DE4401697C2 - Vorrichtung zum Härten von Langgut mit Hochenergiestrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Här­ ten von Langgut mit Hochenergiestrahlung, insbesondere Laser­ strahlung, mit einem zum Langgut relativbewegten, die Strah­ lung abgebenden Bearbeitungskopf, an dem eine relativ zur Strahlung vorgeordnete Düse zum Beschichten der Härtspur mit Graphit vorhanden ist.

Bei der Auswahl eines Werkstoffs für ein Bauteil ist es technisch und wirtschaftlich nicht immer möglich, das gesamte Bauteil aus einem solchen Werkstoff zu fertigen, der den Ver­ schleißanforderungen ohne Nachbearbeitung gerecht wird. In diesen Fällen ist es sinnvoll, Verschleißstellen zu härten, um eine verschleißbeständige Oberfläche zu schaffen. Bei­ spielsweise werden Rechteckrohre mit gehärteten Kantenberei­ chen versehen, damit sie im Anlagenbau als Querarme, Stand­ säulen, Schienen und Führungselemente eingesetzt werden kön­ nen, die im Kantenbereich besonders verschleißfest sein müs­ sen. Die bei den Rohren vorzunehmende Härtung ist häufig eine Randschichthärtung, die in Bezug auf die Breite des Werk­ stücks und auf dessen Dicke eng begrenzte Härtzonen hat. Für derartige Randschichthärtungen von Rohren werden Induktions­ anlagen eingesetzt und es ist auch bekannt, das Randschicht­ härten mit Laserstrahlung durchzuführen.

Bei den bekannten Verfahren wird die Härtstrategie in der Regel dem Maschinenbediener überlassen, der sich an Erfahrungswerte hält, die entsprechend der Geometrie des Werkstücks, dessen Werkstoff und der Behandlungsvorgeschichte ausgewählt werden. Es kommt daher verhältnismäßig häufig vor, daß eine falsche Härtstrategie ausgewählt wird, so daß große Verzüge auftreten. Diese können sich aus Biegungen in zwei Ebenen, aus Torsionen und aus Querschnittswölbungen zusammensetzen. Durch den beim Härten entstehenden Verzug kann die Form des Bauteils so verän­ dert werden, daß die vorgegebenen Abmessungstoleranzen über­ schritten werden. In solchen Fällen müßten Nachbearbeitungen durch kostenintensives Richten oder durch anschließende spa­ nende Nachbearbeitung erfolgen. Letzteres ändert jedoch die Wandstärke und damit die Belastbarkeit des Bauteils über dessen Länge.

Es ist daher sinnvoll, Bearbeitungsabläufe beim Härten zu automatisieren. Dabei ist von Bedeutung, daß für unterschiedli­ ches Langgut stark unterschiedliche Abstände zwischen dem Bear­ beitungskopf der Härtmaschine und der Werkstückoberfläche auf­ treten. Das ist abhängig von der Breite der Härtspuren und der Geometrie der zu härtenden Bauteile. Eine Vorrichtung zum Här­ ten von Langgut sollte daher so ausgebildet werden, daß der Ab­ stand des Bearbeitungskopfs von der Oberfläche des Langguts einstellbar und nachregelbar ist. Dann lassen sich auch Ab­ standsänderungen nachregeln, die sich aufgrund von Verzug des Langguts ergeben.

Die vom Bearbeitungskopf abgegebene Strahlung, insbeson­ dere die von CO₂-Lasern emittierte Infrarotstrahlung, wird von mehr oder weniger blanken metallischen Werkstoffen zu einem sehr großen Teil reflektiert. Die Reflexion hat den Nachteil, daß der Bearbeitungskopf und in diesem vor allem die Spiegel erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Die ther­ mische Belastung des Bearbeitungskopfs hängt wiederum auch von seinem Abstand zur Werkstückoberfläche ab. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, den Bearbeitungskopf und insbesondere die Spiegel vor übermäßigen thermischen Belastungen zu schüt­ zen. Das gelingt in einem erheblichen Maße bereits dadurch, daß der Reflexionsgrad des Werkstücks verringert wird. Hierzu sind auf die zu härtende Oberfläche aufzubringende absorptionser­ höhende Schichten bekannt. Insbesondere erfolgt eine Berußung als besonderer Bearbeitungsschritt, bei dem Acetylen rußend verbrannt wird. Die Laserstrahlung wird über die absorptions­ steigernde Rußschicht zu einem wesentlich größeren Prozent­ satz eingekoppelt und die Erwärmung des Bearbeitungskopfs sinkt entsprechend.

Aus der US 4 459 458 ist eine Vorrichtung mit den ein­ gangs genannten Merkmalen bekannt. Die Düse ist eine Sprüh­ düse, mit der kolloidales Graphit aufgetragen wird. Das Auf­ sprühen von kolloidalem Graphit oder schwarzer Farbe durch lokales Versprühen führt zu störenden und umweltschädlichen Emissionen. Es treten Sprühnebel auf, die den Härtungsprozeß beeinträchtigen können. Ferner kann die Düse verstopfen, näm­ lich durch Eintrocknen oder Altern des Bindemittels des kol­ loidalen Graphits, bei schwarzer Farbe durch Eintrocknen von Farbresten. Das zu härtende Langgut ist eher kurz. Es sind - Nockenwellenhöcker, Kurbelwellenachszapfen usw.

Aus der US 4 948 940 sind optische, induktive und kapa­ zitive Abstandssensoren bekannt. Mit ihnen wird der Abstand eines Bearbeitungskopfes beim Gravieren von Druckmatrizen überwacht, und zwar koaxial zum Laserstrahl. Außerdem ist es aus der DE 38 16 773 C2 bekannt, beim Schneiden bzw. beim Schweißen von Werkstücken die Düsenspitze als Sensorelement für die Abstandsmessung zu verwenden. Hierbei ist es jedoch erforderlich, die Düsenspitze mit einem Kühlkragen zu verse­ hen und diesen mit Kühlgas zu kühlen.

Der Erfindung liegt diesem Bekannten gegenüber die Auf­ gabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß sie insbesondere für das Här­ ten von Rohren, Schienen od. dgl. geeignet ist. Weil das Här­ tungsergebnis wegen der zu erzielenden begrenzten Randschich­ ten in starkem Maße vom Abstand des Bearbeitungskopfs zur Werkstückoberfläche abhängt, ebenso wie die thermische Bela­ stung des Bearbeitungskopfs selbst, soll die Vorrichtung dar­ über hinaus so ausgebildet sein, daß ihr Bearbeitungskopf nicht durch thermische Überlastung gefährdet ist, beispiels­ weise durch Strahlungsreflexion.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Düse des Be­ arbeitungskopfes eine einer Berußung der Härtspur dienende Gasdüse ist und der Bearbeitungskopf einen der Strahlung re­ lativ nachgeordneten optischen Abstandssensor aufweist, der auf gehärteter Oberfläche mißt.

Demgemäß ist der Bearbeitungskopf mit einer Gasdüse und einem Abstandssensor zusammengebaut. Die Gasdüse kann on-line betrieben werden, so daß die Härtspur mit Sicherheit berußt ist. Ungleichmäßigkeiten der Berußung entfallen, z. B. infolge unbeabsichtigter Berührung der Rußschicht während des Trans­ ports von einer Berußungsanlage zur Härtvorrichtung. Die Vor­ ordnung der Gasdüse vor die die Härtung bewirkende Energie­ strahlung kann so erfolgen, daß ein genügender Abstand zwi­ schen der von der Gasdüse erzeugten Rußflamme und der Strah­ lung ist, so daß letztere nicht ungewollt und nicht in unter­ schiedlichem Ausmaß während des Härtvorgangs beeinflußt wer­ den kann. Des weiteren ist der Bearbeitungskopf mit einem Ab­ standssensor versehen und kann infolgedessen auf den jeweils gewünschten Abstand vom Langgut ausgeregelt werden. Das gilt auch für den Fall des Verzugs des Langguts infolge des Här­ tens. Dabei ist von Bedeutung, daß die Abstandsmessung nicht gleichachsig mit der Laserstrahlung erfolgt, also in dem ge­ rade in Bearbeitung befindlichen Oberflächenbereich des Lang­ guts. Die Messung erfolgt vielmehr mit einem nachlaufenden Abstandssensor, der also in Vorschubrichtung hinter der je­ weils gerade bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks mißt. Das gewährleistet zum einen eine verminderte Belastung durch von der Werkstückoberfläche reflektierte Strahlung und durch die vom Langgut abgegebene Wärmestrahlung, vor allem aber ermög­ licht es die Messung auf einer Oberfläche des Langguts, die infolge des Härtungsvorgangs von Ruß befreit ist. Es erfolgt eine Abstandsmessung auf metallisch blanker oder bereits ge­ härteter Oberfläche, so daß Meßfehler vermieden werden bzw. Abstandssensoren mit relativ geringer Ansprechempfindlichkeit eingesetzt werden können. Bei der vorbeschriebenen Vorrich­ tung zum Härten von Langgut können insbesondere auch konven­ tionelle optische Abstandssensoren eingesetzt werden, die be­ währt sind und geringe Herstellungskosten aufweisen.

Die Vorrichtung wird im vorbeschriebenen Sinne weiterge­ bildet und ist insbesondere für schmale Härtspuren geeignet, wenn die Gasdüse und der Abstandssensor bezüglich der Strah­ lung einander diametral gegenüber angeordnet sind. Es ergibt sich eine Vorrichtung mit in relativer Vorschubrichtung schmalem Bearbeitungsprofil.

Es ist vorteilhaft, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Gasdüse mit einem quer zur Relativbewegungsrichtung ange­ ordneten Bohrungsraster versehen ist, und daß die Gasdüse im Sinne einer von der Strahlung wegweisenden Flamme ausgebildet ist. Mit Hilfe des Bohrungsrasters wird bei einem unterstö­ chiometrisch verbrennenden Acetylen-Sauerstoff-Gasgemisch eine homogene Rußschicht erzeugt, deren Breite der Breite der Härtspur mindestens entspricht. Die Bohrungsdurchmesser kön­ nen anforderungsgemäß dimensioniert werden und liegen bei­ spielsweise im Millimeterbereich. Des weiteren sind die Boh­ rungen so angebracht und/oder so ausgebildet, daß die mit der Gasdüse erzeugte Flamme von der Strahlung wegweist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Abstandssensor und die Gasdüse an einem gemeinsam in Strahlungsrichtung ver­ stellbaren Abstandsschlitten angebracht sind. Es ist dann möglich, den Abstandssensor und die Gasdüse gemeinsam zu ver­ stellen, und zwar auf einen Abstand, bei dem sowohl ein Ab­ standssensor mit hoher Auflösung arbeiten kann, wie auch eine Gasdüse, die den erforderlichen geringen Abstand von z. B. 20- 50 mm von der Werkstückoberfläche hat, wobei andererseits aber die Optik vom Langgut vergleichsweise weit entfernt an­ geordnet sein kann, z. B. aus Gründen der Härtspurbreite.

Die Vorrichtung kann zweckmäßig ausgebildet werden, in­ dem der Bearbeitungskopf zwei Abstandssensoren und zwei Gas­ düsen hat, die jeweils einander diametral gegenüber angeord­ net sind, wobei die beiden Gasdüsen einen geringeren Abstand voneinander aufweisen, als die beiden Abstandssensoren, wobei je nach Vorschubrichtung des Bearbeitungskopfs auf die je­ weils vorlaufende Gasdüse und den jeweils nachlaufenden Ab­ standssensor umgeschaltet werden kann, ohne den Bearbeitungs­ kopf drehen zu müssen, was Zeit spart und Konstruktionsauf­ wand vermeidet. Das gilt insbesondere, wenn das Langgut mit mehreren Härtespuren bearbeitet wird, die durch Hin- und Her­ gehen des Bearbeitungskopfs erzeugt werden.

Die Vorrichtung kann so weitergebildet werden, daß ein dritter, quer zur Strahlung und quer zur Relativbewegungs­ richtung messender Abstandssensor vorhanden ist. Mit Hilfe dieses dritten Abstandssensors ist es möglich, im Winkel von 90° zu einem am Bearbeitungskopf befestigten Abstandssensor zu messen. Infolgedessen kann nicht nur der Seitenabstand des Bearbeitungskopfs vom Langgut erfaßt und ausgeregelt werden, sondern auch der Höhenabstand des Bearbeitungskopfs z. B. von einer Kante des Langguts. Es ist also möglich, eine Härtspur unter Berücksichtigung vertikaler und horizontaler Abmessun­ gen des Langguts auf dessen Oberfläche anzuordnen.

Es ist vorteilhaft, wenn der Abstandssensor in Meßrich­ tung verstellbar ist. Infolge der Verstellbarkeit der Ab­ standssensoren ist es möglich, Sensoren mit geringem Meßbe­ reich einzusetzen, die jedoch eine hohe Auflösung haben und entsprechend genau sind. Die Verstellbarkeit der Abstandssen­ soren in Strahlungsrichtung erlaubt es, solche hochauflösen­ den Sensoren auch dann anzuwenden, wenn die Langgutgeometrien einerseits vergleichsweise kleine und andererseits ver­ gleichsweise große Abstände des Abstandssensors vom Werkstück erfordern.

Trotz der Anordnung eines Abstandssensors mit Abstand von dem durch die Strahlung bearbeiteten Oberflächenbereich, wodurch eine Verringerung der thermischen Belastung des Ab­ standssensors erreicht wird, kann es vorteilhaft sein, die Vorrichtung so auszubilden, daß der Abstandssensor gekühlt ist. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere gleichliegende Härtspuren angeordnet werden, wobei sich der Abstandssensor dauernd in einem Bereich hoher Temperatur be­ findet, so daß sich die daraus resultierende thermische Bela­ stung zur thermischen Belastung durch reflektierte Strahlung noch addiert.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich­ tung zum Härten vom Langgut unterschiedlicher Querschnittsabmessungen,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Aufsicht eines Bearbeitungskopfs,

Fig. 3 den vereinfachten Schnitt III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Stirnansicht des Bearbeitungskopfs der Fig. 2 in Richtung A,

Fig. 5 eine Ansicht des Bearbeitungskopfs in Richtung B der Fig. 4,

Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende, jedoch völlig geschnittene Darstellung des Bearbeitungs­ kopfs, und

Fig. 7 eine der Fig. 4 entsprechende, jedoch schemati­ sierte Darstellung.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung einer Vorrichtung zum Härten von Langgut 10, auf dem eine Härtspur 13 erzeugt werden soll. Das geschieht mit einem Bearbeitungskopf 12 der Vorrichtung. Mit diesem Bearbeitungskopf 12 wird Laserstrah­ lung 11 in der Strahlungsrichtung 16 am Langgut 10 zur Wir­ kung gebracht. Das geschieht unter Relativverschiebung senk­ recht zur Darstellungsebene. Dazu kann wahlweise das Langgut selbst, der zur Härtung eingesetzte Bearbeitungskopf 12 oder dieser in Verbindung mit der eingesetzten Energiequelle be­ wegt werden. Die Bewegung des Langguts erfordert entsprechend großen Bauraum, auskragende Führungselemente und leistungsfä­ hige Antriebseinheiten, so daß die Bewegung des Bearbeitungs­ kopfs zu bevorzugen ist. Bei dieser Konzeption kann auch leichter berücksichtigt werden, daß das Langgut erheblich un­ terschiedliche Abmessungen aufweist. In Fig. 1 sind beispiels­ weise Kantenbemessungen für Rechteckprofile angegeben, nämlich für Rechteckrohre. Derarti­ ges Langgut kann lokal gehärtet werden, also z. B. mit Härtspu­ ren, die die sich zwar über die gesamte Länge des Langguts er­ strecken, jedoch beispielsweise nur über einen Teil der Breite der Langgutfläche 10′. Diese Fläche 10′ kann auch mit einer weiteren Härtspur 13′ bearbeitet werden, um beide Kantenberei­ che zu härten. Die Härtspurbreiten liegen in der Größenordnung von 6 bis 60 mm. Das Härten von Langgut kann durch mehrfaches Überstreichen einer Härtspur 13, 13′ mit Laserstrahlung 11 er­ folgen.

Der Bearbeitungskopf 12 besteht gemäß den Fig. 2 bis 7 aus einem mehrteiligen Gehäuse 26, dessen Bestandteile im ein­ zelnen nicht näher beschrieben werden. Das Gehäuse 26 ist so angeordnet, daß Laserstrahlung 11 eines nicht dargestellten La­ sers durch eine Durchtrittsöffnung 27 auf einen Umlenkspiegel 28 trifft, von dem die Laserstrahlung 11 zu einem als Ellipsoid ausgebildeten Fokussierspiegel 24 gelangt, der die Laserstrah­ lung gemäß Fig. 6 auf das Langgut 18 umlenkt. Die Fokussierung durch den Fokussierspiegel 24 erfolgt derart, daß der Brenn­ punkt bzw. der Fokussierungsbereich 19 mehr oder weniger im Be­ reich einer Blendenöffnung 21 einer Reflexionsstrahlungsblende 20 angeordnet ist, so daß die Laserstrahlung 11 einen Strahl­ fleck bildet, der in der Relativbewegungsrichtung 23 des Bear­ beitungskopfs 12 die aus Fig. 6 ersichtliche Erstreckung 29 hat, während seine maximale Abmessung senkrecht dazu gleich der Härtspurbreite ist. Der Strahlfleck ist also länglich und wird quer zu seiner Längserstreckung in der Relativbewegungsrichtung 23 über das Langgut 10 geführt. Entsprechend der länglichen Ge­ staltung des Strahlflecks der Laserstrahlung 11 ist auch die Blendenöffnung 21 gemäß Fig. 5 länglich oval.

Damit der Fokussierspiegel 24 relativ zum Umlenkspiegel verstellt werden kann, ist er relativ zum Gehäuse 26 verstell­ bar, was durch eine Lagerung 30 für ein Spiegelgehäuse 31 ange­ deutet ist, an dem der Spiegel 24 befestigt ist, und das auch die Reflexionsstrahlungsblende 20 bildet.

Am Spiegelgehäuse 31 ist ein Abstandsschlitten 17 in nicht dargestellter Weise angebracht, der in Strahlungsrichtung 16 verstellt werden kann. Am Abstandsschlitten 17 befinden sich zwei Abstandssensoren 15, 15′ und zwei Gasdüsen 14, 14′. Mit Hilfe des Abstandsschlittens 17 können die Abstandssensoren 15, 15′ und die Gasdüsen 14, 14′ relativ zum Langgut 10 verstellt werden, unabhängig von der Entfernung des Bearbeitungskopfs 12 bzw. dessen Gehäuse 26 vom Langgut 10.

Die Abstandssensoren 15, 15′ sind bezüglich der Strahlung 11 einander diametral gegenüber angeordnet, wie auch die Gasdü­ sen 14, 14′. Bezüglich der Laserstrahlung 11 sind die Abstands­ sensoren 15, 15′ in den Abstandsschlitten 17 bzw. in ein Gehäuse eingebaut, von dem aus sie gekühlt werden können. Der Schlitten 17 ist demgemäß mit Meßstrahlöffnungen 32 für jeden Abstands­ sensor 15, 15′ versehen.

Die Gasdüsen 14, 14′ sind gemäß Fig. 4 Röhrchen, die quer zur Härtspur 13 und zur Laserstrahlung 11 ausgerichtet sind. Sie sind an eine nicht näher beschriebene Gasquelle 33 angeschlos­ sen und besitzen Bohrungen 34, die über die Länge der Röhrchen nebeneinander angeordnet sind. Die Bohrungen 34 sind senkrecht zur Rohrachse und in Relativbewegungsrichtung 23 voreilend an­ geordnet, so daß ihre durch die Rohrachse verlaufende Mittelli­ nie 35 mit der Strahlungsrichtung 16 einen Winkel α ein­ schließt, der die Neigung charakterisiert, mit der eine Flamme 36 von der Strahlung 11 weggerichtet ist, wenn mit der Gasdüse 14 oder 14′ ein Acetylen-Sauerstoff-Gasgemisch verbrannt wird. Die Verbrennung erfolgt unterstöchiometrisch, so daß eine Rußentwicklung stattfindet. Der Ruß setzt sich auf dem Langgut ab und bildet dort eine Rußschicht 37. Die Rußschicht 37 ver­ bessert die Einkopplung der Laserstrahlung 11 in das Langgut 10. Der Absorptionsgrad für die Laserstrahlung beträgt ca. 70%. Da vergleichsweise viel Energie in das Langgut eingekop­ pelt wird, ist die von der Langgutoberfläche erfolgende gerich­ tete und diffuse Strahlungsreflexion dementsprechend gering. Sie ist aber immer noch derart erheblich, daß gezielte Maßnah­ men zur Kühlung des Bearbeitungskopfs getroffen werden müssen. Hierzu dient die spezielle Ausbildung der Reflexionsstrahlungs­ blende 20. Die Blende ist zum einen in Strahlungsrichtung 16 sehr dick. Die Blendenöffnung 21 wird in Strahlungsrichtung 16 länger bemessen, als der in der Blendenöffnung 21 gelegene ma­ ximale Strahlungsdurchmesser 22, der in Fig. 6 beispielsweise eingezeichnet wurde. Ein solcher Strahlungsdurchmesser 22 er­ gibt sich dann, wenn die Erstreckung 29 des Strahlflecks sehr klein ist, so daß der Fokussierungsbereich 19 der Laserstrah­ lung 11 abweichend von der Darstellung in Fig. 6 in Strahlungs­ richtung 16 verschoben ist. Infolge dieser Bemessung der Refle­ xionsstrahlungsblende 20 wird ein großer Teil der stark diver­ genten Reflexionsstrahlung ausgeblendet und kann weggekühlt werden. Die Blende 20 bzw. der Spiegelschlitten 31 können mit geeigneten Kühlungsmitteln versehen werden. Fig. 6 zeigt die von dem Strahlfleck ausgehende Reflexionsstrahlung 38, die an der Blendenwand 39 größtenteils absorbiert werden kann. Der Wir­ kungsgrad einer solchen Blende ist aufgrund von Mehrfachrefle­ xionen besonders günstig.

Strahlungsanteile 38′, die durch die Blende 20 hindurch auf den Spiegel 24 gelangen, werden divergent in das innere des Gehäuses 26 reflektiert. Die Fig. 3,6 zeigen eine zweite Re­ flexionsstrahlungsblende 25, die innerhalb des Gehäuses 26 zwi­ schen dem Umlenkspiegel 28 und dem Fokussierspiegel 24 angeord­ net ist. Sie befindet sich in der Ebene der Objektweite des als Ellipsoid ausgebildeten Spiegels 24. infolgedessen vermag die vom Umlenkspiegel 28 zum Fokussierspiegel 24 reflektierte Strahlung 11 die Blendenöffnung 40 behinderungsfrei zu passie­ ren, während die divergent vom Spiegel 24 reflektierte Reflexi­ onstrahlung 38′ zum größten Teil weggefiltert wird. Die Blende 25 kann gekühlt werden, indem sie gemäß Fig. 3 mit einem beid­ seitig abgedichteten Kühlkanal 41 versehen ist.

Fig. 6 läßt erkennen, daß der Umlenkspiegel 28 fokussierend ausgebildet ist. Die infolgedessen auftretende Strahltaille kann im Sinne einer mit kleinem Durchmesser ausgebildeten Blen­ denöffnung 40 ausgenutzt werden, um einen vergleichsweise großen Anteil der Reflexionsstrahlung 38′ wegzufiltern. Der Fo­ kussierspiegel 24 dient dann in erster Linie der Formung des Strahlflecks auf dem Langgut 10.

Durch die Optimierung der Kühlung von Gehäuse 26, Spiegeln 24, 28 und Sensoren 15, 15′ werden thermische Schädigungen oder Zerstörungen vermieden. Das qualifiziert die Vorrichtung für den industriellen Einsatz, insbesondere für solche Prozesse, die mit entsprechend langen Bearbeitungszeiten verbunden sind.

Während des Härtens bewegt sich der Bearbeitungskopf 12 mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit relativ zum Langgut 10. Die sich während der Bearbeitung ausbildenden thermischen Ei­ genspannungen führen zu Biege- und Torsionsverzügen. Dadurch verändert sich während des Härtprozesses der Arbeitsabstand zwischen Bearbeitungskopf 12 und Langgut 10 und auch der in Fig. 1 beispielsweise angegebene Kantenabstand 41. infolgedessen wird auf dem Langgut eine Härtspur unerwünschter Qualität und unerwünschter Lage hergestellt, denn die auf dem Langgut 10 herzustellende Randschicht ist dicker oder dünner und anderer Qualität und darüber hinaus falsch angeordnet. Um Härtspuren mit konstantem Kantenabstand über die Länge des Langguts und mit konstantem Arbeitsabstand zu erzeugen, werden die beiden Linearachsen in y- und z-Richtung nachgeregelt. Zur on-line Meßwerterfassung werden mindestens zwei Abstandssensoren benö­ tigt, die im rechten Winkel zueinander und jeweils senkrecht zum Langgut 10 messen müssen. Es ist daher gemäß Fig. 1, 4 und 5 ein weiterer Abstandssensor 18 vorhanden, der in Bezug auf den Bearbeitungskopf 12 fest angeordnet ist und den Abstand 42 zum Langgut 10 mißt. Aus diesem Abstand 42 kann der Kantenabstand 41 eingestellt werden, weil der Abstandssensor 18 seine Lage relativ zum Bearbeitungskopf 12 nicht ändert.

Es ist allerdings möglich, den Abstand 42 des Abstandssen­ sors zum Langgut 10 einzustellen, wie Fig. 7 zeigt, dergemäß dem Abstandssensor 18 an einem Schlitten 43 befestigt ist, der über eine Lagerung 44 relativ zum Gehäuse 26 verstellbar ist. Die Verstellung des Schlittens 43 erfolgt mit einer in Fig. 4 sche­ matisch angeordneten Pneumatikverstelleinrichtung 48. Dort ist es auch möglich, die beiden Abstandssensoren 15, 15′ jeweils un­ abhängig voneinander verstellbar auszubilden.

Die Verstellbarkeit der Abstandssensoren 15, 15′, 18 relativ zum Langgut 10 ist erforderlich, weil letzteres gemäß Fig. 1 er­ hebliche Abmessungsunterschiede aufweisen kann. Die Vorrichtung soll also beispielsweise zum Härten eines Rechteckrohrs mit den Abmessungen 160 × 160 mm geeignet sein, das in Fig. 1 mit ausge­ zogenen Strichen dargestellt wurde, wie aber auch zum Härten eines Rechteckrohrs mit den Abmessungen 60 × 60 mm. Um dabei dieselben Abstandssensoren 15, 15′, 18 einsetzen zu können, die aus Meßgenauigkeitsgründen nur einen vergleichbar geringen Meß­ bereich parallel zur Strahlungsrichtung 16 haben, müssen die Ab­ standssensoren 15, 15′ beispielsweise im Bereich von 115 bis 200 mm verstellbar sein, während der Abstandssensor 18 im Bereich von 50 bis 130 mm für die in Fig. 1 beispielsweise angegebenen Rohrabmessungen verstellbar sein muß.

Bei Einhaltung der vorbeschriebenen Bedingungen können beispielsweise konventionelle optische Sensoren eingesetzt wer­ den, die nach der Triangulationsmethode messen. Fig. 7 zeigt den Meßstrahl 45 des Abstandssensors 18 und einen Reflexionsstrahl 46, der vom Sensor nicht mehr aufgefangen werden könnte, wenn der Abstand 42 zu groß wäre.

Der Abstandssensor 18 ist gemäß Fig. 4, 5 an einem auskra­ genden Tragarm 47 angebracht, der auch den in Fig. 7 schematisch dargestellten Schlitten 43 bzw. die dazugehörige Lagerung 44 aufweist. Sofern sich die Querschnittsform des Langguts 10 än­ dert, beispielsweise von quadratisch in sechseckig, muß auch durch die Anordnung des Abstandssensors 18 auf diese Quer­ schnittsänderung Rücksicht genommen werden. Das ist durch kon­ struktive Maßnahmen am Tragarm 47 ohne weiteres möglich, z. B. durch eine Schwenkverstellbarkeit des Abstandssensors.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Härten von Langgut (10) mit Hochenergie­ strahlung, insbesondere Laserstrahlung (11) mit einem zum Langgut (10) relativbewegten, die Strahlung (11) ab­ gebenden Bearbeitungskopf (12), an dem eine relativ zur Strahlung (11) vorgeordnete Düse zum Beschichten der Härtspur (13) mit Graphit vorhanden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse des Bearbeitungskopfes (12) eine einer Berußung der Härtspur (13) dienende Gasdüse (14, 14′) ist und der Bearbeitungskopf (12) einen der Strahlung (11) relativ nachgeordneten optischen Ab­ standssensor (15, 15′) aufweist, der auf gehärteter Ober­ fläche mißt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (14, 14′) und der Abstandssensor (15, 15′) be­ züglich der Strahlung (11) einander diametral gegenüber angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gasdüse (14, 14′) mit einem quer zur Rela­ tivbewegungsrichtung angeordneten Bohrungsraster verse­ hen ist, und daß die Gasdüse (14, 14′) eine von der Strahlung (11) wegweisende Flamme erzeugt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (15, 15′) und die Gasdüse (14, 14′) an einem gemeinsam in Strahlungsrich­ tung (16) verstellbaren Abstandsschlitten (17) ange­ bracht sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungskopf (12) zwei Ab­ standssensoren (15, 15′) und zwei Gasdüsen (14, 14′) hat, wobei die beiden einander diametral gegenüber angeordneten Gasdüsen (14, 14′) einen geringe­ ren Abstand voneinander aufweisen, als die beiden Ab­ standssensoren (15, 15′), wobei je nach Vorschubrichtung des Bearbeitungskopfes auf die jeweils vorlaufende Gas­ düse (14, 14′) und den jeweils nachlaufenden Abstandssensor (15, 15′) umge­ schaltet werden kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter, quer zur Strahlung und quer zur Relativbewegungsrichtung (23) messender Ab­ standssensor (18) vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (15, 15′, 18) in Meßrichtung (16) verstellbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (15, 15′, 18) ge­ kühlt sind.