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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserstrukturieren von Naben von Motorkomponenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Laserstrukturierungsverfahren unter Verwendung einer derartigen Vorrichtung.
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Um Motorkomponenten, beispielsweise Nocken, zuverlässig auf einer zugehörigen Welle fixieren zu können, werden die miteinander in Kontakt tretenden Verbindungsflächen oftmals strukturiert, das heißt aufgeraut, wodurch eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments ermöglicht wird. Eine hierzu verwendete Laserstrukturierung bzw. Oberflächenaufrauhung erfolgt insbesondere im Bereich von thermischen Fügeverbindungen und/oder Presspassungen.
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Aus der
DE 10 2004 042 847 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Laserstrukturieren von Naben von Motorkomponenten, insbesondere zur Innenbearbeitung von Zylinderflächen bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Laser, ein im Strahlengang des Lasers angeordnetes Optiksystem mit einem Strahlenumlenkelement und/oder einem Fokussierelement sowie eine steuerbare Strahlablenkungseinrichtung. Mit der Strahlablenkungseinrichtung kann der Laserstrahl sehr schnell in verschiedene Bearbeitungsbereiche auf der Zylinderfläche bewegt werden. Bearbeitungspausen zwischen dem Einbringen von zwei aufeinander folgenden Strukturelementen können daher stark verkürzt werden, wodurch insbesondere auch eine schnelle Bearbeitung von Zylinderflächen mit komplexen Strukturen ermöglicht wird.
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Aus der
DE 20 2005 005 905 U1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Erzeugung von Vertiefungen in zylindrischen Innenflächen von Bohrungen mittels eines gepulsten Laserstrahls bekannt, der mit optischen Mitteln in die Vorrichtung eingeleitet, fokussiert und auf die Innenfläche der Bohrung umgelenkt wird. Der Laserstrahl wird dabei in einer Strahlenablenkungseinheit durch erste Ablenkmittel periodisch so abgelenkt, dass der Punkt, auf den er in einer Fokussieroptik fokussiert wird, in der X/Y-Ebene des Koordinatensystems um eine optische Achse auf einer Kreisbahn umläuft, deren Radius durch Steuerung der genannten Bewegung der Ablenkmittel veränderbar und einstellbar ist. Zugleich wird der Laserstrahl durch zweite Ablenkmittel auf die Innenfläche der Bohrung umgelenkt, so dass der genannte Punkt auf der Innenfläche der Bohrung umläuft und die Höhe des auf der Innenfläche der Bohrung umlaufenden Punktes des Laserstrahls durch Veränderung des Radius der genannten Kreisbahn einstellbar ist.
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Aus der
DE 103 25 910 A1 ist eine Vorrichtung zum Einbringen von Strukturen in Form von vorzugsweise linienartigen Vertiefungen in Anlageflächen von zwei kraftschlüssig verbundenen Körpern bekannt, wobei die in die zu behandelnde Anlagefläche einzubringen Vertiefungen mittels eines Lasers eingebracht werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, aus welcher insbesondere das Laserstrukturieren von Naben von Motorkomponenten gestaltet werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Vorrichtung zum Laserstrukturieren von Naben von Motorkomponenten einen linear verfahrenbaren Ladungsträger vorzusehen, auf welchem zumindest zwei zu bearbeitende Motorkomponenten anordenbar sind, sowie zumindest zwei Laserstationen mit jeweils zumindest einem 3D-Laser zum aufeinanderfolgenden Laserstrukturieren einer Nabe der Motorkomponente. Durch den linear verfahrbaren Ladungsträger können somit Fertigungsbänder in der Art von Fließbändern geschaffen werden, bei welchen im günstigsten Fall die zu bearbeitenden Motorkomponenten auf der einen Seite in den Ladungsträger eingelegt und auf der anderen Seite fertig bearbeitet wieder entnommen werden können. Sowohl das Einlegen als auch das Entnehmen kann dabei vorzugsweise voll automatisch erfolgen, wodurch nicht nur der Fertigungsprozess insgesamt rationell gestaltet werden kann, sondern aufgrund des automatisierten Einlegens auch eine hohe Fertigungsgenauigkeit erreicht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die zumindest zwei 3D-Laser schwenkbar ausgebildet. Durch eine schwenkbare Ausbildung, insbesondere um drei Achsen, ist ein nahezu beliebiges Verfahren bzw. Ausrichten des jeweiligen 3D-Lasers möglich, so dass auch schwer zugängliche Stellen an den Naben der Motorkomponenten einfach erreicht werden können. Selbstverständlich kann darüber hinaus auch eine Umlenkeinrichtung, beispielsweise in der Art eines Spiegels, vorgesehen sein, mittels welcher/welchem der von dem 3D-Laser ausgesandte Laserstrahl schnell und darüber hinaus äußerst präzise auf die jeweils zu bearbeitende Oberfläche umgelenkt wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind in einer Laserstation zumindest ein 3D-Laser oberhalb des Ladungsträgers und ein anderer 3D-Laser unterhalb des Ladungsträgers angeordnet. Durch ein Anordnen der beiden 3D-Laser oberhalb und unterhalb des Ladungsträgers ist ein gleichzeitiges Bearbeiten einer Motorkomponente oder zweiter Motorkomponenten eines Ladungsträgers möglich, wodurch die Bearbeitungszeit und damit auch die Taktzeit reduziert werden kann. In diesem Fall sollte der Ladungsträger im Bereich der zu bearbeitenden Nabe eine Öffnung aufweisen, so dass die Nabe gleichzeitig oder alternativ von dem oberhalb des Ladungsträgers angeordneten 3D-Laser und von dem unterhalb des Ladungsträgers angeordneten 3D-Laser bearbeitet werden kann. Durch die Öffnung ist es beispielsweise denkbar, dass der unterhalb des Ladungsträgers angeordnete 3D-Laser durch den Ladungsträger hindurch die jeweilige Nabe der zu bearbeitenden Motorkomponente strukturieren kann.
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Zweckmäßig ist die Vorrichtung zur Laserstrukturierung von Nocken, Zahnrädern, Ausrichtelementen, Werkzeugangriffsflächen, Stopfen oder Geberrädern ausgebildet. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, wie vielfältig die Motorkomponenten ausgebildet sein können, wobei der Fokus selbstverständlich auf Drehmoment übertragende Motorkomponenten, die beispielsweise über eine Presspassung oder eine thermische Fügeverbindung miteinander verbunden sind, liegt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Ladungsträger anhebbar, drehbar und/oder kippbar ausgebildet. Um eine Bearbeitungsrichtung zusätzlich variieren zu können und insbesondere auch die Bearbeitung durch den jeweiligen 3D-Laser erleichtern zu können, kann vorgesehen sein, dass der Ladungsträger beispielsweise im Bereich der jeweiligen Station gedreht bzw. gekippt werden kann. Auch ein Anheben ist selbstverständlich denkbar. Mit dem Ladungsträger selbst werden selbstverständlich auch die darin angeordneten und zu bearbeitenden Motorkomponenten angehoben, gedreht bzw. gekippt. Selbstverständlich ist dabei auch vorstellbar, dass das Ausrichten des jeweiligen Ladungsträgers und darüber auch die darin aufgenommen Motorkomponenten nicht nur innerhalb der jeweiligen Laserstation erfolgen kann, sondern selbstverständlich auch zwischen zwei benachbarten Laserstationen.
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Zweckmäßig weist der Ladungsträger einen Rahmen mit zumindest zwei Aufnahmen für die zu bearbeitenden Motorkomponenten auf. Üblicherweise sind in einem derartigen Rahmen selbstverständlich deutlich mehr zu bearbeitende Motorkomponenten aufgenommen, beispielsweise 24, so dass in einer jeweiligen Laserstation 24 Motorkomponenten von den jeweiligen 3D-Lasern bearbeitet werden können. Das Anordnen in einem derartigen Rahmen kann selbstverständlich auch den weiteren Transport bzw. das weitere Lagern der einzelnen Motorkomponenten erleichtern.
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Generell ist es möglich, dass der Ladungsträger selbst in der Art eines Fließbandes ausgebildet ist oder dass der Ladungsträger auf einem Linearförderer, das heißt auf einem Fließband, angeordnet wird. Der Ladungsträger kann somit selbst als Fließband ausgebildet sein oder als Rahmen und auf einem derartigen Fließband abgestellt werden. Bei einer Ausbildung des Ladungsträgers in der Art eines Fließbandes muss selbstverständlich der Ladungsträger bzw. das Fließband selbst entsprechende Aufnahmen zur Lage fixierten Aufnahme der einzelnen Motorkomponenten besitzen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken ein Laserstrukturierungsverfahren unter Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung anzugeben, bei welchem zumindest zwei Motorkomponenten zunächst in einem linear verfahrenbaren Ladungsträger angeordnet werden. Anschließend durchläuft dieser Ladungsträger zusammen mit den darin angeordneten Motorkomponenten nacheinander zumindest zwei Laserstationen, worin das aufeinander folgende Laserstrukturieren der Naben der einzelnen Motorkomponenten erfolgt. Ein linear verfahrbarer Ladungsträger muss dabei selbstverständlich nicht nur in eine Richtung linear verfahrbar sein, sondern kann auch beispielsweise in eine orthogonal dazu verlaufende Richtung ebenfalls linear verfahrbar sein. Durch die lineare Anordnung zumindest zweier Laserstationen, kann ein klar strukturiertes und äußerst schnelles Bearbeiten, das heißt Laserstrukturieren, der einzelnen Motorkomponenten erfolgen.
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Der 3D-Laser kann durch Umlenkeinrichtungen den Laserstrahl beliebig ablenken. Die Fokushöhe des Lasers wird in der Optik eingestellt. Der Fokus ist in einem bestimmten Bereich ausreichend, um ohne Nachstellung des Fokus eine Bearbeitung im Raum vorzunehmen. Um eine optimale Leistungsausbeute zu erzielen, sollte der Fokus aber immer exakt auf die zu bearbeitende Höhe beziehungsweise Position der Struktur angepasst sein. Deshalb erfolgt in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Anpassung des Laserfokus auf die Höhe der zu bearbeitenden Struktur während der Bearbeitung, damit immer ein maximaler Energieeintrag sichergestellt ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Draufsicht und eine Seitenansicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laserstrukturieren von Naben von Motorkomponenten,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit oberhalb und unterhalb des Ladungsträgers angeordneten 3D-Lasern,
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3 ein als Rahmen ausgebildeter Ladungsträger mit insgesamt 24 zu bearbeitenden Motorkomponenten in einer Draufsicht und einer Seitenansicht bei anhebbarem Ladungsträger,
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4 eine Darstellung wie in 3, mit kippbarem Ladungsträger und zentral angeordnetem 3D-Laser,
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5a–c eine erste mögliche Verdrehbarkeit des Ladungsträgers,
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5d eine zweite mögliche Verdrehbarkeit des Ladungsträgers.
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Entsprechend den 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Laserstrukturieren von Naben 2 von Motorkomponenten 3, beispielsweise Nocken, einen linear verfahrbaren Ladungsträger 4 auf, auf welchem zumindest zwei zu bearbeitende Motorkomponenten 3 anordenbar sind. Ebenfalls weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zumindest zwei Laserstationen 5 und 6 mit jeweils zumindest einem 3D-Laser 7, 8 (dreidimensional) zum aufeinanderfolgenden Laserstrukturieren einer Nabe 2 der Motorkomponente 3 auf. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist es somit möglich, die zu bearbeitenden bzw. zu strukturierenden Motorkomponenten 3 linear von einer Laserstation 5 zur nächsten Laserstation 6 bzw. zur weiteren, nicht gezeigten Laserstationen, zu bewegen und dort jeweils individuell zu bearbeiten, das heißt insbesondere zu strukturieren.
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Die zumindest zwei 3D-Laser 7, 7', 8, 8' können dabei nahezu beliebig, das heißt um sämtliche drei Achsen frei drehbar bzw. schwenkbar angeordnet sein und dadurch auch schwierig zu erreichende bzw. zu lasernde Bereiche der Naben 2 erreichen. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Umlenkspiegel 10 vorgesehen sein, der einen jeweiligen Laserstrahl des 3D-Lasers 7, 8 entsprechend umlenkt und dadurch ebenfalls einen erleichterten Zugang zu den zu strukturierenden Oberflächen schafft (vgl. 4).
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Betrachtet man die Vorrichtung 1 gemäß der 1, so kann man insbesondere aus der Seitenansicht erkennen, dass die beiden Laser 7, 8 oberhalb des Ladungsträgers 4 angeordnet sind, wogegen sie gemäß der 2 oberhalb und unterhalb des Ladungsträgers 4 angeordnet sind. Gemäß der 2 weist sogar jede Laserstation 5, 6 zwei 3D-Laser 7, 7' sowie 8, 8' auf, wovon jeweils ein 3D-Laser 7, 8 oberhalb des Ladungsträgers 4 und der andere 3D-Laser 7', 8' unterhalb des Ladungsträgers 4 angeordnet ist. In diesem Fall sollte der Ladungsträger 4 im Bereich der zu bearbeitenden Nabe 2 eine Öffnung aufweisen, wodurch die Nabe 2, insbesondere gleichzeitig, von dem oberhalb des Ladungsträgers 4 angeordneten 3D-Lasers 7, 8 und des unterhalb des Ladungsträgers 4 angeordneten 3D-Lasers 7' 8' bearbeitbar ist. Die Laser 7, 8 sowie 7' und 8' gemäß der 2 weisen dabei orthogonal zueinander stehende Bearbeitungsrichtungen auf.
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Generell ist die Vorrichtung 1 zum Laserstrukturieren von Nocken, Zahnrädern oder Geberrädern ausgebildet, was sich landläufig unter dem Bereich Motorkomponenten 3 sammelt. Der Ladungsträger 4 kann dabei in der Art eines Fließbandes ausgebildet sein, wie dies gemäß den 1 und 2 dargestellt ist, oder aber auch in der Art eines Rahmens 9, wie dies gemäß den 3 bis 5 dargestellt ist, wobei dieser Rahmen 9 auf einem Linearförderer, das heißt ebenfalls auf einem Fließband ordenbar ist. Der Rahmen 9 weist dabei zumindest zwei Aufnahmen für die zu bearbeitenden Motorkomponenten 3 auf, wobei die in den 3 bis 5 dargestellten Rahmen 9 jeweils vierundzwanzig Aufnahmen besitzen. Betrachtet man den Ladungsträger 4 gemäß der 3, kann man aus der rechten Darstellung gemäß der 3 erkennen, dass der Ladungsträger 4 anhebbar ist. Zudem kann er in der linken Darstellung gemäß der 3 in zwei orthogonal zueinander liegenden Richtungen horizontal verstellt werden. Demgegenüber ist der Ladungsträger 4 gemäß der 4 kippbar, wie dies die rechte Stellung der 4 zeigt.
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In der Laserstation 5, 6 der 3 ist ein erster 3D-Laser 7, 8 angeordnet, während ein zweiter, lediglich rein optionaler 3D-Laser mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt ist. Bei der gemäß der 4 dargestellten Laserstation 5, 6 ein zentraler 3D-Laser 7, 8 vorgesehen, dessen Laserstrahl mit einem um den 3D-Laser 7, 8 drehbar gelagerten Umlenkspiegel 10 umlenkbar ist. Bei der 4 ist wiederum ein 3D-Laser 7 oberhalb des Ladungsträgers 4 und ein anderer 3D-Laser 8 unterhalb des Ladungsträgers 4 angeordnet.
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Zwischen den einzelnen Laserstationen 5, 6 oder innerhalb einer solchen ist es auch denkbar, den Rahmen 9 bzw. den Ladungsträger 4 zu drehen, wie dies beispielsweise gemäß den 5a bis 5c dargestellt ist. Dabei werden ausgehend von der 5a zunächst die Motorkomponenten 3 in der Laserstation 5 an ihrer Nabe 2 bearbeitet, wonach der Ladungsträger 4 bzw. der Rahmen 9 anschließend zusammen mit den Motorkomponenten 3 aus der Laserstation 5 herausgefahren und gedreht wird, was gemäß der 5b dargestellt ist. Anschließend wird der Ladungsträger 4 bzw. der Rahmen 9 zusammen mit den Motorkomponenten 3 in die nächste Laserstation 6 linear verfahren und dort weiter bearbeitet.
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Gemäß der 5d erfolgt ein aufeinanderfolgendes Bearbeiten der Motorkomponenten 3 in der gleichen Laserstation 5, wobei nach dem ersten Bearbeiten der Rahmen 9 bzw. der Ladungsträger 4 zusammen mit den Motorkomponenten 3 aus der Laserstation 5 herausgefahren, gedreht und anschließend erneut in die Laserstation 5 zurück gefahren wird. Der Ablauf ist hier mit den Bezugszeichen I bis III bezeichnet. Selbstverständlich ist dabei auch ein Drehen bzw. Kippen des Ladungsträgers 4 bzw. des Rahmens 9 zusammen mit den Motorkomponenten 3 innerhalb der jeweiligen Laserstation 5, 6 denkbar.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 lässt sich ein äußerst übersichtliches, klar strukturiertes und hinsichtlich der Taktzeiten optimiertes Laserstrukturieren von Naben 2 an Motorkomponenten 3 erreichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004042847 A1 [0003]
- DE 202005005905 U1 [0004]
- DE 10325910 A1 [0005]
