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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Härtungsverfahren
und eine Härtungsvorrichtung mit
Verwendung von Laserstrahlen, wobei ein Laserstrahl eine Oberfläche eines
Roh- (oder Grund-)Materials bestrahlt.
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Wenn der Laserstrahl die Oberfläche des Grundmaterials
bestrahlt, steigt die Temperatur der örtlichen Oberfläche des
Materials infolge der vom Laserstrahl dargestellten Wärmequelle
hoher Energiedichte in kurzer Zeit auf einen zur Wärmebehandlung
geeigneten Wert an. Wenn die Erwärmung
beendet wird, wird die Wärme
ins Innere des Materials übertragen,
und dann wird das Material rasch abgeschreckt, wodurch eine Härtungsbehandlung
oder -bearbeitung erfolgt. Eine den Laserstrahl verwendende Härtungstechnik
kann dahingehend Vorteile erzielen, dass es möglich ist, einen örtlichen
Härtungsprozess
ausschließlich
auf einen erforderlichen Bereich des Materials auszuüben, und
außerdem wird
kein Öl,
Wasser oder dergleichen zum Kühlen benötigt, und
durch die Wärmebehandlung
wird nur eine kleine Belastung verursacht.
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Im Stand der Technik bestimmter technischer
Gebiete wird ein Laserstrahl verwendet, um ein Rohmaterial (nachstehend
einfach als "Material" bezeichnet) zu bestrahlen,
das mehrere Bahnen von zu härtenden
Bereichen aufweist, die sich gegenseitig thermisch beeinflussen.
Als Beispiel für
ein solches Material wird eine Fahrschiene einer linearen Bewegungsführung bereitgestellt,
und zwei Bahnen von Kugellaufflächen,
die sich in Längsrichtung
der Fahrschiene erstrecken, werden mit den Laserstrahlen bestrahlt.
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Die beiden Bahnen von Kugellaufflächen sind,
wie in 9 gezeigt, nahe
aneinander Rücken an
Rücken
zu beiden Seiten eines vorspringenden Abschnitts 1 ausgebildet.
Bei einer solchen Anordnung wird zuerst eine der Kugellaufflächen, 1a,
bestrahlt, um den ersten Härtungsvorgang
durchzuführen
und dadurch eine im ersten Durchgang gehärtete Schicht 2a zu
erzielen, und dann wird die andere Kugellauffläche, 1b, bestrahlt,
um den zweiten Härtungsvorgang
durchzuführen
und dadurch eine im zweiten Durchgang gehärtete Schicht 2b zu
erzielen.
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Dieses Härtungsverfahren erfordert eine zweimalige
Laserbestrahlung und somit viel Zeit- und Arbeitsaufwand. Zusätzlich zu
diesem Mangel kann es dazu kommen, dass die gehärtete Schicht 2a der einen
Kugellauffläche 1a,
die schon einmal (beim ersten Durchgang) gehärtet wurde, durch die zweite Laserbestrahlung
erneut erwärmt
und erweicht wird (in einem Situation, wie sie in 9 durch die Bezugsziffer 3 veranschaulicht
ist), oder dass durch die im ersten Durchgang verursachte Belastung
ein Arbeitsabstand für
den zweiten Durchgang verschoben wird, was zu einer Verringerung
der Härtungsqualität führt und
somit ebenfalls Mängel
zur Folge hat.
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Kurzfassung der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht daher darin, Mängel
und Nachteile, die beim vorgenannten Stand der Technik angetroffen
werden, im wesentlichen zu beseitigen und ein mit Laserstrahl arbeitendes
Härtungsverfahren
und eine mit Laserstrahl arbeitende Härtungsvorrichtung anzugeben, die
in der Lage sind, mit einem Laserstrahl ein Material zu bestrahlen,
das in einer Mehrzahl von Bahnen zu härtende Bereiche aufweist, die
sich gegenseitig beeinflussen.
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Vorstehendes Ziel kann erfindungsgemäß erreicht
werden, indem allgemein ausgedrückt
in einer zur optischen Achse des Laserstrahls senkrechten Schnittebene
die Abmessung eines Laserbestrahlungsflecks in Längsrichtung des zu härtenden Bereichs
größer gewählt wird
als die Abmessung des Flecks senkrecht zu der Längsrichtung, solange mehrere
Laserstrahlen mehrere Bahnen von zu härtenden, sich thermisch beeinflussenden
Bereichen bestrahlen.
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Genauer ausgeführt, kann das vorstehend genannte
Ziel erreicht werden, indem gemäß einem Gesichtspunkt
ein Härtungsverfahren
bereitgestellt wird, das einen Laserstrahl zum Härten eines Materials verwendet,
welches mehrere Bahnen von zu härtenden
Bereichen aufweist, die sich thermisch beeinflussen, wobei das Härtungsverfahren
folgende Schritte aufweist:
Laserstrahlen werden in der Weise
ausgesandt, dass sie mehrere Bahnen von zu härtenden Bereichen des Materials
gleichzeitig bestrahlen; und
die Laserstrahlen, die die Bahnen
von zu härtenden Bereichen
bestrahlen, werden relativ zu den zu härtenden Bereichen in Längsrichtung
der zu härtenden Bereiche
bewegt,
wobei in einer zur optischen Achse des Laserstrahls senkrechten
Schnittebene die Abmessung eines Laserbestrahlungsflecks in Längsrichtung
des zu härtenden
Bereichs größer ist
als die Abmessung des Flecks senkrecht zu der Längsrichtung.
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Dank diesem Härtungsverfahren kommt es nicht
zu einem Problem oder Mangel, der auftreten kann, wenn mehrere Bahnen
von zu härtenden
Bereichen mit zeitlichem Unterschied gehärtet oder abgeschreckt werden,
etwa einem Mangel in der Hinsicht, dass eine gehärtete Schicht eines gehärteten Bereichs
durch Aufbringen von Wärme
(thermischer Energie) auf einen anderen zu härtenden Bereich erweicht wird.
Da die zu härtenden
mehreren Bereiche sind bei der Wärmeeinwirkung
gegenseitig beeinflussen, kann außerdem die zum Erwärmen der
zu härtenden
Bereiche erforderliche Gesamtenergie im Vergleich zu dem Fall, in
dem die Härtungsvorgänge zu unterschiedlichen
Zeiten auf die mehreren Bereiche ausgeübt werden, verringert werden.
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Zwar werden die Laserstrahlen, die
die zu härtenden
mehreren Bereiche bestrahlen, in der Weise eingestellt, dass sie
soweit wie möglich übereinstimmen,
um in Bewegungsrichtung des Laserstrahls keine Lageverschiebung
zu verursachen, jedoch kann es vorkommen, dass aus irgendeinem Grund eine
Lageverschiebung auftritt. In einer Situation, in der die auf die
zu härtenden
Bereiche einzuwendende Gesamtenergie gleich ist, kann die Energie
eines zwischen den beiden parallelen Laserstrahlen versetzten Bereichs
("e" in 3) verringert werden, indem die Abmessung
des Laserbestrahlungsflecks in Längsrichtung
des zu härtenden
Bereichs größer gewählt wird
als die Abmessung des Flecks senkrecht zu der Längsrichtung. Dementsprechend
kann das Problem oder der Mangel ausgeschaltet werden, der in dem
Fall auftritt, dass der Härtungsvorgang
auf die mehreren Bereiche mit einem zeitlichen Unterschied ausgeübt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist erwünscht,
dass der Laserstrahl von einer Laserdiode ausgesandt wird.
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Die Laserdiode sendet im allgemeinen
einen Laserstrahl aus, der eine längliche rechteckige Form hat,
und dementsprechend ist es leicht, die Abmessung des Laserbestrahlungsflecks
in Längsrichtung des
zu härtenden
Bereichs größer zu machen
als die Abmessung des Flecks senkrecht zur Längsrichtung.
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Ferner kann das zu härtende Material
vorzugsweise ein Schienenelement einer Bewegungsführungsanordnung
sein, bei der ein bewegliches Element relativ zum Schienenelement
beweglich ist und die zu härtenden
Bereiche Wälzkörper-Laufflächen sind,
auf denen Wälzkörper rollen,
die zwischen dem Schienenelement und dem beweglichen Element angeordnet
sind. Das Schienenelement hat im Querschnitt eine spiegelsymmetrische
Gestalt, die mehreren Bahnen von zu härtenden Bereichen sind im Querschnitt
des Schienenelements spiegelsymmetrisch ausgebildet, und die symmetrischen
mehreren Bahnen von Bereichen werden zur gleichen Zeit mit Laserstrahlen
bestrahlt.
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Dank einer solchen bevorzugten Ausführungsform
wird das Schienenelement durch den Härtungsvorgang sogar weniger
gebogen.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
wird auch eine Härtungsvorrichtung
angegeben, die einen Laserstrahl zum Härten eines Materials verwendet, das
mehrere Bahnen von zu härtenden
Bereichen aufweist, die sich thermisch beeinflussen, wobei die Vorrichtung
folgende Merkmale umfasst:
einen Arbeitstisch, auf den das
Material gelegt wird;
eine Laserbestrahlungseinrichtung zum
gleichzeitigen Aussenden von Laserstrahlen zu den mehreren Bahnen
von zu härtenden
Bereichen; und
eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der bestrahlenden
Laserstrahlen relativ zu den zu härtenden Bereichen in deren
Längsrichtung,
wobei
in einer zur optischen Achse des Laserstrahls senkrechten Schnittebene
die Abmessung eines Laserbestrahlungsflecks in Längsrichtung des zu härtenden
Bereichs größer ist
als die Abmessung des Flecks senkrecht zu der Längsrichtung.
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Bei diesem Gesichtspunkt ist es wünschenswert,
dass die Laserbestrahlungseinrichtung eine Laserdiode ist.
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Das Wesen und die weiteren charakteristischen
Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus nachstehender Beschreibung
deutlicher hervor, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erfolgt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren
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In den beiliegenden Zeichnungen zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer linearen Führung, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar ist;
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2 ist
eine schematische Ansicht einer einen Laserstrahl verwendenden Härtungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung eines
Schienenelements in der Härtungsvorrichtung;
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3 eine
Darstellung von Laserflecken zur Bestrahlung von zwei Bahnen von
Kugellaufnuten, die am Schienenelement ausgebildet sind;
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4 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer gehärteten
Schicht der Kugellaufnut;
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5 eine
Darstellung von Vergleichsbeispielen für Laserbestrahlungsflecken;
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6 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Vergleichsbeispiels der gehärteten Schicht der Kugellaufnut; 7 eine schematische Schnittansicht einer
Situation, in der eine kugelgelagerte Profilwelle gehärtet wird;
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8 eine
schematische Schnittansicht einer Situation, in der eine kugelgelagerte
Gewindespindel gehärtet
wird; und
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9 eine
Schnittansicht einer Fahrschiene, auf die ein herkömmliches
Härtungsverfahren
angewandt wird.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Das Härtungsverfahren
und die Härtungsvorrichtung
mit Verwendung eines Laserstrahls nach der vorliegenden Erfindung werden
für einen
Härtungsprozess
eingesetzt, bei dem der Laserstrahl ein Roh- oder Grundmaterial
(nachstehend einfach als "Material" bezeichnet) bestrahlt,
das eine Mehrzahl von Bahnen von zu härtenden Bereichen besitzt,
die sich gegenseitig beeinflussen. Als Beispiele für solche
Materialien lassen sich ein Schienenelement einer Bewegungsführungsvorrichtung,
etwa einer linearen Führungsanordnung,
eine kugelgelagerte Profilwelle oder eine kugelgelagerte Spindel
anführen.
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1 stellt
eine lineare Führungsanordnung dar,
die ein langgestrecktes Schienenelement 6 und ein bewegliches
Element 7 aufweist, das bezüglich des Schienenelements 6 linear
verschieblich ist. Das Schienenelement 6 ist mit einer
Mehrzahl von Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b versehen,
die als eine Mehrzahl von Laufflächen
für Wälzkörper dienen
und jeweils in Längsrichtung
des Schienenelements 6 verlaufen. Andererseits ist das
bewegliche Element 7 mit einer Mehrzahl von Kugelumlaufkanälen versehen, die
mit Kugeln gefüllte
Laufnuten umfassen, welche den Kugellaufnuten des Schienenelements 6 entsprechen
(gegenüberliegen).
In den Kugelumlaufkanälen
sind eine Anzahl von Kugeln in der Weise angeordnet, dass sie ihre
Rollbewegung jeweils in einem Kugellaufkanal vollführen, der
durch die Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b des
Schienenelements 6 und die kugelgefüllten Laufnuten des beweglichen
Elements 7 gebildet ist.
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Das Schienenelement ist in der Weise
ausgebildet, dass es im Querschnitt spiegelsymmetrische Gestalt
hat, und dementsprechend sind die mehreren Bahnen von Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b spiegelsymmetrisch
an dem Schienenelement 6 ausgebildet, genauer ausgeführt sind
im Querschnitt gesehen an der linken Seite und an der rechten Seite des
Schienenelements 6 jeweils zwei Bahnen von Kugellaufnuten
ausgebildet. Insgesamt sind an den beiden Seiten des Schienenelements 6 vier
Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b ausgebildet.
Diese Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b stellen
zu härtende
(oder abzuschreckende oder thermisch zu härtende) Bereiche dar, wobei
die Härtung
mittels Laserstrahlen erfolgt.
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An jeder der beiden Seiten des Schienenelements 6 sind
zwei Bahnen von Kugellaufnuten 6a und 6b in der
Weise ausgebildet, dass sie zueinander Rücken an Rücken liegen und dabei zwischen
sich einen Vorsprung (vorstehenden Grat) 8 bilden. Der Vorsprung 8 ist
in der Weise ausgebildet, dass er eine relativ geringe Dicke hat.
Die Laserbestrahlung erfolgt auf dem Vorsprung 8, der eine
so kleine Wärmekapazität hat, dass
Wärme,
die durch die Laserbestrahlung auf einer Kugellaufnut 6a erzeugt
wird, eine Verringerung der Härte
(d.h. eine Erweichung) der anderen Kugellaufnut 6b verursacht,
auf der der Härtungsvorgang
bereits erfolgte.
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2 veranschaulicht
eine mit Laserstrahl arbeitende Härtungsvorrichtung nach einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst diese Härtungsvorrichtung einen Arbeitstisch 9,
auf den das Schienenelement 6 gelegt wird, ein Paar von
Laser(strahl)generatoren 11, 11 als Laserbestrahlungseinrichtung
zum Aussenden der Laserstrahlen an eine Mehrzahl von auf dem Schienenelement 6 ausgebildeten
Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b,
ein Paar von Spektroskopeinheiten 14, 14 (die
nachstehend einfach Spektroskope genannt werden können), und
einen Antriebsmechanismus 10, wie zum Beispiel eine (schematisch
dargestellte) Kugelspindel, zum relativen Bewegen der mehreren Laserstrahlen,
die die Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b bestrahlen,
in deren Längsrichtung.
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An der linken Seite und an der rechten
Seite des Schienenelements 6 ist jeweils einer der beiden Lasergeneratoren 11, 11 und
eines der beiden Spektroskope 14, 14 angeordnet.
Von jedem der Lasergeneratoren 11, 11 und der
Spektroskope 14, 14 werden gleichzeitig zwei Pfade
von Laserstrahlen erzeugt und ausgesandt, so dass sie die beiden
Bahnen von Kugellaufnuten 6a und 6b auf jeder
Seite des Schienenelements 6 bestrahlen, und somit werden
von den beiden Lasergeneratoren 11, 11 und Spektroskopen 14, 14 zu
beiden Seiten des Schienenelements 6 gleichzeitig vier
Pfade von Laserstrahlen erzeugt und ausgesandt.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird
als Lasergenerator 11 eine Laserdiode verwendet. Die Verwendung
der Laserdiode vergrößert das Absorptionsverhältnis des
Laserstrahls eines Materials und erhöht den Wirkungsgrad der Laserstrahlschwingung,
so dass der Härtungsvorgang
mit weniger Energie durchgeführt
werden kann. Darüber
hinaus kann die Aufstellfläche
für die
Vorrichtung verkleinert und die Wartung der Vorrichtung leicht durchgeführt werden,
was vorteilhaft ist. Außerdem
können
auch CO2-Laser, YAG-Laser oder dergleichen verwendet
werden.
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Jedes der Spektroskope 14 umfasst
einen spektroskopischen Spiegel 12 zum Teilen des vom Lasergenerator 11 erzeugten
Laserstrahls in zwei Strahlen und ein Paar von Reflexionsspiegeln 13, 13 zum
Reflektieren der geteilten Laserstrahlen, um die beiden Bahnen der
Kugellauf nuten 6a bzw. 6b zu bestrahlen.
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Der spektroskopische Spiegel 12 besitzt
zu beiden Seiten seiner Firstkante 12a je eine reflektierende
Oberfläche 12b,
und diese reflektierenden Oberflächen 12b, 12b bilden
einen im wesentlichen rechten Winkel (90 Grad), um den
vom Lasergenerator 11 horizontal erzeugten Laserstrahl
in zwei Strahlen in Vertikalrichtung zu teilen, wie ersichtlich.
Die Laserbestrahlungswinkel an diesen reflektierenden Oberflächen 12b, 12b und
den reflektierenden Oberflächen 13a, 13a können gemäß der Gestalt
zum Beispiel des zu härtenden
Schienenelements 6 geändert werden.
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Der Reflexionsspiegel 13 ist
in der Weise aufgebaut, dass der Neigungswinkel der Reflexionsoberfläche 13a einstellbar
ist, um die Laserstrahlen zu den Kugellauf nuten 6a und 6b des Schienenelements 6 zu
senden. Um die Härtungsbreite
der Kugellaufnuten 6a und 6b zu vergrößern, kann
der Reflexionsspiegel 13 schwingungsfähig gestaltet sein, um die
die Kugellaufnuten 6a und 6b bestrahlenden Laserstrahlen
durch Schwingung mit vorgegebener Frequenz und Amplitude in Breitenrichtung
der Kugellaufnuten 6a und 6b schwingen zu lassen.
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Die Lasergeneratoren 11, 11 und
die Spektroskope 14, 14 sind mittels Lagertischen
oder Stützträgern 18, 18 gelagert,
und der Antriebsmechanismus 10 besteht aus einem Antriebsmotor,
einem Kugelspindelmechanismus (2),
einem Linearmotor oder dergleichen, um im Betrieb den Lagertisch 18 relativ
zum Arbeitstisch 9 in Längsrichtung
der Kugellaufnuten 6a und 6b zu bewegen.
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3 zeigt
den Laserbestrahlungsfleck auf den beiden Bahnen der Kugellaufnuten 6a und 6b des
Schienenelements 6. Ferner ist die Konstellation der Laserbestrahlung
so eingestellt, dass sie in einem zur optischen Achse des Laserstrahls
senkrechten Schnitt eine rechteckige Lichtfleckform hat, und ferner
ist die Länge
L des Bestrahlungsflecks in Längsrichtung
der Kugellaufnut 6a (6b) so eingestellt, dass sie größer ist
als die Breite W senkrecht zur Längsrichtung.
Infolge dessen hat, wie in 3 gezeigt,
der jeweilige Laserstrahlfleck, der die beiden Bahnen der Kugellaufnuten 6a und 6b bestrahlt,
eine rechteckige Form, die in Längsrichtung
gestreckt ist. In dem Fall, wo die Laserdiode als Lasergenerator 11 verwendet
wird, kann eine solche rechteckige Bestrahlungskonstellation im
allgemeinen erzielt werden. Die beiden Kugellaufnuten 6a und 6b
weisen im wesentlichen die gleiche Bestrahlungsform und im wesentlichen
die gleiche Energiedichte auf.
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Die auf die Kugellaufnuten 6a bzw
6b gerichteten Laserstrahlen werden relativ zu den Nuten 6a und 6b in
deren Längsrichtung
bewegt. Dank dieser Vorgehensweise erfolgt der Härtungsprozess nur bezüglich der
Oberflächenschicht
entlang der Umrisse der Kugellaufnuten 6a und 6b,
wie in 4 gezeigt. Bei
diesem Härtungsprozess
wird die Tiefe der gehärteten
Schichten 16a und 16b gemäß der Ausgangsleistung des
Lasergenerators 11 und der Vorschubgeschwindigkeit des
Antriebsmechanismus bestimmt.
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Ferner haben die Kugellaufnuten 6a und 6b unebene
Oberflächen,
so dass der Abstand (d.h. Arbeitsabstand) vom Lasergenerator 11 zum
Werkstück
in verschiedenen Abschnitten unterschiedlich sein kann, und entsprechend
dem Unterschied des Arbeitsabstands ändert sich die Energiedichte
des Laserstrahls. Nach dem vorliegenden Gesichtspunkt dieses Ausführungsbeispiels
wird der Laserstrahl geteilt, um die beiden Bahnen der Kugellaufnuten 6a und 6b zu
bestrahlen. Dementsprechend kann die Schwankung des Arbeitsabstands
spürbar
verringert werden, und der Härtungsprozess
kann im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Laserstrahl bei der
Bestrahlung nicht geteilt wird, mit gleichmäßiger Qualität durchgeführt werden,
und die Kugellaufnuten 6a und 6b werden aus bezüglich der
Nuten 6a und 6b schrägen Richtungen gleichzeitig
bestrahlt.
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Wie in 3 gezeigt,
erfolgen die Laserbestrahlungen der beiden Bahnen der Kugellauf
nuten 6a und 6b möglichst im Gleichtakt miteinander,
was ihre jeweilige Lage in Bewegungsrichtung des Lasers anbelangt.
Jedoch kann es aus bestimmten unvermeidlichen Gründen zu einer Lageverschiebung
(einem Versatz), wie zum Beispiel dem in 3 gezeigten Versatz "e" kommen.
In einer solchen Situation wird, wie oben erwähnt, bei der beschriebenen
Ausführungsform
die Länge
L des Laserbestrahlungsflecks größer gewählt als
die Breite W, so dass die Fläche
des Verschiebungsbereichs (W × e)
relativ klein wird im Verhältnis
zur bestrahlten Gesamtfläche (W × L). Dementsprechend
wird in einem Fall, bei dem die auf die Kugellaufnuten aufgebrachten
Gesamtenergien bei jeder Bestrahlung gleich groß sind, die Energie des zwischen
den beiden parallelen Laserstrahlen bestehenden Verschiebungsbereichs "e" klein werden. Somit wird es weniger
zu der nachteiligen Situation kommen, dass die gehärtete Schicht
einer der Kugellaufnuten durch die anschließend auf die andere Kugellaufnut
ausgeübte
Wärme erweicht wird.
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In obigem Zusammenhang stellen die 5 und 6 den Fall eines Laserbestrahlungsflecks
dar, der sich von dem in den 3 und 4 gezeigten Fleck unterscheidet.
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Bei diesem Vergleichsbeispiel wird
der Laserbestrahlungsfleck in der Weise eingestellt, dass er eine
kreisförmige
Gestalt hat. Wenn es bei diesem Beispiel zwischen den parallelen
Laserstrahlen zum Lageversatz "e" kommt, wird das
Flächenverhältnis des
Verschiebungsabschnitts zur Gesamtfläche der Bestrahlung groß, und daher
wird die Energie des zwischen den beiden parallelen Laserstrahlen
bestehenden Verschiebungsabschnitts "e" im
Vergleich zum Fall der 3 groß. Somit
entsteht in der gehärteten
Schicht 16a einer (6a) der Kugellauf nuten leicht
ein erweichter Bereich 17 infolge der Wärme, die anschließend auf
die andere Kugellaufnut 6b aufgebracht wird.
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Der Bestrahlungsfleck des Laserstrahls
ist nicht auf die oben genannte rechteckige Form beschränkt, sondern
kann auf eine elliptische Form oder eine Form, bei der halbkreisförmige Abschnitte an
die beiden Enden eines im Mittelabschnitt rechteckigen Bereichs
gesetzt sind, eingestellt werden, solange die Abmessung L der Laserbestrahlung
in Längsrichtung
größer als
ihre Breite W ist. Ferner können
zwar auch der CO2- oder der YAG-Laser als solcher
Laserstrahl verwendet werden, doch zeitigen diese Laserstrahlen
für gewöhnlich kreisförmige Bestrahlungsflecken,
so dass es im Einzelfall erforderlich sein kann, eine Schlitzblende
oder einen Spezialspiegel zu verwenden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform
werden die zu beiden Seiten je zwei, insgesamt also vier, Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b des
Schienenelements 6 gleichzeitig mit vier Laserstrahlen
bestrahlt. Wenn die Nuten 6a und 6b nur einer
Seite bestrahlt werden, ist zu befürchten, dass das Schienenelement 6 sich durch
die Laserbestrahlung nachteilig verbiegt, und wenn das Schienenelement 6 verbogen
ist, ändert sich
auch der Arbeitsabstand, was zu einer Senkung der Härtungsqualität führt oder
nach der Bestrahlung eine Korrektur an dem gebogenen Abschnitt erforderlich
macht. Diese Mängel
konnten ausgeschaltet werden, indem die vier Kugellaufnuten 6a, 6a, 6b, 6b zu
beiden Seiten des Schienenelements 6 gleichzeitig mit Laserstrahlen
bestrahlt wurden, um dadurch zu verhindern, dass das Schienenelement 6 gebogen wird.
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7 stellt
ein Beispiel für
einen Fall dar, dass eine kugelgelagerte Profilwelle 21 als
Schienenelement einer Bewegungsführungsanordnung gehärtet wird.
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Wie in 7 gezeigt,
ist die Profilwelle 21 mit drei vorspringenden Rippen 22, 22, 22 ausgebildet, die
in Axialrichtung verlaufen und entlang des Außenumfangs der Profilwelle 21 in
gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Zu beiden Seiten jeder Rippe 22 ist
je eine Kugellaufnut 22a bzw. 22b ausgebildet,
die zueinander Rücken
an Rücken
liegen. Die Profilwelle 21 ist im Querschnitt spiegelsymmetrisch,
und in dieser spiegelsymmetrischen Anordnung sind insgesamt sechs
Bahnen von Kugellaufnuten 22a... und 22b... ausgebildet.
In Übereinstimmung
mit der Anordnung dieser drei Paare von Kugellaufnuten 22a und 22b sind
auch drei Lasergeneratoren und Spektroskope in der Weise vorhanden, dass
jeweils ein Lasergenerator und ein Spektroskop ein Paar von Kugellaufnuten 22a und 22b gleichzeitig bestrahlen.
Insgesamt werden sechs Bahnen von Kugellaufnuten 22a...
und 22b... durch drei Lasergeneratoren und Spektroskope
gleichzeitig bestrahlt. Ferner ist der Aufbau der Lasergeneratoren
und Spektroskope bei der vorliegenden Ausführungsform der gleiche wie
in 2, daher werden Einzelheiten des
Aufbaus hier nicht mehr beschrieben.
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Bei diesem Beispiel werden die die
Kugellaufnuten 22a und 22b bestrahlenden Laserstrahlen in
ihrer Längsrichtung
relativ bewegt, und der Bestrahlungsfleck des Laserstrahls in der
Schnittebene senkrecht zur optischen Achse des Laserstrahls wird in
der Weise eingestellt, dass er in Längsrichtung der Kugellaufnut
länger
ist als die Abmessung des Bestrahlungsflecks senkrecht zu seiner
Längsrichtung.
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8 veranschaulicht
ein Beispiel für
den Fall, dass eine kugelgelagerte Gewindespindel 25 als Schienenelement
einer Bewegungsführungsanordnung
gehärtet
wird. Die Gewindespindel 25 ist mit einer Kugellaufnut 26 ausgebildet.
Die Kugellaufnuten 26a und 26b, die jeweils 1/4
(ein Viertel) eines Kreisbogenabschnitts bilden, liegen Rücken an
Rücken bezüglich einer
Gewinderippe 27. Bei diesem Beispiel werden Lasergeneratoren
und Spektroskope ähnlicher
Art wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen verwendet, um
mit dem Laserstrahl jeweils den Viertelkreisbogenabschnitt der Kugellaufnuten 26a und 26b gleichzeitig
zu bestrahlen.
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Bei diesem Beispiel wird der die
Kugellaufnuten 26a und 26b bestrahlende Laserstrahl
in deren Längsrichtung,
d.h. entlang der Wendel der Nuten, relativ bewegt. Genauer ausgeführt wird
der Laserstrahl entlang der Nutwendel relativ bewegt, indem die
Gewindespindel 25 in ihrer Axialrichtung bewegt und dabei
gedreht wird.
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Der Bestrahlungsfleck des Laserstrahls
in der Schnittebene senkrecht zur optischen Achse des Laserstrahls
wird wiederum in der Weise eingestellt, dass er in Längsrichtung
der Kugellaufnut länger
ist als die Abmessung des Bestrahlungsflecks senkrecht zu seiner
Längsrichtung.
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Falls im übrigen mehrere Bahnen der Gewindespindel
gehärtet
werden sollen, werden entsprechend der Anzahl von Gewinderippen
der Gewindespindel eine Mehrzahl von Lasergeneratoren und Spektroskope
angeordnet. Damit sich die Gewindespindel nicht verbiegt, ist es
wünschenswert,
dass die mehreren Lasergeneratoren und Spektroskope in Umfangsrichtung
der Gewindespindel in gleichem Abstand voneinander angeordnet werden.
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Ferner sei bemerkt, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist,
sondern zahlreiche weitere Änderungen
und Abwandlungen vorgenommen werden können; ohne den Umfang der beiliegenden
Ansprüche
zu verlassen.
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Zum Beispiel ist das Rohmaterial
nicht auf das Schienenelement der Bewegungsführungsanordnung beschränkt, solange
das Material eine Mehrzahl von in einer Reihe liegenden zu härtenden Bereichen
aufweist, die sich thermisch beeinflussen. Darüber hinaus ist die Laufoberfläche für den Wälzkörper der
Bewegungsführungsanordnung
nicht auf die Kugellaufnut beschränkt und kann durch irgendeine
Laufoberfläche
ersetzt werden, längs
der die Wälzkörper abrollen.
Außerdem
kann ein Aufbau gewählt
werden, bei dem das Schienenelement relativ zum Laserstrahl bewegt
wird, anstatt den Laserstrahl bezüglich des Schienenelements
zu bewegen.