DE10043548C2 - Anwendung des Laserbeschichtens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anwendung des Laserbeschichtens für die vorderen Bereiche von Schaltfingern einer Schaltgabel aus allotropem Metall mit einer metallischen Schicht.

Getriebeteile sind in der Regel hoch belastete Werkstücke. Der Bedarf an derartigen Getriebeteilen ist sehr gross, da die gesamte Getriebeindustrie zur Zeit auf Getriebe höherer Leistungsdichte umsteigt, um den Anforderungen der neuen Motorengeneration und der geforderten Volumenreduzierung der Getriebe zu genügen.

Um dem Verschleiss zu begegnen, sind die hoch beanspruchten Bereiche der Getriebeteile heute in der Regel beschichtet. Die Beschichtung erfolgt beispielsweise durch ein bekanntes Flammenspritzverfahren, wobei als Beschichtungsmaterial Molybdän verwendet wird. Die Schichtdicke ist abhängig von dem gewünschten Einsatzfall, sie ist selbstverständlich dünner, wenn kein zu hoher Verschleiss zu erwarten ist.

Die konventionellen thermischen Beschichtungsverfahren sind aufgrund des Einsatzes von synthetischen Schmierölen nur noch begrenzt oder mit zusätzlichem Aufwand an Energie und Fertigungsverfahren einsetzbar. Ferner ist auch die Auswahl der Materialen, die im Flammenspritzverfahren aufgebracht werden können, begrenzt. Nachteilig ist vor allem, dass durch das Flammenspritzverfahren keine metallische Verbindung entsteht.

Aus der DE 27 40 569 B2 ist allgemein ein Verfahren zum Legieren von ausgewählten Teilbereichen der Oberfläche von Gegenständen aus nicht-allotropen metallischen Werkstoffen bekannt. Das Legieren der Oberfläche wird dadurch erreicht, dass die gewählte äussere Zone des Gegenstandes sowie ein vorher oder gleichzeitig in der Zone abgeschiedenes Legierungsmittel rasch geschmolzen werden. Das Legierungsmittel wird in das geschmolzene Grundmetall durch thermische Aktivität, die sich aus der Wirkung des Strahls ergibt, mit Turbulenz eingeführt. Nach raschem Entfernen des Hochenergiestrahls folgt ein Selbstabkühlvorgang, der eine Legierung aus feinkörniger, fester Lösung unter Verteilung intermetallischer Verbindungen erzeugt.

Aus der DE 198 17 629 A ist ferner eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Fügen und/oder Beschichten von Werkstücken sowie ein entsprechendes Verfahren zum Fügen und/oder Beschichten von Werkstücken bekannt. Dabei kann unter anderem auch ein Diodenlaser verwendet werden.

Aus der US 6,087,625 ist wiederum ein Auffächern eines Laserstrahls bei einer Arbeitsmaschine bekannt, die mit Laserstrahl arbeitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung der oben genannten Art vorzuschlagen, mit welcher die Beschichtung einer Schaltgabel an kritischen Stellen wesentlich verbessert wird und Vorteile bezüglich Kosten und Qualität erreicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die o. g. Anwendung des Laserbeschichtens,

• a) wobei das Metall für die metallische Schicht dem zu beschichtenden Bereich der Schaltgabel zugeordnet,
• b) dieser Bereich mit dem Laserstrahl beaufschlagt und
• c) eine metallische Verbindung zwischen dem vorderen Bereich des Schaltfingers und dem aufgebrachten Metall erzeugt wird.

Die Laserbeschichtung bietet durch die hohe Intensität der Laserstrahlung an hochbelasteten Schaltgabeln die Möglichkeit, Beschichtungen mit unterschiedlichen, festen oder gleitfähigeren Werkstoffen einzusetzen. Ferner besteht die Möglichkeit, hochwertige C-Stähle, Einsatzstähle usw., die aufwendigen Härteverfahren unterzogen werden müssen, durch Beschichten von einfachen C-Stählen mit hochfesten Werkstoffen, zur Erzielung einer hohen Verschleissfestigkeit zu ersetzen.

Die Anwendung der Laserbeschichtung gibt die Möglichkeit, Gleitwerkstoffe auf Schaltgabeln aufzubringen, die den Anforderungen an die tribologischen Eigenschaften der synthetischen Schmieröle entsprechen. Effekte hierbei sind ein reduzierter Energie- und Fertigungsaufwand aufgrund des geometrisch exakt focusierten Laserstrahls und damit der Beschichtungsfläche.

Wesentliche Einsparungen sind beim Einsatz hochwertiger Beschichtungs-Werkstoffe zu erwarten, eine Reduzierung der Fertigungsstückkosten und eine Verbesserung der Bauteilqualität durch die definierten Fertigungsparameter beim Laser-Beschichten.

Als Laser wird bevorzugt ein an sich bekannter Diodenlaser verwendet. Dieser Diodenlaser erzeugt einen Strahl, der ähnliche Eigenschaften aufweist, wie der Strahl beim Flammspritzen. Bevorzugt wird der Laserstrahl aufgefächert und der Kontur des zu beschichtenden Bereichs der Schaltgabel angepasst. Da es sich bei der Schaltgabel um ein dreidimensionales Teil handelt, sollten auch nicht nur die Oberflächen, sondern auch die Seitenteile beschichtet werden. Hierzu bietet es sich an, mehrere Laser zu verwenden, die den zu beschichtenden Bereich von möglichst vielen Seiten her bestrahlen.

Das Metall für die metallische Schicht kann in Band- Pulver- und/oder Drahtform vorliegen. Als Beschichtungs­ werkstoff kann jede Legierung verwendet werden, die keine intermetallische Phase bildet. Vor allem ist auch eine Beschichtung aus Messing möglich.

Das Beschichten selbst erfolgt mit oder ohne Schutzgas. Die Schichtdicke beträgt in der Regel bis max. 3/10 mm.

Hervorzuheben ist, dass zwischen dem zu beschichtenden Bereich und der Metallbeschichtung kein Bindemittel erforderlich ist, sondern es findet eine metallische Verbindung statt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bekannte Schaltgabel für ein Getriebe;

Fig. 2 eine Frontansicht der Schaltgabel gemäss Fig. 1 beim Beschichten.

Eine Schaltgabel 1 weist gemäss Fig. 1 zwei Schaltfinger 2 und 3 auf, die in Gebrauchslage in eine nicht näher gezeigte Schaltmuffe eingreifen. Die Schaltgabel 1 ist beispielsweise an einer Schiene angeordnet, welche durch eine Öffnung 4 in der Schaltgabel 1 eingesetzt werden kann.

Besonders die beiden vorderen Bereiche 5 und 6 der Schaltfinger 2 und 3 sind einem Verschleiss ausgesetzt und sollen deshalb beschichtet werden. Das Beschichten geschieht gemäss Fig. 2 mittels gestrichelt angedeuteter Laserstrahlen 7, welche durch Laser auf den vorderen Bereich 5 aufgebracht werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Laser 8.1 bis 8.3 gezeigt, welche den vorderen Bereich 5 von aussen und innen mit dem Laserstrahl beaufschlagen. Der Laser 8.3 beaufschlagt die Innenflächen von beiden vorderen Bereichen 5 und 6.

Das aufzubringende Metall kann als Band, Pulver, Draht od. dgl. an dem vorderen Bereich 5 angelegt bzw. aufgebracht werden. Hierzu gibt es eine Vielzahl herkömmlicher Methoden.

Claims (5)

1. Anwendung des Laserbeschichtens für die vorderen Bereiche (5, 6) von Schaltfingern (2, 3) einer Schaltgabel (1) aus allotropem Metall mit einer metallischen Schicht,

• a) wobei das Metall für die metallische Schicht dem zu beschichtenden Bereich der Schaltgabel (1) zugeordnet,
• b) dieser Bereich (5, 6) mit einem Laserstrahl (7) beaufschlagt und
• c) eine metallische Verbindung zwischen dem vorderen Bereich (5, 6) des Schaltfingers (2, 3) und dem aufgebrachten Metall erzeugt wird.

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diodenlaser (8.1 bis 8.3) verwendet wird.

3. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (7) aufgefächert und der Kontur des vorderen Bereichs (5, 6) des Schaltfingers (2, 3) angepasst wird.

4. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Bereich (5, 6) des Schaltfingers (2, 3) von mehreren Seiten her mit dem Laserstrahl (7) beaufschlagt wird.

5. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall für die metallische Schicht als Band, Pulver oder Draht zugeführt wird.