DE102004041847A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung zylindrischer Innenflächen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung zylindrischer Innenflächen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1, 1') zur Innenbearbeitung einer Zylinderfläche (12), insbesondere einer Zylinderlauffläche eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung (1, 1') umfasst einen Laser (3), ein im Strahlengang (4, 10, 10', 11, 11') des Lasers (3) angeordneten Optiksystem mit einem Strahlumlenkelement (31, 32) und/oder einem Fokussierelement (25, 25') sowie eine steuerbare Strahlablenkeinrichtung (5). Mit der Strahlablenkeinrichtung (5) kann der Laserstrahl sehr schnell in verschiedene Bearbeitungsbereiche (21, 21') auf der Zylinderfläche (12) bewegt werden. Bearbeitungspausen zwischen dem Einbringen von zwei aufeinander folgenden Strukturelementen können daher stark verkürzt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Innenbearbeitung einer Zylinderfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der gattungsbildenden DE 196 14 328 A1 als bekannt hervorgeht. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Aus der DE 196 14 328 A1 ist bekannt, metallische Werkstücke, beispielsweise Wandungen von Zylinderbohrungen in Verbrennungsmotoren, mittels Laserstrahlung vorzubehandeln. Dabei werden die Werkstücke durch einen Laser mit einem regelmäßigen Muster strukturiert, das beliebig wählbar ist. Die Geometrie und die Strukturelemente des Musters können insbesondere an einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt (z.B. eine Beschichtung oder eine spanabhebende Bearbeitung) angepasst werden. Eine Vorrichtung, die sich für eine solche Laserbearbeitung zylindrischer Flächen eignet, ist beispielsweise in der DE 295 06 005 U1 beschrieben: Die Vorrichtung umfasst ein Laserstrahlwerkzeug, das gemeinsam mit einem Optik-System in einer Maschinenspindel angebracht ist. Zur Bearbeitung der Zylinderbohrung wird die Maschinenspindel in den Innenraum der Bohrung eingeführt. Das Optik-System enthält einen Spiegel und eine Sammellinse, mit deren Hilfe der Strahl des Laserstrahlwerkzeugs auf die zu bearbeitende Oberfläche gelenkt und fokussiert wird. Durch Rotations- und Vorschubbewegungen der Maschinenspindel kann der Laserstrahl auf beliebige Be reiche der Zylinderbohrung gelenkt werden. Diese Vorrichtung ermöglicht somit die Bearbeitung (Strukturierung) von zylindrischen Innenflächen.
  • Allerdings sind hierzu mehrere Bewegungseinrichtungen (Rotationsmimik, Verschiebemimik) der Maschinenspindel notwendig, die an die Ein-/Ausschaltzyklen des Lasers gekoppelt werden müssen. Aufgrund der Massenträgheit der bewegten Elemente ist die Laserbearbeitung der Zylinderflächen sehr zeitaufwendig, insbesondere dann, wenn in der Zylinderfläche Strukturelemente mit variierender Geometrie (z.B. Linien variierender Tiefe und Breite, unterbrochene Linien etc.) erzeugt werden sollen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bearbeitung von Zylinderflächen vorzuschlagen, das eine schnellere Bearbeitung von Zylinderflächen, insbesondere beim Einbringen komplexer Strukturierungen, ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 6 und 8 gelöst.
  • Danach wird der Laserstrahl, der zur Bearbeitung der Zylinderfläche verwendet wird, mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung (im folgenden auch „Scanneroptik" genannt) über die zu bearbeitende Zylinderfläche geführt. Unter „Zylinderfläche" sollen in diesem Zusammenhang sowohl in Umfangrichtung geschlossene zylindersymmetrische Flächen (d.h. Bohrungen, Hohlräume) als auch Zylinderteilflächen verstanden werden.
  • Die Verwendung einer Strahlablenkeinrichtung hat den Vorteil, dass der Laserstrahl sehr schnell in verschiedene Bearbei tungsbereiche bewegt werden kann. Bearbeitungspausen, die herkömmlicherweise zwischen dem Einbringen von zwei aufeinander folgenden Strukturelementen auftreten, können daher stark verkürzt werden. Im Unterschied zu der in der DE 295 06 005 U1 gezeigten Vorrichtung, bei der die Strukturierung der Zylinderfläche durch eine Überlagerung mehrerer Dreh- und Vorschubbewegungen des Lasers und der Strahlführungsoptik erzeugt wird, ist die erfindungsgemäße Strahlbewegung mit Hilfe der (elektronisch ansteuerbaren) Strahlablenkeinrichtung nahezu trägheitsfrei, weswegen extrem schnelle Positionswechsel bzw. Variationen der Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserstrahls dargestellt werden können. Die erfindungsgemäße ein- oder zweidimensionale Ablenkung des Laserstrahls auf der zu bearbeitenden Zylinderfläche gestattet die Konzentration von Laserenergie und dadurch Massenabtrag an beliebigen Punkten innerhalb des Ablenkbereichs; gleichzeitig wird aufgrund der sehr hohen Ablenkgeschwindigkeiten des Laserstrahls ein Energieeintrag in das Werkstück minimiert und somit ein unerwünschter Abtrag bzw. eine unerwünschte Gefügeveränderung gezielt vermieden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auf der zu bearbeitenden Zylinderfläche mehrere Strukturelemente simultan hergestellt werden, indem der Laserstrahl mit der Strahlablenkeinrichtung schnell zwischen den Strukturelementen hin- und herbewegt wird. Bearbeitungsstrecken ohne Strukturelemente können innerhalb sehr kurzer Zeit übersprungen werden. Weiterhin kann durch Variationen der Scangeschwindigkeit die Verweildauer bzw. die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserstrahls gezielt variiert werden, wodurch Variationen in der Strukturgeometrie der auf der Zylinderfläche erzeugten Bearbeitungsmuster erreicht werden können. Außerdem können die erzeugten Strukturelemente über Umfang und Tiefe der zu bearbeitenden Zylinderfläche beliebig variiert werden.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Laser in einer solchen Weise gegenüber der Zylinderfläche ausgerichtet, dass der Laserstrahl gegenüber der Symmetrieachse der Zylinderfläche einen Winkel > 0 einschließt; vorzugsweise liegt dieser Winkel zwischen 70° und 90°, so dass der Laserstrahl in einem großen Einfallswinkel (> 60°) auf die zu bearbeitende Zylinderfläche auftrifft und eine gute Einleitung der Laserenergie in die Zylinderfläche gewährleistet ist. Der Laserstrahl wird mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung in einer solchen Weise über Bereiche der Zylinderfläche geleitet, dass die gewünschten Strukturen auf der Zylinderfläche erzeugt werden. Allerdings ist der Ausschnitt der Zylinderfläche, der in einer festen Orientierung des Lasers gegenüber der Zylinderfläche bearbeitet werden kann, begrenzt; um eine gesamte Umfangfläche eines Hohlzylinders auf diese Weise bearbeiten zu können, muss der Laser in mehreren Schritten gegenüber der zu bearbeitenden Zylinderfläche geschwenkt werden. Aufgrund des großen Winkels zwischen dem Laserstrahl und der Symmetrieachse des Lasers gestattet diese Ausgestaltung der Erfindung weiterhin nur die Bearbeitung randnaher Bereiche der Zylinderfläche.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Laser kollinear zur Symmetrieachse der zu bearbeitenden Zylinderfläche auf die Zylinderbohrung ausgerichtet. Im Strahlengang ist neben der Strahlablenkeinrichtung ein Reflektionselement, insbesondere ein Spiegel, angeordnet, mit dessen Hilfe der Laserstrahl auf die Zylinderfläche gelenkt wird. Durch eine geeignete Winkeleinstellung dieses Reflektionselements kann der Laserstrahl in einem vorgegebenen Einfallswinkel (vorzugsweise zwischen 70° und 90°) auf die zu bearbeitende Oberfläche gebracht werden. Zweckmäßigerweise ist das Reflektionselement auf einer Drehvorrichtung befes tigt, deren Drehachse kollinear zur Symmetrieachse der zu bearbeitenden Zylinderfläche ausgerichtet ist. Durch Drehung des Reflektionselements kann der Laserstrahl auf unterschiedliche Umfangsbereiche der Zylinderfläche gerichtet werden.
  • Die Drehbewegung des Reflektionselements kann in diskreten Winkelschritten erfolgen, so dass der Laserstrahl mit jedem Drehungsschritt des Reflektionselements in einen neuen Bearbeitungsbereich der Zylinderfläche gelenkt wird; innerhalb des Bearbeitungsbereichs erfolgt die Erzeugung der Strukturelemente dann mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung, die den Laserstrahl entlang der entsprechenden Bahnen führt. Um eine umfangseitig geschlossene Zylinderfläche über ihren gesamten Umfang (d.h. 360°) hinweg bearbeiten zu können, wird das Reflektionselement dabei in mehrere diskrete Winkelstellungen gedreht, z.B. in zwei um je 180° gegeneinander versetzte oder in drei um je 120° gegeneinander versetzte Winkelstellungen.
  • Alternativ kann die Drehbewegung des Reflektionselements kontinuierlich sein und der Scanbewegung der Strahlablenkeinrichtung überlagert werden. Dann können die Strahlablenkeinrichtung und die Drehvorrichtung beispielsweise in einer solchen Weise gekoppelt angesteuert werden, dass die Ablenkung des Laserstrahls in Axialrichtung der zu bearbeitenden Zylinderfläche mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung erfolgt, während die Ablenkung des Laserstrahls in Umfangsrichtung der Zylinderfläche mit Hilfe der Drehvorrichtung erfolgt. Durch die überlagerte Bewegung der Strahlablenkeinrichtung und der Drehvorrichtung kann der Laserstrahl über einen bandförmigen Bereich der Zylinderfläche geführt werden und dort beliebige Muster erzeugen. Eine solche Kopplung der Scanneroptik mit einer rotierenden Innenbearbeitungsoptik ermöglicht eine punktförmige Bearbeitung der Zylinderfläche und darüber hinaus – aufgrund der schnellen Strahlablenkung in der Scanner- Optik – eine quasistationäre linienförmige bzw. flächige Bearbeitung von Oberflächen; weiterhin ermöglicht die schnelle Strahlablenkung eine quasisimultane Bearbeitung an mehreren Stellen der Zylinderfläche. Durch eine geeignete Überlagerung der (vergleichsweise langsamen) Drehbewegung mit der (vergleichsweise schnellen) Scanbewegung können dabei Bearbeitungspausen stark reduziert werden.
  • Ist die zu bearbeitende Zylinderfläche ein an einem Ende geschlossener Hohlraum, so wird das Reflektionselement von derselben Seite wie der Laserstrahl in diesen Hohlraum eingeführt; ist der Hohlraum an beiden Enden offen, so kann das Reflektionselement auch von der entgegengesetzten Seite her in den zylindrischen Hohlraum eingeführt werden.
  • Es ist zweckmäßig, im Strahlengang hinter der Strahlablenkeinrichtung ein Fokussierelement (z.B. einen Hohlspiegel oder eine Sammellinse) vorzusehen, die sicherstellt, dass der Laserstrahl in einer optimalen Fokussierung auf die zu bearbeitende Oberfläche trifft. Ein solches Fokussierelement ist insbesondere dann notwendig, wenn der mit Hilfe der Scanneroptik überstrichene Bearbeitungsbereich sehr groß ist und/oder – z.B. aufgrund der gewählten Bearbeitungsgeometrie – starke Variationen der optischen Wege aufweist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Innenbearbeitung einer Zylinderfläche;
  • 2 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt eines Motorblocks einer Verbrennungsmaschine mit einer Zylinderbohrung 2, deren Oberfläche 12 durch Laserstrahlung oberflächenbearbeitet werden soll. Diese Oberflächenbearbeitung kann z.B. eine lokale Wärmebehandlung, eine Laserbeschichtung, einen selektiven Materialabtrag etc. umfassen.
  • Zu dieser Oberflächenbearbeitung wird eine Vorrichtung 1 mit einem Laser 3 verwendet, in dessen Strahlengang 4 eine steuerbare Strahlablenkeinrichtung 5 angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Strahlablenkeinrichtung 5 kann der Laserstrahl 4 senkrecht zur Austritts-(Z-) Richtung in X- und/oder in Y-Richtung abgelenkt werden. Zur Betätigung der Strahlablenkeinrichtung 5 ist eine Steuereinheit 6 vorgesehen, mit der eine vorgegebene Ablenkung 7 des Strahls 4 in X- bzw. in Y-Richtung erzeugt wird. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Laser 3 in einer solchen Weise gegenüber der Zylinderbohrung 2 angeordnet, dass die Strahlrichtung 4 einen Winkel 8 von etwa 90° mit der Symmetrieachse 9 der Zylinderbohrung 2 einschließt, die X-Richtung der Strahlablenkeinrichtung 5 also in etwa parallel zur Symmetrieachse 9 verläuft. Wird der Strahl 4 in der Strahlablenkrichtung 5 nur schwach in X-Richtung abgelenkt, so trifft er in einem randnahen Bereich 13 der Zylinderfläche 12 auf (Strahl 10); wird er hingegeben stärker in X-Richtung umgelenkt, so trifft er die Oberfläche 12 der Zylinderbohrung 2 in einer größeren Tiefe (Strahl 11). Durch Ablenkung in X-Richtung kann der Strahl 4, 10, 11 somit entlang einer parallel zur Symmetrieachse 9 liegenden Bahn 14 auf der Zylinderfläche 12 geführt werden. Durch Ablenkung in Y-Richtung kann der Strahl 4 (bei fester X-Ablenkung) entlang einer ellipsenförmigen Bahn 15 näherungsweise konstanter Tiefe 16 in der Zylinderbohrung 2 geführt werden. Durch Überlagerung von Strahlablenkungen in X- und in Y-Richtung kann der Strahl somit entlang beliebiger Bahnen in einem Winkelbereich 18 auf der Zylinderfläche 12 geführt werden, wobei (durch überlagertes Ein- und Ausschalten des Lasers 3) ein beliebiges Muster erzeugt werden kann; neben den in der DE 196 14 328 A1 gezeigten Rauten- und Wendelmustern können beliebige weitere (insbesondere periodische) Strukturierungen der Zylinderfläche 12 dargestellt werden. Aus dem Strahl 4 können auf diese Weise in mehrere Teilstrahlen 10, 11 erzeugt werden, die quasi simultan auf die Zylinderfläche 12 auftreffen und diese bearbeiten.
  • Aufgrund der in 1 gezeigten geometrischen Ausrichtung des Lasers 3 gegenüber der zu bearbeitenden Zylinderfläche 12 trifft der Laserstrahl 4 unter einem großen Winkel 29, 30 (zwischen 60° und 90°) auf die Zylinderfläche 12 auf; dadurch wird ein guter Energieübertrag der Laserleistung auf die zu bearbeitende Oberfläche 12 sichergestellt. Allerdings kann in dieser Relativlage nur ein begrenzter, in 1 schraffiert dargestellter, Winkelbereich 18 der Zylinderfläche 12 bearbeitet werden, weil nur in diesem Bereich ein ausreichend großer Einfallswinkel 29, 30 des Laserstrahls 10, 11 auf die Zylinderfläche 12 gegeben ist. Soll die Zylinderfläche 12 umlaufend bearbeitet werden, so muss der Laser 3 mitsamt der zugehörigen Strahlablenkeinrichtung 5 gegenüber der Zylinderfläche 12 verschoben bzw. gedreht werden. Um dies zu erreichen, umfasst die Vorrichtung 1 der 1 eine Dreheinheit 19, auf der der Laser 3 und die Strahlablenkeinrichtung 5 montiert sind. Mit Hilfe dieser Dreheinheit 19, deren Drehachse 26 kollinear zur Symmetrieachse 9 der Zylinderfläche 12 ausgerichtet ist, können Laser 3 und Strahlablenkeinrichtung 5 gemeinsam um die Symmetrieachse 9 der Zylinderbohrung 2 geschwenkt werden (Pfeil 20). Auf diese Weise kann die Bearbeitungsoptik 3,5 in unterschiedliche Winkelbereiche gegenüber der Zylinderfläche 12 bewegt werden. Durch ein schrittweises Weiterbewegen der Bearbeitungsoptik 3, 5 (beispielsweise in Schritten von 90°, 120° oder 180°) der kann so ein randnaher, bandförmiger Bearbeitungsbereich 21 der Zylinderfläche 12 bearbeitet werden, welcher mehrere Winkelbereiche 18 umfasst. Dabei kann die (sehr schnelle) Scanbewegung der Strahlablenkeinrichtung 5 der (vergleichsweise langsame) Schwenkbewegung 20 überlagert werden, so dass die für die Schwenkbewegung 20 benötigte Zeit als Bearbeitungszeit genutzt werden kann.
  • Wie aus 1 ersichtlich, weisen unterschiedliche Strahlen 10,11 unterschiedlich lange geometrische Wege 22, 23 auf: Zwischen einem schwach abgelenkten Strahl 10 und einem stark abgelenkten Strahl 11 besteht somit eine geometrische Wegdifferenz 24. Um – unabhängig vom Ablenkungsgrad 7 – eine gute Fokussierung des Strahls 10, 11 auf der zu bearbeitenden zylindrischen Oberfläche 12 sicherzustellen, kann im Strahlengang ein Fokussierelement 25 angeordnet werden, durch das – je nach Ablenkwinkel 7 – eine stärkere oder weniger starke Fokussierung des Strahls 10, 11 bewirkt wird. Im vorliegenden Beispiel ist das Fokussierelement 25 im Strahlengang 10, 11 hinter der Strahlablenkeinrichtung 5 angeordnet; es kann jedoch auch in die Strahlablenkeinrichtung 5 integriert sein. Das Fokussierelement 25 ist insbesondere dann notwendig, wenn in einer festen Orientierung (d.h. bei festem Schwenkwinkel 20) der Bearbeitungsoptik 3, 5 ein großer Winkelbereich 18 bearbeitet werden soll; ist der abgescannte Winkelbereich 18 jedoch nur klein, so kann auf das Fokussierelement 25 verzichtet werden.
  • In 1 ist die Vorrichtung 1 in einer solchen Weise gegenüber der Zylinderbohrung 2 orientiert, dass die Z-Richtung der Vorrichtung 1 näherungsweise senkrecht zur Symmetrieachse 9 der zu bearbeitenden Zylinderfläche 12 orientiert ist. Allgemein können Laser 3 und Strahlablenkeinrichtung 5 jedoch auch gegenüber der Zylinderachse 9 gekippt sein, so dass der Winkel 8 zwischen der Zylinderachse 9 und der Z-Richtung der Strahlablenkeinrichtung 5 kleiner als 90° ist.
  • Mit Hilfe der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 können randnahe Bereiche der Zylinderfläche 12 bis zu einer Maximaltiefe 27 schnell und einfach bearbeitet werden. Zur Bearbeitung randferner Bereiche 28 eignet sich diese Vorrichtung 1 jedoch nicht; um nämlich eine gute Einkopplung des Laserstrahls 10, 11 in die Zylinderfläche 12 (und somit eine hohe Bearbeitungsqualität) zu erreichen, darf der Auftreffwinkel 29, 30 einen vorgegebenen Grenzwinkel (etwa 60°) nicht unterschreiten. Somit ist der Einsatz der Vorrichtung 1 der 1 auf einen randnahen Bereich 27 der Zylinderfläche 12 beschränkt.
  • Sollen auch randferne Bereiche 28 der Zylinderfläche 12 bearbeitet werden, so empfiehlt sich die Verwendung der in 2 schematisch dargestellten Vorrichtung 1'. Hier wird der von einem Laser 3 ausgesandte Laserstrahl 4 mit Hilfe eines Reflektionselements 31, insbesondere eines Spiegels 32, auf die zu bearbeitende Zylinderfläche 12 gelenkt; mit Hilfe der im Strahlengang 4 angeordneten Strahlablenkeinrichtung 5 kann der Strahl 10', 11' dabei gegenüber der Hauptstrahlrichtung 4 abgelenkt werden.
  • Das Reflektionselement 31 wird mit Hilfe einer Haltevorrichtung 33 in den Innenraum 34 der Zylinderbohrung 2 eingeführt. Im vorliegenden Beispiel wird die Haltevorrichtung 33 von derselben Seite der Zylinderbohrung 2 wie der Laserstrahl 4 in den Hohlzylinder 2 eingeführt; ist das gegenüberliegende Ende 38 des Hohlzylinders 2 offen, so kann die Haltevorrichtung 33 auch von dieser Seite 38 aus in den Hohlzylinder 2 eingeführt werden.
  • Mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung 5 wird der Strahl 10', 11' über das Reflektionselement 31 an unterschiedliche Stellen der Zylinderfläche 12 geleitet, wobei der Auftreffwinkel 29', 30' des Strahls 10', 11' einen Maximalwert (< 60°) nicht überschreitet. Auf diese Weise kann ein Winkelbereich 18' der Breite 39 und der Tiefe 40 auf der Zylinderfläche 12 bearbeitet werden. Durch eine Drehung des Reflektionselements 31 bzw. der das Reflektionselement 31 tragenden Haltevorrichtung 33 (Pfeil 41) kann dieser Bereich 18' in Umfangrichtung 36 der Zylinderfläche 12 weiterbewegt werden, so dass – durch schrittweise oder kontinuierliche Drehung des Reflektionselements 31 – ein umlaufender bandförmiger Bereich 21' der Breite 40 bearbeitet werden kann.
  • Zur Drehung 41 des Reflektionselements 31 ist die Haltevorrichtung 33 mit einer Dreheinheit 19' versehen, die kontinuierliche Drehungen 41 mit einer fest vorgegebenen Drehgeschwindigkeit und/oder schrittweise Drehungen 41 um einen festen Winkelbetrag (90°, 120°, 180°) ermöglicht. Die Dreheinheit 19' ist in einer solchen Weise gegenüber der Zylinderbohrung 2 ausgerichtet, dass ihre Drehachse 26' mit der Symmetrieachse 9 der Zylinderbohrung 2 zusammenfällt; weiterhin ist der Laser 3 in einer solchen Weise ausgerichtet, dass die Richtung des Laserstrahls 4 mit der Symmetrieachse 9 der Zylinderbohrung 2 zusammenfällt.
  • Durch schrittweises (diskontinuierliches) Weiterdrehen des Reflektionselements um feste Winkelbeträge können nacheinander unterschiedliche Winkelbereiche 18' der Zylinderfläche 12 bearbeitet werden, bis das gesamte Zylinderband 21' bearbeitet ist. Alternativ kann der Laserstrahl 10', 11' in einer solchen Weise über das Zylinderband 21' geführt werden, dass Strahlverschiebungen in Umfangsrichtung 36 der Zylinderfläche 12 mit Hilfe der kontinuierlich betriebenen Dreheinheit 19' erfolgen, während Ablenkungen in Tiefenrichtung 37 mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung 5 bewirkt werden. Durch Überlagerung dieser beiden Bewegungen können im Zylinderband 21' beliebige Bearbeitungsmuster erreicht werden. Anschließend kann das Reflektionselement 31 zusammen mit Laser 3 und Strahlablenkeinrichtung 5 in Axialrichtung 42 der Zylinderbohrung 2 verschoben werden, um auch andere, in Axialrichtung 42 versetzte Zylinderbänder 21' bearbeiten zu können.
  • Um sicherzustellen, dass über den gesamten Tiefenbereich 40 eines vorgegebenen Zylinderbandes 21' eine gleich bleibend hohe Bearbeitungsqualität erreicht wird, wird das Reflektionselement 31 und/oder die Strahlablenkeinrichtung 5 mit einer Korrekturoptik 25' versehen, die sicherstellt, dass der Strahl 10', 11' – unabhängig vom Ablenkwinkel 7' – immer auf die Zylinderfläche 12 fokussiert ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn als Reflektionselement 31 ein Hohlspiegel verwendet wird; das Korrekturelement 25' ist dann in das Reflektionselement 31 integriert. Alternativ kann die Korrekturoptik 25' in die Strahlablenkeinheit 5 integriert werden. Eine solche Korrekturoptik 25' ist beispielsweise in der DE 101 34 429 A1 beschrieben.
  • Die Vorrichtung kann zur Bearbeitung beliebiger zylindrischer Flächen, insbesondere Zylinderlaufflächen, Lagerflächen etc. verwendet werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Innenbearbeitung einer Zylinderfläche (12), wobei die Zylinderfläche (12) mittels eines von einem Laser (3) ausgesandten Laserstrahls (4, 10, 10', 11, 11') bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4, 10, 10', 11, 11') mit Hilfe einer steuerbaren (6) Strahlablenkeinrichtung (5) über Bereiche (18, 18') der Zylinderfläche (12) geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4, 10', 11') mit Hilfe eines im Strahlengang angeordneten Reflektionselements (31), insbesondere eines Spiegels (32), auf die Zylinderfläche (12) gelenkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionselement (31, 32) mit Hilfe einer Dreheinheit (19') um eine Achse (26') gedreht wird, die kollinear zur Symmetrieachse (9) der Zylinderfläche (12) verläuft.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablenkung des Laserstrahls (4, 10', 11') in Axialrichtung (37) der zu bearbeitenden Zylinderfläche (12) mit Hilfe der Strahlablenkeinrichtung (5) erfolgt, während die Ablenkung des Laserstrahls (4, 10', 11') in Umfangsrichtung (36) der Zylinderfläche (12) mit Hilfe der Dreheinheit (19') erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (3) und die Strahlablenkeinheit (5) mit Hilfe einer Drehvorrichtung (19) um eine Achse (26) geschwenkt werden, welche kollinear zur Symmetrieachse (9) der Zylinderfläche (12) verläuft.
  6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Bearbeitung einer Zylinderfläche (12) in einem Kraftfahrzeugaggregat verwendet wird.
  7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Innenbearbeitung einer Zylinderlauffläche eines Verbrennungsmotors verwendet wird.
  8. Vorrichtung (1,1') zur Innenbearbeitung einer Zylinderfläche (12), insbesondere einer Zylinderlauffläche eines Verbrennungsmotors, – mit einem Laser (3) – und mit einem im Strahlengang (4, 10, 10', 11, 11') des Lasers (3) angeordneten Optiksystem, welches mindestens ein Strahlumlenkelement (31, 32) und/oder mindestens ein Fokussierelement (25, 25') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang (4) eine steuerbare Strahlablenkeinrichtung (5) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang (4, 10', 11') als Strahlumlenkelement (31, 32) ein Reflektionselement (31), insbesondere ein Spiegel (32), angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1') eine Drehmimik (19') zur steuerbaren Drehung des Reflektionselements (31) gegenüber der zu bearbeitenden Zylinderfläche (12) umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Drehmimik (19) zur steuerbaren Schwenkung des Lasers (3) und der Strahlablenkeinheit (5) gegenüber der zu bearbeitenden Zylinderfläche (12) umfasst.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelement (25, 25') so gestaltet ist, dass es die in einem Bearbeitungsbereich (21) auftretenden Unterschiede (24) der geometrischen Wege (22, 23) unterschiedlicher Strahlen (10, 10', 11, 11') kompensiert.
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