Beschreibung
Funktionsbeschreibung
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Funktionsbeschreibung der Lavaldüsenhalterung
Das Laserstrahlabtragen ist ein Bearbeitungsverfahren, mit dem ein gezielter Materialabtrag zur Erzeugung geometrisch bestimmter Formen möglich ist. Aufbauend auf den Prinzipien der Laserstrahlbearbeitungsverfahren können verschiedenste Strukturen in metallische sowie nichtmetallische Werkstoffe eingearbeitet (gefräst) werden. Dazu wird die Strahlenenergie des Lasers in den Werkstoff eingekoppelt und in Wärme umgewandelt. Der Werkstoff wird aufgeschmolzen bzw. verdampft und durch ein Gasstrahl aus der Bearbeitungszone entfernt. Der Gasstrahl erfüllt in diesem Fall drei wichtige Aufgaben:
1. Er sorgt dafür, das die Schmelze und Dämpfe aus der Bearbeitungszone entfernt werden.
2. Zur Erhöhung der Abtragraten kann - z.B, bei der Bearbeitung von Stahlwerkstoffen dem Gasstrahl
Sauerstoff als reaktives Medium zugesetzt werden. Durch die einsetzende chemische Reaktion,
verbrennt das Eisen im Gasstrahl.
3. Er schützt die Fokussieroptik des Bearbeitungskopfes vor hochspritzender Schmelze und vor
Dämpfen
Verwendet man herkömmliche Mündungsdüsen, so kann nur ein Teil der Druckenergie am Mündungsaustritt in kinetische Energie umgesetzt werden. Im Freistrahl baut sich hinter dem Mündungsaustritt eine periodische Struktur mit Bereichen hoher Druckschwankungen und Verdichtungsstöße auf, die mit Hilfe schlierenfotografischer Aufnahmen sichtbar gemacht werden können. Die Strömungsverhältnisse auf der Werkstückoberfläche sind infolge dieser Erscheinung, sehr stark vom Abstand Düse-Werkstück abhängig. In periodischen Abständen treten auf der Werkstückober- fläche Bereiche mit hohen Gasdrücken auf, die aus der Wechselwirkung zwischen den Druckschwankungen im Frei- strahl und der Werkstückoberfläche resultieren. Abhilfe bieten druckangepaßte Düsen mit Laval-Geometrie. Diese Düsen ermöglichen das ein Gasstrahl, der mit Überschallgeschwindigkeit strömt, beim Austritt aus der Düsenmündung keine Aufweitung aufweist. Laval-Düsen bieten sich also für Anwendungen an, bei denen große Druckverhältnisse und Unabhängigkeit vom Arbeitsabstand realisiert werden sollen.
Düsensysteme nach dem Lavalprinzip gewinnen daher besonders für die abtragende Bearbeitung mit Laserstrahlen an Bedeutung, da hier berührungslos beliebige Formen hergestellt werden können, wobei ein konstanter Arbeitsabstand zwischen Prozeßgasdüse und der Werkstückoberfläche nicht sicherzustellen ist.
Als weitere wesentliche Anforderung an Prozeßgasdüsensysteme zum Laserstrahlabtragen, ist die Anordnung des Gasstrahls relativ zum Laserstrahl zu nennen. Um einen gerichteten Austrieb des abgetragenen Materials zu gewährleisten, darf der Gasstrahl nicht koaxial zum Laserstrahl sondern parallel zu diesem mit einstellbarem seitlichem
Versatz geführt werden.
Um möglichst wenig Leerwege fahren zu müssen, sind vier Laval-Düsen am Bearbeitungskopf montiert. Wobei sich
die gegenüberliegenden jeweils im Einsatz befinden. Über eine Steuerung der Gaszufuhr, lassen sich zwei Bearbeitungsrichtung verwirklichen.
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