DE102009008650A1 - Bearing surface in e.g. engine connecting rod, includes lubrication micro-pockets in closely-spaced pattern of rows formed by picosecond-pulsed laser beam around bearing surface - Google Patents

Bearing surface in e.g. engine connecting rod, includes lubrication micro-pockets in closely-spaced pattern of rows formed by picosecond-pulsed laser beam around bearing surface Download PDF

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Abstract

The micro-pockets (10) have an extent of less than 0.5 mm, preferably less than 0.1 mm in the direction of the surface normal, when seen in cross section. The pockets have an approximately elliptical, lengthy or circular cross section. They have an inward conical form in the workpiece, with a depth less than 20 mu m, preferably less than 10 mu m. Their depth is a multiple of the surface roughness R. They are arranged in adjacent rows close to each other, or on a helix. Less than 20%, preferably less than 12% of the entire bearing surface (8) is formed by micro-pockets. The bearing surface is an internal cylindrical surface, an external cylindrical surface or an annular surface. The surface is on a connecting rod or crankshaft. It is an internal cylindrical- or annular surface and the micro-pockets are elongated in the circumferential direction. They are formed by overlapping smaller pockets. The pockets are laser-formed, the workpiece being moved relative to the laser. The laser pulse width is measured in picoseconds and its energy is less than 300 mu J. The pulse frequency exceeds 100 kHz, being preferably 400 kHz. The beam is inclined and the micro-pocket is formed by a sequence of pulses, maintaining relative movement. Preferably 5 pulses are used, i.e. more than 3 and less than 10. The frequency of pulse succession is less than 20 kHz. The laser-processing unit includes a picosecond laser with optics directed onto the bearing surface and equipment causing relative movement. The laser optics rotate about an axis. A scanner or deflection unit is included. The workpiece rotates about the axis of a spindle and is guided adjustably along the axis of rotation. The laser beam is positioned by the scanner to lead, lag or equal the rotary speed of the workpiece. Independent claims are included for the following: (A) the method of forming the micro-pockets; (B) and the processing equipment required.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkstück mit einer Gleit- oder Führungsfläche gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung von Mikroschmiertaschen eines derartigen Werkstücks und eine Bearbeitungseinheit zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a workpiece with a sliding or Guide surface according to the preamble of Claim 1, a method for producing micro-lubricating pockets such a workpiece and a processing unit to carry out the process.

Insbesondere bei stark belasteten Gleitlagern ist es erforderlich, stets für eine hinreichende Schmierung durch einen Ölfilm zwischen den aneinander abgleitenden Flächenabschnitten sicherzustellen. Besonders hohe Anforderungen werden dabei an Gleitlager von Verbrennungsmotoren gestellt. Derartige Gleitlager befinden sich beispielsweise im Bereich des Hublagers einer Kurbelwelle oder im Bereich des an einem kleinen Pleuelauge eines Pleuels gelagerten Kolbenbolzens.Especially For heavily loaded plain bearings, it is always necessary for adequate lubrication through an oil film between to ensure the mutually sliding surface sections. Particularly high demands are placed on friction bearings of internal combustion engines posed. Such slide bearings are for example in the field the crank bearing of a crankshaft or in the area of a small Connecting rod eye of a connecting rod mounted piston pin.

Zur Stabilisierung des Ölfilms auf derartigen Gleit-/Führungsflächen wird in der EP 1 275 864 B1 angeregt, in der betreffenden Gleitfläche eine Vielzahl von Taschen auszubilden, die dann Kammern zur Aufnahme von Öl/Schmiermittel bilden. Bei der bekannten Lösung werden diese Ölschmiertaschen ausgebildet, indem zunächst die Gleitfläche durch Honen, Drehen, Vorschleifen vorbearbeitet wird und anschließend, beispielsweise durch Laserbearbeitung, die genannten Taschen ausgebildet werden. Aufgrund des bei diesen bekannten Verfahren vergleichsweise hohen Energieeintrags entstehen im Randbereich der Taschen Aufwürfe oder Grate, die in einem weiteren Fertigungsbearbeitungsschritt durch Bürsten oder Entgratleisten beseitigt werden. In einem abschließenden Arbeitsgang erfolgt dann eine Feinbearbeitung der Gleitflächen durch Honen, Schleifen oder Polieren.To stabilize the oil film on such sliding / guiding surfaces is in the EP 1 275 864 B1 stimulated to form in the respective sliding surface a plurality of pockets, which then form chambers for receiving oil / lubricant. In the known solution, these oil lubrication pockets are formed by first the sliding surface is pre-processed by honing, turning, rough grinding and then, for example by laser processing, said pockets are formed. Due to the comparatively high energy input in these known methods, pimples or burrs are created in the edge region of the pockets, which are removed by brushing or deburring in a further production processing step. In a final operation, then a fine machining of the sliding surfaces by honing, grinding or polishing.

Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass aufgrund der Vielzahl von Verfahrensschritten – Vorbearbeitung, Strukturieren (Ausbildung der Taschen), Entgraten und Feinbearbeitung – ein erheblicher fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist.adversely with this approach is that due to the large number of process steps - pre-processing, Texturing (pocket design), deburring and finishing - a considerable manufacturing effort is required.

In der DE 10 2004 041 847 A1 wird eine Vorrichtung zur Laserbearbeitung beschrieben, die prinzipiell zur Ausbildung der in der vorgenannten EP 1 275 864 B1 gezeigten, vergleichsweise voluminösen und einen länglichen Querschnitt aufweisenden Taschen geeignet ist. Bei dieser bekannten Lösung wird der Laserstrahl über eine Strahlablenkeinrichtung geführt, so dass durch Verstellung dieser Strahlablenkeinrichtung unterschiedliche Taschengeometrien ohne Veränderung der Relativposition von Laseroptik und Werkstück ausgebildet werden können.In the DE 10 2004 041 847 A1 a device for laser processing is described, which in principle for the training in the aforementioned EP 1 275 864 B1 shown, relatively bulky and having an elongated cross-section pockets is suitable. In this known solution, the laser beam is guided over a beam deflection device, so that different pocket geometries can be formed without changing the relative position of laser optics and workpiece by adjusting this beam deflection device.

Gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkstück mit einer Gleit- oder Führungsfläche mit geringem fertigungstechnischen Aufwand herzustellen und dabei eine hinreichende Schmierung der Gleit-/Führungsflächen zu gewährleisten. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkstückes sowie eine Bearbeitungseinheit zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu schaffen.Across from The above-mentioned prior art is the present Invention, the object of a workpiece with a Sliding or guide surface with low production costs produce and thereby a sufficient lubrication of the sliding / guide surfaces to ensure. The invention is further the Task, a method for producing such Workpiece and a processing unit for implementation of such a procedure.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Werkstückes durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 10 und bezüglich der Bearbeitungseinheit durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 15 gelöst.This object is with respect to the workpiece by the feature combination of claim 1 , in terms of the method by the features of the independent claim 10 and with respect to the processing unit by the feature combination of the independent claim 15 solved.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.other advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Werkstück hat eine Gleit- oder Führungsfläche, in der eine Vielzahl von Mikroschmiertaschen ausgebildet ist. Erfindungsgemäß sind diese Schmiertaschen als Mikrotaschen ausgeführt, die von der Flächennormalen her gesehen, einen – vorzugsweise etwa kreisförmigen, elliptischen oder länglichen – Querschnitt aufweisen, wobei die maximale Erstreckung kleiner als 0,5 mm, vorzugsweise kleiner als 0,1 mm ist. Derart kleine Mikrotaschen erfordern einen vergleichsweise geringen Energieeintrag zur Ausbildung, so dass das Entstehen von Aufwürfen im Bereich der Umfangswandung der einzelnen Mikroschmiertaschen verhindert werden kann. Durch diese gratfreie Ausbildung der Mikrotaschen kann auf die aufwendige Nachbearbeitung durch Entgraten und Fertigbearbeiten (Honen, Polieren, Schleifen) verzichtet werden, so dass der fertigungstechnische Aufwand erheblich geringer als bei den eingangs genannten Lösungen ist.The workpiece according to the invention has a sliding or guide surface, in which a variety of micro-lubrication pockets is trained. According to the invention, these lubrication pockets executed as micro-pockets, by the surface normal seen, one - preferably approximately circular, elliptical or oblong - have cross-section, the maximum extent being less than 0.5 mm, preferably is less than 0.1 mm. Such small micro pockets require one comparatively low energy input for training, so that the emergence of irregularities in the peripheral wall of the individual micro-lubrication pockets can be prevented. Through this burr-free formation of the micro-pockets can on the elaborate post-processing by deburring and finishing (honing, polishing, grinding) be dispensed with, so that the production engineering effort considerably less than in the solutions mentioned above.

Es zeigte sich überraschender Weise, dass die Schmierfilmausbildung bei Verwendung derart kleiner Mikrotaschen den Lösungen mit großvolumigen Taschen nicht unterlegen ist; bei bestimmten Anforderungen sogar ein verbessertes Verschleißverhalten aufweist, da es bei einer großen Hertzschen Pressung im Bereich großflächiger Taschen zu Schürf- oder Abschabeffekten kommen kann. Durch die vergleichsweise kleinen Mikrotaschen wird bei der erfindungsgemäßen Lösung diese Wirkung der Hertzschen Pressung (Flächenpressung) verringert und somit derartige Abschabeffekte minimiert.It showed surprisingly that the lubricating film training when using such small micro-pockets the solutions with large-volume pockets is not inferior; at certain Requirements even improved wear behavior As it is at a large Hertzian pressure in the Area of large-scale pockets for scrapping or shabby effects. Due to the comparatively small Micro-pockets is in the solution according to the invention this effect of the Hertzian pressure (surface pressure) reduces and thus minimize such Abschabeffekte.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mikrotaschen in etwa kreisförmig ausgebildet, wobei Unregelmäßigkeiten aufgrund der Aufschmelzung des Materials selbstverständlich sind.at In a particularly preferred embodiment, the Micro pockets are approximately circular in shape, with irregularities of course, due to the melting of the material are.

Bei einer Variante der Erfindung erstrecken sich die Mikrotaschen nach innen, in das Werkstück hinein in etwa kegelförmig, wobei die maximale Tiefe weniger als 20 μm, vorzugsweise weniger als 10 μm, jedoch ein Vielfaches der Rauhtiefe der benachbarten Flächenbereiche beträgt.In a variant of the invention extend the micro-pockets inwardly in the workpiece in approximately conical, the maximum depth is less than 20 microns, preferably less than 10 microns, but a multiple of the roughness of the adjacent surface areas.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Mikrotaschen reihenförmig übereinander und nebeneinander liegend oder auf einer Spirale angeordnet sind, so dass die Gleit-/Führungsfläche gleichmäßig mit Mikrotaschen versehen ist.According to the invention it is preferred if the micro-pockets in a row above each other and lying side by side or arranged on a spiral, so that the sliding / guiding surface evenly provided with micro pockets.

Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die aufsummierte Fläche der Mikrotaschen weniger als 20%, vorzugsweise etwa 12% der Gesamtfläche.at an embodiment is the totaled Area of the micro-pockets less than 20%, preferably about 12% of the total area.

Diese Fläche kann beispielsweise eine Innenzylinder-, eine Außenzylinder- oder eine Ringfläche sein. Selbstverständlich sind auch andere Flächengeometrien, wie plane Gleitflächen, etc. in der erfindungsgemäßen Weise ausführbar.These For example, an area may be an inner cylinder, an outer cylinder or a ring surface. Of course are also other surface geometries, such as plane sliding surfaces, etc. executable in the manner according to the invention.

Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich besonders vorteilhaft bei Innenzylinder- und Außenzylinderflächen wie bei Pleueln oder Kurbelwellen einsetzen.The inventive concept is particularly advantageous for inner cylinder and outer cylinder surfaces as with connecting rods or crankshafts.

Bei einer Variante der Erfindung sind die Mikrotaschen bei zylindrischen Gleit- oder Führungsflächen in Umfangsrichtung gesehen länglich ausgeführt. Diese längliche Geometrie kann beispielsweise durch überlappendes Nebeneinandersetzen von kreisförmigen oder elliptischen (bei schräger Einkopplung) Querschnitten kommen, die jeweils durch einzelne Laserimpulse hergestellt werden.at In a variant of the invention, the micro-pockets are cylindrical Sliding or guide surfaces in the circumferential direction seen elongated. This elongated For example, geometry can overlap by overlapping of circular or elliptical (oblique Coupling) cross sections come, each by individual laser pulses getting produced.

Zur Herstellung eines derartigen Werkstückes wird vorzugsweise ein Fertigungsverfahren verwendet, bei dem die Laseroptik und Werkstück relativ zueinander bewegbar sind, um das vorbeschriebene Mikrotaschenmuster ausbilden zu können. Das Ansteuern des Lasers erfolgt mit einer Pulsbreite in Pikosekundenbereich und geringer Pulsenergie, z. B. von weniger als 250 μJ.to Production of such a workpiece is preferred a manufacturing process used in which the laser optics and workpiece are movable relative to each other to the above-described micro-pocket pattern to be able to train. The driving of the laser is done with a pulse width in picosecond range and low pulse energy, z. B. less than 250 μJ.

Bei einem Laser mit derart geringem Energieeintrag kann das Entstehen von Aufwürfen im Umfangsbereich der Mikrotaschen zuverlässig vermieden werden.at A laser with such low energy input can emerge from jarring in the peripheral area of the micro-pockets reliably be avoided.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Pulsfrequenz mehr als 100 kHz, vorzugsweise etwa 400 kHz beträgt. Ein derart schneller Laser ermöglicht es, das vorbeschriebene Flächenmuster in kürzester Zeit auszubilden, so dass die Taktzeiten zur Bearbeitung des Werkstückes minimal sind.According to the invention it is preferred if the pulse frequency is more than 100 kHz, preferably about 400 kHz. Such a fast laser allows it, the above-described surface pattern in the shortest possible time Form time so that the cycle times for machining the workpiece are minimal.

Dabei wird es bevorzugt, wenn die Pulsbreite kleiner als 10 ps beträgt.there it is preferred if the pulse width is less than 10 ps.

In dem Fall, in dem die Gleit- oder Führungsfläche eine Innenzylinderfläche oder Ringfläche ist, kann der Laserstrahl schräg eingekoppelt werden. Durch dieses schräge Einkoppeln ist es nicht erforderlich, die Laseroptik pinolenartig – wie in der DE 10 2004 041 847 A1 beschrieben – in die die Gleitfläche ausbildende Bohrung eintauchen zu lassen. Ein Nachteil einer derartigen schrägen Einkopplung besteht darin, dass die Mikrotasche dann im Querschnitt elliptisch ausgeführt wird. Dieser Nachteil kann erfindungsgemäß dadurch überwunden werden, dass die Mikrotasche durch eine Vielzahl von Impulsfolgen ausgebildet wird, während denen die Relativbewegung zwischen Werkstück und Laseroptik aufrechterhalten wird, so dass durch das „Verschleifen” ein in etwa runder – oder sogar in Relativbewegungsrichtung länglicher Querschnitt der Mikrotasche erzeugt werden kann.In the case where the sliding or guiding surface is an inner cylindrical surface or annular surface, the laser beam can be obliquely coupled. Due to this oblique coupling, it is not necessary, the laser optics pinolenartig - as in the DE 10 2004 041 847 A1 described - to immerse in the bore forming the sliding surface. A disadvantage of such oblique coupling is that the micro-pocket is then elliptical in cross-section. This disadvantage can be overcome according to the invention in that the micro pocket is formed by a multiplicity of pulse trains, during which the relative movement between the workpiece and the laser optics is maintained, so that a somewhat rounder or even elongated cross section of the micro pocket due to the "sanding" can be generated.

Zur Minimierung des Energieeintrags wird es bevorzugt, wenn zur Ausbildung einer kreisförmigen Mikrotasche weniger als 10, vorzugsweise etwa 5 Impulsfolgen verwendet werden.to Minimization of energy input is preferred when training a circular micro-pocket less than 10, preferably about 5 pulse sequences are used.

Die Impulsfolgenfrequenz – auch Burstfrequenz genannt – beträgt vorzugsweise weniger als 20 kHz, und ist abhängig von der maximalen Impulsfolgefrequenz des Lasers und der Anzahl der aufeinander folgenden Impulse.The Pulse train frequency - also called burst frequency - is preferably less than 20 kHz, and is dependent on the maximum pulse repetition frequency of the laser and the number of consecutive following impulses.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungseinheit zur Durchführung des Verfahrens hat einen so genannten Pikosekundenlaser, dessen Laseroptik mit Bezug zur bearbeitenden Gleit- oder Führungsfläche des Werkstückes ausgerichtet ist. Die Bearbeitungseinrichtung hat des Weiteren eine Einrichtung, um Werkstück und Laseroptik relativ zueinander zu bewegen.The inventive processing unit for implementation of the method has a so-called picosecond laser whose Laser optics with reference to the machining sliding or guiding surface of the Workpiece is aligned. The processing device also has a facility for workpiece and laser optics to move relative to each other.

Die Laseroptik kann mit einer Strahlablenkeinrichtung (Scanner) ausgeführt sein, so dass durch Ansteuerung dieser Strahlablenkeinrichtung der über die Laseroptik auf das Werkstück gerichtete Laser während der Relativbewegung zwischen Werkstück und Laseroptik in einer vorbestimmten Relativposition gehalten werden kann. So ist es beispielsweise möglich, bei einem rotierenden Werkstück den Laserstrahl durch geeignete Ansteuerung der Strahlablenkeinrichtung voreilend, d. h. schneller als die Werkstückdrehbewegung, nacheilend, d. h. langsamer als die Werkstückdrehbewegung, oder stillstehend mit Bezug zu einem Flächensegment gehalten werden. Bei der letzt genannten Alternative kann beispielsweise mit mehreren Impulsfolgen ein Loch gebohrt werden. Bei Innen- oder Außenzylinderflächen ist zu beachten, dass das Flächensegment, innerhalb dessen der Laserstrahl gehalten wird, gewölbt ist, so dass der Laserspot während der Relativbewegung im Flächensegment nachfokussiert werden muss.The Laser optics can be performed with a beam deflector (scanner) be so that by controlling this beam deflection of the on the Laser optics on the workpiece directed laser during the relative movement between workpiece and laser optics in a predetermined relative position can be maintained. So is For example, it is possible with a rotating workpiece the laser beam by suitable control of the beam deflecting device leading, d. H. faster than the workpiece rotation, lagging, d. H. slower than the workpiece rotation, or stopped with respect to a surface segment become. For example, in the latter alternative to drill a hole with several pulse trains. For indoor or Outer cylinder surfaces is to be noted that the Surface segment within which the laser beam is held is curved, so that the laser spot during the relative movement in the surface segment to be refocused got to.

Eine derartige Steuereinheit für eine Strahlablenkeinrichtung ist beispielsweise bei den heute üblichen Beschriftungslasern mit Autofokussierung bekannt. Dabei kann durch eine Scriptprogrammierung eine eventuelle schräge Einkopplung des Laserstrahls entzerrt werden.A Such control unit for a beam deflecting device This is the case, for example, with today's marking lasers known with autofocusing. It can be done by scripting a possible oblique coupling of the laser beam equalizes become.

Die Laseroptik ist vorzugsweise so ausgeführt, dass der Fokussierpunkt verstellbar ist, um eine einfache Anpassung an unterschiedliche Werkstückgeometrien oder die vorbeschriebene Fokussierung während der Relativbewegung des Laserstrahls im Flächensegment des Werkstückes zu ermöglichen.The Laser optics is preferably designed so that the focusing point is adjustable to easily adapt to different Workpiece geometries or the above-described focusing during the relative movement of the laser beam in the surface segment allow the workpiece.

Bei einer Variante erfolgt die Relativbewegung dadurch, dass die Laseroptik um eine Drehachse mit Bezug zur Gleit- oder Führungsfläche bewegbar ist. Bei einer derartigen Lösung mit drehender Laseroptik ist eine Nachfokussierung des Laserstrahls bei der Bearbeitung von Innenzylinderflächen nicht erforderlich, solange die Laseroptik koaxial zur Innenzylinderfläche angeordnet ist.at In one variant, the relative movement takes place in that the laser optics about an axis of rotation with respect to the sliding or guide surface is movable. In such a solution with rotating Laser optics is a refocusing of the laser beam during processing of internal cylinder surfaces not required, as long as the Laser optics is arranged coaxially to the inner cylinder surface.

Bei einer alternativen Lösung ist das Werkstück relativ zur stillstehenden Laseroptik bewegbar geführt. Bei der Bearbeitung von Zylinderflächen kann bei dieser Lösung der Axialvorschub durch Verstellung des Werkstücks oder der Laseroptik erfolgen. Falls diese mit einer Strahlablenkeinrichtung versehen ist, erfolgt der Axialvorschub – wie oben ausgeführt – vorzugsweise über die Strahlablenkeinrichtung, wobei dann wiederum eine Nachfokussierung erforderlich ist.at an alternative solution, the workpiece is relative guided to stationary laser optics movable. In the Machining of cylindrical surfaces can be at this solution the axial feed by adjusting the workpiece or the laser optics take place. If provided with a beam deflector is the axial feed - as stated above - preferably over the beam deflector, which then again refocusing is required.

Bei Innenzylinderflächen ist es dabei bevorzugt, wenn das Werkstück um die Zylinderachse drehbar gelagert und in Richtung der Drehachse verstellbar ausgeführt ist, so dass die Mikrotaschen auf einer spiralförmigen Bahn liegen.at Inner cylinder surfaces, it is preferred if the workpiece rotatably mounted about the cylinder axis and in the direction of the axis of rotation is designed to be adjustable, so that the micro-pockets on one spiral track lie.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred Embodiments of the invention are described below explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:

1 eine Schemadarstellung eines erfindungsgemäßen Pleuels; 1 a schematic representation of a connecting rod according to the invention;

2 eine Abwicklung einer Umfangsfläche eines kleinen Pleuelauges des Pleuels aus 1; 2 a settlement of a peripheral surface of a small connecting rod eye of the connecting rod 1 ;

3 eine Einzeldarstellung eine Mikrotasche; 3 a single view of a micro-pocket;

4 die Tiefenerstreckung der Mikrotasche gemäß 3; 4 the depth extension of the micro pocket according to 3 ;

5 eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung eines Pleuels gemäß den 1 und 2; 5 a processing unit for processing a connecting rod according to 1 and 2 ;

6 eine Schemadarstellung einer Bearbeitungseinheit gemäß 3 mit zwei parallelen Bearbeitungsstationen 6 a schematic representation of a processing unit according to 3 with two parallel processing stations

7 eine schematische Darstellung einer Einheit aus 5 in einer Seitenansicht und 7 a schematic representation of a unit 5 in a side view and

8 eine alternative Variante einer Bearbeitungseinheit mit drehbarer Laseroptik. 8th an alternative variant of a processing unit with rotatable laser optics.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Bearbeitung eines Pleuels eines Verbrennungsmotors erläutert – wie eingangs beschrieben, ist die Erfindung jedoch keinesfalls auf die Verwendung bei Pleueln beschränkt, sondern allgemein bei allen tribologisch beanspruchten Flächen einsetzbar. Der Aufbau derartiger Pleuels 1 ist bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauelemente beschrieben werden. Das dargestellte Pleuel hat ein großes Pleuelauge 2, ein kleines Pleuelauge 4 sowie eine Pleuelstange 6, die die beiden Pleuelaugen 2, 4 miteinander verbindet.The invention is explained below with reference to the machining of a connecting rod of an internal combustion engine - as described above, the invention is not limited to the use of connecting rods, but generally applicable to all tribologically stressed surfaces. The construction of such connecting rod 1 is known, so that only the components required for understanding the invention are described here. The connecting rod shown has a large connecting rod eye 2 , a small connecting rod eye 4 as well as a connecting rod 6 holding the two connecting rod eyes 2 . 4 connects with each other.

Das große Pleuelauge 2 wird durch Bruchtrennen aufgetrennt und ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel 4-fach verschraubt, wobei die Schrauben in der Darstellung gemäß 1 nicht sichtbar sind. Das kleine Pleuelauge 4 dient zur Aufnahme eines Kolbenbolzens. Erfindungsgemäß sind in einer etwa zylindrischen Umfangsfläche 8 des kleinen Pleuelauges 4 eine Vielzahl von Mikrotaschen 10 ausgeführt. 2 zeigt eine stark vereinfachte Abwicklung dieser Umfangsfläche 8 des kleinen Pleuelauges 4 mit den Mikrotaschen 10, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen in etwa kreisförmigen Querschnitt (Ansicht nach 2) aufweisen. 3 zeigt eine derartige Mikrotasche 10 im vergrößerten Maßstab. Man erkennt, dass die Umfangsfläche der Mikrotasche 10 nicht streng geometrisch kreisförmig, sondern aufgrund der Ausbildung mittels Laserimpulsfolgen und Energieeinstellung mit gewissen Unregelmäßigkeiten ausgeführt ist, wobei auch eine leicht elliptische Gestalt zulässig ist. Der mittlere Durchmesser D der Mikrotasche 10 beträgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 50 bis 100 μm.The big connecting rod eye 2 is separated by fracture separation and is screwed 4-fold in the illustrated embodiment, the screws in the illustration according to 1 are not visible. The small connecting rod eye 4 serves to accommodate a piston pin. According to the invention are in an approximately cylindrical peripheral surface 8th the small connecting eye 4 a variety of micro pockets 10 executed. 2 shows a greatly simplified handling of this peripheral surface 8th the small connecting eye 4 with the micro pockets 10 in the illustrated embodiment, an approximately circular cross-section (view 2 ) exhibit. 3 shows such a micro-pocket 10 on an enlarged scale. It can be seen that the peripheral surface of the micro-pocket 10 not strictly geometrically circular, but is designed due to the formation by means of laser pulse trains and energy setting with certain irregularities, with a slightly elliptical shape is permissible. The mean diameter D of the micro-pocket 10 is about 50 to 100 microns in the illustrated embodiment.

4 zeigt die Geometrie der Mikrotasche 10 in einem Schnitt senkrecht zur Zeichenebene in den 2 und 3. Demgemäß erstreckt sich die Mikrotasche 10 etwa kegelförmig in das Innere der Pleuelaugenwandung hinein, wobei die Tiefe T der Mikrotasche beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen 2 bis 12 μm liegt. Erfindungsgemäß kann die Tiefe T und der Durchmesser D der Mikrotasche 10 in Abhängigkeit von der Positionierung in der Umfangsfläche 8 variieren. So ist es beispielsweise vorstellbar, die in Axialrichtung gesehen außen und innen liegenden Bereiche (oben und unten in 2) der Umfangswandung 8 mit flacheren Mikrotaschen 10 (auch kleiner 3 μm) auszuführen, während die Mikrotaschen 10 im mittleren Bereich tiefer, etwa im Bereich von 2 bis 12 μm ausgebildet werden. 4 shows the geometry of the micro pocket 10 in a section perpendicular to the plane in the 2 and 3 , Accordingly, the micro-pocket extends 10 approximately conical in the interior of Pleuelaugenwandung inside, the depth T of the micro-pocket in the illustrated embodiment is between 2 to 12 microns. According to the invention, the depth T and the diameter D of the micro-pocket 10 depending on the positioning in the peripheral surface 8th vary. So it is conceivable, for example, seen in the axial direction outside and inside areas (top and bottom in 2 ) of the peripheral wall 8th with flatter micro pockets 10 (even less than 3 microns) run while the micro-pockets 10 deeper in the middle area, as in Be rich from 2 to 12 microns are formed.

Die in den 2 und 3 dargestellte vergleichsweise regelmäßige kreisförmige Querschnittsfläche der Mikrotaschen 10 lässt sich im Prinzip relativ einfach ausbilden, wenn eine pinolenartige Laseroptik verwendet wird, wie sie im eingangs genannten Stand der Technik gemäß der DE 10 2004 041 847 A1 verwendet wird. Eine derartige Laseroptik mit Strahlablenkeinrichtung und pinolenartiger Ausgestaltung ist jedoch vergleichsweise aufwendig und damit auch teuer ausgeführt, so dass – wie im Folgenden noch näher erläutert – zur Verringerung des vorrichtungstechnischen Aufwandes ein schräges Einkoppeln des Laserstrahls vorgesehen wird. Bei einer derartigen Variante kann die Laseroptik vergleichsweise einfach ausgeführt sein, da sie außerhalb des Pleuelauges angeordnet ist. Aufgrund der schrägen Einkopplung bildet der an sich kreisförmige Laserspot keine kreisförmige Mikrotasche sondern eine inThe in the 2 and 3 illustrated comparatively regular circular cross-sectional area of the micro-pockets 10 can be relatively simple in principle, if a pinolenartige laser optics is used, as in the aforementioned prior art according to the DE 10 2004 041 847 A1 is used. However, such a laser optics with a beam deflection device and pinolenartiger design is comparatively expensive and therefore expensive, so that - as will be explained in more detail below - to reduce the device complexity, an oblique coupling of the laser beam is provided. In such a variant, the laser optics can be made comparatively simple, since it is arranged outside the connecting rod eye. Due to the oblique coupling of the per se circular laser spot forms no circular micro pocket but an in

3 gestrichelt angedeutete elliptische Tasche 12 aus, deren Breite b etwa dem Durchmesser des Laserspots (beispielsweise 30 μm) entspricht und deren längere Achse c vom Einkopplungswinkel abhängt. Eine etwa kreisförmige Mikrotasche 10 erhält man dann, wenn mehrere der Taschen 12 überlappend nebeneinander gesetzt werden, um in etwa die Mikrostruktur 10 gemäß 3 auszubilden. Diese fünf, einander abschnittsweise überlappenden Taschen 12 sind in 3 angedeutet. Auf die gleiche Weise ist es dann auch möglich, sich in Umfangsrichtung (waagerecht in 2) erstreckende Langlöcher oder elliptische Taschen auszubilden, falls dies zur Anpassung des Schmierfilms erforderlich sein sollte. In diesem Fall würden dann noch mehr der Taschen 12 nebeneinander gesetzt werden. 3 dashed lines indicated elliptical pocket 12 whose width b corresponds approximately to the diameter of the laser spot (for example 30 μm) and whose longer axis c depends on the coupling-in angle. An approximately circular micro-pocket 10 You get that if several of the bags 12 overlapping side by side to be roughly the microstructure 10 according to 3 train. These five, overlapping sections of pockets 12 are in 3 indicated. In the same way it is then possible to move in the circumferential direction (horizontally in 2 ) extending elongated holes or elliptical pockets, if necessary to adapt the lubricating film. In this case, then more would be the bags 12 be placed side by side.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird jede Tasche 12 durch eine Impulsfolge ausgebildet, wobei die Pulsdauer weniger als 10 ps und die Pulsfrequenz in etwa 400 kHz beträgt. D. h. die fünf, dann eine Mikrotasche 10 ausbildende Taschen 12 werden durch eine Vielzahl von Impulsfolgen ausgebildet, die relativ zueinander in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Frequenz dieser Impulsfolgen (Burstfrequenz) beträgt in etwa im Bereich von 8 bis 12 kHz, beispielsweise etwa 11 kHz. Dabei bestimmt die Burstfrequenz und die Pulsfrequenz des Pikosekundenlasers die Prozessgeschwindigkeit, während die Tiefe T der Mikrotasche 10 im Wesentlichen durch die Pulsenergie bestimmt wird, die – wie oben erwähnt – weniger als 250 μJ beträgt, um das Entstehen von Aufwertungen zu vermeiden.In the illustrated embodiment, each bag 12 formed by a pulse train, wherein the pulse duration is less than 10 ps and the pulse frequency in about 400 kHz. Ie. the five, then a micro-pocket 10 training bags 12 are formed by a plurality of pulse trains which are offset relative to each other in the circumferential direction. The frequency of these pulse trains (burst frequency) is approximately in the range of 8 to 12 kHz, for example about 11 kHz. The burst frequency and the pulse frequency of the picosecond laser determines the process speed, while the depth T of the micro pocket 10 is essentially determined by the pulse energy which, as mentioned above, is less than 250 μJ in order to avoid the occurrence of revaluations.

Wie insbesondere aus 4 hervorgeht, ist die sonstige Rauhtiefe R der Umfangsfläche nach der Vorbearbeitung (Honen, Glätten oder Feinbohren, etc.) wesentlich geringer als die Tiefe T der Mikrotasche 10.As in particular from 4 As can be seen, the other roughness depth R of the circumferential surface after pre-machining (honing, smoothing or fine boring, etc.) is substantially less than the depth T of the micro-pocket 10 ,

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtfläche der Mikrotaschen 10 etwa 15% der Fläche der Umfangsfläche 8, so dass die Hertzsche Pressung aufgrund des vergleichsweise hohen, nicht mit Mikrotaschen 10 versehenen Flächenanteils gering bleibt.In the illustrated embodiment, the total area of the micro-pockets is 10 about 15% of the area of the peripheral surface 8th , so that the Hertzian pressure due to the comparatively high, not with micro pockets 10 provided area remains low.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mikrotaschen 10 in einem Muster angeordnet, in dem sie in Umfangsrichtung und in Achsrichtung jeweils hintereinander liegend angeordnet sind, so dass sich in der Darstellung gemäß 2 eine Vielzahl von in Vertikal- und in Horizontalrichtung hintereinander bzw. nebeneinander liegenden Mikrotaschen 10 ergibt, wobei in Horizontal- oder Vertikalrichtung benachbarte Taschen jeweils gleich beabstandet sind. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, können die Mikrotaschen 10 jedoch auch auf einer sich über den Umfang erstreckenden Spirale angeordnet sein, wobei die Steigung dieser Spirale in etwa den Abstand zweier Horizontalreihen gemäß 2 entspricht.At the in 2 illustrated embodiment are the micro-pockets 10 arranged in a pattern in which they are arranged one behind the other in the circumferential direction and in the axial direction, so that in the illustration according to FIG 2 a plurality of vertically and horizontally in succession or juxtaposed micro-pockets 10 results, wherein in the horizontal or vertical direction adjacent pockets are each equally spaced. As will be explained in more detail below, the micro-pockets 10 However, also be arranged on a circumferentially extending spiral, wherein the slope of this spiral in about the distance of two horizontal rows according to 2 equivalent.

3 zeigt den stark schematisierten Grundaufbau einer Bearbeitungseinheit zur Ausbildung der vorbeschriebenen Mikrotaschenstruktur. Die in 3 dargestellte Bearbeitungseinheit 14 zeigt dabei zwei Möglichkeiten zur Halterung des Pleuels 1. Bei der Alternative 1 ist die Bearbeitungseinheit 14 mit einem Ständer 16 ausgeführt, an dessen Vertikalführung 18 in Vertikalrichtung verstellbar eine Spindeleinheit 20 geführt ist. Diese Spindeleinheit 20 wird über einen Spindelmotor 22 und ein Getriebe, beispielsweise ein Riemengetriebe 24 angetrieben und trägt an ihrem freien Endabschnitt eine Spanneinheit 26, an der das Pleuel 1 festgelegt werden kann. Das Spannen des Pleuels 1 erfolgt derart, dass das kleine Pleuelauge 4 koaxial zur Spindelachse 28 ausgerichtet ist. Bei Ansteuerung der Spindeleinheit 20 rotiert somit das Pleuel 1 um die Achse des kleinen Pleuels 4 (gestrichelt angedeutet in 5). 3 shows the highly schematic basic structure of a processing unit for forming the above-described micro-pocket structure. In the 3 illustrated processing unit 14 shows two ways to hold the connecting rod 1 , In the alternative 1 is the processing unit 14 with a stand 16 executed on the vertical guide 18 vertically adjustable spindle unit 20 is guided. This spindle unit 20 is via a spindle motor 22 and a transmission, such as a belt transmission 24 driven and carries at its free end portion a clamping unit 26 at the connecting rod 1 can be determined. Clamping the connecting rod 1 takes place such that the small connecting rod eye 4 coaxial with the spindle axis 28 is aligned. When controlling the spindle unit 20 thus rotates the connecting rod 1 around the axis of the small connecting rod 4 (indicated by dashed lines in FIG 5 ).

Über eine in 5 lediglich angedeutete Laseroptik 46 wird ein Laserstrahl 82 mit einem vorbestimmten Einkopplungswinkel α eingekoppelt und auf die Umfangsfläche 8 fokussiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lasereinheit 30 als Pikosekundenlaser ausgeführt und arbeitet mit einer Pulsfrequenz von 200 bis 800 kHz. Die Brennweite liegt dabei üblicherweise im Bereich zwischen 100 und 200 mm, wobei die Fokussierung so gewählt ist, dass sich ein Laserspot mit einem Durchmesser von etwa 30 μm ergibt. Der Durchmesser des Laserspots kann durch entsprechende Fokussierung aufgrund des kegelförmigen Laserstrahlbündels variiert werden. Bei einer derartigen Einkopplung und der Ausbildung der Mikrotaschen 10 durch eine Vielzahl von Impulsfolgen kann beispielsweise bei fünf Impulsfolgen eine Mikrotasche mit einem Durchmesser von etwa 50 μm erzielt werden, wobei dann der Laser mit einer Pulsfrequenz von 400 kHz betrieben wird, die Spindel mit einer Drehzahl von etwa 750 Umdrehungen pro Minute dreht und eine Burstfrequenz von ca. 11 kHz eingestellt ist. Der Mittelabstand zwischen der ersten Tasche 12 und der fünften Tasche gemäß 3 beträgt dann etwa 20 μm beträgt. Selbstverständlich können durch Variation der oben genannten Parameter, bspw. der Anzahl der Impulsfolgen, der Burstfrequenz und der Drehzahl der Spindel 20 auch andere Mikrotaschengeometrien ausgebildet werden. Die Erstreckung der Mikrotasche 10 in Axialrichtung (vertikal in 3) hängt – wie erwähnt – im Wesentlichen vom Einkopplungswinkel α ab.About one in 5 only indicated laser optics 46 becomes a laser beam 82 coupled with a predetermined Einkopplungswinkel α and on the peripheral surface 8th focused. In the illustrated embodiment, the laser unit 30 designed as a picosecond laser and operates at a pulse frequency of 200 to 800 kHz. The focal length is usually in the range between 100 and 200 mm, wherein the focus is chosen so that there is a laser spot with a diameter of about 30 microns. The diameter of the laser spot can be varied by appropriate focusing due to the conical laser beam. In such a coupling and the formation of the micro-pockets 10 by a plurality of pulse sequences, for example, at five Impulsfol gene a micro-pocket with a diameter of about 50 microns can be achieved, in which case the laser is operated at a pulse frequency of 400 kHz, the spindle rotates at a speed of about 750 revolutions per minute and a burst frequency of about 11 kHz is set. The center distance between the first bag 12 and the fifth bag according to 3 is then about 20 microns. Of course, by varying the above parameters, for example, the number of pulse trains, the burst frequency and the speed of the spindle 20 also other Mikrotaschengeometrien be formed. The extension of the micro pocket 10 in the axial direction (vertically in 3 ) depends - as mentioned - essentially from the coupling angle α.

Durch den Vorschub in Vertikalrichtung (Y in 5) entlang der Vertikalführung 18 und die Rotation des kleinen Pleuelauges 4 um die Spindelachse 28 wird entsprechend eine schraubenlinienförmige Struktur der Mikrotaschen 10 ausgebildet, wobei der Abstand benachbarter Mikrotaschen 10 im Wesentlichen von der genannten Pulsfrequenz und der Spindeldrehzahl abhängt. In dem Fall, in dem die Laseroptiken 46, 48 jeweils mit einer Strahlablenkeinrichtung (Scanner) versehen sind, kann der Laserstrahl – in der eingangs beschriebenen Weise – innerhalb eines vorbestimmten Flächensegments des kleinen Pleuelauges 2 gehalten werden.By feeding in the vertical direction (Y in 5 ) along the vertical guide 18 and the rotation of the small connecting rod eye 4 around the spindle axis 28 is correspondingly a helical structure of the micro-pockets 10 formed, wherein the distance between adjacent micro pockets 10 essentially depends on the aforementioned pulse frequency and the spindle speed. In the case where the laser optics 46 . 48 each with a beam deflector (scanner) are provided, the laser beam - in the manner described above - within a predetermined area segment of the small connecting rod 2 being held.

Anstelle der vorbeschriebenen hängenden Anordnung des Pleuels 1 kann dieses – wie in 5 unten angedeutet – auch stehend gelagert werden. Bei dieser Variante ist die Spindeleinheit 20' auf dem Bett der Bearbeitungseinheit 14 gelagert und das Pleuel 1' auf eine entsprechende Spanneinheit aufgelegt. Die Laseroptik 46 wird in diesem Fall vorteilhafter Weise oberhalb des Pleuels 1' angeordnet, so dass der Laserstrahl von oben her in das kleine Pleuelauge 4 eingekoppelt wird.Instead of the above-described hanging arrangement of the connecting rod 1 can this - as in 5 indicated below - be stored upright. In this variant, the spindle unit 20 ' on the bed of the processing unit 14 stored and the connecting rod 1' placed on a corresponding clamping unit. The laser optics 46 is in this case advantageously above the connecting rod 1' arranged so that the laser beam from above into the small connecting rod eye 4 is coupled.

Die Be- und Entladung der Pleueln 1 erfolgt über einen Werkstückwechsler 32, der beispielsweise über einen Schwenkarm (siehe folgende Ausführungen zu 6) ein zu verarbeitendes Pleuel von einem Zuführband 34 entnimmt und durch Umschwenken der Spanneinheit 26 zuführt oder in umgekehrter Weise ein bereits bearbeitetes Pleuel 1 entnimmt und auf einem Entladeband ablegt. Dieser Werkstückwechsler 32 ist ebenfalls in Y-Richtung verstellbar ausgeführt, so dass das Pleuel von der Spanneinheit 26 abgezogen und der nächsten Station durch Verschwenken und entsprechenden Vertikalvorschub zugeführt werden kann.The loading and unloading of the connecting rods 1 via a workpiece changer 32 , for example, via a swivel arm (see the following comments on 6 ) to be processed connecting rod from a feed belt 34 removes and by pivoting the clamping unit 26 feeds or in the reverse manner an already processed connecting rod 1 removes and deposits on a unloading tape. This workpiece changer 32 is also adjustable in the Y-direction, so that the connecting rod of the clamping unit 26 deducted and the next station can be supplied by pivoting and corresponding vertical feed.

6 zeigt ein mögliches Layout einer Bearbeitungseinheit 14 mit zwei parallelen Bearbeitungsstationen 36, 38, in denen die Pleueln 1 hängend oder aufliegend bearbeitet werden können. Jede der Bearbeitungsstationen 36, 38 hat eine Spindeleinheit 20a, 20b mit dem dazugehörigen Antrieb (Spindelmotor 22, Getriebe 24) und der in 6 nicht dargestellten Spanneinheit 26, in der das jeweilige Pleuel 1a, 1b gespannt ist. Wie vorstehend erläutert, erfolgt dieses Spannen derart, dass das kleine Pleuelauge 4 koaxial zur Spindelachse verläuft, so dass das Pleuel 1 bei Ansteuerung der jeweiligen Spindeleinheit eine Rotation um die Achse des kleinen Pleuelauges 4 durchführt. Die Zu- und Abführung der Pleueln 1a, 1b erfolgt wechselweise jeweils über einen zugeordneten Werkstückwechsler 32a, 32b, wobei die Taktung so erfolgt, dass jeweils ein Pleuel auf einer Station 36 bearbeitet wird, während die andere Station 38 beladen und auf Drehzahl gebracht wird – auf diese Weise wird die Hauptzeit der Bearbeitungsstation nicht negativ beeinflusst. Die Spindeleinheiten 20a, 20b sind entlang der Vertikalführungung 18a, 18b in Y-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene in 6) verstellbar, um die Mikrotaschen 10 in Axialrichtung der kleinen Pleuelaugen 4 positionieren zu können. Auch bei dieser Lösungen können die Optiken 46, 48 mit Strahlablenkeinrichtungen der vorbeschriebenen Art versehen sein, um den Laserstrahl in einem vorbestimmten Flächensegment des kleinen Pleuelauges 4 zu halten. In dem Fall, in dem der Laser ohne Strahlablenkungseinrichtung ausgeführt wird, können die Fokussieroptiken 48, 48 auch mit einer verschiebbaren Linse zum Fokussieren des Laserspots mit Bezug zur Werkstückoberfläche (Flächensegment) ausgeführt sein. 6 shows a possible layout of a processing unit 14 with two parallel processing stations 36 . 38 in which the connecting rods 1 hanging or resting can be edited. Each of the processing stations 36 . 38 has a spindle unit 20a . 20b with the associated drive (spindle motor 22 , Transmission 24 ) and the in 6 not shown clamping unit 26 in which the respective connecting rod 1a . 1b is curious. As explained above, this clamping takes place in such a way that the small connecting rod eye 4 coaxial with the spindle axis, so that the connecting rod 1 upon activation of the respective spindle unit, a rotation about the axis of the small connecting rod eye 4 performs. The inflow and outflow of the connecting rods 1a . 1b takes place alternately via an associated workpiece changer 32a . 32b , where the timing is such that in each case a connecting rod on a station 36 is processed while the other station 38 loaded and brought to speed - in this way, the main time of the processing station is not adversely affected. The spindle units 20a . 20b are along the vertical guidance 18a . 18b in the Y direction (perpendicular to the plane in 6 ) adjustable to the micro pockets 10 in the axial direction of the small connecting rod eyes 4 to be able to position. Even with these solutions, the optics 46 . 48 be provided with beam deflection of the type described above, the laser beam in a predetermined area segment of the small connecting rod 4 to keep. In the case where the laser is carried out without beam deflection means, the focusing optics can 48 . 48 also be designed with a displaceable lens for focusing the laser spot with respect to the workpiece surface (surface segment).

Beiden Bearbeitungsstationen 36, 38 ist eine gemeinsame Lasereinheit 30 zugeordnet, deren Laserstrahl 40 über eine Strahlweiche 42, einen Umlenkspiegel 44 und eine Optik 46, 48 auf eines der in den Bearbeitungsstationen 36, 38 gespannten Pleueln 1a, 1b fokussiert werden kann. Die Strahlweiche 42 ist so einstellbar, dass sie den Laserstrahl 40 entweder zur Laseroptik 46 umlenkt oder zum Umlenkspiegel 44 durchlässt. Im letztgenannten Fall wird dann der Laserstrahl über den Umlenkspiegel 44 hin zur zweiten Laseroptik 48 umgelenkt. Bei dieser Variante ist die gesamte Lasereinheit 30 mit der Strahlweichen 42, dem Umlenkspiegel 44 und den Laseroptiken 46, 48 ortsfest angeordnet, während das jeweilige Pleuel 1 zur Ausbildung der spiralförmigen Struktur über die Spindeleinheit 20 und die Vertikalführung 18 entsprechend der auszubildenden Struktur bewegt wird. Dabei ist selbstverständlich – wie vorstehend ausgeführt – die Pulsfrequenz, die Burstfrequenz und die Pulsbreite sowie die maximale Pulsenergie an jeweilige Aufgabenstellung angepasst, um die gewünschte Geometrie der Mikrotasche ausbilden zu können. Über die Optik 46 und die entsprechend zugeordnete Strahlweiche 42, 44 wird der Laserstrahl 40 dann in das kleine Pleuelauge 4 eingekoppelt.Both processing stations 36 . 38 is a common laser unit 30 assigned to the laser beam 40 via a beam switch 42 , a deflecting mirror 44 and an optic 46 . 48 on one of the processing stations 36 . 38 cocked connecting rods 1a . 1b can be focused. The beam switch 42 is adjustable so that it's the laser beam 40 either to the laser optics 46 deflected or to the deflection mirror 44 pass through. In the latter case, then the laser beam on the deflection mirror 44 towards the second laser optics 48 diverted. In this variant, the entire laser unit 30 with the beam switch 42 , the deflection mirror 44 and the laser optics 46 . 48 fixedly arranged while the respective connecting rod 1 for forming the spiral structure via the spindle unit 20 and the vertical guide 18 is moved according to the trainee structure. It is understood - as stated above - the pulse rate, the burst frequency and the pulse width and the maximum pulse energy adapted to each task in order to form the desired geometry of the micro-pocket can. About the optics 46 and the corresponding associated beam switch 42 . 44 becomes the laser beam 40 then into the small connecting rod eye 4 coupled.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Einkoppelwinkel des Laserstrahls in das kleine Pleuelauge 4a, 4b mit etwa 45° gewählt.In the illustrated embodiment, the Einkoppelwinkel of the laser beam is in the small connecting rod 4a . 4b chosen at about 45 °.

6 zeigt schematisch eine Möglichkeit, das Pleuel 1 aufliegend oder hängend zu spannen. Bei dieser Variante ist die Spindeleinheit 20 mit einer Hohlwelle 50 ausgeführt, die über eine Wälzlageranordnung 52 gelagert ist. Die Hohlwelle 50 trägt die Spanneinheit 26, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel am großen Pleuelauge 2 (nicht sichtbar) oder an der Pleuelstange 6 angreift. Die Hohlwelle 50 wird von einem Absaugrohr 54 durchsetzt, das an eine Absaugung angeschlossen ist, so dass bei der Laserbearbeitung anfallende Schmelze oder sonstige Bearbeitungsrückstände abgesaugt werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist die Spindeleinheit 20 stehend aufgenommen, selbstverständlich kann auch eine entsprechende Konstruktion hängend eingebaut werden. 6 schematically shows a way, the connecting rod 1 to rest on a lying or hanging position. In this variant, the spindle unit 20 with a hollow shaft 50 running, via a rolling bearing assembly 52 is stored. The hollow shaft 50 carries the clamping unit 26 in the illustrated embodiment, the large connecting rod 2 (not visible) or on the connecting rod 6 attacks. The hollow shaft 50 is from a suction tube 54 permeated, which is connected to a suction, so that in the laser processing resulting melt or other processing residues can be sucked. In the embodiment according to 6 is the spindle unit 20 standing taken up, of course, a corresponding construction can be installed hanging.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Werkstück, d. h. im vorliegenden Fall das Pleuel 1 relativ gegenüber der feststehenden Laseroptik 46 bewegt. 8 zeigt das Grundprinzip einer Variante, bei der das Pleuel hängend oder aufliegend gespannt wird und seine Position während der Bearbeitung nicht verändert. Die Relativbewegung erfolgt durch die Laseroptik 46, die ihrerseits über eine Lageranordnung 56 an einen Optikspindelkopf 58 gelagert ist. Dieser hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 60, über das, beispielsweise mittels der Strahlweichen 42 oder dem Umlenkspiegel 44 der Laserstrahl 40 koaxial zur Drehachse 62 durch eine mittige Strahlführung hindurch eingekoppelt wird. Dieser in Vertikalrichtung ins Gehäuse 60 eintretende Laserstrahl 40 trifft dann auf einen in der Drehachse 62 liegenden Umlenkspiegel 65 und wird von diesem um 90° in Horizontalrichtung umgelenkt und trifft dann auf einen fokussierenden und reflektiven Off-Axis-Spiegel 66, von dem er auf einen weiteren Umlenkspiegel 68 reflektiert wird und über die Austrittsöffnung 70 fokussiert austritt. Die Austrittsöffnung 70, der weitere Umlenkspiegel 68 und der Off-Axis-Spiegel 66 sind in einer Strahlführungskomponente 72 aufgenommen, deren Geometrie entsprechend des Strahlverlaufes ausgebildet ist und die über eine Führung 74 am Gehäuse 60 quer zur Drehachse 62 verstellbar ist. Die Sollposition dieser präzisionsgeführten Strahlführungskomponente 72 kann über eine Stellschraube feinjustiert und fixiert werden, so dass die Strahlführungskomponente 72 mit hoher Genauigkeit auf den zu bearbeitenden Werkstückdurchmesser einstellbar ist. Prinzipiell kann der Off-Axis-Spiegel 66 auch durch einen Umlenkspiegel und eine nachfolgende Linse ersetzt werden. Der Optikspindelkopf 58 ist so geführt, dass der neben der Rotation der Optik 46 auch deren Vertikalbewegung in Richtung Y ermöglicht. Zur Vermeidung von Unwuchten ist im Gehäuse 60 ein Ausgleichsgewicht 80 vorgesehen, dass das Gewicht der Strahlführungskomponente 72 ausgleicht.In the embodiments described above, the workpiece, ie in the present case, the connecting rod 1 Relative to the fixed laser optics 46 emotional. 8th shows the basic principle of a variant in which the connecting rod is tensioned hanging or resting and does not change its position during processing. The relative movement is effected by the laser optics 46 , in turn, via a bearing assembly 56 to an optical spindle head 58 is stored. This has a housing in the illustrated embodiment 60 , about that, for example by means of the beam switches 42 or the deflection mirror 44 the laser beam 40 coaxial with the axis of rotation 62 is coupled through a central beam guide. This in the vertical direction into the housing 60 entering laser beam 40 then hits one in the axis of rotation 62 lying deflection mirror 65 and is deflected by the latter by 90 ° in the horizontal direction and then encounters a focusing and reflective off-axis mirror 66 from which he points to another deflecting mirror 68 is reflected and over the outlet opening 70 focused exit. The outlet opening 70 , the further deflecting mirror 68 and the off-axis mirror 66 are in a beam guiding component 72 recorded, whose geometry is designed according to the beam path and the via a guide 74 on the housing 60 transverse to the axis of rotation 62 is adjustable. The nominal position of this precision-guided beam-guiding component 72 can be finely adjusted and fixed via a set screw so that the beam guiding component 72 adjustable with high accuracy to the workpiece diameter to be machined. In principle, the off-axis mirror 66 be replaced by a deflecting mirror and a subsequent lens. The optical spindle head 58 is so led that in addition to the rotation of the optics 46 also allows their vertical movement in the Y direction. To avoid imbalances is in the case 60 a balance weight 80 provided that the weight of the beam-guiding component 72 balances.

Anstelle der anhand 8 beschriebenen Rotationsoptik kann – wie eingangs ausgeführt – eine pilonenartig in das kleine Pleuelauge 4 eintauchende Optik verwendet werden, wie sie beispielsweise in der EP 1 464 436 beschrieben ist. Bei Verwendung einer derartigen Optik kann unter Umständen auf die in 3 angedeutete mehrfache Impulsfolge verzichtet werden, da aufgrund der Einkopplung in einem Winkel α von 90° im Wesentlichen kreisförmige Mikrotaschen erzeugt werden können. Mit einer pinolenartigen Laseroptik gemäß der eingangs genannten Druckschrift DE 10 2004 041 847 lassen sich noch komplexere Geometrien mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen. Dabei kann die Relativbewegung des Laserstrahls 40 innerhalb des vorgenannten Flächensegments durch die Rotation der pinolenartigen Laseroptik und die Bewegung des Laserstrahls 40 mittels der Strahlablenkeinrichtung (Scanner) gesteuert werden. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist, dass vergleichsweise kleine, gratfreie Mikrotaschen ausgebildet werden, wobei Pikosekundenlaser zum Einsatz gelangen, wie sie beispielsweise von der Firma Trumpf mit der Produktbezeichnung TruMikro 5000 vertrieben wird.Instead of using 8th described rotation optics - as stated at the beginning - a pilonenartig in the small connecting rod eye 4 dipping optics are used, as for example in the EP 1 464 436 is described. When using such an optic may in certain circumstances on the in 3 indicated multiple pulse sequence are omitted, since due to the coupling at an angle α of 90 ° substantially circular micro-pockets can be generated. With a pinolenartigen laser optics according to the cited document DE 10 2004 041 847 Even more complex geometries can be produced with comparatively little effort. In this case, the relative movement of the laser beam 40 within the aforementioned area segment by the rotation of the quill-like laser optics and the movement of the laser beam 40 be controlled by the beam deflector (scanner). An essential feature of the procedure according to the invention is that comparatively small, burr-free micro-pockets are formed, with picosecond lasers being used, as marketed, for example, by the company Trumpf with the product name TruMikro 5000.

Offenbart ist ein Werkstück mit einer Gleit- oder Führungsfläche, die zur Verbesserung der Schmierung mit einer Vielzahl von Mikrotaschen ausgeführt ist. Diese Mikrotaschen werden mittels einer Bearbeitungseinheit ausgebildet, bei der ein Pikosekundenlaser mit geringem Energieeintrag zum Einsatz kommt. Die Geometrie der Mikrotaschen kann durch mehrere Impulsfolgen geändert werden, wobei diese Impulsfolgen in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück versetzt auftreffen.Disclosed is a workpiece with a sliding or guiding surface, which improve lubrication with a variety of micro-pockets is executed. These micro-pockets are made by means of a processing unit formed in which a picosecond laser with low energy input is used. The geometry of the micro-pockets can be increased by several Pulse trains are changed, these pulse trains staggered with respect to the workpiece to be machined.

11
Pleuelpleuel
22
großes Pleuelaugegreat connecting rod
44
kleines Pleuelaugesmall connecting rod
66
Pleuelstangeconnecting rod
88th
Umfangsflächeperipheral surface
1010
Mikrotaschemicro pocket
1212
Taschebag
1414
Bearbeitungseinheitprocessing unit
1616
Maschinenständermachine stand
1818
Vertikalführungvertical guide
2020
SpindeleinheitSpindles
2222
Spindelmotorspindle motor
2424
Getriebetransmission
2626
Spanneinheitclamping unit
2828
Spindelachsespindle axis
3030
Lasereinheitlaser unit
3232
WerkstückwechslerWorkpiece changer
3434
Zu-, AbführbandTo-, Discharge Conveyor
3636
Bearbeitungsstationprocessing station
3838
Bearbeitungsstationprocessing station
4040
Laserstrahllaser beam
4242
Strahlweichebeam switch
4444
Umlenkspiegeldeflecting
4646
Laseroptiklaser optics
4848
Laseroptiklaser optics
5050
Hohlwellehollow shaft
5252
Wälzlageranordnungroller bearing assembly
5454
Absaugrohrsuction tube
5656
Lageranordnungbearing arrangement
5858
OptikspindelkopfOptics spindle head
6060
Gehäusecasing
6262
Drehachseaxis of rotation
6464
Strahlführungbeamline
6565
Umlenkspiegeldeflecting
6666
Off-Axis-SpiegelOff-axis mirror
6868
weiterer UmlenkspiegelAnother deflecting
7070
Austrittsöffnungoutlet opening
7272
StrahlführungskomponenteBeam guidance component
7474
Führungguide
7676
Stellschraubescrew
8080
Ausgleichsgewichtcounterweight

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (20)

Werkstück mit einer Gleit- oder Führungsfläche (8) entlang der zur Verbesserung der Schmierung durch Energiestrahlung eine Vielzahl von Schmiertaschen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertaschen als Mikrotaschen (10) ausgeführt sind, deren in Richtung einer Flächennormalen gesehener Querschnitt eine maximale Erstreckung von weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,1 mm.Workpiece with a sliding or guide surface ( 8th ) along which a plurality of lubricating pockets are formed for improving the lubrication by energy radiation, characterized in that the lubricating pockets are designed as micro-pockets ( 10 ) are executed, seen in the direction of a surface normal cross section has a maximum extent of less than 0.5 mm, preferably less than 0.1 mm. Werkstück nach Patentanspruch 1, wobei die Mikrotaschen (10) einen etwa elliptischen, länglichen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen.Workpiece according to claim 1, wherein the micro-pockets ( 10 ) have an approximately elliptical, elongated or circular cross-section. Werkstück nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Mikrotaschen (10) nach innen, in das Werkstück hinein etwa kegelförmig, mit einer Tiefe (T) von weniger als 20 μm, vorzugsweise weniger als 10 μm, ausgeführrt sind, die jedoch ein Vielfaches der Rauhtiefe (R) der benachbarten Flächenbereiche beträgt.Workpiece according to claim 1 or 2, wherein the micro-pockets ( 10 ) to the inside, in the workpiece in about conical, with a depth (T) of less than 20 microns, preferably less than 10 microns, executed, but which is a multiple of the roughness (R) of the adjacent surface areas. Werkstück nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Mikrotaschen (10) reihenförmig neben- und übereinander angeordnet sind oder auf einer Spirale liegen.Workpiece according to one of the preceding claims, wherein the micro-pockets ( 10 ) are arranged in a row next to and above one another or lie on a spiral. Werkstück nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei weniger als 20%, vorzugsweise etwa 12% der Gesamtführungsfläche (8) durch die Mikrotaschen (10) ausgebildet ist.Workpiece according to one of the preceding claims, wherein less than 20%, preferably about 12% of the total guide surface ( 8th ) through the micro-pockets ( 10 ) is trained. Werkstück nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Führungsfläche eine Innenzylinderfläche, eine Außenzylinderfläche oder eine Ringfläche ist.Workpiece according to one of the preceding claims, wherein the guide surface is an inner cylinder surface, an outer cylinder surface or an annular surface is. Werkstück nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dieses ein Pleuel (1) oder eine Kurbelwelle ist.Workpiece according to one of the preceding claims, this being a connecting rod ( 1 ) or a crankshaft. Werkstück nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Umfangsfläche (8) eine Innenzylinder- oder Ringfläche ist und die Mikrotaschen (10) in Umfangsrichtung der Umfangsfläche (8) länglich ausgeführt sind.Workpiece according to one of the preceding claims, wherein the peripheral surface ( 8th ) is an inner cylinder or annular surface and the micro-pockets ( 10 ) in the circumferential direction of the peripheral surface ( 8th ) are elongated. Werkstück nach Patentanspruch 8, wobei die Mikrotaschen (10) durch einander überlappende kleinere Taschen (12) ausgebildet sind.Workpiece according to claim 8, wherein the micro-pockets ( 10 ) by overlapping smaller pockets ( 12 ) are formed. Verfahren zur Herstellung von Mikrotaschen (10) eines Werkstückes mit den Schritten: Einstellen einer Relativbewegung zwischen dem Werkstück (1) und einer Laseroptik (46) und Ansteuern des Lasers mit einer Pulsbreite im Pikosekundenbereich und einer Energie von weniger als 300 μJ.Process for the production of micro-pockets ( 10 ) of a workpiece with the steps: setting a relative movement between the workpiece ( 1 ) and a laser optics ( 46 ) and driving the laser with a pulse width in the picosecond range and an energy of less than 300 μJ. Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei die Impulsfrequenz des Lasers größer 100 kHz, vorzugsweise 400 kHz ist.The method of claim 10, wherein the pulse frequency of the laser greater than 100 kHz, preferably 400 kHz is. Verfahren nach Patentanspruch 10 oder 11, wobei der Laserstrahl (40) schräg eingekoppelt wird und die Mikrotasche (10) durch eine Vielzahl von Impulsfolgen ausgebildet wird, während der die Relativbewegung zwischen Werkstück (1) und Laseroptik (46) aufrechterhalten wird.Method according to claim 10 or 11, wherein the laser beam ( 40 ) is coupled at an angle and the micro-pocket ( 10 ) is formed by a plurality of pulse sequences, during which the relative movement between the workpiece ( 1 ) and laser optics ( 46 ) is maintained. Verfahren nach Patentanspruch 12, wobei zur Ausbildung der Mikrotasche (10) mehr als 3 und weniger als 10, vorzugsweise 5 Impulsfolgen verwendet werden.Method according to claim 12, wherein for the formation of the micro-pocket ( 10 ) more than 3 and less than 10, preferably 5 pulse sequences are used. Verfahren nach Patentanspruch 13, wobei die Impulsfolgenfrequenz kleiner 20 kHz ist.Method according to claim 13, wherein the pulse repetition frequency less than 20 kHz. Bearbeitungseinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 10 bis 14, mit einem Pikosekundenlaser (30), dessen Laseroptik (46) mit Bezug zu der Gleit- oder Führungsfläche (8) eines Werkstücks (1) ausgerichtet ist und mit einer Einrichtung, über die die Laseroptik (46) und das Werkstück (1) relativ zueinander bewegbar sind.Processing unit for carrying out the method according to one of the claims 10 to 14, having a picosecond laser ( 30 ), whose laser optics ( 46 ) with respect to the sliding or guiding surface ( 8th ) of a workpiece ( 1 ) and with a device via which the laser optics ( 46 ) and the workpiece ( 1 ) are movable relative to each other. Bearbeitungseinheit nach Patentanspruch 15, wobei die Laseroptik (46) um eine Drehachse (62) drehbar gelagert ist.Machining unit according to claim 15, wherein the laser optics ( 46 ) about a rotation axis ( 62 ) is rotatably mounted. Bearbeitungseinheit nach Patentanspruch 15 oder 16, wobei die Laseroptik (46) mit einer Strahlablenkungseinheit (Scanner) ausgeführt ist.Machining unit according to claim 15 or 16, wherein the laser optics ( 46 ) is performed with a beam deflection unit (scanner). Bearbeitungseinheit nach einem der Patentansprüche 15 bis 17, wobei das Werkstück (1) relativ zur Optik bewegbar ist.Processing unit according to one of the claims 15 to 17, wherein the workpiece ( 1 ) is movable relative to the optics. Bearbeitungseinheit nach Patentanspruch 18, wobei das Werkstück (1) um eine Spindelachse (28) drehbar und in Richtung der Drehachse (Y) verstellbar geführt ist.Machining unit according to claim 18, wherein the workpiece ( 1 ) about a spindle axis ( 28 ) is rotatably guided and adjustable in the direction of the axis of rotation (Y). Bearbeitungseinheit nach einem der Patentansprüche 15 bis 19, wobei der Laserstrahl durch den Scanner mit Bezug zum rotierenden Werkstück (1) voreilend, nacheilend oder stillstehend positionierbar ist.Processing unit according to one of the claims 15 to 19, wherein the laser beam through the scanner with respect to the rotating workpiece ( 1 ) leading, lagging or resting positionable.
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