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Device for the laser treatment of cylindrical inner surfaces, preferably of cylinder running surfaces for internal combustion engines Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Laserbehandlung von zylindrischen Innenflächen zum Einlegieren und/oder Glätten von Auftragsschichten, insbesondere von Laufflächen (2L) in Zylindern (2) von Verbrennungsmotoren, wobei ein Strahler zur Zylinderaufnahme (5) geführt gehalten ist und mindestens ein durch den Zylinderraum des Zylinders (2) verlaufender Laserstrahl (LS) Anwendung findet, der geeignet ist, die zu bestrahlende Lauffläche mit seiner Strahlspur zu überdecken, wobei eine Strahlereinheit (1) in den Zylinderraum des Zylinders (2) eintauchend gehalten ist, welche mehrere Spiegel (12) aufweist, von denen mehrere Laserstrahlen (LS1; LS2) zur Lauffläche (2L) umgelenkt oder reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger der Strahlereinheit (1) zwei Spiegel (12) aufweist, welche im Zylinderraum des Zylinders (2) mit einem bestimmten Radius (rU) radial außerhalb der Zylinderachse (A2) angeordnet sind.contraption for laser treatment of cylindrical inner surfaces for alloying and / or Smooth of coating layers, in particular of running surfaces (2L) in cylinders (2) of internal combustion engines, with a radiator for cylinder intake (5) is held and at least one through the cylinder space of the cylinder (2) running laser beam (LS) application is appropriate is the tread to be irradiated to cover with his beam trace, wherein a radiator unit (1) in the cylinder space of the cylinder (2) is kept immersed, which has a plurality of mirrors (12), of which several laser beams (LS1, LS2) to the tread (2L) be deflected or reflected, characterized in that A carrier the radiator unit (1) has two mirrors (12), which in the cylinder chamber of the cylinder (2) with a certain radius (rU) radially outside the cylinder axis (A2) are arranged.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Laserbehandlung von zylindrischen Innenflächen, vorzugsweise von Zylinderlaufflächen für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The The invention relates to a device for laser treatment of cylindrical Interior surfaces, preferably of cylinder surfaces for internal combustion engines according to the generic term of the main claim.

Allgemein vorbekannt ist durch die Schriften DE 39 32 328 A1 , DE 42 41 527 A1 , EP 0 876 870 A1 und US 4,017,708 mittels Laser- oder Elektronenstrahl metallische Oberflächen zu erwärmen oder zu schmelzen, um damit ein Härten oder auch Glätten der Oberflächen zu erzielen.General is already known by the writings DE 39 32 328 A1 . DE 42 41 527 A1 . EP 0 876 870 A1 and US 4,017,708 to heat or melt metallic surfaces by means of laser or electron beam in order to achieve hardening or even smoothing of the surfaces.

In der Schrift DE 39 32 328 A1 ist ein Glätten nach dem Honen von Zylinderflächen mittels eines gepulsten Eximer-Lasers beschrieben. Gemäß der EP 0876 870 A1 taucht dabei eine Strahlereinheit mit einem Spiegel in den Zylinderraum ein. Der Spiegel lenkt einen Laserstrahl zu der Zylinderinnenfläche um.In Scripture DE 39 32 328 A1 Smoothing after honing cylindrical surfaces is described by means of a pulsed excimer laser. According to the EP 0876 870 A1 immerses a radiator unit with a mirror in the cylinder chamber. The mirror deflects a laser beam to the cylinder inner surface.

Weiterhin ist aus der DE 27 43 992 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Behandlung metallischer Lagerflächen von Bauteilen bekannt, bei denen ein Laserstrahl mittels eines Spiegels zur Innenfläche der Bauteilbohrung reflektiert wird.Furthermore, from the DE 27 43 992 A1 a method and a device for treating metallic bearing surfaces of components known in which a laser beam is reflected by means of a mirror to the inner surface of the component bore.

Vorbekannt ist es durch die Schrift DE 40 40 436 A1 , einen Hochenergiestrahl, z. B. Laser- oder Elektronenstrahl, diagonal durch den Zylinderquerschnitt von der Strahlungsquelle direkt auf die Innenfläche eines Zylinders zum Einlegieren einer Auftragsschicht treffen zu lassen.It is already known by the Scriptures DE 40 40 436 A1 , a high energy beam, z. As laser or electron beam to make diagonal through the cylinder cross-section of the radiation source directly on the inner surface of a cylinder for alloying a coating layer.

Der Zylinder wird mit seiner zylindrischen Innenfläche gedreht und gleichzeitig mit Längs-vorschub axial bewegt, so dass der Hochenergiestrahl sich schraubenförmig mit seinem Auftreffpunkt über die Zylinderinnenfläche bewegt und damit immer vom Rand tiefer liegende Bereiche überstreicht. Nachteilig ist bei solcher Strahlführung, dass nur eine bestimmte Zylindertiefe mit einem günstigen Auftreffwinkel des Strahles überstrichen werden kann. Eine gleichzeitige Anwendung von mehreren Strahlen ist nur über einen schmalen Bereich möglich.Of the Cylinder is rotated with its cylindrical inner surface and at the same time with longitudinal feed moved axially so that the high energy beam is helical with his point of impact over the Cylinder inner surface moves and thus always sweeps from the edge deeper areas. adversely is with such beam guidance, that only a certain cylinder depth with a favorable The angle of incidence of the beam was swept over can be. A simultaneous application of multiple rays is only over a narrow range possible.

In der US 5,132,508 A ist eine Strahlereinheit zur Bearbeitung der Innenfläche eines Zylinders beschrieben, in welcher einerseits ein Strahlteiler in Form eines halbdurchlässigen Spiegels und andererseits ein Spiegel angeordnet sind. Der Spiegel lenkt hierbei den von dem Strahlteiler durchgelassenen Strahlanteil auf die Innenfläche des Zylinders um.In the US 5,132,508 A a radiator unit for processing the inner surface of a cylinder is described, in which on the one hand a beam splitter in the form of a semitransparent mirror and on the other hand a mirror are arranged. In this case, the mirror deflects the beam component transmitted through the beam splitter to the inner surface of the cylinder.

Schließlich ist aus der DE 197 11 232 C1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln der Innenflächen von Bohrungen mittels eines Laserstrahles bekannt, der über eine Umlenkoptik auf die zu behandelnde Fläche gelenkt wird. Hierbei wird das Bauteil während des Behandlungsvorganges bei stillstehender Umlenkoptik um eine achsparallel zur Längsachse der bearbeiteten Bohrung ausgerichtete Drehachse gedreht und bei einer Umdrehung des Bauteils auftretende Unwuchten werden durch Ausgleichsmassen ausgeglichen.Finally, out of the DE 197 11 232 C1 a method and an apparatus for treating the inner surfaces of bores by means of a laser beam, which is directed via a deflection optics on the surface to be treated. Here, the component is rotated during the treatment process with stationary deflection optics about an axis parallel to the longitudinal axis of the machined bore aligned axis of rotation and occurring in a revolution of the component imbalances are compensated by balancing weights.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so zu gestalten, dass mehrere Strahlen auf die Laufbahn im Zylinderinneren in einem günstigen Auftreffwinkel gerichtet sein können. Die Intensität von Strahlen soll unterschiedlich dosierbar sein.Of the Invention is based on the object, a generic device To design so that multiple rays on the raceway inside the cylinder in a cheap Impact angle can be addressed. The intensity of rays should be dosed differently.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.According to the invention this Task achieved by the features of claim 1.

Danach verfügt die Strahleinheit über einen Träger, der zwei Spiegel aufweist, die ihrerseits im Zylinderraum des Zylinders mit einem bestimmten Radius radial außerhalb der Zylinderachse angeordnet sind. Bevorzugt sind die beiden Spiegel zueinander winkelversetzt vorgesehen. Die Strahlereinheit ist in einer an der Zylinderaufnahme angeordneten Halterung geführt und mit einer Antriebsanordnung für die Einleitung einer Drehbewegung verbunden.After that has the jet unit over a carrier, having two mirrors, in turn, in the cylinder space of the cylinder arranged with a certain radius radially outside the cylinder axis are. Preferably, the two mirrors are angularly offset from each other intended. The radiator unit is in one of the cylinder receptacle arranged bracket out and a drive assembly for initiating rotational movement connected.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung ist die Strahlereinheit mit Prismen oder Spiegeln im Zylinderraum des Zylinders auf einer Kreisbahn um die Zylinderachse drehbar und ebenfalls in Richtung der Zylinderachse längs bewegbar eintauchend gehalten und mit einer Antriebsanordnung für seine Drehbewegung auf der Kreisbahn um die Zylinderachse verbunden.In another embodiment of the invention the radiator unit with prisms or mirrors in the cylinder chamber of the Cylinder rotatable on a circular path about the cylinder axis and also in the direction of the cylinder axis along movably immersed and with a drive assembly for his Rotational motion on the circular path connected to the cylinder axis.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten, die in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen gesondert erläutert werden.Further Embodiments and advantages of the invention are contained in the dependent claims, which are explained separately in the description together with their effects.

Anhand einer Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Based a drawing below embodiments of the invention explained.

In jeweils schematischer Darstellung zeigt:In each schematic representation shows:

1 eine Vorrichtung zur Laserbehandlung mit einer Strahlereinheit und deren Halterung an einer Zylinderaufnahme; 1 a device for laser treatment with a radiator unit and its support on a cylinder receptacle;

2 eine einstrahlige Strahlereinheit mit Prisma und Spiegel im Längsschnitt; 2 a single-beam radiator unit with prism and mirror in longitudinal section;

3 eine mehrstrahlige Strahlereinheit mit Spiegeln, die auf einer Kreisbahn um die Zylinderachse dreh- oder schwenkbar ist; 3 a multi-beam radiator unit with mirrors, which is rotatable or pivotable on a circular path about the cylinder axis;

In 1 ist eine Vorrichtung zur Laserbehandlung von zylindrischen Innenflächen zum Einlegieren und/oder Glätten von Auftragsschichten AS schematisiert gezeigt. Es kommt ein in einer Strahlereinheit 1 verlaufender Laserstrahl LS zur Anwendung, der auf die zu behandelnde Lauffläche 2L im Zylinder 2 gelenkt wird.In 1 is a device for laser treatment of cylindrical inner surfaces for insertion yaw and / or smoothing of application layers AS shown schematically. It comes in a radiator unit 1 running laser beam LS for use on the tread to be treated 2L in the cylinder 2 is steered.

Die Strahlereinheit 1 ist in einer Halterung 3 an einer Grundplatte 4, die auch eine Zylinderaufnahme 5 trägt, geführt angeordnet und mit einer in der Halterung 3 integrierten Antriebsanordnung 6 für eine Drehbewegung DB und/oder zusätzlich eine Längsbewegung gekoppelt.The radiator unit 1 is in a holder 3 on a base plate 4 which also has a cylinder mount 5 carries, guided and with one in the holder 3 integrated drive arrangement 6 coupled for a rotational movement DB and / or additionally a longitudinal movement.

Die Strahlereinheit 1 kann, bewegt von der Antriebsanordnung 6, in dem Zylinderraum des Zylinders 2 drehbar und in Richtung der Zylinderachse A2, längs bewegbar eintauchen, um den Laserstrahl LS über die gesamte Lauffläche 2L zu führen.The radiator unit 1 can, moved by the drive assembly 6 , in the cylinder space of the cylinder 2 rotatable and in the direction of the cylinder axis A2, dive longitudinally movable to the laser beam LS over the entire tread 2L respectively.

Zum Abnehmen eines bestrahlten Zylinders 2 von der Zylinderaufnahme 5 und zum nachfolgenden Einlegen eines unbearbeiteten Zylinders 2 wird die Strahlereinheit 1 aus dem Bereich des Zylinders 2 bewegt.To remove an irradiated cylinder 2 from the cylinder holder 5 and for subsequently inserting an unprocessed cylinder 2 becomes the radiator unit 1 from the area of the cylinder 2 emotional.

In der Strahlereinheit 1 ist ein – dargestellt im Längsschnitt in 2 – oder sind mehrere Laserstrahler axial gerichtet angeordnet, wobei vorzugsweise ein oder mehrere Prismen 11 oder Spiegel 12 einen oder mehrere Laserstrahlen LS1; LS2 zur Lauffläche 21 etwa radial gerichtet umlenken oder reflektieren.In the radiator unit 1 is a - shown in longitudinal section in 2 - Or a plurality of laser emitters are arranged axially directed, wherein preferably one or more prisms 11 or mirror 12 one or more laser beams LS1; LS2 to the tread 21 deflect or reflect about radially directed.

3 zeigt einen Querschnitt durch eine Strahlereinheit 1 mit zwei Strahlen und zwei Spiegeln 12 zum Umlenken der Strahlen auf die Lauffläche 2L. Zum Bestrahlen der Lauffläche 2L dreht oder schwenkt die Strahlereinheit 1, geführt durch einen, um die Achse A2 drehbaren Träger – nicht gezeigt – mit dem Radius rU, so daß der ganze Umfang der Lauffläche 2L bestrahlt wird. 3 shows a cross section through a radiator unit 1 with two rays and two mirrors 12 for deflecting the rays on the tread 2L , For irradiating the tread 2L turns or pivots the radiator unit 1 guided by a support rotatable about the axis A2 - not shown - of radius rU, so that the whole circumference of the tread 2L is irradiated.

Erwähnt sei, daß das relative Vorbewegen der gesamten Oberfläche einer Lauffläche 2L am Laserstrahl LS unterschiedlich erzielt werden kann.It should be noted that the relative advancement of the entire surface of a tread 2L can be achieved differently on the laser beam LS.

Bei gleichzeitiger Bestrahlung der Laufflächen 2L von mehreren Zylindern 2 in einem Zylinderblock bewegen sich entsprechend der Zylinderzahl mehrere Strahlereinheiten 1, vorzugsweise sowohl drehend als auch in Richtung der Zylinderachse A2 [1].With simultaneous irradiation of the running surfaces 2L of several cylinders 2 in a cylinder block move according to the number of cylinders several radiator units 1 , preferably both rotating and in the direction of the cylinder axis A2 [ 1 ].

Denkbar wäre es auch, in Abwandlung – teilweise kinematische Umkehr –, nur die Strahlereinheiten 1, drehend, den Zylinderblock mit mehreren Zylindern 2 jedoch in Richtung der Zylinderachsen A2 zu bewegen.It would also be conceivable, in a modification - in part kinematic reversal -, only the radiator units 1 , turning, the cylinder block with several cylinders 2 but to move in the direction of the cylinder axes A2.

Bei Bestrahlung von Einzelzylindern kann die Strahlereinheit 1 feststehen. In diesem Falle wird der Zylinder 2 sowohl drehend als auch in Richtung der Zylinderachse A2 bewegt und damit die gesamte Oberfläche der Lauffläche 2L nach und nach dem Laserstrahl LS ausgesetzt.When irradiating single cylinders, the radiator unit 1 fixed. In this case, the cylinder 2 both rotating and in the direction of the cylinder axis A2 moves and thus the entire surface of the tread 2L gradually exposed to the laser beam LS.

Claims (6)

Vorrichtung zur Laserbehandlung von zylindrischen Innenflächen zum Einlegieren und/oder Glätten von Auftragsschichten, insbesondere von Laufflächen (2L) in Zylindern (2) von Verbrennungsmotoren, wobei ein Strahler zur Zylinderaufnahme (5) geführt gehalten ist und mindestens ein durch den Zylinderraum des Zylinders (2) verlaufender Laserstrahl (LS) Anwendung findet, der geeignet ist, die zu bestrahlende Lauffläche mit seiner Strahlspur zu überdecken, wobei eine Strahlereinheit (1) in den Zylinderraum des Zylinders (2) eintauchend gehalten ist, welche mehrere Spiegel (12) aufweist, von denen mehrere Laserstrahlen (LS1; LS2) zur Lauffläche (2L) umgelenkt oder reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger der Strahlereinheit (1) zwei Spiegel (12) aufweist, welche im Zylinderraum des Zylinders (2) mit einem bestimmten Radius (rU) radial außerhalb der Zylinderachse (A2) angeordnet sind.Device for the laser treatment of cylindrical inner surfaces for alloying and / or smoothing application layers, in particular of running surfaces ( 2L ) in cylinders ( 2 ) of internal combustion engines, wherein a radiator for cylinder intake ( 5 ) and at least one through the cylinder space of the cylinder ( 2 ) running laser beam (LS) is used, which is suitable to cover the tread to be irradiated with its beam track, wherein a radiator unit ( 1 ) in the cylinder space of the cylinder ( 2 ) is immersed, which several mirrors ( 12 ), of which several laser beams (LS1, LS2) to the tread ( 2L ) are deflected or reflected, characterized in that a carrier of the emitter unit ( 1 ) two mirrors ( 12 ), which in the cylinder space of the cylinder ( 2 ) are arranged with a certain radius (rU) radially outside the cylinder axis (A2). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden vom Träger getragenen und radial außerhalb der Zylinderachse (A2) angeordneten Spiegel (12) zueinander winkelversetzt angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the two supported by the carrier and radially outside the cylinder axis (A2) arranged mirror ( 12 ) are arranged angularly offset from each other. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strahlereinheit (1) einerseits ein, einen Strahlanteil ablenkendes Prisma (11), und andererseits ein Spiegel (12) angeordnet ist, der den durch das Prisma (11) durchgehenden Strahlanteil zur Zylinderwand umlenkt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the radiator unit ( 1 ) on the one hand, a prism deflecting a beam component ( 11 ), and on the other hand a mirror ( 12 ), which passes through the prism ( 11 ) redirects continuous beam component to the cylinder wall. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlereinheit (1) in der Halterung (3) von einer Antriebsanordnung (6) für eine Dreh- und/oder Längsbewegung in Richtung der Zylinderachse (A2) geführt und mit dieser gekoppelt ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiator unit ( 1 ) in the holder ( 3 ) of a drive arrangement ( 6 ) is guided for rotation and / or longitudinal movement in the direction of the cylinder axis (A2) and coupled thereto. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlereinheit (1) in den Zylinderraum des Zylinders (2) eintauchend, auf einer Kreisbahn um die Zylinderachse (A2) umlaufend geführt ist, wobei die Laserstrahlen (LS1; LS2) zur Lauffläche (2L) gerichtet sind.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radiator unit ( 1 ) in the cylinder space of the cylinder ( 2 ), is circulated on a circular path around the cylinder axis (A2), wherein the laser beams (LS1, LS2) to the running surface ( 2L ) are directed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderaufnahme (5) mit dem Zylinder (2) in Richtung der Zylinderachse (A2) zur Strahlereinheit (1) mittels einer Antriebsanordnung (6) verlagerbar ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cylinder receptacle ( 5 ) with the cylinder ( 2 ) in the direction of the cylinder axis (A2) to the radiator unit ( 1 ) by means of a drive arrangement ( 6 ) is displaceable.
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