DE102017004455A1 - Method for partially hardening a metallic component, in particular for a vehicle - Google Patents

Method for partially hardening a metallic component, in particular for a vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen Härten eines metallischen und wenigstens eine Verzahnung (12) aufweisenden Bauteils (10) mittels Laserstrahlung (18), bei welchem das Bauteil (10) in wenigstens zwei sich in einem Überlappungsbereich (24) gegenseitig überlappenden Teilbereichen (20, 22) der Verzahnung (12) mit der Laserstrahlung (18) beaufschlagt und dadurch gehärtet wird, wobei die Laserstrahlung (18) derart geführt wird, dass der Überlappungsbereich (24) in einem Bereich (B) zu liegen kommt, in welchem das Bauteil (10) während seines Betriebs gegenüber wenigstens einem von dem Bereich (B) unterschiedlichen Teil (C) der gehärteten Teilbereiche (20, 22) eine geringere Belastung erfährt.The invention relates to a method for partially hardening a metallic component (10) having at least one toothing (12) by means of laser radiation (18), in which the component (10) is subdivided into at least two subregions overlapping one another in an overlapping region (24) , 22) of the toothing (12) with the laser radiation (18) is acted upon and thereby hardened, wherein the laser radiation (18) is guided such that the overlap region (24) comes to rest in a region (B), in which the component (10) experiences a lower load during its operation relative to at least one part (C) of the hardened partial regions (20, 22) which differs from the region (B).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen Härten eines metallischen Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for partially hardening a metallic component, in particular for a vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum partiellen Härten eines metallischen und wenigstens eine Verzahnung aufweisenden Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug, ist beispielsweise bereits aus der EP 0 130 749 A1 sowie aus dem Serienfahrzeugbau bekannt. Bei dem Verfahren wird das Bauteil in wenigstens zwei sich in einem Überlappungsbereich gegenseitig überlappenden Teilbereichen der Verzahnung mit der Laserstrahlung beaufschlagt und dadurch gehärtet.Such a method for the partial hardening of a metallic component having at least one toothing, in particular for a vehicle, is already known, for example, from US Pat EP 0 130 749 A1 as well as from the series vehicle construction known. In the method, the component is subjected to the laser radiation in at least two subregions of the toothing that overlap one another in an overlapping region, and thereby hardened.

Außerdem offenbart die EP 0 147 190 A1 ein Verfahren zum Laserhärten eines Bauteils.In addition, the disclosed EP 0 147 190 A1 a method for laser hardening a component.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Bauteils auf besonders einfache Weise realisieren lassen.Object of the present invention is to develop a method of the type mentioned in such a way that can realize particularly advantageous mechanical properties of the component in a particularly simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Bauteils auf besonders einfache Weise realisieren lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Laserstrahlung derart geführt wird, dass der Überlappungsbereich in einem Bereich zu liegen kommt, in welchem das Bauteil während seines Betriebs gegenüber wenigstens einem von dem Bereich unterschiedlichen Teil der gehärteten Teilbereiche eine geringere Belastung erfährt.In order to further develop a method specified in the preamble of patent claim 1 such that particularly advantageous mechanical properties of the component can be realized in a particularly simple manner, it is provided according to the invention that the laser radiation is guided in such a way that the overlapping region comes to lie in one region in that the component experiences a lower load during its operation than at least one part of the hardened portions which is different from the region.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass als das Bauteil ein Zahnrad verwendet wird, welches die Verzahnung aufweist. Dabei werden zu härtenden beziehungsweise gehärteten Teilbereiche durch die Verzahnung gebildet, wobei beispielsweise zumindest Zahnflanken der Verzahnung beziehungsweise von jeweiligen Zähnen der Verzahnung mittels der Laserstrahlung, das heißt mittels wenigstens eines Laserstrahls gehärtet werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Laserstrahlung derart geführt wird, dass der Überlappungsbereich in einem Zahnkopfbereich der Verzahnung oder in einem Zahnfußbereich der Verzahnung angeordnet wird.In particular, it is provided that a toothed wheel is used as the component, which has the toothing. In this case, hardened or hardened portions are formed by the toothing, wherein, for example, at least tooth flanks of the toothing or of respective teeth of the toothing by means of the laser radiation, that is hardened by means of at least one laser beam. It has been shown to be particularly advantageous if the laser radiation is guided such that the overlap region is arranged in a tooth tip region of the toothing or in a tooth root region of the toothing.

Das partielle Härten des Bauteils mittels Laserstrahlung wird auch als Laserhärten bezeichnet. Dabei wurde gefunden, dass es beim Laserhärten von insbesondere rotationssymmetrischen Bauteilen verfahrensbedingt zu einem Anlassvorgang von bereits hartem beziehungsweise gehärtetem Gefüge kommen kann, insbesondere sobald die Laserstrahlung ihren Ausgangsort wieder erreicht oder an einer bereits gehärten Stelle neu ansetzt. Mit anderen Worten wird beispielsweise zunächst ein erster der Teilbereiche mit der Laserstrahlung beaufschlagt und dadurch gehärtet. Um zu vermeiden, dass Bereiche des Bauteils nicht gehärtet werden, wird beispielsweise nach dem Härten des ersten Teilbereichs der zweite Teilbereich derart mit der Laserstrahlung beaufschlagt, dass sich die Teilbereiche in dem genannten Überlappungsbereich gegenseitig überlappen beziehungsweise überdecken. Der Überlappungsbereich ist somit ein Teil des ersten Teilbereichs sowie ein Teil des zweiten Teilbereichs, sodass die Laserstrahlung nach dem Härten des ersten Teilbereichs und somit des genannten Teils auf diesen Teil erneut auftrifft, wodurch der Teil beziehungsweise der Überlappungsbereich angelassen werden kann. Bei dem Überlappungsbereich handelt es sich somit um einen potentiell angelassenen oder potentiell wieder angelassenen Bereich, welcher erfindungsgemäß durch gezielte Strahlführung, das heißt durch gezielte Führung der Laserstrahlung so positioniert wird, dass die Leistungsfähigkeit des Bauteils während seines späteren Betriebs nicht oder nur sehr geringfügig beeinträchtigt wird.The partial hardening of the component by means of laser radiation is also referred to as laser hardening. It has been found that, during the laser hardening of, in particular, rotationally symmetrical components, a tempering process of already hard or hardened microstructure can occur, in particular as soon as the laser radiation reaches its starting point again or restarts at an already hardened point. In other words, for example, first of all a first of the partial areas is exposed to the laser radiation and thereby hardened. In order to avoid that areas of the component are not cured, for example, after the curing of the first portion of the second portion of the laser radiation is applied so that overlap the subregions in said overlap region or overlap. The overlapping area is thus a part of the first partial area as well as a part of the second partial area, so that the laser radiation impinges upon this part again after hardening of the first partial area and thus of said part, whereby the part or the overlapping area can be tempered. The overlapping region is thus a potentially annealed or potentially annealed region, which according to the invention is positioned by targeted beam guidance, that is to say by targeted guidance of the laser radiation such that the performance of the component is not or only slightly impaired during its subsequent operation ,

Insgesamt ist es durch die gezielte Strahlführung möglich, den potentiell wieder angelassenen Bereich und somit eine Anlasszone zu minimieren oder zu eliminieren, sodass eine Schädigung des bereits gehärteten ersten Teilbereichs im Zuge des Härtens des zweiten Teilbereichs vermieden werden kann. Beispielsweise wird durch das Härten des jeweiligen Teilbereichs ein Martensitgefüge erzeugt. Durch die gezielte Strahlführung ist es nun möglich, eine übermäßige Schädigung des beim Härten des ersten Teilbereichs erzeugten Martensitgefüges zu vermeiden, ohne dass hierzu zusätzliche, zeit- und kostenaufwändige Maßnahmen vorgesehen und erforderlich sind. Dadurch können besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des vorzugsweise als Verzahnungsbauteil beziehungsweise Zahnrad ausgebildeten Bauteils auf einfache und somit zeit- und kostengünstige Weise realisiert werden.Overall, it is possible through the targeted beam guidance to minimize or eliminate the potentially re-started area and thus a tempering zone, so that damage to the already hardened first portion can be avoided in the course of curing the second portion. For example, a hardening of the respective subregion produces a martensite structure. The targeted beam guidance, it is now possible to avoid excessive damage to the martensite produced during curing of the first portion, without the need for additional, time-consuming and costly measures are provided and required. As a result, particularly advantageous mechanical properties of the component, which is preferably designed as a toothed component or gearwheel, can be realized in a simple and therefore time-consuming and cost-effective manner.

Insbesondere beim Laserhärten von Verzahnungen kommt es bei jeder Aufnahme des jeweils nächsten Zahns zu Bearbeitungsüberlappungen in Form des genannten Überlappungsbereichs, sodass dieser Überlappungsbereich potentiell angelassen wird. Hierdurch kann die Funktionstüchtigkeit des Bauteils stark eingeschränkt werden, was nun mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch vermieden werden kann.In particular, in the case of laser hardening of toothings, machining overlaps in the form of said overlapping area occur every time the next tooth is picked up, so that this overlapping area is potentially tempered. As a result, the functionality of the component can be severely limited, which now means However, the method according to the invention can be avoided.

Insbesondere ist es denkbar, die Laserstrahlung beziehungsweise den zuvor genannten Laserstrahl zu teilen beziehungsweise zu trennen und somit einer Strahltrennung zuzuführen, sodass beispielsweise aus dem Laserstrahl zwei Laserstrahlen beziehungsweise Laserstrahlteile erzeugt werden. Mittels der Laserstrahlteile können beispielsweise beide Flanken eines Zahns gleichzeitig bestrahlt, das heißt mit der Laserstrahlung beaufschlagt und in der Folge gehärtet werden. Bei der Neuaufnahme beziehungsweise bei dem Härten des darauffolgenden, nächsten Zahns wird nun beispielsweise der Zahngrund als der Überlappungsbereich angelassen, wobei dieses Anlassen jedoch keine relevanten Auswirkungen auf die Bauteileigenschaften hat. Ferner ist es denkbar, den Zahnkopf potentiell anzulassen, wodurch ebenfalls relevante Auswirkungen auf die Bauteileigenschaften vermieden werden können. Ist beispielsweise die Zahnradteilung klein und die Flankensteigungen hoch, so liegt der Überlappungsbereich üblicherweise auf den Zahnflanken, wodurch die Funktionstüchtigkeit des Zahnrades massiv eingeschränkt wird. Dies kann nun jedoch vermieden werden.In particular, it is conceivable to divide or separate the laser radiation or the abovementioned laser beam and thus to supply a beam separation, so that for example two laser beams or laser beam parts are generated from the laser beam. By means of the laser beam parts, for example, both flanks of a tooth can be irradiated simultaneously, that is, acted upon by the laser radiation and cured in the sequence. When new or when curing the subsequent next tooth is now, for example, the tooth base as the overlap area annealed, but this annealing has no relevant effect on the component properties. Furthermore, it is conceivable to potentially start the tooth head, which also makes it possible to avoid relevant effects on the component properties. For example, if the gear pitch is small and the slope slopes high, the overlap area is usually on the tooth flanks, whereby the functionality of the gear is massively limited. However, this can now be avoided.

Um somit beispielsweise zu erreichen, dass das als Zahnrad ausgebildete Bauteil zumindest nahezu in beliebiger Form nach dem Laserhärten eine besonders hohe und zuverlässige Funktionstüchtigkeit aufweist, ist es beispielsweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass beispielsweise mit dem geteilten Laserstrahl und somit mit den Laserstrahlteilen die beiden Flanken eines Zahns beziehungsweise einer Zahnlücke überstrichen werden, wobei das Überstreichen beispielsweise vom Zahnkopf zum Zahngrund oder aber umgekehrt verläuft. Hierdurch wird beispielsweise erreicht, dass bei der nächsten Zahnlücke beziehungsweise bei dem nächsten Zahn lediglich der Zahngrund beziehungsweise der Zahnkopf den Überlappungsbereich bildet, sodass der Überlappungsbereich bedarfsgerecht in solchen Bereichen angeordnet werden kann, die für die Funktionalität des Zahnrades keine oder eine nur sehr geringe Relevanz aufweist. Dies kann unabhängig von der Zahnteilung und der Flankensteigung durchgeführt werden.Thus, for example, to achieve that the formed as a gear member has at least almost in any form after laser hardening a particularly high and reliable functionality, it is provided for example in the context of the method that, for example, with the split laser beam and thus with the laser beam parts the be swept over both flanks of a tooth or a tooth gap, the sweeping, for example, from the tooth head to the tooth base or vice versa. This achieves, for example, that at the next tooth gap or at the next tooth, only the tooth base or the tooth head forms the overlapping area, so that the overlap area can be arranged as required in those areas which have no or only a very minor relevance for the functionality of the toothed wheel , This can be done independently of the tooth pitch and the slope.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn, insbesondere während des Laserhärtens, das Bauteil lokal zumindest in dem Überlappungsbereich, insbesondere mittels Kohlendioxid (CO2) und/oder mittels Stickstoff (N2), tiefgekühlt wird. Dies erfolgt beispielsweise mittels Düsen, die auf den zu kühlenden Überlappungsbereich ausgerichtet sind.It has proven to be particularly advantageous if, in particular during laser hardening, the component is deep-frozen locally, at least in the overlapping region, in particular by means of carbon dioxide (CO 2 ) and / or by means of nitrogen (N 2 ). This is done for example by means of nozzles which are aligned with the overlapping area to be cooled.

Ferner betrifft die Erfindung vorzugsweise eine Vorrichtung, welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen und umgekehrt. Bezüglich der Vorrichtung sind beispielsweise neben fokussierenden Linsenoptiken ein Umlenkspiegel und drei Schwenkspiegel sowie ein Prisma vorgesehen, wobei der Laserstrahl beispielsweise erst mittels des Prismas geteilt wird. Vor dem Prisma ist beispielsweise einer der Schwenkspiegel angeordnet, wobei die beiden anderen Schwenkspiegel parallel zueinander angeordnet und nach dem Prisma positioniert sind. Diese Vorrichtung ist bestens für einen Roboter geeignet, da nur wenig Platz erforderlich ist. Somit kann beispielsweise das Verfahren mittels des Roboters automatisch beziehungsweise automatisiert durchgeführt werden.Furthermore, the invention preferably relates to a device which is designed to carry out the method according to the invention. Advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the device according to the invention and vice versa. With regard to the device, for example, in addition to focusing lens optics, a deflection mirror and three pivoting mirrors and a prism are provided, wherein the laser beam is divided, for example, only by means of the prism. For example, one of the pivoting mirrors is arranged in front of the prism, wherein the two other pivoting mirrors are arranged parallel to one another and positioned after the prism. This device is best suited for a robot because it requires little space. Thus, for example, the method can be carried out automatically or automatically by means of the robot.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing; these show in:

1 eine schematische Seitenansicht auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laserhärten eines Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug; 1 a schematic side view of an apparatus for performing a method according to the invention for laser hardening a component, in particular for a vehicle;

2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch das Bauteil bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens; 2 a fragmentary sectional view through the component in a first embodiment of the method;

3 schematische Darstellungen von Schritten des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform; 3 schematic representations of steps of the method according to the first embodiment;

4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch das Bauteil bei einem Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform; 4 1, a schematic sectional view through the component in a method according to a second embodiment;

5 schematische Darstellungen von Schritten des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform; und 5 schematic representations of steps of the method according to the second embodiment; and

6 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch das Bauteil bei dem Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform. 6 1, a schematic sectional view through the component in the method according to a third embodiment.

1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung 19 zum Durchführen eines Verfahrens zum partiellen Härten eines in 2 ausschnittsweise erkennbaren metallischen Bauteils 10, welches beispielsweise als Zahnrad ausgebildet ist und demzufolge eine Verzahnung 12 aufweist. Die Verzahnung 12 ist beispielsweise als Innenverzahnung ausgebildet, kann jedoch alternativ auch als Außenverzahnung ausgebildet sein. Beispielsweise kommt das Bauteil 10 in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zum Einsatz. Aus 2 ist erkennbar, dass die Verzahnung 12 eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Zähnen 14 und jeweils dazwischen angeordnete Zahnlücken 16 aufweist. 1 shows a schematic side view of a device 19 for carrying out a method of partially hardening an in 2 partially recognizable metallic component 10 , which is designed for example as a gear and therefore a toothing 12 having. The gearing 12 is formed for example as internal teeth, but may alternatively be formed as external teeth. For example, the component comes 10 in a vehicle, in particular in a motor vehicle, for use. Out 2 is recognizable that the gearing 12 a majority circumferentially consecutive teeth 14 and each interposed tooth gaps 16 having.

Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird das Bauteil 10 partiell beziehungsweise lokal mittels Laserstrahlung 18 gehärtet, welche beispielsweise von einem Laser der Vorrichtung 19 bereitgestellt wird. Unter der partiellen Härtung des Bauteils 10 ist insbesondere zu verstehen, dass das Bauteil 10 in wenigstens zwei aus 2 erkennbaren Teilbereichen 20 und 22 mit der Laserstrahlung 18 beaufschlagt, dadurch erwärmt und in der Folge gehärtet wird, wobei jedoch ein Härten des Bauteils 10 in von den Teilbereichen 20 und 22 unterschiedlichen, daran angrenzenden weiteren Bereichen des Bauteils 10 unterbleibt.As will be explained in more detail below, the component 10 partially or locally by means of laser radiation 18 cured, for example, by a laser of the device 19 provided. Under the partial hardening of the component 10 is to be understood in particular that the component 10 in at least two out 2 identifiable subareas 20 and 22 with the laser radiation 18 is applied, thereby heated and cured in the sequence, however, wherein a hardening of the component 10 in from the sections 20 and 22 different, adjacent thereto further areas of the component 10 omitted.

Aus 2 ist besonders gut erkennbar, dass beispielsweise der zweite Teilbereich 22 in Umfangsrichtung des Bauteils 10 an den ersten Teilbereich 20 anschließt, wobei sich die Teilbereiche 20 und 22 in einem Überlappungsbereich 24 gegenseitig überlappen. Ferner ist erkennbar, dass die Teilbereiche 20 und 22 durch jeweilige Zähne 14 der Verzahnung 12 gebildet werden. Würde beispielsweise der in 2 rechts neben dem Teilbereich 22 angeordnete Zahn 14 ebenfalls mittels der Laserstrahlung 18 gehärtet werden und somit einen gehärteten Teilbereich bilden, so würde sich dieser gehärtete Teilbereich mit dem Teilbereich 22 in einem Überlappungsbereich 26 überlappen. Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass alle Zähne 14 der Verzahnung 12 im Rahmen des Verfahrens gehärtet werden.Out 2 is particularly well recognizable that, for example, the second subarea 22 in the circumferential direction of the component 10 to the first section 20 connects, with the subareas 20 and 22 in an overlap area 24 overlap each other. It can also be seen that the subregions 20 and 22 by respective teeth 14 the gearing 12 be formed. For example, would the in 2 right next to the subarea 22 arranged tooth 14 also by means of the laser radiation 18 be hardened and thus form a hardened portion, so would this hardened portion with the portion 22 in an overlap area 26 overlap. In particular, it is preferably provided that all teeth 14 the gearing 12 be cured in the process.

Aus 1 ist erkennbar, dass die Vorrichtung 19 zum Laserhärten des Bauteils 10 einen Autofokus 28, einen Umlenkspiegel 30, einen Schwenkspiegel 32 und einen Pyrometer 34 zum Erfassen von Wärmestrahlung 36 aufweist. Außerdem sind weitere Schwenkspiegel 38 und 40 vorgesehen, welche ein Schwenkspiegelpaar bilden. Ferner umfasst die Vorrichtung 19 ein Prisma 42, mittels welchem eine Strahltrennung durchgeführt wird. Im Rahmen dieser Strahltrennung wird beispielsweise die Laserstrahlung 18 beziehungsweise wenigstens ein Laserstrahl der Laserstrahlung in wenigstens zwei Laserteilstrahlen 44 aufgeteilt. Dabei sind die Schwenkspiegel 38 und 40 nach dem Prisma 42 angeordnet, während der Schwenkspiegel 32 vor dem Prisma angeordnet ist. Die Laserteilstrahlen 44 werden auch als Teilstrahlen oder Strahlteile bezeichnet und auf die zu härtenden Teilbereiche 20 und 22 geführt.Out 1 it can be seen that the device 19 for laser hardening of the component 10 an autofocus 28 , a deflecting mirror 30 , a swivel mirror 32 and a pyrometer 34 for detecting heat radiation 36 having. There are also other swivel mirrors 38 and 40 provided, which form a pair of pivoting mirrors. Furthermore, the device comprises 19 a prism 42 , by means of which a beam separation is performed. As part of this beam separation, for example, the laser radiation 18 or at least one laser beam of the laser radiation in at least two partial laser beams 44 divided up. Here are the swivel mirrors 38 and 40 after the prism 42 arranged while the swivel mirror 32 is arranged in front of the prism. The laser partial beams 44 are also referred to as partial beams or beam parts and on the parts to be hardened 20 and 22 guided.

Um nun besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften des Bauteils 10 auf besonders einfache Weise realisieren zu können, ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass die Laserstrahlung 18, insbesondere durch die genannte Strahltrennung, derart geführt wird, dass – wie am Beispiel des Überlappungsbereichs 24 erkennbar ist – der Überlappungsbereich 24 in einem Bereich B zu liegen kommt, in welchem das Bauteil 10 während seines späteren Betriebs gegenüber wenigstens einem von dem Bereich B unterschiedlichen Bereich C der gehärteten Teilbereiche 20 und 22 eine geringere Belastung erfährt. Der Bereich C ist beispielsweise durch eine Zahnflanke des jeweiligen Zahns 14 gebildet. 2 und 3 veranschaulichen eine erste Ausführungsform des Verfahrens. Bei der ersten Ausführungsform wird die Laserstrahlung 18 derart geführt, dass der Überlappungsbereich B in einem in einer der Zahnlücken 16 angeordneten Zahnfußbereich Z der Verzahnung 12 zu liegen kommt.To now particularly advantageous mechanical properties of the component 10 In a particularly simple manner, it is provided in the context of the method that the laser radiation 18 , in particular by said beam separation, is guided such that - as in the example of the overlap region 24 recognizable - the overlap area 24 in a region B comes to lie, in which the component 10 during its later operation against at least one region C of the hardened subregions different from the region B. 20 and 22 experiences a lower load. The region C is, for example, by a tooth flank of the respective tooth 14 educated. 2 and 3 illustrate a first embodiment of the method. In the first embodiment, the laser radiation 18 guided such that the overlap region B in a in one of the tooth spaces 16 arranged Zahnfußbereich Z of the toothing 12 to come to rest.

Insgesamt ist erkennbar, dass dem Verfahren der Grundgedanke zugrundeliegt, mittels einer gegenüber herkömmlichen Verfahren modifizierten Strahlführung den Überlappungsbereich 24, in dem es potentiell zu einem neuen Anlassen der Verzahnung 12 kommen kann, gezielt in einen solchen Bereich zu verlegen, der am wenigsten Beanspruchung erfährt. Dadurch kann eine Beanspruchungseinschränkung minimiert werden. 3 zeigt einen ersten Schritt S1 des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform. Bei dem ersten Schritt wird zunächst ein mit Z1 bezeichneter erster der Zähne 14 gehärtet, sodass im Bereich links und rechts des Zahns Z1, insbesondere in seinem Zahnfußbereich, Härteauslaufzonen a mit gewünschtem Martensitgefüge entstehen. Diese Härteauslaufzonen a sind beispielsweise Teile des ersten Teilbereichs 20.Overall, it can be seen that the method is based on the basic concept, by means of a comparison with conventional methods modified beam guidance the overlap area 24 in which there is potentially a new start of the gearing 12 may come to relocate specifically to such an area that experiences the least stress. As a result, a stress limitation can be minimized. 3 shows a first step S1 of the method according to the first embodiment. In the first step, a first of the teeth designated Z1 is first of all 14 Hardened, so that arise in the area left and right of the tooth Z1, especially in his Zahnfußbereich, hardening Auslaufzonen a with desired martensite. These hardened outflow zones a are, for example, parts of the first subregion 20 ,

Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird ein in Umfangsrichtung des Bauteils 10 direkt auf den ersten Zahn Z1 folgender, mit Z2 bezeichneter zweiter der Zähne 14 gehärtet, derart, dass der Teilbereich 22 den Teilbereich 20 in dem Überlappungsbereich 24 überlappt, wobei der Überlappungsbereich 24 beispielsweise mit der bezogen auf die Bildebene in 3 rechten Härteauslaufzone a zusammenfällt. Mit anderen Worten, beim Bearbeitungswechsel auf den Zahn Z2 entsteht in dessen an m Zahnfuß des Zahns Z1 angrenzenden Zahnfuß möglicherweise ein Bereich mit einer erneuten Anlasszone des Gefüges. Dieser Bereich ist beispielsweise der Überlappungsbereich 24, welcher möglicherweise angelassen wird und somit ein potentiell wieder angelassener Bereich ist. Durch die gezielte Strahlführung kommt dieser potentiell wieder angelassene Bereich in dem Zahnfuß zwischen den Zähnen Z1 und Z2 zu liegen, sodass eine unerwünschte Belastungseinschränkung des Bauteils 10 vermieden werden kann.In a second step S2 of the method, a circumferential direction of the component 10 directly to the first tooth Z1 following, designated Z2 second of the teeth 14 hardened, such that the subregion 22 the subarea 20 in the overlap area 24 overlaps, with the overlap area 24 for example, with respect to the image plane in 3 right hardening outlet zone a coincides. In other words, during the change of the tooth Z2, an area with a renewed tempering zone of the structure possibly arises in its tooth root adjacent to the tooth root of the tooth Z1. This area is for example the overlap area 24 which is possibly tempered and thus potentially re-started. Due to the targeted beam guidance, this potentially annealed area comes to lie in the tooth root between the teeth Z1 and Z2, so that an undesirable load restriction of the component 10 can be avoided.

Aus 2 ist erkennbar, dass im Rahmen der Strahlführung die Laserteilstrahlen 44 derart geführt werden beziehungsweise die Strahltrennung derart erfolgt, dass die in Umfangsrichtung voneinander abgewandten Zahnflanken des jeweiligen Zahns 14 gleichzeitig mit den Laserteilstrahlen 44 beaufschlagt und somit gleichzeitig gehärtet werden.Out 2 can be seen that in the context of beam guidance, the laser partial beams 44 be guided so or the beam separation takes place such that the circumferentially facing away from each other tooth flanks of the respective tooth 14 simultaneously with the laser partial beams 44 be acted upon and thus cured at the same time.

4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform, bei welcher die Strahlführung derart durchgeführt wird, dass eine erste der Zahnflanken eines ersten der Zähne 14 und eine in Umfangsrichtung der ersten Zahnflanke direkt zugewandte zweite der Zahnflanken eines zweiten der Zähne 14 gleichzeitig mit den Laserteilstrahlen 44 beaufschlagt und somit gehärtet werden, wobei der zweite Zahn 14 in Umfangsrichtung unmittelbar auf den ersten Zahn folgt. 4 and 5 show a second embodiment in which the beam guide is performed such that a first of the tooth flanks of a first of the teeth 14 and a second one of the tooth flanks of a second of the teeth directly facing in the circumferential direction of the first tooth flank 14 simultaneously with the laser partial beams 44 be applied and thus hardened, the second tooth 14 in the circumferential direction immediately following the first tooth.

Dabei zeigt 5 einen ersten Schritt S1 des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform. Beim Laserhärten der zwischen den Zähnen Z1 und Z2 angeordneten, mit L1 bezeichneten Zahnlücke entstehen in einem Bereich rechts und links der Zahnlücke L1 und somit in jeweiligen Zahnkopfbereichen der Zähne Z1 und Z2 Härteauslaufzonen a mit einem gewünschten Martensitgefüge. Bei einem in 5 durch einen zweiten Schritt S2 veranschaulichten Bearbeitungswechsel auf eine in Umfangsrichtung direkt auf die Zahnlücke L1 folgende Zahnlücke 12 entsteht nun in dem Zahnkopfbereich des Zahns Z2 ein Bereich B mit einer möglichen neuen Anlasszone des Gefüges, sodass die potentielle Belastungseinschränkung in den Zahnkopf des Zahns Z2 wandert. Auf diese Weise entstehen beim Laserhärten Zahn für Zahn oder Lücke für Lücke je nach Strahlführung unterschiedlich positionierte Minderbelastungszonen, welche auch als Anlasszonen bezeichnet werden. Eine gezielte Strahlführung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer lokalen Tiefkühlung, bietet die Möglichkeit, Einschränkung oder Belastungsfähigkeit in unkritische Bereiche zu legen.It shows 5 a first step S1 of the method according to the second embodiment. In the case of laser hardening of the tooth gap between teeth Z1 and Z2, denoted by L1, the tooth gap L1 and thus in each tooth head region of the teeth Z1 and Z2 hardening outflow zones a with a desired martensite structure arise in a region to the right and left. At an in 5 processing change illustrated by a second step S2 to a tooth gap following in the circumferential direction directly on the tooth gap L1 12 A region B with a possible new tempering zone of the microstructure now arises in the tooth tip region of the tooth Z2, so that the potential load restriction migrates into the tooth tip of the tooth Z2. In this way, during tooth hardening, teeth for tooth or gap for gap, depending on the beam guidance, are differently positioned, reduced stress zones, which are also referred to as tempering zones. A targeted beam guidance, possibly in conjunction with a local freezing, offers the opportunity to place restriction or load capacity in non-critical areas.

Bezüglich der Tiefkühlung zeigt 6 eine dritte Ausführungsform, bei welcher das Bauteil 10 lokal in dem Überlappungsbereich 24 und somit in dem Bereich B gezielt tiefgekühlt wird, insbesondere mittels Stickstoff und/oder mittels Kohlendioxid. Grundgedanke hierbei ist, während des Laserhärtens den potentiell wieder angelassenen Bereich B durch eine begrenzte Kühlzone beispielsweise mittels Düsen 29 oder ähnlichem möglichst zu eliminieren oder zumindest zu minimieren, sodass es in dem Bereich B nicht oder zu einer nur geringfügigen Gefügeänderung kommt, da nach dem Härten des Teilbereichs 20 der Teilbereich 22 gehärtet wird. Somit ist es beispielsweise bei dem jeweiligen, zuvor beschriebenen zweiten Schritt S2 vorgesehen, dass bei dem Bearbeitungswechsel auf den Zahn Z2 beziehungsweise auf die Zahnlücke 12 mit gleichzeitiger Tiefkühlung des bereits vorhandenen Martensitbereichs in der Zahnlücke beziehungsweise im Zahnkopf ein erneutes Anlassen unterbunden wird, sodass das zuvor im Rahmen des Härtens des Teilbereichs 20 hergestellte Martensitgefüge bestehen bleibt. Potentielle Belastungseinschränkungen finden somit nicht der nur sehr eingeschränkt statt.Regarding the freezing shows 6 a third embodiment in which the component 10 locally in the overlap area 24 and thus in the area B is purposefully deep-frozen, in particular by means of nitrogen and / or by means of carbon dioxide. The basic idea here is, during the laser hardening, the potentially re-started area B through a limited cooling zone, for example by means of nozzles 29 or the like as possible to eliminate or at least minimize so that it does not come in the area B or only a slight structural change, since after curing of the sub-area 20 the subarea 22 is hardened. Thus, it is provided, for example, at the respective second step S2 described above, that in the case of the change of work to the tooth Z2 or to the tooth space 12 with simultaneous deep-freezing of the existing martensite area in the tooth gap or in the tooth head, a renewed tempering is prevented, so that previously as part of the curing of the sub-area 20 made martensite remains. Potential load restrictions thus do not take place only very limited.

Wie aus 6 erkennbar ist, sind beispielsweise wenigstens eine Düse 29 und eine Kühlmittelzuführung 31 vorgesehen, über welche Kühlmittel zum Kühlen des Überlappungsbereichs 24 der Düse 29 zugeführt wird. Die Düse 29 ist auf den Überlappungsbereich 24 ausgerichtet, sodass der Überlappungsbereich 24 mittels der Düse 29 mit dem Kühlmittel versorgt werden kann. Hierdurch kann der Überlappungsbereich 24 tiefgekühlt werden.How out 6 is recognizable, for example, at least one nozzle 29 and a coolant supply 31 provided via which coolant for cooling the overlap area 24 the nozzle 29 is supplied. The nozzle 29 is on the overlap area 24 aligned so that the overlap area 24 by means of the nozzle 29 can be supplied with the coolant. This allows the overlap area 24 be refrigerated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0130749 A1 [0002] EP 0130749 A1 [0002]
  • EP 0147190 A1 [0003] EP 0147190 A1 [0003]

Claims (5)

Verfahren zum partiellen Härten eines metallischen und wenigstens eine Verzahnung (12) aufweisenden Bauteils (10) mittels Laserstrahlung (18), bei welchem das Bauteil (10) in wenigstens zwei sich in einem Überlappungsbereich (24) gegenseitig überlappenden Teilbereichen (20, 22) der Verzahnung (12) mit der Laserstrahlung (18) beaufschlagt und dadurch gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (18) derart geführt wird, dass der Überlappungsbereich (24) in einem Bereich (B) zu liegen kommt, in welchem das Bauteil (10) während seines Betriebs gegenüber wenigstens einem von dem Bereich (B) unterschiedlichen Teil (C) der gehärteten Teilbereiche (20, 22) eine geringere Belastung erfährt.Method for partially hardening a metallic and at least one toothing ( 12 ) having component ( 10 ) by means of laser radiation ( 18 ), in which the component ( 10 ) in at least two in an overlapping area ( 24 ) mutually overlapping partial areas ( 20 . 22 ) of the gearing ( 12 ) with the laser radiation ( 18 ) and thereby hardened, characterized in that the laser radiation ( 18 ) is guided such that the overlapping area ( 24 ) comes to lie in a region (B), in which the component ( 10 ) during its operation with respect to at least one part (C) of the hardened subregions different from the region (B) ( 20 . 22 ) experiences a lower load. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (B) in einem Zahnfußbereich der Verzahnung (12) angeordnet wird.A method according to claim 1, characterized in that the region (B) in a tooth root region of the toothing ( 12 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (B) in einem Zahnkopfbereich der Verzahnung (12) angeordnet wird.A method according to claim 1, characterized in that the region (B) in a tooth tip region of the toothing ( 12 ) is arranged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) lokal zumindest in dem Überlappungsbereich (24), insbesondere mittels Kohlendioxid und/oder Stickstoff, tiefgekühlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 10 ) locally at least in the overlap area ( 24 ), in particular by means of carbon dioxide and / or nitrogen, is frozen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Führung der Laserstrahlung (18) eine Strahltrennung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when guiding the laser radiation ( 18 ) a beam separation is performed.
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