WO2016124656A1

WO2016124656A1 - Laserbearbeitungseinheit

Info

Publication number: WO2016124656A1
Application number: PCT/EP2016/052309
Authority: WO
Inventors: Matthias Drinkmann; Siegfried Gruhler
Original assignee: Mauser-Werke Oberndorf Maschinenbau Gmbh
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2016-08-11

Abstract

Laserbearbeitungseinheit zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen, mit einer Lasereinheit (6), über deren mit einer mehrachsigen Steuerung ausgeführten Laserkopf ein Laserstrahl (S11, S12; S21, S22) zur Oberflächenbearbeitung auf eine Werkstückoberfläche, beispielsweise eine Innenumfangsfläche oder eine schwer zugängliche oder überdeckte Teilfläche eines Werkstücks (4) gerichtet ist, umfassend eine im Strahlengang des Laserstrahls (S11, S12; S21, S22) zwischen einem Strahl-Austritt der Lasereinheit (6) und dem Werkstück (4) angeordnete Umlenkeinrichtung (10) zum Umlenken des Laserstrahls (S11, S12; S21, S22) in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche.

Description

Laserbearbeitungseinheit Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Eine derartige Laserbearbeitungseinheit wird zur Einbringung von Bruchtrennkerben bei bruchzutrennenden Werkstücken oder zum Einbringen von Oberflächenstrukturen verwendet, durch die beispielsweise der Reibschluss zwischen einer Lageraufnahme und einer in diese eingesetzten Lagerschale verbessert werden soll.

Laserbearbeitungseinheiten zum Einbringen von Bruchtrennkerben sind

beispielsweise in der WO 2008/095476 A1 der Anmelderin erläutert.

Die DE 103 25 910 B4 der Anmelderin betrifft eine Laserbearbeitungseinheit über die Oberflächenstrukturen in Innenumfangsflächen eines Innenzylinders, beispielsweise eines Lagerauges eingebracht werden. Der zum Einbringen einer Oberflächenstruktur verwendete Laser ist mit einem 3D-Schwenkspiegel ausgeführt, der seitlich versetzt außerhalb des Innenzylinders angeordnet ist, so dass der Laserstrahl durch geeignete Ansteuerung des Schwenkspiegels auf den zu bearbeitenden Bereich gerichtet bzw. fokussiert werden kann.

Ein derartiger Laser ermöglicht eine äußerst schnelle und exakte Ausbildung der Oberflächenstrukturierung.

In der DE 10 2010 014 085 A1 der Anmelderin wird eine Bearbeitungseinheit zum Einbringen von Bruchtrennkerben erläutert, bei der ein Faserlaser verwendet wird. Ein derartiger Faserlaser kann beispielsweise nach dem Q-Switch-Verfahren zur Erhöhung der Impulsleistung angesteuert sein.

Zur Erhöhung der Produktivität ist es auch bekannt, die Oberflächenstrukturen als geometrisch begrenzte Felder/Fenster auszuführen, wobei dann zwei diametral angeordnete Fenster gleichzeitig über jeweils einen Laser bearbeitet werden. Diese Laser sind vorzugsweise ebenfalls mit einer 3-Achsen-Steuerung ausgeführt, so dass eine flexible Bearbeitung der Fenster ermöglicht ist.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Produktivität einer Laserbearbeitungseinheit weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Laserbearbeitungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß hat die Laserbearbeitungseinheit eine Lasereinheit, über deren Laserkopf ein Laserstrahl zur Oberflächenbearbeitung auf einen

Werkstückoberflächenbereich eines Werkstücks abgegeben wird. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang zwischen dem Laserkopf und dem zu bearbeitenden Werkstück oder genauer gesagt der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche, eine Umlenkeinrichtung vorgesehen, über die der über eine Austrittsoptik des Laserkopfs abgegebene Laserstrahl in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche reflektiert/umgelenkt wird. Bei dieser

Umlenkeinrichtung handelt es sich um ein zusätzliches optisches Element, das im

Strahlengang außerhalb des Laserkopfs vorgesehen ist und hat nichts mit denjenigen Spiegeln/Linsen innerhalb des Laserkopfs zu tun. Mit anderen Worten gesagt, die

Umlenkeinrichtung ist entweder an eine herkömmliche, eine selbständige funktionsfähige Baueinheit bildende Lasereinheit angesetzt, wie sie beispielsweise zum Beschriften von Werkstücken verwendet wird oder die Umlenkeinrichtung ist werkstückseitig angeordnet.

Durch diese Umlenkeinrichtung kann der Laserkopf beispielsweise zentral oberhalb/unterhalb der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche angeordnet werden, wobei der Laserstrahl über die Umlenkeinrichtung dann hin zu dem zu bearbeitenden Bereich reflektiert wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lasereinheit mit einer Mehrachsen-, vorzugsweise einer 3-Achsen-Scannersteuerung ausgeführt. Derartige Laserbearbeitungseinheiten werden beispielsweise als Beschriftungs-/Markierungslaser verwendet, wobei die eigentliche Lasereinheit als Festkörper- oder Faserlaser ausgebildet ist. Derartige Faserlaser sind beispielsweise in der DE 10 2010 014 085 A1 der Anmelderin beschrieben. Die 3-Achsen-Steuerung ermöglicht eine sehr präzise

Laserbearbeitung über den gesamten Bearbeitungsbereich mit maximaler Energiedichte und geringem Energieverlust, wobei eine exakte Fokussierung möglich ist, so dass auch feinste Strukturen mit hoher Präzision ausgeführt werden können.

Bei einem besonders aufgebauten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkeinrichtung mit einer Zentriereinrichtung für das Werkstück ausgeführt. In diesem Fall wird die

Umlenkeinrichtung und die Zentriereinrichtung über eine geeignete Einheit, beispielsweise einen Schlitten zum Zentrieren in den Bereich des Werkstücks gefahren. Bei der

Bearbeitung eines Innenumfangszylinders taucht dann die Zentriereinrichtung

beispielsweise in den Innenzylinder ein. Das heißt, bei dieser Variante ist die

Zentriereinrichtung und auch die Umlenkeinrichtung relativ zum Laserkopf verfahrbar.

Bei einer alternativen Lösung sind die Zentriereinrichtung und die Umlenkeinrichtung in einer vorbestimmten Relativposition zum Laserkopf angeordnet, wobei das Werkstück dann über eine Zuführeinheit, beispielsweise ein Handlingsgerät, oder einen Rundtisch oder einen geeigneten Schlitten positioniert wird.

Wie bereits erwähnt, ist die zu bearbeitende Werkstückoberfläche vorzugsweise eine Innenumfangsfläche eines Innenzylinders, beispielsweise eine

Lagerausnehmung/Lageraufnahme. In der Lagerausnehmung kann ein Schmiermittelkanal und in der Lageraufnahme eine Oberflächenstruktur oder Bruchtrennkerben ausgebildet werden.

Die Umlenkeinrichtung ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass über diese der Laserstrahl auf mehrere Bereiche der zu bearbeitenden Oberfläche gerichtet werden kann. So kann die Umlenkeinrichtung beispielsweise einen aus mehreren Ringsegmenten bestehenden Reflexspiegel, einen Ringreflexspiegel, einen Spiegelrotor, einen Kegelspiegel oder dergleichen aufweisen. Über diese

Umlenkeinrichtung kann dann je nach Ansteuerung des Laserkopfs über die 3-Achsen- Scannersteuerung jedweder Bearbeitungsbereich der Werkstückoberfläche bei zentral angeordnetem Laser erreicht werden. Um eine Verschmutzung der optischen Elemente, insbesondere der

Umlenkeinrichtung und des Laserkopfs zu vermeiden, kann die Laserbearbeitungseinheit mit einer Absaugung und/oder einer Luft-/Gasstrahldüsenanordnung beispielsweise einem Crossjet ausgeführt sein. Der Strahl kann auch entlang einer Schutzabdeckung, wie beispielsweise einem Schutzglas geführt sein.

Diese Schutzabdeckung kann im Bereich zwischen Laserkopf und Werkstück vorgesehen oder auch nach Art einer Arbeitsraumabdeckung ausgeführt sein.

Die Umlenkeinrichtung kann an die Lasereinheit angesetzt sein oder aber auch werkstückseitig gelagert werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Umlenkeinrichtung zusätzlich zu dem oder den Spiegeln mit einer Umlenkspiegelanordnung ausgeführt, über die der über die Austrittsoptik ausgekoppelte Laserstrahl hin zu dem/den in Abstrahlrichtung dahinter liegenden Spiegel(n) umgelenkt ist. Eine derartige Variante mit Zweifachumlenkung ermöglicht es, den Laserstrahl relativ flach, in Radialrichtung auf das zu bearbeitende Werkstück bzw. die zu bearbeitende Werkstückoberfläche zu richten.

Dabei kann die Umlenkspiegelanordnung radial innen liegend angeordnet sein, so dass die Strahlumlenkung in Radialrichtung gesehen nach außen hin zu dem

entsprechend radial außen liegenden Spiegel(n) erfolgt. Diese sind dann vorzugsweise axial versetzt zur Umlenkspiegelanordnung angeordnet. Der Laserstrahl wird dann mit einem vergleichsweise flachen Einfallswinkel in die zu bearbeitende Werkstückoberfläche eingekoppelt.

Das vorgenannte Schutzglas ist vorzugsweise so angeordnet, dass der Laserstrahl in etwa rechtwinklig auf diese auftritt und somit Parallaxenfehler vermieden werden.

Die Lasereinheit der Laserbearbeitungseinheit kann multifunktional ausgeführt sein. So kann sie beispielsweise eine zusätzliche Kamera aufweisen, die zur Beobachtung der Laserbearbeitung und/oder zur Erfassung von Bearbeitungsparametern, zur Vermessung des Werkstückes oder zum Erfassen von Verschmutzungen der Umlenkeinrichtung oder dergleichen genutzt wird. Der Laser kann - wie erläutert - ein Festkörperlaser, ein

Faserlaser oder ein Hybridlaser sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Umlenkeinrichtung mit einem Gehäuse ausgeführt, das an die Lasereinheit angesetzt ist.

Dieses Gehäuse ist bei einem Ausführungsbeispiel mit einem werkstückseitigen Boden ausgeführt, der einen eingezogenen/konkav aufgewölbten Mittenbereich aufweist, an dem die vorgenannte Schutzabdeckung (Schutzglas) zumindest abschnittsweise ausgebildet ist, so dass der Laserstrahl aus der Umlenkeinrichtung durch die

Umfangswandungen dieses Mittenbereiches in Richtung auf das Werkstück austritt.

Dabei können beispielsweise die Umlenkspiegelanordnung an dem Boden des Gehäuses und der/die Spiegel am Umfangsbereich des Gehäuses angeordnet sein.

Über die Laserbearbeitungsstation kann ein Aufwurf und/oder ein Aushub, wie beispielsweise eine Oberflächenstrukturierung, ein Schmiermittelkanal, eine

Bruchtrennkerbe oder dergleichen ausgebildet werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Grundschema einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungseinheit;

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungseinheit;

Figur 3 eine Laserbearbeitungseinheit mit einem werkstückseitig angeordneten Kegelspiegel als Umlenkeinrichtung;

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungseinheit mit einer an einen Laserkopf angesetzten Umlenkeinrichtung;

Figur 5 das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 mit einer Luftdüse;

Figur 6 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5 und

Figur 7 das Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungseinheit gemäß Figur 6 mit Luftdüse. In Figur 1 ist das Grundkonzept einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungseinheit 1 dargestellt, über die beispielsweise eine Bruchtrennkerbe oder eine Oberflächenstruktur an einem Innenzylinder 2 eines Werkstücks 4, beispielsweise eines großen Pleuelauges eines Pleuels ausgebildet werden soll. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden beispielsweise am Innenzylinder (großes Lagerauge) 2 zwei diametral zueinander angeordnete Bruchtrennkerben ausgebildet. Die Laserbearbeitungsstation 1 hat eine Lasereinheit 6, die in an sich bekannter Weise mit einer 2- oder 3-Achsen-Steuerung ausgeführt ist, so dass durch Ansteuerung eines oder mehrerer Spiegel und durch geeignete Fokussierung praktische jedweder Bearbeitungsbereich ansteuerbar ist.

Zur Ausbildung von Bruchtrennkerben kann beispielsweise ein nach dem Q-Switch- Verfahren angesteuerter Faserlaser verwendet werden. Derartige Faserlaser sind selbstverständlich auch zur Ausbildung von Oberflächenstrukturen einsetzbar. Alternativ kann selbstverständlich auch ein anderer Laser, beispielsweise ein Vanadat-Laser verwendet werden. Es können auch Hybridlaser mit einem Faser- und einem

Festkörperlaser verwendet werden.

Der Laserstrahl tritt je nach Ansteuerung des internen Scanners über eine Laseroptik 8 aus. Dieser interne Scanner kann ein 2D- oder 3D-Strahlablenkungssystem mit einer Planfeldoptik aufweisen. Über eine derartige Planfeldoptik werden die über den Scanner abgegebenen Laserstrahlen derart korrigiert, dass sich der Fokuspunkt über das gesamte Arbeitsfeld (beispielsweise 120x120mm) etwa in der gleichen Ebene befindet.

Im Strahlengang zwischen der zentral angeordneten Laseroptik 8 und dem

Werkstück 4 ist eine zusätzliche Umlenkeinrichtung 10 vorgesehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei einander gegenüber liegenden Spiegeln 12, 14 besteht.

Bei den folgenden Abbildungen ist der Strahlengang lediglich schematisch

eingezeichnet, wobei bei einigen Ausführungsbeispielen nur die in den Randbereichen liegenden Laserstrahlen des sich bei der Bearbeitung einstellenden Strahlengangs dargestellt sind. Dieser von den Randstrahlen begrenzte Bereich wird während der Laserbearbeitung durch entsprechende Ansteuerung über das Strahlablenkungssystem überdeckt, um den vorbestimmten Strukturbereich des Werkstücks bearbeiten zu können. Bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind dagegen lediglich die in der Mitte des zu überdeckenden Bereichs liegenden Laserstrahlen dargestellt.

Bei der in Figur 1 dargestellten Variante spannen somit die Laserstrahlen S1 1 , S12 den Bereich auf, der während der Bearbeitung überdeckt wird. Die Laserstrahlen S1 1 , S12 sind zunächst auf den seitlich von einer Bearbeitungsachse 16 angeordneten Spiegel 12 gerichtet. Dieser ist so angeordnet, dass der Laserstrahl S1 1 , S12 in Richtung auf den zu bearbeitenden Bereich (Laserstrahl S1 1 ', S12') reflektiert wird. Durch entsprechende Ansteuerung des Scanners kann der Laserstrahl S1 1 ', S12' dann, wie in Figur 1

angedeutet, auf jedwede sonstige Position des zu bearbeitenden Bereichs gerichtet werden. Zur Bearbeitung der diametral gegenüberliegenden Bereiche wird ein Laserstrahl S21 , S22 auf den in Figur 1 rechts angeordneten Spiegel 14 gerichtet und von diesem hin zu dem diametral gegenüberliegenden Bearbeitungsbereich (S21 ', S22') reflektiert.

Ein Einfallswinkel a des Laserstrahls ist in Figur 1 als der Winkel zwischen der Vertikalen auf die zu bearbeitende Fläche und dem jeweiligen Laserstrahl eingezeichnet.

Auf diese Weise kann bei zentral angeordnetem Laser und geeignet ausgebildeter Umlenkeinrichtung 10 praktisch jede beliebige, tribologisch optimierte Oberflächenstruktur oder Bruchtrennkerbengeometrie ausgebildet werden. Aufgrund der überragenden

Schnelligkeit und Präzision moderner Bearbeitungslaser mit 3-Achsen-Steuerung erfolgt die Werkstückbearbeitung bei minimalem vorrichtungstechnischem Aufwand in sehr kurzer Zeit, wobei die Zykluszeit beispielsweise beim Einbringen von Bruchtrennkerben im

Bereich von weniger als sechs Sekunden liegen kann.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei einander gegenüberliegende Spiegel 12, 14 als Umlenkeinrichtung 10 verwendet. Selbstverständlich können auch mehrere derartige Spiegel angeordnet werden, um mehr als zwei Fenster/Bereiche zu bearbeiten. Figur 2 zeigt eine Variante, bei der die Umlenkeinrichtung 10 mit den beiden einander gegenüberliegenden Spiegeln 12, 14 auf einem Zentrierschlitten 18 angeordnet sind. Dieser Zentrierschlitten 18 hat Zentrierelemente 20, 21 , die durch Verfahren des Zentrierschlittens 18 in den Innenzylinder 2, im vorliegenden Fall der

Innenumfangswandung eines großen Pleuelauges eingeführt werden können. Der Zentrierschlitten 18 und die Zentrierelemente 20, 21 sind so ausgebildet, dass der

Strahlengang der Lasereinheit 6 nicht behindert wird. Das heißt, durch Einfahren des Zentrierschlittens 18 mit seinen Zentrierelementen 20, 21 in den Innenzylinder 2 wird dieser relativ zur Lasereinheit 6 positioniert. Selbstverständlich ist es auch alternativ möglich, die Umlenkspiegel 12, 14 und die Lasereinheit 6 sowie eine Auflage 22 des Pleuels in einer fixen Relativposition zueinander anzuordnen, so dass das Pleuel durch Einsetzen in die Auflage 22 und in die Zentrierelemente 20, 21 lagezentriert ist.

Zur Vermeidung einer Verschmutzung der optischen Elemente, beispielsweise der Spiegel 12, 14 und der Laseroptik 8 ist in der Auflage 22 unterhalb des zu bearbeitenden Werkstücks 4 eine Absaugung 24 vorgesehen. Die Schutzwirkung ist weiter verbessert, wenn beispielsweise im Zentrierschlitten 18 oder an einer sonstigen geeigneten Position eine relativ starke Horizontalströmung ausgebildet wird, diese wird im Allgemeinen als „Crossjet" 26 bezeichnet und verhindert im Zusammenwirken mit der Absaugung 24 eine Verschmutzung der optischen Elemente.

Wie vorstehend erläutert, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 lediglich die„Mittenstrahlen" S1 m, S2m dargestellt, die entsprechend an den Spiegeln 12, 14 reflektiert werden. Der Anstellwinkel der Spiegel 12, 14 ist so ausgelegt, dass die reflektierten Laserstrahlen S1 m', S2m' je nach Ansteuerung des Strahlablenkungssystems auf den zu bearbeitenden Strukturbereich gerichtet sind.

Im Übrigen entspricht das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel demjenigen aus Figur 1 , so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Anstelle der dargestellten Einzelspiegel können auch ringförmige Reflexspiegel, aus Ringsegmenten gebildete Reflexspiegel, ein Kegelspiegel oder ein Spiegelrotor mit einem um die Achse 16 verstellbaren Spiegel ausgebildet sein. Die Spiegel an sich können als flächige Spiegel oder aber auch als gekrümmte Spiegel oder dergleichen ausgebildet sein, um den Laserstrahl in gewünschter Weise auf den Bearbeitungsbereich zu richten.

Die mit der Laserbearbeitungseinheit zu bearbeitende Fläche kann eine

Innenumfangsfläche (beispielsweise eines großen Pleuelauges) oder aber auch eine nicht zugängliche bzw. verdeckte Werkstückoberfläche sein, die nicht direkt durch den vom Laserkopf abgegebenen Laserstrahl zugänglich ist sondern lediglich nach Umlenkung mittels der erfindungsgemäßen Umlenkeinrichtung.

In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Lasereinheit 6 als zugelieferter Beschriftungslaser ausgeführt ist, der beispielsweise über ein SD- Strahlablenkungssystem mit telezentrischer Planfeldoptik 28 verfügt. Derartige

Beschriftungslaser sind beispielsweise mit einem Festkörperlaser, einem Faserlaser oder als Hybridlaser mit beiden Systemen ausgeführt.

Die Laserstrahlen S1 1 , S12 treten über den Austritt (Planfeldoptik 28) aus und werden dann über die Umlenkeinrichtung 10 umgelenkt. Diese ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel werkstückseitig vorgesehen und als Kegelspiegel 30 ausgebildet, der über eine Halterung oder Zentrierelemente gemäß Figur 2 im großen Pleuelauge 32 eines Pleuels 34 positioniert sein kann. Der Kegelwinkel und die Position der Umlenkeinrichtung 10 bzw. des Kegelspiegels 30 ist so gewählt, dass die Laserstrahlen S1 1 ', S12' in

Richtung auf die zu bearbeitende Innenumfangsfläche des großen Pleuelauges umgelenkt und fokussiert werden, so dass eine hochpräzise Ausbildung der gewünschten Struktur, beispielsweise einer Bruchtrennkerbe ausgebildet wird. Dabei kann durch Verstellen des Kegelspiegels 30 und/oder durch geeignete Ansteuerung des Strahlablenkungssystems der gesamte zu strukturierende Bereich vom Laserstrahl überdeckt werden.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann wiederum eine Absaugung 24 und/oder ein Crossjet 26 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 verwendet werden.

Bei den anhand der Figuren 2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispielen ist die Umlenkeinrichtung 10 werkstückseitig angeordnet. In Figur 4 ist ein zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ähnliches System dargestellt, bei dem die Umlenkeinrichtung 10 laserseitig angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind wiederum exemplarisch nur diejenigen Laserstrahlen dargestellt, die den Randbereichen der zu bearbeitenden Struktur entsprechen und deren Verlauf von der Ansteuerung des Strahlablenkungssystems abhängt. Auch bei diesem

Ausführungsbeispiel wird ein an sich bekannter herkömmlicher Beschriftungslaser mit einem 3D-Strahlablenkungssystem verwendet, wobei die Laserstrahlen S1 1 , S12 wiederum über eine Planfeldoptik 28 oder eine sonstige Austrittsoptik ausgekoppelt werden.

Üblicher Weise ist eine derartige Planfeldoptik 28 mit einer Montagefläche 36 ausgeführt, über die die Lasereinheit 6 an eine Vorrichtung, eine Werkzeugmaschine oder dergleichen angesetzt werden kann. Diese werksseitig vorgesehene Montagefläche 36 kann genutzt werden, um die Umlenkeinrichtung 10 an die Lasereinheit 6 anzusetzen, so dass diese eine Baugruppe ausbilden.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Umlenkeinrichtung 10 ein Gehäuse 38, das mit der Planfeldoptik 28 verbunden ist. Dieses Gehäuse 38 hat einen

Flanschabschnitt 40, der in etwa als Zylinderabschnitt ausgebildet und an die Geometrie der Planfeldoptik 28 angepasst ist. In der Darstellung gemäß Figur 4 nach unten hin ist das Gehäuse 38 in Radialrichtung zu einem Hauptgehäuse 42 erweitert. Dieses ist zum bearbeitenden Werkstück hin, im vorliegenden Fall wiederum einem Pleuel 34, mit einem Boden 44 ausgebildet, der in dem in Figur 4 mittleren Bereich mit einer

kegelstumpfförmigen Einwölbung 46 ausgebildet ist. Die kegelmantelförmig ausgebildete Umfangsfläche der Einwölbung 46 ist zumindest abschnittsweise als durchgehendes Schutzglas oder mit Schutzgläsern 48, 49 ausgebildet, die verhindern, dass

Verschmutzungen, wie beispielsweise Schmelzpartikel oder dergleichen in den Innenraum 50 des Gehäuses 38 eintreten.

Zur Planfeldoptik 28 hin ist die Einwölbung 46 von einer Abdeckung 52 überdeckt. Auf dieser sitzt ein etwa kegelstumpfförmiger oder trapezförmiger Spiegelkörper oder eine Spiegelanordnung mit Spiegeln 12, 14 auf, über die die über die Planfeldoptik 28 abgestrahlten Laserstrahlen S1 1 , S12 zur Innenumfangswandung des Hauptgehäuses 42 abgelenkt werden. An dieser Innenumfangswandung ist eine Umlenkspiegelanordnung 54 vorgesehen, über die die von den Spiegeln 12, 14 reflektierten Laserstrahlen S1 1 ', S12' in Richtung zur Innenumfangsfläche des großen Pleuelauges 32 umgelenkt werden. Diese Umlenkspiegelanordnung 54 kann beispielsweise zwei diametral zu einander angeordnete Umlenkspiegel 56, 58 oder aber einen ringförmigen Spiegel oder mehrere Ringsegmente aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass die dort reflektierten Laserstrahlen S1 1 " und S12" mit einem relativ flachen Einfallswinkel auf die zu bearbeitende Fläche gerichtet werden können. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Laserstrahlen S1 1 , S12 über die Spiegelanordnung mit den Spiegeln 12, 14 in Radialrichtung nach schräg außen umgelenkt und dann von dort in Richtung auf die zu bearbeitende Fläche reflektiert. Die bereits oben angesprochene flachere Einkopplung (a kleiner) ermöglicht dann eine bessere Tiefenwirkung des Laserstrahls, so dass die Bruchtrennkerbe mit geringerer Laserenergie als bei einer steileren Einkopplung hergestellt werden kann. Dabei kann die Lasereinheit über die Scannersteuerung so angesteuert werden, dass eine schrittweise Bearbeitung definierter Bearbeitungsbereiche (Fenster) erfolgt, in denen ein mittlerer Fokusabstand eingestellt ist. Dieser Fokusabstand wird dann jeweils in den weiteren Fenstern schrittweise nachgeführt.

Die eingangs beschriebenen Varianten mit einer Einfachumlenkung haben

demgegenüber den Vorteil, dass aufgrund der steileren Einkopplung ein größerer Abstand zwischen dem Werkstück und dem Strahlaustritt bewirkt wird, so dass die

Verschmutzungsgefahr der Optik gering ist. Dabei ist allerdings eine kontinuierliche Nachführung des Fokuspunktes erforderlich.

Die Optimierung der Einkopplung kann auch genutzt werden, um beim

Laserstrukturieren eine symmetrische Aufwurfbildung der aufgeschmolzenen Bereiche zu erzielen.

Die Anstellung des Schutzglases bzw. der Schutzgläser 48, 49 ist so gewählt, dass die Laserstrahlen S1 1 " und S12" mit einem Winkel von etwa 90° (a « 0) auftreffen und somit parallaxenfrei aus dem jeweiligen Schutzglasaustreten. Wie vorstehend erläutert, besteht ein Nachteil des bei einer Zweifachumlenkung resultierenden flachen Einkoppelwinkels α (siehe Figur 5) darin, dass die Laseroptik, insbesondere die Umlenkeinrichtung 10 relativ nahe zum Bearbeitungsbereich angeordnet ist, so dass die Gefahr besteht, dass die Schutzgläser 48, 49 durch Schmelzpartikel oder Kondensat zugesetzt werden. Um dieses Zusetzen/Verschmutzen zu verhindern, ist die Abdeckung 52 mit einem Doppelboden 60 ausgebildet, in den Druckluft eingeleitet wird, die durch mehrere Düsen oder eine Ringluftdüse 62 derart abgegeben wird, dass der Luftstrom das jeweilige Schutzglas 48, 49 überstreicht und eine Verunreinigung verhindert. Dieser Luftstrom ist mit dem Bezugszeichen 64 eingezeichnet. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 demjenigen aus Figur 4, so dass weitere

Erläuterungen entbehrlich sind.

Figur 6 zeigt ähnlich wie die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 und 2 eine Laserbearbeitungseinheit mit Einfachumlenkung. Wie bei dem anhand der Figuren 4 und 5 erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkeinrichtung 10 beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 an die Lasereinheit 6, beispielsweise deren Planfeldoptik 28 angesetzt. Die Umlenkeinrichtung 10 ist wiederum mit einem Gehäuse 38 ausgeführt, das sich bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch in Radialrichtung nicht erweitert sondern zunächst über einen Kegelgehäuseabschnitt 66 etwas in Radialrichtung verjüngt ist und dann in das zylinderförmige Hauptgehäuse 42 übergeht. Im Übergangsbereich zwischen dem Hauptgehäuse 42 und dem Boden 44 ist eine Spiegelanordnung 68 mit

beispielsweise zwei Spiegeln 12, 14 oder einem ringförmigen Spiegel oder mehreren Ringsegmenten ausgebildet, über die der von der Planfeldoptik 28 abgestrahlte

Laserstrahl S1 1 , S12 in Richtung auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche, hier wiederum das große Pleuelauge umgelenkt wird. Die an der Spiegelanordnung 68 umgelenkten Laserstrahlen S1 1 ', S12' treffen aufgrund der vorbeschriebenen

Einfachumlenkung mit einem etwas steileren Einfallswinkel α (α größer) auf die

Innenumfangswandung des Pleuelauges 32 auf, so dass dementsprechend der Abstand der Umlenkeinrichtung 10 größer und die Verschmutzungsgefahr verringert ist. Die

Laserstrahlen S1 1 ', S12' treten wiederum durch schräg angestellte Schutzgläser 48, 49 oder einen kegelmantelförmigen Schutzglasring hindurch aus der Umlenkeinrichtung 10 aus. Dabei ist die Anstellung der Spiegelanordnung 68 sowie der Anstellwinkel der Schutzgläser 48, 49 so gewählt, dass die Laserstrahlen S1 1 ', S12' in etwa rechtwinklig auf die Schutzgläser 48, 49 auftreffen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 ist der mittlere Bereich des Bodens 44, d.h. die Abdeckung 52 wiederum als Doppelboden 60 ausgeführt, wobei der durch den Doppelboden 60 gebildete Innenraum ebenfalls an eine Druckluftversorgung

angeschlossen ist. Diese Druckluft kann über mehrere Düsen oder die Ringluftdüse 62 austreten, so dass der Luftstrom 64 die zu dem zu bearbeitenden Werkstück hin gewandte Großfläche des oder der Schutzgläser 48, 49 überstreicht und somit ein Ablagern von Schmelzpartikeln oder dergleichen verhindert.

Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 demjenigen aus Figur 6, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Umlenkeinrichtung 10 an eine Montagefläche 36 einer Planfeldoptik 28 angesetzt.

Bei bestimmten 2D- oder 3D-Strahlablenkungssystemen ist eine derartige

Planfeldoptik zur Korrektur der ausgekoppelten Laserstrahlen nicht erforderlich. In diesem Fall kann die Umlenkeinrichtung 10 direkt an eine üblicherweise vorhandene

Montagefläche der Lasereinheit angesetzt werden.

Die Umlenkeinrichtung 10 kann dabei werkstückindividuell ausgebildet sein, so dass die Lasereinheit 6 schnell durch Auswechseln der Umlenkeinrichtung 10 umrüstbar ist.

Wie eingangs erläutert, kann diese Lasereinheit 6 mit einer Mehrfachfunktion, beispielsweise einer Kamera oder sonstigen Einrichtungen zum Messen, Bewerten, Beobachten der Laserbearbeitung ausgeführt sein. Prinzipiell ist es auch möglich, in dieser Lasereinheit einen Pilotlaser zu integrieren.

Die 3-Achssteuerung kann mit weiteren Funktionen, beispielsweise einer

Autofokusfunktion oder einer Korrekturfunktion der Montageposition oder dergleichen ausgeführt sein. Die 2- oder 3-Achsen-Scanner-Steuerung der Lasereinheit erlaubt eine äußerst vielfältige Gestaltung von Strukturen, wobei diese linienförmig, näpfchenförmig oder dergleichen ausgeführt sein können. Eine Bruchtrennkerbe kann durchgehend, nach Art einer Perforation oder durch aufgeschmolzene und dann wieder erstarrte Bereiche ausgeführt werden. Die Strukturen können mit und ohne Aufwurf ausgeführt werden.

Zum Schutz des umgebenden Arbeitsraumes kann im Bereich um die Lasereinheit 6 und das zu bearbeitende Werkstück 4 eine Laserschutz-Abdeckung, beispielsweise ein Schutzzylinder, ein Balg oder dergleichen vorgesehen sein.

Durch geeignete Ansteuerung des Laserkopfs können auch sinusförmige

Bruchtrennkerben, Schrägkerben für Rolllager sowie eine Tiefenmodulation der

Bruchtrennkerbe/Oberflächenstruktur realisiert werden.

Offenbart ist eine Laserbearbeitungseinheit, bei der im Strahlengang zwischen einer als zugelieferte Baueinheit ausgeführten Lasereinheit und einem zu bearbeitenden Werkstück zumindest eine externe Umlenkeinrichtung vorgesehen ist.

Bezugszeichenliste:

1 Laserbearbeitungseinheit

2 Innenzylinder

Werkstück Lasereinheit

Laseroptik

10 Umlenkeinrichtung

12 Spiegel

4 Spiegel

6 Bearbeitungsachse 8 Zentrierschlitten

0 Zentrierelement

1 Zentrierelement

2 Aufnahme

4 Absaugung

6 Crossjet

8 Planfeldoptik

0 Kegelspiegel

2 großes Pleuelauge 4 Pleuel

6 Montagefläche

8 Gehäuse

0 Flanschabschnitt

2 Hauptgehäuse

4 Boden

6 Einwölbung

8 Schutzglas

9 Schutzglas

0 Innenraum

2 Abdeckung

4 Umlenkspiegelanordnung6 Umlenkspiegel 58 Umlenkspiegel

60 Doppelboden

62 Ringluftdüse

64 Luftstrom

66 Kegelgehäuseabschnitt

68 Spiegelanordnung

S1 1 , S12 von Lasereinheit abgegebener Laserstrahl

S1 1 ', S12' einfach umgelenkter Laserstrahl

S1 1 ", S12" zweifach umgelenkter Laserstrahl

Claims

Ansprüche

1 . Laserbearbeitungseinheit zur Bearbeitung von Werkstückoberflächen, mit einer Lasereinheit (6), über deren mit einer mehrachsigen Steuerung ausgeführten

Laserkopf ein Laserstrahl (S1 1 , S12; S21 , S22) zur Oberflächenbearbeitung auf eine Werkstückoberfläche, beispielsweise eine Innenumfangsfläche oder eine schwer zugängliche oder überdeckte Teilfläche eines Werkstücks (4) gerichtet ist, gekennzeichnet durch eine im Strahlengang des Laserstrahls (S1 1 , S12; S21 , S22) zwischen einem

Strahl -Au stritt der Lasereinheit (6) und dem Werkstück (4) angeordnete Umlenkeinrichtung (10) zum Umlenken des Laserstrahls (S1 1 , S12; S21 , S22) in Richtung der zu

bearbeitenden Oberfläche.

2. Laserbearbeitungseinheit nach Patentanspruch 1 , wobei die

Umlenkeinrichtung (10) an die Lasereinheit (6) angesetzt oder im Bereich des Werkstücks (4) angeordnet ist.

3. Laserbearbeitungseinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die

Lasereinheit (6) eine Scannersteuerung, vorzugsweise eine 3-Achsen-Scannersteuerung hat.

4. Laserbearbeitungseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Umlenkeinrichtung (10) eine Zentriereinrichtung für das Werkstück (4) hat.

5. Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Umlenkeinrichtung (10) zumindest einen Spiegel (12, 14), mehrere

Ringsegmente enthaltende Spiegel, einen Ring-Reflexspiegel, einen Spiegelrotor oder einen Kegelspiegel (30) aufweist.

6. Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Umlenkeinrichtung (10) eine Umlenkspiegelanordnung (54) hat, über die der Laserstrahl (S1 1 , S12) von dem Austritt der Lasereinheit (6) hin zum Spiegel (12, 14) umlenkbar ist.

7. Laserbearbeitungseinheit nach Patentanspruch 6, wobei die

Umlenkspiegelanordnung (54) im Wesentlichen radial außerhalb des Spiegels (12, 14) und vorzugsweise axial versetzt zu diesem angeordnet ist.

8. Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Absaugung (24) oder einer Düse, beispielsweise einem Crossjet (26) oder einer Ringluftdüse (62) zum Abgeben eines Gasstrahls.

9. Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit zumindest einem Schutzglas (48, 49) im Bereich zwischen der Lasereinheit (6) und dem Werkstück (4).

10. Laserbearbeitungseinheit nach Patentanspruch 9, wobei das Schutzglas etwa rechtwinklig zum Laserstrahl (S1 1 , S12) angeordnet ist.

1 1 . Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Lasereinheit (6) eine Einrichtung, vorzugsweise eine Kamera, zur Beobachtung oder Bewertung der Bearbeitung und/ oder zur Erfassung von Bearbeitungsparametern und/oder zur Vermessung des Werkstücks oder zum Erfassen von Verschmutzungen der Umlenkeinrichtung (10) hat.

12. Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Umlenkeinrichtung (10) ein Gehäuse (38) hat, das an die Lasereinheit (6) angesetzt ist und das einen werkstückseitigen Boden (44) hat, der einen eingezogenen Mittenbereich aufweist, an dem vorzugsweise das zumindest eine Schutzglas (48, 49) zumindest abschnittsweise ausgebildet ist.

13. Laserbearbeitungseinheit nach Patentanspruch 12, wobei die

Umlenkspiegelanordnung (54) an dem Boden (44) und/oder der Spiegel (12, 14) im

Umfangsbereich des Gehäuses (38) angeordnet sind.

14. Laserbearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Ansteuerung der Lasereinheit derart erfolgt, dass ein Aufwurf, beispielsweise eine Oberflächenstrukturierung oder ein Aushub, beispielsweise eine Bruchtrennkerbe oder ein Schmiermittelkanal ausgebildet wird.