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Um
an Flächen,
die im praktischen Einsatz einer Reibbelastung unterworfen sind,
eine Schicht zu erzeugen, die auf Grund ihrer Oberflächeneigenschaften,
ihres Gefüges
oder ihrer Zusammensetzung eine besonders hohe Verschleißfestigkeit
besitzt, werden Vorrichtungen eingesetzt, die einen Laserstrahl
mittels geeigneter Umlenkspiegel auf die zu behandelnde Fläche richten.
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Soll
auf diese Weise eine bestimmte Oberflächenstruktur erzeugt werden,
so wird, wie beispielsweise in der deutschen Patentschrift
DE 197 11 232 C2 beschrieben,
ein Laserstrahl so lange auf das die jeweilige Fläche tragende
Grundmaterial gerichtet, bis die angestrebte Einebnung bzw. Aufrauung
erreicht ist.
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Gemäß der
EP 1 041 173 A1 ist
es zudem möglich,
mit einem Laserstrahl den von ihm jeweils getroffenen Oberflächenabschnitt
so weit aufzuschmelzen, dass gezielt eine Änderung des Gefüges herbeigeführt oder
eine Änderung
der Zusammensetzung des Grundmaterials durch Hinzufügen von härtesteigernden
Elementen erfolgen kann.
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In
der Praxis werden Vorrichtungen der voranstehend genannten Art unter
anderem zum Behandeln der Laufbahnen der Zylinderlaufflächen von Motorblöcken für Verbrennungsmotoren
eingesetzt. Diese Flächen
sind im praktischen Einsatz hohen Reibbelastungen auf Grund der
Relativbewegungen ausgesetzt, die der sich in dem Zylinderraum jeweils auf-
und abbewegende Kolben ausführt.
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In
der Praxis besteht eine besondere Anforderung bei der Behandlung
der Laufbahnen von Zylindern eines Motorblocks darin, die Behandlung
so schnell durchzuführen,
dass die jeweils in den Gesamtablauf der Motorenfertigung passenden
Taktzeiten eingehalten werden.
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Zur
Behandlung der zylindrisch gekrümmten Flächen der
Zylinderräume
wird üblicherweise
eine um die Längsachse
des jeweils bearbeiteten Zylinderraums drehend angetriebene Belichtungseinrichtung
eingesetzt, die bei stehendem Werkstück in den jeweils zu behandelnden
Zylinderraum eingeführt wird.
Der Laserstrahl wird dabei so geführt, dass er koaxial oder achsparallel
(paraxial) zur Längsachse des
jeweiligen Zylinderraums in die Belichtungseinrichtung fällt. Der
Laserstrahl trifft dann auf eine Umlenkoptik der Belichtungseinrichtung,
die in der Regel aus einem mit einem Linsensystem kombinierten Umlenkmodul
gebildet ist und den Laserstrahl in Richtung der zu behandelnden
Fläche
projiziert.
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Durch
die Rotation der Belichtungseinrichtung im Bereich des Bearbeitungskopfes
wird umlaufend jeweils eine begrenzte Bahn der zu behandelnden Fläche mit
dem Laserstrahl belichtet. Sobald die Bearbeitung des jeweiligen
Abschnitts der zu behandelnden Fläche abgeschlossen ist, wird
die gesamte Belichtungseinrichtung in axialer Richtung verschoben
und der an den zuvor bearbeiteten Streifen angrenzende Streifenabschnitt
bearbeitet. Alternativ ist es auch möglich, die Umlenkoptik kontinuierlich
in axialer Richtung der jeweils bearbeiteten Öffnung zu bewegen, so dass
der Laserstrahl in einem wendelförmigen
Streifenverlauf über
die zu bearbeitende Fläche
geführt
wird.
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Der
Vorteil der Rotation der Umlenkoptik besteht darin, dass geringe
Massen beschleunigt und abgebremst werden müssen und so höhere Drehzahlen
realisiert werden können,
der Wechsel von einem auf einen anderen Zylinder schneller erfolgen kann
und mehrere Zylinder eines Blocks simultan bearbeitet werden können. Auch
können
für die
Verstellung der Optik in Achsrichtung Stelleinrichtungen eingesetzt
werden, die auf Grund der geringen bewegten Massen hinsichtlich
ihrer Stellgenauigkeit optimiert sind.
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In
der Praxis zeigt sich allerdings, dass zur simultanen Bearbeitung
von mehreren Zylindern eines Motorblocks ein so großer apparativer
Aufwand getrieben werden muss, dass diese Art der Bearbeitung trotz
der dadurch erzielten Minimierung der pro Bearbeitungsvorgang aufgewendeten
Taktzeit wirtschaftlich nicht vertretbar ist. Daher ist man dazu übergegangen,
die Bearbeitung die Laufflächen
der einzelnen Zylinder eines Motorblocks nacheinander zu bearbeiten.
Dabei wird der Motorblock bei stehender Belichtungseinrichtung mit
dem jeweils zu bearbeitenden Zylinder schrittweise unter den Bearbeitungskopf
der Belichtungseinrichtung bewegt. Die dazu erforderliche Zeit führt allerdings
dazu, dass mit einem solchen Prozess die heute an den Durchsatz von
im Bereich der Motorenfertigung eingesetzten Maschinen gestellten
Anforderungen kaum erfüllt werden
können.
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Um
dieses Problem zu lösen,
ist in der
EP 1 738
859 A1 eine ebenfalls sequentiell arbeitende Vorrichtung
vorgeschlagen worden, bei der jedem Zylinderraum, dessen Lauffläche behandelt
werden soll, jeweils eine drehbar angetriebene Belichtungsoptik zugeordnet
ist. Die Belichtungsoptiken sind dabei an einem quer zu ihren Drehachsen
ausgerichteten Hohlträger
befestigt, der mit einer Hubeinrichtung verkoppelt ist, um die Belichtungsoptiken
in die Zylinderräume
absenken bzw. aus ihnen herausbewegen zu können. Über eine seitliche Öffnung wird
ein Laserstrahl in den Hohlträger
geleitet, der dort auf Spiegel trifft, die aus einer Umlenk- in
eine Nichtgebrauchsstellung verstellbar sind. Im praktischen Einsatz
befindet sich jeweils einer der Spiegel in Umlenkstellung, in der
er den Laserstrahl in die ihnen jeweils zugeordnete Belichtungsoptik
lenkt, während die
in Einfallrichtung des Laserstrahls gesehen vor dem in Umlenkstellung
stehenden Spiegel angeordneten Spiegel in die Nichtgebrauchsstellung
geschwenkt sind, in der sie den Laserstrahl ungehindert zu dem in
Umlenkstellung befindlichen Spiegel durchlassen. Auf diese Weise
können
die Laufflächen
der einzelnen Zylinderbohrungen mit einem einzigen Laserstrahl nacheinander
behandelt werden. Jedoch ist festgestellt worden, dass die Bearbeitungsergebnisse,
die an den Laufflächen
eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors mit einer Laserbehandlungsvorrichtung
der bekannten Art erzielt werden, Abweichungen voneinander zeigen.
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Neben
dem voranstehend diskutierten Stand der Technik ist aus der
EP 0 728 342 B1 eine
Vorrichtung zum Markieren von Werkstücken mit geringen Abmessungen,
insbesondere von integrierten Schaltkreisen bekannt, die eine Laserstrahlquelle
und drei Belichtungsstationen aufweist, von denen jeweils eine der
zu behandelnden Flächen
zugeordnet ist und die den in sie geleiteten Laserstrahl auf die
zu bearbeitende Fläche
lenken. Dabei ist eine erste im Betrieb fest angeordnete Umlenkeinrichtung
vorgesehen, auf die der der jeweiligen Belichtungsstation zugeordnete
Laserstrahl nach seinem Austritt aus der Laserstrahlquelle trifft.
Die erste Umlenkeinrichtung lenkt den Laserstrahl jeweils zu einer
weiteren im Betrieb ebenfalls fest angeordneten Umlenkeinrichtung
um. Diese zweite fest angeordnete Umlenkeinrichtung leitet den Laserstrahl
nicht direkt in die jeweilige Belichtungsstation, sondern zu Spiegeln
einer Scannereinrichtung. Erst diese lenken den jeweils auf sie
fallenden Strahl zu der jeweiligen Belichtungsstation. Dem Scanner
kommt dabei die Aufgabe zu, den auf ihn fallenden Laserstrahl jeweils
so abzulenken, dass das auf den Platten zu erzeugende, als Markierung
dienende Punktmuster in der richtigen Weise abgebildet wird. Dazu
werden die auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Spiegel mittels
eines Motors verstellt. Dabei sind die vom Laserstrahl jeweils zurückgelegten
Wege bis zum Auftreffen auf die jeweils zu markierende Stelle nicht
gleich. Dies mag zwar bei einer Markierung von Bauteilen keine Rolle
spielen, wirkt sich aber auf die Gleichmäßigkeit des beim quasi gleichzeitig
erfolgenden Belichten von mindestens zwei separaten Zylinderflächen eines
Verbrennungsmotors deutlich aus.
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Ausgehend
von dem voranstehend erläuterten
Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für das Behandeln
von Laufflächen von
Zylindern von Verbrennungsmotoren verwendbare Vorrichtung zu benennen,
mit der es auf wirtschaftliche Weise und geringem apparativen Aufwand
möglich
ist, ein gleichförmiges
Behandlungsergebnis für
alle behandelten Laufflächen
zu erzielen.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die
Verwendung einer gemäß Anspruch
1 ausgebildeten Vorrichtung gelöst
worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei
einer erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung
werden mindestens zwei Belichtungseinrichtungen eingesetzt, so dass
mindestens zwei Flächen
gleichzeitig jeweils einer Belichtungseinrichtung zugeordnet werden
können.
Auf diese Weise ergibt sich beispielsweise bei der Bearbeitung der
Laufflächen
der Zylinderräume
von Verbrennungsmotoren mit einer geradzahligen Zylinderzahl eine
annähernde
Halbierung der Bearbeitungszeiten. Auf ein Minimum reduziert werden
kann die Bearbeitungszeit pro Motorblock dementsprechend dadurch,
dass jedem zu bearbeitenden Zylinderraum des betreffenden Motorblocks
eine Belichtungseinrichtung zugeordnet wird, so dass alle Laufflächen aller
Zylinder eines Motorblocks gemeinsam von der erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung angefahren werden können.
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Der
bei konventioneller Vorgehensweise stets unvermeidbare Zeitbedarf
für das
Verfahren des jeweiligen Werkstücks
unter die Belichtungseinrichtung entfällt bei einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung. Stattdessen verharrt das Werkstück während der Bearbeitung der zu
behandelnden Flächen
in einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung an einer Stelle. Besonders günstig wirkt sich dies bei der
Behandlung der Laufflächen
der Zylinderräume
eines Motorblocks aus. Gerade bei der Bearbeitung eines solchen
Werkstücks
erlaubt die Erfindung nicht nur eine exakte Ausrichtung der Optik
der einzelnen Belichtungseinrichtungen mit einem für alle Zylinder
gleichermaßen
guten Bearbeitungsergebnis, sondern führt auch zu einer deutlichen
Verkürzung
der Bearbeitungszeit.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung besteht darin,
dass jeweils eine der Umlenkeinrichtungen als Referenz für die Justage der
anderen Umlenkeinrichtungen genutzt werden kann. Die sich dadurch
ergebende Verkürzung
des Zeitbedarfs für
die Justage der einzelnen Belichtungseinrichtungen trägt ebenfalls
zu einer Verkürzung
des gesamten Zeitbedarfs für
die Bearbeitung eines kompletten Werkstücks in einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung bei.
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Dadurch,
dass bei einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung die Einspeisung des Laserstrahls und die Umlenkeinrichtung
so aufeinander abgestimmt sind, dass die von den Laserstrahlen zwischen
dem Austritt aus der Laserstrahlquelle bis zum Eintritt in die jeweilige
Belichtungseinrichtung zurückgelegte
Strecke jeweils gleich ist, ist eine hohe Strahlstabilität gesichert.
Auf diese Weise sind die Divergenz des Laserstrahls und somit die
Anforderung an die strahlformende Optik für alle bearbeiteten Flächen im
Wesentlichen gleich, so dass trotz des Strahlversatzes bei der Bearbeitung
durch unterschiedliche Belichtungseinrichtungen für alle Werkstückflächen ein
im Wesentlichen identisches Behandlungsergebnis gewährleistet
ist.
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Besonders
positiv auf die Präzision
und Reproduzierbarkeit des Behandlungsergebnisses wirkt sich aus,
dass bei einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung die zwischen der Laserstrahlquelle und der Belichtungseinrichtung
angeordneten Umlenkeinrichtungen während des Betriebs fest stehen. Auf
diese Weise besteht bei einer erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung keine
Gefahr einer Dejustage während
des Bearbeitungsbetriebes. Darüber
hinaus sind weder Antriebseinheiten oder Verkabelungen für die Energie-
und Signalübertragung
im Bereich der Umlenkeinrichtungen erforderlich.
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Mit
der Erfindung steht somit eine Vorrichtung zur Verfügung, die
bei hoher Betriebssicherheit und Verfügbarkeit die Behandlung von
insbesondere zylindrischen Flächen
metallischer Werkstücke
innerhalb kurzer Bearbeitungszeiten mit optimalen Arbeitsergebnissen
ermöglicht.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäß verwendete Vorrichtung so
eingerichtet, dass die Mittelpunkte der Auftreffbereiche, in denen
die den Belichtungseinrichtungen zugeordneten Laserstrahlen die
jeweilige erste Umlenkeinrichtung treffen, auf einer Geraden angeordnet
sind, die in derselben Ebene liegt wie die Drehachsen der Belichtungseinrichtungen.
Durch diese Zuordnung von Laserquelle, Umlenkeinrichtungen und Belichtungseinrichtung
können
auf konstruktiv einfache Weise die für alle Belichtungseinrichtungen
gleich langen Strahlenwege des Laserstrahls bewerkstelligt werden.
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Alternativ
kann die Einleitung der Laserstrahlen in die Belichtungseinrichtung
auch so erfolgen, dass mindestens einer der Belichtungseinrichtung neben
der jeweiligen ersten Umlenkeinrichtung, auf die der aus der Laserstrahlquelle
austretende Laserstrahl trifft, und der weiteren Umlenkeinrichtung,
die den Laserstrahl in die Belichtungseinrichtung leitet, mindestens
eine zusätzliche,
zwischen die erste und die weitere Umlenkeinrichtung geschaltete
Umlenkeinrichtung zugeordnet ist, auf die der von der ersten Umlenkeinrichtung
abgelenkte Laserstrahl trifft und die den Laserstrahl zu der weiteren
Umlenkeinrichtung lenkt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin,
dass durch die zusätzliche
Umlenkeinrichtung eine weitere Möglichkeit
der Einstellung der Strahlenführung
geschaffen ist, so dass ein sehr präzises Bearbeitungsergebnis
für alle
behandelten Flächen
gewährleistet
werden kann, indem die Ebene der Strahlfläche auf einfache Weise gewechselt
wird.
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Besonders
einfach kann die Erfindung dadurch verwirklicht werden, dass bei
einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung als Umlenkeinrichtungen in an sich bekannter Weise Spiegel
verwendet werden. Dabei ergibt sich ein einfacher Aufbau, wenn die
Umlenkeinrichtungen jeweils unter einem Winkel von 45° zum einfallenden
Laserstrahl stehen.
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Eine
hinsichtlich der Energieausnutzung und des apparativen Aufwands
optimierte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer erfindungsgemäß verwendeten
Vorrichtung die Laserstrahlquelle eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung
und einen ein- oder mehrachsigen Scanner umfasst, der den von der
Laserstrahlerzeugungseinrichtung erzeugten Laserstrahl sequentiell
den Belichtungseinrichtungen zuteilt. In diesem Fall wird der Laserstrahl
zentral durch die Laserstrahlerzeugungseinrichtung erzeugt und in
den so genannten Scanner geleitet. Der Scanner teilt dann den Laserstrahl nacheinander
den einzelnen Belichtungseinheiten zu, so dass die verschiedenen
Flächen
des Werkstücks
ebenfalls nacheinander bearbeitet werden, ohne dass das Werkstück seine
Position relativ zu den Belichtungseinrichtungen ändern muss.
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Stehen
in der Praxis nur Laser mit begrenzter Leistungsfähigkeit
zur Verfügung
oder sind sehr kurze Gesamtbearbeitungszeiten gefordert, lässt sich
die erfindungsgemäße Bearbeitung
von mindestens zwei Flächen
dadurch erreichen, dass die zu bearbeitenden Flächen in Gruppen zusammengefasst werden
und jeder Gruppe von zu behandelnden Flächen eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zugeordnet wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine
erste Vorrichtung zum Behandeln der Laufflächen der Zylinderräume eines
Motorblocks für
einen Vierzylinder-Reihen-Motor in seitlicher Ansicht;
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2 eine
zweite Vorrichtung zum Behandeln der Laufflächen der Zylinderräume eines
Motorblocks für
einen Vierzylinder-Reihen-Motor in seitlicher Ansicht;
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3 die
Vorrichtung gemäß 2 in
einer Ansicht von oben.
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Die
in den 1 bzw. 2 und 3 gezeigten
Vorrichtungen 1 und 101, 101' dienen zum Behandeln
der Laufbahnen der vier Zylinderräume Z1-Z4 des Motorblocks M,
der in einer nicht dargestellten Halterung so eingespannt ist, dass
seine für die
Montage eines nicht dargestellten Zylinderkopfs bestimmte Kopfseite
K horizontal ausgerichtet ist. Die Zylinderräume Z1-Z4 des Motorblocks M
sind in Reihe angeordnet, so dass die in einer Linie liegenden Mittelpunkte
ihrer Öffnungen
und damit einhergehend ihre Längsachsen
L bei der in den Figuren dargestellten Ausrichtung des Motorblocks
M in einer gemeinsamen Vertikalebene V angeordnet sind.
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Bei
der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 ist jedem
der Zylinderräume
Z1-Z4 jeweils eine in an sich bekannter Weise ausgebildete Belichtungseinrichtung 2, 3, 4, 5 zugeordnet.
Die Belichtungseinrichtungen 2, 3, 4, 5 weisen
jeweils ein zylindrisches Gehäuse
auf, dessen Durchmesser um ein Untermaß geringer ist als der Durchmesser
des jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4. In dem Gehäuse ist jeweils eine Umlenkoptik 6 angeordnet,
die den jeweils koaxial zur Längsachse
L des jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4 einfallenden Laserstrahl X um 45° auf die
zu behandelnde Lauffläche 7 des
jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4
umlenkt.
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Jede
Belichtungseinrichtung 2–5 umfasst jeweils
einen hier nicht dargestellten Drehantrieb, der die jeweilige Belichtungseinrichtung 2–5 um
eine mit der Längsachse
L des jeweiligen Zylinderraums zusammenfallende Drehachse dreht.
Eine ebenfalls nicht gezeigte Steuerung stellt dabei sicher, dass
die Drehung der Belichtungseinrichtungen 2–5 synchron abläuft.
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Zusätzlich ist
jeder Belichtungseinrichtung 2–5 eine ebenfalls
nicht dargestellte Stelleinrichtung zugeordnet, die die jeweilige
Belichtungseinrichtung 2–5 ausgehend von der Öffnung des
jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4 entsprechend dem Behandlungsfortschritt
kontinuierlich absenkt und nach Fertigstellung der Behandlung aus
dem Zylinderraum Z1-Z4 hinaus fährt.
Die Stellbewegungen der Stelleinrichtungen erfolgen dabei ebenfalls
synchron.
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Auf
diese Weise erzeugt der Laserstrahl X auf der jeweils bearbeiteten
Lauffläche 7 der
Zylinderräume
Z-Z4 eine wendelförmige
Spur, die so geführt
ist, dass jede der Laufflächen 7 am
Ende der Behandlung flächendeckend
vom Laserstrahl X erfasst worden ist. Ebenso ist es denkbar, den
Laserstrahl X so zu führen,
dass nur ein auf der behandelten Lauffläche wendelförmig mit größerer Steigung umlaufender
Streifen vom Laserstrahl X belichtet wird.
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Der
Laserstrahl X wird von einer Laserstrahlquelle 8 geliefert,
die eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung 9 und einen von
der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 9 gespeisten Scanner 10 umfasst.
Der Scanner 10 verteilt den von der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 9 erzeugten
Laserstrahl X auf seine vier in einer Linie angeordneten Austritte 11, 12, 13, 14,
die in der Vertikalebene V fluchtend zu den Mittelpunkten der Öffnungen
der Zylinderräume Z1-Z4
positioniert sind. Die Austritte 11–14 sind dabei so
angeordnet, dass der aus ihnen jeweils austretende Laserstrahl X
im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist.
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Oberhalb
der in regelmäßigen Abständen A angeordneten
Austritte 11–14 des
Scanners 10 ist eine in Form eines um 45° in Richtung
des Motorblocks M gegenüber
der Vertikalen geneigt angeordneten Spiegels ausgebildete erste
Umlenkeinrichtung 15 angeordnet. Die Position der Umlenkeinrichtung 15 ist
so gewählt,
dass jeder der auf die Umlenkeinrichtung 15 treffenden
Laserstrahlen X oberhalb der Kopfseite K des Motorblocks M verläuft. Selbstverständlich ist
es möglich,
an Stelle eines großen Spiegels,
an dem die aus den Austritten 11–14 austretenden Laserstrahlen
gemeinsam umgelenkt werden, jedem dieser Laserstrahlen einen eigenen
Umlenkspiegel zuzuordnen.
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Die
Umlenkeinrichtung 15 lenkt für alle Belichtungseinrichtungen 2–5 gemeinsam
den auf sie jeweils treffenden Laserstrahl X zu vier weiteren Umlenkeinrichtungen 16, 17, 18, 19,
von denen jeweils einer der Belichtungseinrichtungen 2–5 zugeordnet ist.
Die Umlenkeinrichtungen 16–19 sind ebenfalls als
Spiegel ausgebildet, die um 45° gegenüber der Vertikalen
in Richtung der ersten Umlenkeinrichtung 15 schräg gestellt
sind.
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Die
Umlenkeinrichtungen 16–19 sind
in horizontaler Richtung so positioniert, dass der Mittelpunkt ihrer
Spiegelfläche
mit der Drehachse derjenigen der Belichtungseinrichtung 2–5 zusammenfällt, der
die jeweilige Umlenkeinrichtung 16–19 zugeordnet ist.
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In
vertikaler Richtung sind die Umlenkeinrichtungen dagegen mit dem
Abstand A angeordnet, in dem die Austritte 11–14 des
Scanners 10 positioniert sind. Dabei nimmt die Umlenkeinrichtung 16,
die der zum Scanner nächst
benachbart angeordneten Belichtungseinrichtung 2 zugeordnet
ist, die höchste Position
ein und ist so angeordnet, dass der aus dem zum Motorblock M nächst benachbarten
Austritt 14 des Scanners 10 austretende und an
der Umlenkeinrichtung 15 umgelenkte Laserstrahl X ihn im
Bereich seines Mittelpunktes trifft und von dort in koaxialer Ausrichtung
zur Längsachse
L des Zylinderraums Z1 in die Belichtungseinrichtung 2 reflektiert
wird. Die der Belichtungseinrichtung 3 zugeordnete Umlenkeinrichtung 17 ist
um den Abstand A gegenüber
der Umlenkeinrichtung 16 tiefer angeordnet, so dass sie im
Mittelpunkt ihrer Spiegelfläche
durch den aus dem Austritt 13 des Scanners 10 austretenden
und an der Umlenkeinrichtung 15 umgelenkten Laserstrahl
X getroffen wird. Genauso ist die Umlenkeinrichtung 18 um
den Abstand A tiefer als die Umlenkeinrichtung 17 positioniert,
so dass im Bereich des Mittelpunkts ihrer Spiegelfläche der
aus dem Austritt 12 des Scanners 10 austretende
und an der Umlenkeinrichtung 15 umgelenkte Laserstrahl
X zu der Belichtungseinrichtung 4 gelenkt wird. Schließlich ist
die der Belichtungseinrichtung 5 zugeordnete Umlenkeinrichtung 19 noch
einmal um den Abstand A tiefer als die Umlenkeinrichtung 18 positioniert,
so dass im Bereich des Mittelpunkts ihrer Spiegelfläche der
aus dem Austritt 11 des Scanners 10 austretende
und an der Umlenkeinrichtung 15 umgelenkte Laserstrahl
X in die Belichtungseinrichtung 5 reflektiert wird.
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Die
vom Laserstrahl X von den Austritten 11–14 des Scanners 10 über die
Umlenkeinrichtungen 15 und 16 zur Belichtungseinrichtung 2, über die Umlenkeinrichtungen 15 und 17 zur
Belichtungseinrichtung 3, über die Umlenkeinrichtungen 15 und 18 zur
Belichtungseinrichtung 4 und über die Umlenkeinrichtungen 15 und 19 zur
Belichtungseinrichtung 5 zurückgelegten Wege sind auf diese
Weise gleich lang.
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Bei
der Bearbeitung der Laufflächen 7 der Zylinderräume Z1-Z4
rotieren die Belichtungseinrichtungen 2–5 und werden gleichzeitig
in einem kontinuierlichen Bewegungsablauf in den jeweiligen Zylinderraum
Z1-Z4 abgesenkt. Der Scanner 10 schaltet dabei nacheinander
den von der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 9 gelieferten
Laserstrahl X auf einen seiner Austritte 11–14,
so dass jede der Belichtungseinrichtungen 2–5 aufeinander
folgend mit dem Laserstrahl X beschickt werden.
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Beim
in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
werden zum Behandeln der Laufflächen 7 der
in Reihe angeordneten Zylinderräume
Z1-Z4 des wie beim in 1 dargestellten Beispiel eingespannten
und ausgerichteten Motorblocks M zwei identisch aufgebaute Vorrichtungen 101, 101' eingesetzt.
Jede der Vorrichtungen 101, 101' weist zwei Belichtungseinheiten 102, 103, 102', 103' auf, wobei
die Belichtungseinrichtungen 102, 103 der Vorrichtung 101 den
Zylinderräumen
Z1, Z2 und die Belichtungseinrichtungen 102', 103' der Vorrichtung 101' den Zylinderräumen Z4
bzw. Z3 des Motorblocks M zugeordnet sind.
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Die
Belichtungseinrichtungen 102, 103, 102', 103' sind genauso
aufgebaut wie die Belichtungseinrichtungen 2–5 der
Vorrichtung 1 und weisen jeweils eine Umlenkoptik 106 auf,
die den in die jeweilige Belichtungseinrichtung 102, 103, 102', 103' eintretenden
jeweiligen Laserstrahl X, X' gegen
die zu behandelnde Lauffläche 7 richtet.
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Ebenso
entsprechend den Belichtungseinrichtungen 2–5 umfassen
die Belichtungseinrichtungen 102, 103, 102', 103' der Vorrichtungen 101, 101' nicht dargestellte
Drehantriebe, die die Gehäuse
der Belichtungseinrichtungen 102, 103, 102', 103' mit der darin
angeordneten Umlenkoptik 106 um die Längsachse L des jeweiligen Zylinderraums
Z1-Z4 drehen. Gleichzeitig ist jeder der Belichtungseinrichtungen 102, 103, 102', 103' wie bei den
Belichtungseinrichtungen 2–5 eine hier nicht
sichtbare Stelleinrichtung zugeordnet, die die Belichtungseinrichtungen 102, 103, 102', 103' während der
Behandlung der Laufflächen
längs der
Längsachse
L verstellt.
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Jede
der Vorrichtungen 101, 101' umfasst des Weiteren eine Laserstrahlquelle 108, 108', die jeweils
eine Laserstrahlerzeugungseinrichtung 109, 109' und einen von
der Laserstrahlerzeugungseinrichtung 109, 109' gespeisten
Scanner 110, 110' umfasst.
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Die
Scanner 110, 110' verteilen
den von der jeweiligen Laserstrahlerzeugungseinrichtung 109, 109' gelieferten
Laserstrahl X, X' entsprechend
der Funktion des Scanners 10 der Vorrichtung 1 auf
jeweils zwei Austritte 111, 112, 111', 112'. Der jeweils erste
Austritt 111, 111' ist
dabei in der Vertikalebene V angeordnet, in der die Mittelpunkte
der Öffnungen der
Zylinderräume
Z1-Z4 und dementsprechend ihre Längsachsen
L liegen. Der jeweils zweite Austritt 112, 112' der Scanner 110, 110' ist demgegenüber um einen
quer zur Vertikalebene V gemessenen Abstand B1 und einen in Längsrichtung
LR des Motorblocks M gemessenen Abstand B2 gegenüber dem jeweiligen Austritt 111, 111' versetzt angeordnet,
wobei der jeweilige Austritt 112, 112' in Längsrichtung LR
betrachtet jeweils näher
zum Motorblock M angeordnet ist als der jeweilige Austritt 112, 112'.
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Die
Austritte 111, 112, 111', 112' sind so eingerichtet, dass der
Laserstrahl X, X' jeweils
in vertikaler Ausrichtung nach oben gegen eine erste Umlenkeinrichtung 115, 115' gerichtet ist.
Die ersten Umlenkeinrichtungen 115, 115' sind jeweils
als Spiegel ausgebildet, die quer zur Längsrichtung LR ausgerichtet in
vertikaler Richtung gesehen jeweils oberhalb der Kopfseite K des
Motorblocks M angeordnet und um 45° gegen den Motorblock geneigt
sind. Die Größe der Umlenkeinrichtungen 115, 115' ist dabei so
gewählt,
dass sie von dem jeweils aus den Austritten 111, 112, 111', 112' austretenden
Laserstrahl X, X' sicher
getroffen und in horizontale Richtung abgelenkt werden.
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Der
aus dem jeweiligen Austritt 111, 111' der Scanner 110, 110' austretende
Laserstrahl X, X' wird von
der jeweiligen ersten Umlenkeinrichtung 115, 115' zu einer zweiten
Umlenkeinrichtung 117, 117' umgelenkt. Die der Vorrichtung 101 zugeordnete zweite
Umlenkeinrichtung 117 ist dabei wie die Umlenkeinrichtungen 17 der
Vorrichtung 1 oberhalb des Zylinderraums Z2 angeordnet,
während
die der zweiten Vorrichtung 101' zugeordnete zweite Umlenkeinrichtung 117' wie die Umlenkeinrichtung 18 der
Vorrichtung 1 oberhalb des Zylinderraums Z3 positioniert ist.
Dementsprechend lenkt die Umlenkeinrichtung 117 den auf
sie treffenden Laserstrahl X in die im Zylinderraum Z2 angeordnete
Belichtungseinrichtung 103, während der auf die Umlenkeinrichtung 117' treffende Laserstrahl
X' zur im Zylinderraum
Z3 positionierten Belichtungseinrichtung 103' gelenkt wird.
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Der
aus dem jeweiligen Austritt 112, 112' austretende
Laserstrahl X, X' wird
dagegen von der ersten Umlenkeinrichtung 115 zu jeweils
einer zusätzlichen
Umlenkeinrichtung 120, 120' umgelenkt. Die zusätzlichen
Umlenkeinrichtungen 120, 120' sind als Spiegel ausgebildet,
dessen Spiegelfläche
anders orientiert ausgerichtet ist. Gleichzeitig sind die Umlenkeinrichtungen 120, 120' um 45° gegen den auf
sie treffenden jeweiligen Laserstrahl X, X' in Richtung des Motorblocks M geneigt
angeordnet. Auf diese Weise lenken die zusätzlichen Umlenkeinrichtungen 120, 120' den jeweils
auf sie treffenden Laserstrahl X, X' zu jeweils einer weiteren Umlenkeinrichtung 116, 116', die, wie die
Umlenkeinrichtungen 2 bzw. 5 der Vorrichtung 1 oberhalb
der Zylinderräume Z1
bzw. Z4 angeordnet und ausgerichtet sind. Dementsprechend leitet
die dem Zylinderraum Z1 zugeordnete weitere Umlenkeinrichtung 116 der
Vorrichtung 101 den auf sie treffenden Laserstrahl X in
die im Zylinderraum Z1 arbeitende Belichtungseinrichtung 102,
während
die weitere Umlenkeinrichtung 116' der Vorrichtung 101' den auf sie
treffenden Laserstrahl X' zur
im Zylinderraum Z4 ungeordneten Belichtungseinrichtung 102' lenkt.
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Die
Abstände
B1, B2, um die bei den Scannern 110, 110' der Austritt 112, 112' gegenüber dem jeweils
anderen Austritt 111, 111' versetzt ist, und dementsprechend
die Position der jeweils zusätzlichen
Umlenkeinrichtung 120, 120' sind dabei so gewählt, dass
der von den Laserstrahlen X, X' vom
jeweiligen Austritt 112, 112' über die jeweilige zusätzliche
Umlenkeinrichtung 120, 120' bis zur jeweiligen Belichtungseinrichtung 102, 102' genauso lang
ist wie der Weg, den die Laserstrahlen X, X' vom jeweiligen anderen Austritt 111, 111' der Scanner 110, 110' zur jeweiligen
Belichtungseinrichtung 103, 103' zurücklegen.
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Die
Ausrichtung der zusätzlichen
Umlenkeinrichtungen 120, 120' kann mittels nicht dargestellter Feststelleinrichtungen
vor der Aufnahme des Behandlungsbetriebes eingestellt werden. Auf
diese Weise erfolgt die Justage der Strahlenwege der Vorrichtungen 101, 101' vor der Inbetriebnahme
derart, dass zunächst
der vom jeweiligen Austritt 111, 111' über die
jeweiligen Umlenkeinrichtungen 115, 117 bzw. 115', 117' zu der jeweiligen
Belichtungseinrichtung 103, 103' führende Weg optimiert wird.
Anschließend
wird durch entsprechende Einrichtung der Umlenkeinrichtungen 120, 120' auch der vom
jeweiligen Austritt 112, 112' über die erste Umlenkeinrichtung 115,
die jeweils zusätzliche
Umlenkeinrichtung 120, 120' und die jeweilige weitere Umlenkeinrichtung 116, 116' zur jeweiligen
Belichtungseinrichtung 102, 102' führende Strahlenweg so angepasst, dass
ein für
alle bearbeiteten Zylinderräume Z1-Z4 gleichmäßig gutes
Behandlungsergebnis erreicht wird.
-
Die
Behandlung der Laufflächen 7 der
Zylinderräume
Z1-Z4 selbst erfolgt dann mit den Vorrichtungen 101, 101' wie für die Vorrichtungen 1 bereits beschrieben.
-
1
- 1
- Vorrichtung
zum Behandeln der Laufbahnen der Zylinderräume Z1-Z4 des Motorblocks M
- 2,
3, 4, 5
- Belichtungseinrichtungen
- 6
- Umlenkoptik
- 7
- Lauffläche des
jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4
- 8
- Laserstrahlquelle
- 9
- Laserstrahlerzeugungseinrichtung
- 10
- Scanner
- 11–14
- Austritte
des Scanners 10 für
den Laserstrahl X
- 15
- erste
Umlenkeinrichtung
- 16–19
- weitere
Umlenkeinrichtungen
- A
- Abstände der
Austritte 11–14
- K
- Kopfseite
des Motorblocks M
- L
- Längsachse
des jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4
- M
- Motorblock
- X
- Laserstrahl
- Z1-Z4
- Zylinderräume des
Motorblocks M
-
2, 3
- 7
- Lauffläche des
jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4
- 101,
101'
- Vorrichtungen
zum Behandeln der Laufbahnen der Zylinderräume Z1-Z4 des Motorblocks M
- 102,
103
- Belichtungseinheiten
der Vorrichtung 110
- 102', 103'
- Belichtungseinheiten
der Vorrichtung 110'
- 106
- jeweilige
Umlenkoptik der Belichtungseinrichtungen 102, 103, 102', 103'
- 108,
108'
- Laserstrahlquelle
- 109,
109'
- Laserstrahlerzeugungseinrichtung
- 110,
110'
- Scanner
- 111,
112
- Austritte
des Scanners 110
- 111', 112'
- Austritte
des Scanners 110'
- 115,
115'
- erste
Umlenkeinrichtungen
- 116,
116'
- zweite
Umlenkeinrichtungen
- 117,
117'
- weitere
Umlenkeinrichtungen
- 120,
120'
- zusätzliche
Umlenkeinrichtungen
- B1,
B2
- Abstände
- K
- Kopfseite
des Motorblocks M
- L
- Längsachse
des jeweiligen Zylinderraums Z1-Z4
- LR
- Längsrichtung
des Motorblocks M
- M
- Motorblock
- V
- Vertikalebene
- X,
X'
- Laserstrahlen
- Z1-Z4
- Zylinderräume des
Motorblocks M