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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Laserbehandlung der Oberfläche
einer Bohrungswandung eines Zylinders, beispielsweise einer Brennkraftmaschine
insbesondere von Kraftfahrzeugen.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren haben den Zweck,
eine Endbearbeitung der Innenflächen
der Zylinder des Motorblocks durchzuführen, um einen Kompromiss zwischen Dichtheit
und Blockieren seitens Kolben im Verbrennungsraum eines jeden Zylinders
entlang des gesamten Kolbenhubs zu erreichen.
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Bekannt
ist die Technik des Honens, bei dem ein allgemein "Honstein" genanntes Schleifwerkzeug,
das aus diamantbesetzten Steinen oder Schleifmitteln besteht und
eine Präzisionsbearbeitung
der Oberfläche
der Bohrungswandung des entsprechenden Zylinders so gestattet, dass
diesem Zylinder sein Fertigmaß verliehen
wird. Der Honstein erzeugt in der bearbeiteten Oberfläche durch
Kombination seiner relativen Verlagerungen mit Drehen um die Zylinderachse,
Verschieben entlang dieser Achse und gegebenenfalls mit Aufweitung,
falls dieser Honstein aufweitbar ist, Prägungen oder Honspuren, welche
den Verlauf von sich kreuzenden Rillen aufweisen. Diese über die
gesamte Oberfläche
der Bohrungswandung des Zylinders erzeugten Rillen bestimmen die
Schmiermittelrückhaltebedingungen
für das
aus Öl
bestehende Schmiermittel, die zum Erhalt der gewünschten Leistung von Brennkraftmaschinen und
zur Verminderung der durch diese erzeugten Umweltbelastung ausschlaggebend
sind. Auch ist es möglich,
den Oberflächenzustand
der Bohrungswandung des Zylinders durch Hinzufügen eines Endbearbeitungsschritts
zu verbessern, der "Plateauhonen" genannt wird.
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Aus
der
DE 295 06 005 und
der
DE 43 16 012 ist
auch die Verwendung von Laserstrahlen bekannt, um den letzten Schritt
bei der Präzisionsbearbeitung
der Oberflächen
von Zylinderbohrungen eines Verbrennungsmotors durchzuführen.
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Diese
bekannten Techniken zur Präzisionsbearbeitung
sind jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, dass nicht vollständig und
gleichzeitig die Tiefe, die Teilung und die Stellung der Rillen
an den Innenwänden
der Zylinder bestimmt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den oben genannten Nachteil
zu vermeiden, indem eine Vorrichtung zur Laserbehandlung der Oberfläche einer
Bohrungswandung eines Zylinders, beispielsweise einer Brennkraftmaschine
insbesondere von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen wird, zwecks Präzisionsbearbeitung
dieser Oberfläche,
mit einem flachen Spiegel, der innerhalb des Zylinders so angeordnet
ist, dass er den Laserstrahl zur Wandung der Bohrung des Zylinders
richtet, wobei der Spiegel ferner an einem Träger angeordnet ist, der unter
einem bestimmten Winkel zur Achse des Zylinders geneigt verläuft, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel zwischen Spiegel und
Träger über eine Steuerschaltung
angeregt werden können,
um Mikroverlagerungen des Spiegels relativ zum Träger zu gestatten
und somit an der Wandung der Bohrung des Zylinders Rillen zu erzeugen,
welche Prägungen definieren,
die Merkmale geschlossener Formen haben, beispielsweise Kreise,
Ellipsen oder Rechtecke, und eine Tiefe aufweisen, die Schmiermittelrückhaltereservoirs
bildet, welche auf die Beanspruchungsbedingungen des Zylinders abgestimmt
sind.
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Vorzugsweise
enthalten die Verbindungsmittel piezoelektrische Elemente, wobei
die Steuerschaltung jedem piezoelektrischen Element eine Steuerspannung
zur Verformung dieses Elements anlegt.
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Die
piezoelektrischen Elemente liegen in einer Anzahl von drei vor und
sind am Träger
mit 120° zueinander
angeordnet.
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Der
Träger
des Spiegels ist Bestandteil einer Antriebseinheit, die diesem eine Drehbewegung
um die Achse des Zylinders und eine Verschiebebewegung entlang dieser
Achse ermöglicht.
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Die
Antriebseinheit enthält
eine Welle, von der ein Ende innerhalb des Zylinders den Träger des Spiegels
abstützt,
sowie zwei Motoren, vorzugsweise Stellmotoren, die mechanisch mit
dem anderen Ende der Welle verbunden sind, das sich außerhalb
des Zylinders befindet, so dass der eine Motor die Welle drehend
antreibt und der andere Motor diese Welle translatorisch verschiebt.
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Die
Vorrichtung enthält
auch eine numerische Steuerschaltung für die beiden Elektromotoren, so
dass die entsprechenden Verlagerungen zum Verschieben und Verdrehen
der den Träger
des Spiegels abstützenden
Welle koordiniert werden, um Prägungen
mit auf die Beanspruchungsbedingungen des Zylinders abgestimmten,
veränderlichen
Formen zu erzeugen.
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Ein
Optikkopf, der teilweise im Zylinder aufgenommen ist, empfängt den
Laserstrahl über
einen Lichtleiter, um ihn auf den Spiegel zu fokussieren, und ist
an einer Schwenkachse verschwenkbar gelagert, um dessen Neigung
bezüglich
der Achse des Zylinders zu gestatten.
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Vorzugsweise
ist ein Elektromotor zum Steuern der Schwenkbewegung des Fokussier-Optikkopfs
vorgesehen, der über
die vorgenannte numerische Steuerschaltung betätigt wird, die auch den Betrieb
der Steuerschaltung der piezoelektrischen Elemente bestimmt.
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Der
Neigungswinkel des Fokussier-Optikkopfs liegt in einem Bereich von
bis zu etwa 30° beiderseits
der Achse des Zylinders.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Spiegel in einem Endbereich eines Optikkopfs zum Fokussieren
des Laserstrahls auf den Spiegel aufgenommen, der unter einem bestimmten
Winkel zur Achse des Zylinders geneigt verläuft, um den Laserstrahl radial
zum Zylinder durch ein Fenster des Endbereichs des Optikkopfs hindurch
zu richten, und der über
Verbindungsmittel an diesem Endbereich befestigt ist, die über eine
Steuerschaltung angeregt werden können, um Mikroverlagerungen
des Spiegels relativ zum Endbereich und somit des Auftreffpunkts
des Laserstrahls auf die Fläche
der Bohrungswandung zu gestatten, so dass an dieser Fläche Rillen
erzeugt werden, welche Prägungen
definieren, die Merkmale geschlossener Formen haben, beispielsweise
Kreise, Ellipsen oder Rechtecke, und eine Tiefe aufweisen, die Schmiermittelrückhaltereservoirs
bildet, welche auf die Beanspruchungsbedingungen des Zylinders abgestimmt
sind.
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Die
Verbindungsmittel enthalten piezoelektrische Elemente, wobei die
Steuerschaltung jedem piezoelektrischen Element eine Spannung zum
Steuern der Verformung dieses Elements anlegt.
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Vorteilhaft
beträgt
der Neigungswinkel des Umlenkspiegels 45°.
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Die
Vorrichtung enthält
ferner eine Antriebseinheit, die es ermöglicht, den Optikkopf entlang
der Achse des Zylinders translatorisch zu verschieben und den Endbereich
um diese Achse relativ zum Körper
des Optikkopfs zu verdrehen.
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Vorzugsweise
ist die Steuerschaltung eine numerische Schaltung, die so programmiert
ist, dass sie die Verbindungsmittel des Spiegels und die Antriebseinheit
ansteuert, um die Prägungen
mit auf die Beanspruchungsbedingungen des Zylinders abgestimmten,
veränderlichen
Formen zu erzeugen.
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Der
Optikkopf enthält
eine Fokussierlinse, die über
Innenstege in einem Träger
montiert ist, welche die Linse in einer vorbestimmten Brennweite
vom Spiegel positionieren, sowie ein Mittel zum präzisen Einstellen
der axialen Stellung des Trägers
der Linse relativ zum Körper
des Optikkopfs.
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Vorteilhaft
enthält
das Einstellmittel ein Instrument in Form eines Bedienknopfs, der
mit einem Finger versehen ist, der in ein radiales Loch des Endbereichs
des Optikkopfs einführbar
ist und mit einem Vorsprung endet, der mit einer Nut des Trägers der Linse
zusammenwirkt, um den Träger
durch Drehen des in das radiale Loch eingeführten Fingers mit Hilfe des
Bedienknopfs axial zu verlagern.
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Der
Optikkopf enthält
auch eine im Körper desselben
ausgeführte
Leitung, um ein Zuführgas, wie
etwa Stickstoff oder Argon, in das Fenster des Endbereichs des Kopfs
in senkrechter Verlängerung dieses
Fensters zu leiten.
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Der
Optikkopf enthält
ferner Innenkühlmittel, die
es ermöglichen,
die Temperatur des Spiegels auf einen bestimmten Wert zu halten.
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Vorzugsweise
ist der Laser vom Typ YAG-Laser und wird kontinuierlich oder gepulst
betrieben, wobei die numerische Steuerung für die Taktung der Laserquelle
im gepulsten Betrieb sorgt.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Laserbehandlung der Oberfläche einer
Bohrungswandung eines Zylinders, beispielsweise einer Brennkraftmaschine
insbesondere von Kraftfahrzeugen, zwecks Präzisionsbearbeitung dieser Oberfläche, das
darin besteht, den Laserstrahl auf die Oberfläche der Bohrungswandung des
Zylinders über
einen flachen Spiegel zu reflektieren, der an einem Träger angeordnet
ist, der unter einem bestimmten Winkel zur Achse X-X' des Zylinders geneigt
verläuft,
dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, Verbindungsmittel
zwischen Träger
und Spiegel gesteuert so anzuregen, dass Mikroverlagerungen relativ
zum Träger
so erfolgen, dass der Laserstrahl relativ zur Oberfläche der
Bohrungswandung des Zylinders verlagert wird, wobei der Strahl eine
solche Intensität hat,
dass auf der Oberfläche
der Bohrungswandung des Zylinders Rillen erzeugt werden, welche
Prägungen
definieren, die Merkmale geschlossener Formen haben, beispielsweise
Kreise, Ellipsen oder Rechtecke, und eine Tiefe aufweisen, die Schmiermittelrückhaltereservoirs
bildet, welche auf die Reib- und Temperaturbedingungen abgestimmt
sind, welchen die Oberfläche
der Bohrungswandung des Zylinders ausgesetzt sein kann.
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Die
Prägungen
haben Formen, die von einer Stelle der Oberfläche des Werkstücks zur
anderen variieren.
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Bei
einer Bohrungswandung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine haben
die Prägungen
Formen, die vom oberen Bereich der Oberfläche der Bohrungswand des Zylinders
zum unteren Bereich variieren, wobei die oberen Prägungen mehr Schmiermittel
speichern als die unteren Prägungen.
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Ein
und dieselbe Rille kann eine unterschiedliche Tiefe haben und die
Prägungen
können
nebeneinander liegen, um ein Schmiermittelumlaufnetz zu bilden.
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Die
Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich,
aus der sich weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung deutlicher ergeben, und zwar anhand der beigefügten Zeichnungen,
die sich nur beispielhaft verstehen und zwei Ausführungsformen
der Erfindung darstellen, worin zeigt:
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1 ein
Schaubild der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung,
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2 schematisch
in Abwicklung einen Ausschnitt der bearbeiteten Oberfläche einer
Bohrungswandung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, welcher
die verschiedenen Profile von Prägungen zeigt,
welche mit dem Laserstrahl erzeugt wurden,
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3 eine
vergrößerte Schnittansicht
entlang der Linie III-III aus 2, welche
ein Rillenprofil einer Prägung
mit unterschiedlicher Tiefe zeigt,
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4 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung,
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie V-V aus 4, welche
eine Kühleinrichtung
für den Spiegel
der Bearbeitungsvorrichtung aus 4 zeigt,
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6 eine
vergrößerte Ansicht
des bei VI in 4 eingekreisten Bereichs, und
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7 eine
Draufsicht entlang Pfeil VII aus 6, welche
näher einen
Abschnitt des Umlenkspiegels zeigt, der in der Vorrichtung nach 4 untergebracht
ist.
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Bezugnehmend
auf 1 enthält
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Laserbehandlung der Oberflächen
von Bohrungswandungen der Zylinder eines Verbrennungsmotors einen
flachen Spiegel 1, der innerhalb des Zylinders 2 so
angeordnet ist, dass er den Laserstrahl F, der von einer Laserquelle 3 stammt,
zur Bohrungswandung 2a des Zylinders 2 richtet,
um eine Präzisionsbearbeitung
der Oberfläche
dieser Wandung durchzuführen,
wie nachfolgend ersichtlich wird.
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Der
Laserstrahl kann zum in diesen Zylinder teilweise hineinragenden
Optikkopf 4 von einem Lichtleiter geleitet werden, sofern
es sich um einen YAG-Laser handelt, oder auch direkt, wenn die Quelle
vom Typ Excimer-Laser ist. Dieser Kopf ermöglicht es, den Laserstrahl
auf den Umlenkspiegel 1 zu fokussieren. Der Optikkopf 4 ist
auf einer Schwenkachse gelagert, die dessen Neigung bezüglich der Längsachse
X-X' des Zylinders 2 in
eine bestimmte Winkelstellung ermöglicht, die zwischen 0° und 30° beiderseits
dieser Achse liegt.
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Der
vorzugsweise um 45° bezüglich der
Achse X-X' des Zylinders 2 geneigt
verlaufende Spiegel 1 ist an einer um den gleichen Wert
geneigten Fläche eines
Trägers 6 angeordnet,
der zu einer Antriebseinheit gehört,
mit welcher der Träger 6 um
die Achse X-X' verdreht
und entlang dieser Achse verschoben werden kann.
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Die
Antriebseinheit enthält
eine Welle 7, die im wesentlichen koaxial zur Achse X-X' angeordnet ist und
von der das innerhalb des Zylinders 2 befindliche Ende
den Träger 6 des
Spiegels 1 abstützt.
Diese Einheit enthält
auch zwei Elektromotoren 8, 9, die mechanisch
mit dem anderen Ende der Welle 7 verbunden sind, das sich
außerhalb
des Zylinders 2 befindet, so dass der Elektromotor 8 die
Welle 7 entlang der Achse X-X' translatorisch antreiben kann und der Elektromotor 9 diese
Welle um die Achse X-X' drehend
antreiben kann. Insbesondere treibt der Elektromotor 8 über ein
Getriebe 10 eine Schnecke 11 an, an der die Welle 7 gelagert
ist, so dass eine Drehung der Schnecke 11 eine entsprechende
Verschiebung dieser Welle hervorruft. Der Elektromotor 9 treibt
die Welle 7 über
eine weiteres Getriebe 12 um die Achse X-X' drehend an.
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Es
ist eine numerische Steuerschaltung 13 vorgesehen, um die
beiden Elektrostellmotoren 8, 9 so anzusteuern,
dass die entsprechenden Verlagerungen zum Verschieben und Verdrehen
der Welle 7 und damit des Spiegels 1 koordiniert
werden. Die Schaltung 13 steuert ferner einen weiteren
Elektromotor 14 zum Steuern der Schwenkbewegung des Fokussier-Optikkopfes 4 mit
einer gewünschten
Neigung.
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Der
Spiegel 1 ist über
Verbindungsmittel 15 an der geneigten Wand des Trägers 6 angebracht, die
so angeregt werden können,
dass sie sehr geringe Verlagerungen des Spiegels 1 gestatten
und damit verschiedene Formen der Prägungen an der Bohrungswandung
des entsprechenden Zylinders bestimmen. Vorzugsweise enthalten diese
Verbindungsmittel piezoelektrische Elemente, die zwischen dem Spiegel 1 und
der geneigten Wand des Trägers 6 liegen,
beispielsweise in einer Anzahl von drei vorliegen und damit über 120° zueinander
angeordnet sind, und es ist eine elektronische Steuerschaltung 16 vorgesehen,
um jedem piezoelektrischen Element 15 ein Spannungssignal
zur Verformung des piezoelektrischen Elements zu liefern, um die
Mikroverlagerungen des Spiegels 1 zu gewährleisten.
Die elektronische Schaltung 16, die über die numerische Steuerschaltung 13 aktiviert
wird, befindet sich selbstverständlich
außerhalb
des Zylinders 2 und ist elektrisch mit den piezoelektrischen
Elementen 15 über
eine Stromleitung 17 verbunden, welche durch die Schnecke 11 und
damit durch die Welle 7 verläuft und durch die geneigte
Wand des Trägers 6 hindurch
an den piezoelektrischen Elementen 15 endet.
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2 zeigt
Prägungen,
die durch den Laserstrahl bei Kontakt mit der Zylinderwandung hergestellt
werden können
und durch eine Kombination der relativen Verlagerungen des Optikkopfes 4 und
des Umlenkspiegels 1 erhalten werden, die von der numerischen
Steuerschaltung 13 gesteuert ablaufen. Dabei ist festzustellen,
dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein "Strukturierungseffekt" an der Bohrungswandung
des Zylinders 2 erhalten werden kann, indem zugleich die
Tiefe, die Teilung und die Stellung der Rillen bestimmt wird, und
zwar mit der Möglichkeit,
an einer gleichen Rille S eine unterschiedliche Tiefe P1, P2 zu
erhalten, wie in 3 dargestellt ist, und auch
verschiedene Profilformen unter Berücksichtigung der Verlagerungsgeschwindigkeit
des Kolbens im Zylinder herzustellen. Somit zeigt 2,
dass der obere Bereich I der Innenwand des Zylinders 2 mit
dem Laser der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einem
bestimmten Profil bearbeitet werden kann, das gestattet, möglichst
viel Schmiermittel (Öl)
zu speichern, dass der im wesentlichen mittlere Bereich II dieser
Wandung gemäß einem
weiteren Profil bearbeitet werden kann, um weniger Schmiermittel
zu speichern als im Bereich I, und dass der untere Bereich III dieser
Wandung gemäß einem
noch weiteren, davon verschiedenen Profil bearbeitet werden kann,
um weniger Schmiermittel als in den beiden anderen Bereichen zu
speichern. Mit anderen Worten ermöglicht es die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung
insbesondere, unterschiedliche Formen von Prägungen an jeder beliebigen
Stelle der Innenwand des Zylinders auszubilden. Somit wirken sich
die Merkmale von Form und Volumen (Rillentiefe) der die Schmiermittelrückhaltereservoirs
bildenden Prägungen
unmittelbar auf die Schmier- und Reibbedingungen aus, die aus dem Kontakt
zwischen Kolbenring und Zylinderbuchse entstehen und die Gesamtleistung
des Motors beeinflussen. Durch Veränderung der Merkmale dieser Reservoirs
je nach Höhe
der Bohrungswandung des Zylinders kann eine Anpassung auf die Druck-
und Geschwindigkeitsverhältnisse
erfolgen, die durch die relative Verlagerung des Kolbens im Zylinder
bedingt sind. 2 zeigt, dass die Prägungen nebeneinander
liegen können,
um ein Schmiermittelumlaufnetz zu bilden. Die numerische Steuerschaltung 13 kann so
programmiert sein, dass mit großer
Geschwindigkeit unterschiedliche Formgestalten der Prägungen hergestellt
werden, die auf die Beanspruchungsbedingungen eines jeden Zylinders
des Motors abgestimmt sind.
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Vorzugsweise
ist der Laser vom Typ YAG-Laser und kann entweder kontinuierlich
oder gepulst betrieben werden. In letzterem Falle sorgt die numerische Steuerschaltung 13 für die Taktung
der Laserquelle.
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4 bis 7 zeigen
eine zweite Ausführungsform
der Vorrichtung zur Laserbehandlung der Oberfläche einer Bohrungswandung eines
Zylinders eines Verbrennungsmotors.
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Die
Vorrichtung gemäß dieser
zweiten Ausführungsform
ist dazu vorgesehen, an der Oberfläche der Bohrungswandung 2a des
Zylinders 2 Rillen auszubilden, welche Prägungen definieren,
die identisch zu den Prägungen
aus 2 sind, welche mit der Vorrichtung nach 1 ausgebildet
werden.
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Die
Teile der Vorrichtung der zweiten Ausführungsform, die identisch zu
denen der Vorrichtung der ersten Ausführungsform sind und/oder die
gleichen Funktionen wie diese haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Gemäß dieser
zweiten Ausführungsform
ist der Umlenkspiegel 1 in einem Endbereich 4a des
Optikkopfes 4 aufgenommen, der zumindest teilweise in den
Zylinder 2 hineinragt und mit einem bestimmten Winkel bezüglich der
Achse X-X' des Zylinders
geneigt ist, beispielsweise um 45°,
so dass der Laserstrahl F, welcher von der Laserquelle (in 4 nicht gezeigt)
stammt, radial zur Wandung der Bohrung 2a des Zylinders 2 durch
ein Fenster 4b hindurch gerichtet wird, das radial im Endbereich 4a des
Optikkopfes 4 ausgebildet ist.
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Der
Spiegel 1 ist im Endbereich 4a über Verbindungsmittel 15 befestigt,
die ebenso wie bei der ersten Ausführungsform aus piezoelektrischen
Elementen bestehen, die sich zwischen dem Spiegel 1 und
den entsprechenden Wänden
des Endbereichs 4a befinden und von einer elektronischen
Steuerschaltung angeregt werden können, die identisch zur Schaltung 16 gemäß der ersten
Ausführungsform
ist, um jedes piezoelektrische Element 15 zu verformen und
Mikroverlagerungen des Spiegels 1 durchzuführen. Die
elektronische Steuerschaltung wird über die numerische Steuerschaltung 13 aus 1 aktiviert und
ist über
eine Stromleitung (nicht dargestellt) elektrisch mit den piezoelektrischen
Elementen 15 verbunden. Der Spiegel 1 ist vorzugsweise
in einem kassettenförmigen
Träger 18 angeordnet,
der von dem Endbereich 4a des Optikkopfes 4 abnehmbar
ist.
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Der
Optikkopf 4, mit dem der optische Weg von der Laserquelle
zum Umlenkspiegel 1 gewährleistet
werden kann, enthält
eine Kollimationslinse 19, die im oberen Bereich des Kopfes
befestigt ist, sowie eine Fokussierlinse 20, die in einem
Träger 21 befestigt
ist, der im Endbereich 4a des Kopfs 4 befestigt
ist, wie nachfolgend ersichtlich ist. Die Fokussierlinse 20 ist über zwei
Stege, einen oberen 22 und einen unteren 23, in
dem Träger 21 befestigt,
die sich beiderseits der Linse 20 befinden und an gegenüberliegenden
Schultern des Trägers 21 anschlagen.
Mit der Wahl der Länge
der beiden Stege 22, 23 kann die Brennweite der
Linse 20 bestimmt werden, so dass der Auftreffpunkt des
Laserstrahls F auf die Bohrungswandung 2a des Zylinders 2 eingestellt
wird. Eine feinere bzw. genauere Einstellung des Brennpunkts der
Linse 20 wird durch ein Instrument in Form eines Bedienknopfs 24 gewährleistet,
der mit einem mittleren Finger 25 versehen ist, der von
diesem vorsteht und mit einem Vorsprung 26 endet, der bezüglich des
Fingers 25 versetzt ist. Der Finger 25 kann in
ein radiales Loch 4c eingeführt werden, das durch die Seitenwand
des unteren Endbereichs 4a des Optikkopfes 4 so
ausgebildet ist, dass der Vorsprung 26 in eine Nut 21a eingreifen
kann, die am Außenumfang
des Zylinderträgers 21 ausgebildet
ist. In Eingriffstellung des Vorsprungs 26 in die Nut 21a und
durch Drehen des Bedienknopfs 24 in der einen oder der
anderen Richtung kann der Träger 21 entlang
der Achse X-X' axial
nach oben oder nach unten verstellt werden, um die Brennweite der
Linse 20 präzise
einzustellen. Nach erfolgtem Einstellen wird der Träger 21 über jegliches
an sich bekannte, geeignete Mittel im Endbereich 4a festgelegt,
beispielsweise über
eine Sicherungsschraube (nicht dargestellt), welche durch die Seitenwand
des Endbereichs 4a verläuft
und deren freies Ende in eine entsprechende Bohrung des Trägers 21 eingreift.
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Es
ist eine Antriebseinheit (nicht dargestellt) vorgesehen, um eine
translatorische Verschiebung des Körpers 4d des Optikkopfes 4 entlang
der Achse X-X' des
Zylinders zu gestatten und den Endbereich 4a relativ zum
Körper 4d um
die Achse X-X' herum mittels
eines Kugellagers 27 zu verdrehen, das zwischen dem Bereich 4a und
dem Körper 4d eingefügt ist.
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Die
numerische Steuerschaltung ist so programmiert, dass die piezoelektrischen
Verbindungsmittel 15 des Spiegels 1 und die Antriebseinheit
sowie die Laserquelle so angesteuert werden, dass der Strahl F verlagert
wird, dessen auf die Bohrungswandung 2a des Zylinders 2 fokussierten
Auftreffpunkte f1, f2, f3 solche Intensitäten haben, dass auf der Oberfläche der
Wandung 2a Rillen erzeugt werden, um Prägungen zu definieren, die Merkmale
in Form und Tiefe haben, wie sie in 2 dargestellt
sind. 6 zeigt die Verlagerung des Auftreffpunkts des Laserstrahls
bei f1, f2 und f3 auf der Oberfläche
der Bohrungswandung 2a, wenn die piezoelektrischen Elemente 15 in
der mit den Doppelpfeilen in dieser Figur angedeuteten Richtung
angeregt werden. Somit ermöglicht
es die numerische Steuerschaltung, mit sehr großer Geschwindigkeit Formgestalten
von unterschiedlichen Prägungen
auszubilden, die auf die Belastungsbedingungen eines jeden Zylinders
des Motors abgestimmt sind. Wie bei der Vorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
ermöglicht
es die Vorrichtung aus 4, die Merkmale der Schmiermittelreservoirs
zu ändern,
die aus den Prägungen an
der Oberfläche
der Bohrungswandung des Zylinders 2 bestehen, und zwar
in Abhängigkeit
von der Höhe
im Schaft dieses Zylinders, wie in 2 dargestellt
ist, und diese Prägungen
auf die Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse anzupassen, die durch die
relative Verlagerung des Kolbens im Zylinder erzeugt werden. Die
Parameter der Prägungen
werden durch die numerische Steuerung bestimmt, um variable Tiefen
der Rillen zu erhalten, welche diese Prägungen definieren, und um ein
Prägungsprofil
zu verleihen, das eine Einstellung des Schmiermittelkreislaufs innerhalb
der Prägung
gestattet, wie in 3 dargestellt ist.
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Auch
ist es bei dieser zweiten Ausführungsform
vorzuziehen, eine Laserquelle vom Typ YAG zu verwenden, die entweder
kontinuierlich oder gepulst betrieben werden kann, wobei in letzterem
Falle die Taktung der Laserquelle durch die numerische Steuerung
erfolgt.
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4 zeigt,
dass der Optikkopf eine innenliegende Leitung 4e enthält, die
sich im wesentlichen parallel zur Achse X-X' desselben erstreckt und in das Fenster 4b zum
radialen Austritt des Laserstrahls F in senkrechter Verlängerung
desselben mündet,
so dass in das Fenster ein Zuführgas,
wie etwa Stickstoff oder Argon, eingeleitet wird, das dazu bestimmt ist,
Oxidationseffekte an der Oberfläche
der Bohrungswandung 2a des Zylinders 2 zu vermeiden.
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Der
Optikkopf 4 enthält
ferner ein Innenkühlsystem,
das in 5 dargestellt ist und es ermöglicht, insbesondere den Umlenkspiegel 1 auf
einer bestimmten Temperatur zu halten. Dieses Kühlsystem verwendet dazu einen
Wasserkreislauf gegebenenfalls mit gekühltem Wasser, das über Längsleitungen 4f des
Optikkopfs zum Spiegel 1 fließt.
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Die
in den beiden jeweiligen vorangehenden Ausführungsformen beschriebene Vorrichtung
zur Laserbehandlung der Bohrungswandung eines jeden Zylinders eines
Verbrennungsmotors ermöglicht
es, einwandfrei die Bahnen des Laserstrahls zu bestimmen, so dass
Rillen ausgebildet werden, welche Prägungen in geschlossenen Formen
und mit einer Tiefe (Volumen) definieren, welche auf den Reibbereich der
Wand an dem bzw. den Kolbenringen abgestimmt sind.
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Durch
die flexible Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung,
wie sie vorangehend beschrieben ist, ist es möglich, die optimale Bearbeitung
nur auf diejenigen Bereiche der Innenwand eines jeden Zylinders
abzustimmen, die von starken Temperatur- und Kraftbeanspruchungen während des
Betriebs der Brennkraftmaschine betroffen sind. Mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
ist es möglich,
zusätzlich
zum gewöhnlichen
Honen eine Strukturierung an den Innenwänden der Zylinder einer Brennkraftmaschine durchzuführen, bei
welcher die Tiefe, die Teilung, die Stellung und die Form der Rillen
bestimmt werden, die in jede ihrer Wandungen eingraviert werden.
Die einwandfreie Bestimmung der vorgenannten Parameter ermöglicht es,
den Verbrauch an Öl
zu optimieren und folglich die Umweltbelastung durch diesen Motor
wirkungsvoll zu vermindern.