Neues Anlagenkonzept zum beidseitig gleichzeitigen Laserstrahlhärten formkomplizierter Bauteile

Beim Laserstrahlhärten, einem lokal wirkenden Randschichthärteverfahren, liegt die Oberflächentemperatur am Bauteil im Laserstrahlfleck oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Werkstoffs. Die Laserstrahlbreite bestimmt die Breite der Härtespuren. Die Erwärmung der zu härtenden Randschicht erfolgt durch Wärmeleitung. Für das beidseitig gleichzeitige Laserstrahlhärten wurde ein neuartiges Maschinensystem mit zwei separat geführten Laserstrahlflecken entwickelt. Basis sind zwei fasergekoppelte Hochleistungsdiodenlaser, die bis jeweils 6 kW Laserleistung kommerziell verfügbar sind. Mit zwei sich kooperierend bewegenden Knickarmrobotern können die beiden Laseroptiken zeitlich synchronisiert auf völlig unterschiedlichen Bahnen bewegt werden. Bei geometrischer Kopplung können die beiden Strahlflecken bei konstanter Relativposition entlang einer Bauteilkante geführt werden. Damit können sowohl Bauteilkanten als auch geschlossene Konturen optimal mit dem Laserstrahl gehärtet werden. Eine Drehschwenkachse, mit der zu härtende Bauteile zusätzlich kooperierend bewegt werden können, ergänzt die Bewegungsmöglichkeiten des Maschinensystems. Die Roboter besitzen durch gesonderte Vermessung und Auswahl der Bauteile eine höhere Genauigkeit als herkömmliche Industrieroboter. Die absolute Bahngenauigkeit von 0,2 mm ist ausreichend, wenn der Härteprozess geregelt wird und die Temperaturerfassung mit einem Kamerasystem erfolgt, das kritische Bauteilkanten stets im Sichtfeld hat. Zur Prozessregelung wird das im Fraunhofer IWS entwickelte System 'LompocPro' eingesetzt. Die Temperaturmessung erfolgt separat und koaxial an jeder Bearbeitungsoptik mit je einem kamerabasierten Temperaturerfassungssystem "E-MAqS".