向過渡開口取向。在裝置運行中，激光射束通過過渡開口進入到容納套筒中并且通過插入開口離開所述容納套筒。

根據(jù)本發(fā)明，在容納套筒的插入開口的區(qū)域中布置有夾緊螺母，所述夾緊螺母能夠相對于容納套筒朝著插入方向并且相反于插入方向移位。在容納套筒之內(nèi)布置有夾緊套筒。夾緊螺母具有內(nèi)傾斜部并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于插入方向被擠壓并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并且夾緊螺母具有相對應(yīng)的內(nèi)螺紋。由此保證粉末噴嘴特別簡單地并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?qū)崿F(xiàn)可靠地固定粉末噴嘴。夾緊方向尤其相應(yīng)于插入方向。夾緊螺母能夠在其周緣處具有鉆孔或平的面，通過所述鉆孔或平的面能夠放置工具以用于擰緊或松開夾緊螺母。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，夾緊套筒實施為開縫的套筒?？p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制造這樣的夾緊套筒。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，夾緊套筒具有外螺紋并且容納套筒具有內(nèi)螺紋，借助于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(xiàn)夾緊套筒簡單地并且可靠地固定在容納套筒中。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，容納套筒的外螺紋和內(nèi)螺紋具有不同的轉(zhuǎn)動方向。由此可靠地防止，在松開夾緊螺母時同時也松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松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并且內(nèi)螺紋實施為左旋螺紋。

提及的任務(wù)還通過用于激光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征的粉末噴嘴和容納單元。

在本發(fā)明的設(shè)計方案中，粉末噴嘴具有擴大部并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于插入套筒相反于插入方向移位時粉末噴嘴同樣相反于插入方向移位。由此，在夾緊螺母相反于插入方向移位時、也就是說尤其在夾緊螺母通過推出傾斜部和擴大部來松開或轉(zhuǎn)上時，力相反于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并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(fā)明的另外的優(yōu)點、特征和細節(jié)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(shè)有一致的附圖標記。

在此：

圖1示出用于以粉末進行激光射束堆焊的裝置的粉末噴嘴的側(cè)視圖，

圖2示出源自圖1的粉末噴嘴的前視圖，以及

圖3示出通過用于以粉末進行激光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(jù)圖1，用于沒有進一步示出的用于以粉末進行激光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(guān)于軸向方向13旋轉(zhuǎn)對稱地來實施。整個容納軸頸11由此橫向于軸向方向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中并且由此粉末噴嘴10得到保持。對此，粉末噴嘴10能夠在插入方向14上（所述插入方向平行于軸向方向13伸延）插入到容納套筒25中。

頭部部件12相反于插入方向14地聯(lián)接到容納軸頸11處。在用于以粉末進行激光射束堆焊的裝置運行中，激光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）中并且通過在頭部部件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(chǎn)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(qū)域。所述容納軸頸具有插入?yún)^(qū)域16，所述插入?yún)^(qū)域含有射束輸入開口23并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?yún)^(qū)域16沉入到容納套筒25中。擴大部17相反于插入方向14并且由此朝著射束輸出開口21的方向聯(lián)接到插入?yún)^(qū)域16處。在擴大部17的區(qū)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(xiàn)突變的直徑提高。過渡區(qū)域18聯(lián)接到擴大部17處，所述過渡區(qū)域在頭部部件12處結(jié)束。在過渡區(qū)域18中，容納軸頸11的直徑連續(xù)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(qū)域。頭部部件12的結(jié)構(gòu)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?yún)^(qū)域16的外輪廓實施成非柱狀，而是單調(diào)地（monoton）朝著插入方向14并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?yún)^(qū)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(yīng)的容納套筒中時出現(xiàn)自鎖。

容納軸頸11的插入?yún)^(qū)域16例如能夠具有在20和50mm之間的直徑并且頭部區(qū)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，在裝置運行中激光射束從噴嘴頭部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(jù)圖3，用于以粉末進行激光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(gòu)造。在頭部部件12處構(gòu)造有射束輸出開口21。在容納軸頸11的插入?yún)^(qū)域16處構(gòu)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之間延伸有相反于插入方向14連續(xù)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?yún)^(qū)域16如關(guān)于圖1描述的那樣單調(diào)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并且由此構(gòu)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，在裝置運行中激光射束通過所述過渡開口進入到容納套筒25中，所述激光射束通過插入開口27又離開所述容納套筒。容納套筒25的內(nèi)輪廓在如下區(qū)域中逐漸變細，容納軸頸11的插入?yún)^(qū)域16連續(xù)地朝著過渡開口28的方向沉入到所述區(qū)域中。容納套筒25的內(nèi)輪廓的逐漸變細在此與容納軸頸11的插入?yún)^(qū)域16的外輪廓的逐漸變細相對應(yīng)。

在容納套筒25和容納軸頸11的插入?yún)^(qū)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(yīng)的內(nèi)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(qū)域中此外具有外螺紋32，所述外螺紋與夾緊螺母34的內(nèi)螺紋33共同作用。通過外螺紋32和內(nèi)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旋下并且由此沿著和相反于插入方向14相對于容納套筒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?qū)⒏叩霓D(zhuǎn)矩導(dǎo)入到夾緊螺母34中，在其周緣處分布地布置有多個鉆孔35。

夾緊螺母34此外相反于插入方向14偏置地具有環(huán)繞的平的內(nèi)傾斜部36。內(nèi)傾斜部36如下來實施，使得內(nèi)直徑朝著插入方向14增加。夾緊螺母34的內(nèi)傾斜部36與夾緊套筒29的相對應(yīng)的外傾斜部37共同作用。在夾緊螺母34轉(zhuǎn)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(yīng)于插入方向14），力由此通過內(nèi)傾斜部36和外傾斜部37向內(nèi)作用于夾緊套筒29，所述力將夾緊套筒29橫向于插入方向14擠壓并且由此使得容納軸頸11的插入?yún)^(qū)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由此形成用于粉末噴嘴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于過渡開口28的端部處。推出傾斜部38在插入方向14上向內(nèi)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的容納柄桿11的擴大部17處并且使得粉末噴嘴10由此同樣相反于插入方向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由此形成用于以粉末進行激光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的容納柄桿11的插入?yún)^(qū)域16的外輪廓與夾緊套筒29的內(nèi)輪廓到達貼靠。由此實現(xiàn)粉末噴嘴10的軸向的和徑向的定位?；诿枋龅脑诜勰﹪娮?0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(diào)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上并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(lián)接另外的供應(yīng)線路之外結(jié)束。

為了拆卸粉末噴嘴10，夾緊螺母34從容納套筒25旋下并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。