WO2022167138A1 - Verfahren zum laserhärten eines garniturdrahtes - Google Patents

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WO2022167138A1
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hardened
beam field
laser
clothing wire
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Johannes Bruske
Jochen Stauss
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Groz-Beckert Kommanditgesellschaft
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    • C21D2221/02—Edge parts

Definitions

  • the invention relates to a method for laser hardening areas of a clothing wire that are to be hardened.
  • a method for laser hardening is known from US Pat. No. 4,924,062 A, for example.
  • a laser beam is directed through an opening into a working space through which a clothing wire is moved in a conveying direction.
  • the clothing wire In the conveying direction in front of the working area, the clothing wire is preheated by means of a gas burner.
  • the clothing wire is cooled by a spray nozzle behind the working area in the conveying direction.
  • the inside of the working space is shaped like a segment of a sphere, so that laser light reflected by the clothing wire can be reflected back onto the clothing wire on the inside of the working space. In this way it is possible to direct laser light on two opposite sides of the trim wire.
  • a method for laser hardening a clothing wire is also described in CH 670 455 A5.
  • DE 10 2014 106 574 A1 describes the hardening of a clothing wire by inductive heating and subsequent cooling with a cooling medium.
  • Laser hardening is considered disadvantageous in this publication, since local overheating could occur due to the energy of the laser beam.
  • the induction hardening of a clothing wire is also known from JP 2909774 B2.
  • DE 2 018 793 describes a method for hardening workpieces or tools, such as band saws, using electron beams, with the electron beam energy being adapted to the shape and/or the position of the area to be hardened.
  • the clothing wire has a base section with which the clothing wire is wound onto a roller. Teeth which have an approximately triangular contour protrude from this base section. In the direction of extension of the clothing wire or of the base portion, two immediately adjacent teeth are separated from each other by a gap.
  • textile fibers are picked up by the clothing wire wound on a cylinder and aligned in the spaces between adjacent windings of the clothing wire in the circumferential direction around the cylinder.
  • the teeth of the clothing wire are designed to pick up the textile fibers and hold them back until they are released. It is therefore desirable to give these teeth sufficient hardness so that excessive wear does not occur as a result of friction with the textile fibers.
  • the base section of the clothing wire must in turn be able to be wound around the roller and should have a corresponding elasticity.
  • each tooth of a trim wire to be hardened should be hardened, while the base section has a lower hardness than the areas to be hardened.
  • a transition zone is formed between the already hardened part and the unhardened part.
  • the clothing wire does not have a precisely defined hardness, which is therefore a weak point of the clothing wire or the wire.
  • each tooth of the clothing wire can represent. It is also disadvantageous that metal oxide layers can form as a result of the heating (scaling). Then it is usually necessary to remove the iron oxide layers again in the further process.
  • a trim wire is hardened using a laser in sections of the trim wire that are to be hardened.
  • the trim wire has a continuous base portion from which teeth project. When the base portion extends linearly in a spanwise direction, the teeth are aligned parallel to a common plane and in a spanwise direction Arranged in a row.
  • the procedure includes the following steps:
  • At least one laser beam field is generated in at least one working plane in a working area.
  • Preferentially exactly one laser beam field is generated in a single working plane or a first laser beam field is generated in a first working plane and a second laser beam field in a second working plane.
  • the working planes are arranged at a distance from one another.
  • the laser beam field can be formed by the cross section of a continuous laser beam.
  • the contour of the laser beam field can vary and, for example, be polygonal, in particular rectangular.
  • the laser beam field has at least one and preferably four straight outer edges.
  • the intensity of the laser light changes at each straight outer edge. Energy density of the laser beam field abruptly.
  • a steepness m describes a gradient of the intensity of the laser light at the outer edge of the laser beam field and can be determined, for example, as follows:
  • the gradient is preferably greater than 5 , in particular greater than 7 , and more preferably greater than 8 .
  • Inert gas is introduced into the working space.
  • the inert gas can be introduced continuously or discontinuously. In this way it is possible to create a protective gas atmosphere in the working area.
  • nitrogen and/or argon and/or another inert gas can be used as protective gas. In this way, an atmosphere is generated in the working space which is inert and/or inert.
  • the clothing wire is conveyed in a conveying direction, in particular in the direction in which the clothing wire extends into the working space.
  • a section of each tooth of the clothing wire to be hardened is preferably aligned at an angle or at right angles to the direction of propagation of the laser light within the working space.
  • the clothing wire is conveyed in such a way that each section to be hardened is moved along the at least one laser beam field or through the at least one laser beam field.
  • Each area to be hardened has at least one outer surface which, when the area to be hardened moves through the associated at least one laser beam field along the respective
  • Working plane is moved.
  • a single A laser beam field can be generated in a single working plane, with an outer surface of each area to be hardened being moved along the working plane through the laser beam field.
  • Two opposite outer surfaces of each area to be hardened can each be moved along one of the two working planes through the assigned laser beam field. This means that each area to be hardened can be heated from one side by a laser beam field or from two opposite sides by two laser beam fields.
  • an area to be hardened moves through the at least one laser beam field, it is heated.
  • the conveying movement of the clothing wire moves the area to be hardened farther and farther out of the at least one laser beam field, so that no further energy or More heat is introduced into the area to be hardened.
  • An additional cooling effect can optionally be achieved in the working area in that a gas flow is generated by supplying the protective gas. In this case, the protective gas can be fed continuously into the working area.
  • the supply of a further separate cooling medium is not necessary in any of the exemplary embodiments.
  • each section of the clothing wire to be hardened takes place entirely within the working chamber.
  • the introduction of energy and the resulting heating of each section to be hardened by the laser beam field can take place in a very small space.
  • the heating and cooling takes place in a very short time, so that the risk of scaling is already reduced.
  • temper colors can form and/or scaling can occur.
  • According to the invention is therefore an inert or. inert atmosphere is formed in the working area by continuously or intermittently introducing protective gas. This further improves laser hardening and post-processing of the hardened parts of the clothing wire can be omitted.
  • a laser beam source is used, for example a diode laser or a gas laser.
  • the laser light can have a wavelength of at least 650 nm, e.g. B. in the range from 800 nm to 1400 nm and in one embodiment a light wavelength of about 1000 nm.
  • the clothing wire is freely moved continuously in the conveying direction while it is stationary.
  • the movement in the conveying direction can take place at a constant speed.
  • the speed at which the clothing wire is moved in the conveying direction can be at least 10 m/min or 20 m/min, for example 40 m/min to 50 m/min, the speed being adjusted depending on the dimension of the teeth in the conveying direction can .
  • a constant speed when moving the clothing wire in the conveying direction the time with which each section to be hardened is moved through the at least one laser beam field is also constant.
  • the laser beam field is time-invariant, for example the contour of the laser beam field and/or the intensity of the laser light during an on-time of the laser and/or a laser beam pulse frequency when the laser beam field is formed by laser beam pulses.
  • the laser beam field is neither switched on and off, nor is the energy density of the laser light varied over time in the area of the laser beam field (e.g. laser beam pulse frequency equal to zero).
  • the spatial expansion of the laser beam field and the position of the laser beam field in the working space is preferably constant.
  • the at least one laser beam field can have a non-circular contour.
  • the at least one laser beam field can have a length in the conveying direction and a width perpendicular to the conveying direction in the associated working plane.
  • the length and the width are in particular different in size, with the width being able to be smaller than the length.
  • the at least one laser beam field can, for example, have a length in the range of at least 10 mm to a maximum of 100 mm, preferably 15 mm to 70 mm and more preferably 25 mm or 30 mm to 40 mm.
  • the length of the laser beam field is 32 mm to 35 mm.
  • the width of the laser beam field can be selected depending on a height of an area to be hardened on each tooth, and in one embodiment at least 0.5 mm or 1.0 and/or a maximum of 2.0 mm or 3.0 mm.
  • each laser beam field can be generated by means of beam shaping optics that transform an incident laser beam into an exiting laser beam.
  • the emerging laser beam has a different cross-section than the incident laser beam.
  • the emerging laser beam forms the laser beam field in the assigned working level. If a first laser beam field is to be generated in a first working plane and a second laser beam field in a second working plane, two separate beam shaping optics can be used for this purpose.
  • the beam shaping optics can, for example, have a lens and in particular a free-form lens—similar to a Powell lens. In addition to such a lens, the beam shaping optics can have other light-diffracting and/or light-refracting and/or light-reflecting components.
  • laser light that does not impinge on an area to be hardened in the laser beam field, but penetrates the laser beam field is at least partially caught by a beam trap. If the clothing wire is moved, for example, in the conveying direction, the laser light partially penetrates the laser beam field, for example in the area in which there is a gap between two adjacent teeth of the clothing wire in the laser beam field. This laser light can be at least partially caught by the beam trap.
  • the beam trap can be arranged opposite to the beam shaping optics, for example, with the working level between the beam shaping optics and the beam trap.
  • the jet trap can preferably be cooled by a cooling medium, for example water and/or air.
  • a cooling medium for example water and/or air.
  • at least one cooling channel through which the cooling medium flows can run inside the jet trap.
  • a cooling medium can be directed onto the jet trap from the outside.
  • the beam trap can have at least one impingement surface, which is aligned at an incline to the direction of propagation of the laser light passing through the at least one laser beam plane.
  • the energy density of the laser light at the impingement surface is reduced compared to the energy density in the laser beam plane.
  • the energy density of the laser light can be reduced in such a way that the heating on the impingement surface is not critical for the beam trap and the heat introduced as a result can be dissipated, preferably by active cooling with a cooling medium.
  • the exposure time of the laser light to each point of a section to be hardened in the at least one laser beam field can be a maximum of 150 ms or a maximum of 100 ms.
  • the exposure time can preferably be in a range from 30 ms to 90 ms and more preferably in a range from 50 ms to 70 ms. In one exemplary embodiment, the exposure time is about 60 ms.
  • the exposure time can be set, for example, by the conveying speed of the clothing wire and/or the length of the at least one laser beam field in the conveying direction. It is advantageous if the clothing wire is annealed before it enters the at least one laser beam field. The annealing may be limited to, or at least encompass, the base portion of the trim wire.
  • Annealing includes heating from an initial temperature to a soaking temperature, soaking at the soaking temperature, and cooling to a target temperature, which may correspond to the starting temperature of the clothing wire prior to heating.
  • the target temperature and/or starting temperature can be the ambient temperature, for example.
  • the method includes cleaning the clothing wire before it enters the at least one laser beam field.
  • the cleaning can take place before an optional annealing process.
  • the cleaning takes place in particular without direct contact of a cleaning tool with the clothing wire, for example by spraying a cleaning fluid onto the clothing wire. Water can be used as the cleaning fluid.
  • the heating of the at least one area to be hardened is measured, for example using a pyrometer.
  • the energy density of the laser light in the at least one laser beam field can be adjusted so that the desired temperature is reached in the areas of the clothing wire that are to be hardened.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective partial representation of an exemplary embodiment of a trim wire
  • FIG. 2 shows part of the clothing wire from FIG. 1 in a schematic side view
  • FIG. 3 shows a cross section at right angles to the direction of extension of the clothing wire according to section line III-III in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic basic representation of a course of a hardness in an already hardened tooth of the clothing wire according to FIGS. 1-3,
  • FIG. 5 shows a schematic basic representation of a device and a method for hardening the clothing wire with a view in a conveying direction
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the device and the method from FIG. 5 in a side view at right angles to the conveying direction
  • FIG. 7 shows a basic representation of a laser beam field according to the invention with a length in the conveying direction and a width at right angles to the conveying direction
  • FIG. 8 shows a highly schematized representation of a modified embodiment of a device and a method for laser hardening the clothing wire.
  • the invention relates to the laser hardening of a clothing wire 10 as illustrated schematically in FIGS. 1-3.
  • the trim wire 10 has a base section 11 extending in a longitudinal direction L.
  • the base section 11 can have a polygonal, for example a rectangular, cross-section.
  • a plurality of teeth 12 which are arranged one behind the other in the longitudinal direction L protrude from the base section 11 in a width direction B.
  • a gap 13 is present in each case between two teeth 12 that are directly adjacent in the longitudinal direction L.
  • Each tooth 12 has a substantially triangular outline with a corner 14 located widthwise B away from the base portion 11 .
  • the corner 14 is formed by two edges 15 , 16 delimiting the contour of the tooth 12 .
  • the one, first edge 15 extends essentially in the width direction B and the other, second edge 16 is inclined obliquely to the width direction B.
  • the base section 11 has a thickness that is greater than the thickness of the teeth 12 at least in a section.
  • the base portion 11 has a projection formed with a longitudinal surface 17 which, in the exemplary embodiment, is oriented at right angles to the width direction B.
  • Each tooth 12 has a first outer surface 18 and a second outer surface 19 opposite the first outer surface 18 .
  • the two outer surfaces 18 , 19 are arranged at a distance from one another in the depth direction T corresponding to the thickness of the tooth 12 .
  • the two outer surfaces 18 , 19 can be arranged parallel to one another.
  • the second outer surface 19 extends essentially at right angles to the depth direction T, while the first outer surface 18 is aligned at an angle with respect to the depth direction T and the second outer surface 19 .
  • the first outer surface 18 extends in a first plane E1 and the second outer surface 19 extends in a second plane E2 (FIG. 3).
  • An area A to be hardened adjoins the corner 14 on each tooth. Each tooth 12 should be hardened in this area.
  • the area A to be hardened is arranged at a distance from the projection of the base section 11 adjoining the longitudinal surface 17 .
  • the area A to be hardened is adjoined by a transition zone Z, in which the hardness decreases continuously in the direction of the base section 11 .
  • the transition zone Z after laser hardening using the method according to the invention has a dimension in the range of less than 0.3 mm and preferably less than 0.2 mm.
  • FIGS. 5 and 6 An exemplary embodiment of a device and a method for laser hardening is shown in FIGS. 5 and 6, each in a schematic representation similar to a block diagram.
  • a working space 26 is delimited in a housing 25 for the laser hardening.
  • the clothing wire 10 is processed in the working space 26 and laser-hardened in particular in the areas A to be hardened.
  • the clothing wire 10 is moved in a conveying direction F through the working space 26 by means of a conveying device (not shown).
  • the conveying direction F can be oriented horizontally, for example.
  • the width direction B of the clothing wire 10 is preferably aligned parallel to a transverse direction Q of the working space 26 , which in turn is oriented at right angles to the conveying direction F.
  • the conveying direction F and the transverse direction Q can span a plane that extends horizontally.
  • the clothing wire 10 can be moved through the working space 26 lying flat, so to speak.
  • the clothing wire 10 is moved through the working space 26 without stopping and is processed, in particular hardened, during this time.
  • the speed at which the clothing wire 10 is moved in the conveying direction F is preferably constant and is at least 10 m/min or at least 20 m/min, for example 40 m/min to 50 m/min, in the exemplary embodiment Size of the teeth 12 depends and the smaller can be chosen, the larger the teeth 12 are.
  • At least one laser beam field 27 and in the exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6 exactly one laser beam field 27 is generated in the working space.
  • the device has a laser beam source 28 which emits a laser beam 29 .
  • the emitted laser beam 29 can be supplied directly as an incident laser beam 30 to a beam shaping optics 31 or alternatively indirectly via one or more optical elements. These optical elements can deflect and/or break and/or bend and/or reflect the laser beam and then feed it to the beam shaping optics 31 as the incident laser beam 30 .
  • the laser light of the laser beam 29 generated by the laser beam source 28 preferably has a wavelength of at least 650 nm or at least 800 nm, e.g. B. in the range from 800 nm to 1400 nm and has a wavelength of about 1000 nm in the exemplary embodiment.
  • the beam shaping optics 31 are set up to transform the incident laser beam 30 and to form an exiting laser beam 32 with a defined cross section in a working plane.
  • the beam shaping optics 31 can have one or more optical components, such as a lens , in particular a free-form lens 33 .
  • the exiting laser beam 32 forms the laser beam field 27 in the working plane within the working space 26 .
  • the working plane in the working space 26 extends in the conveying direction F and either in the transverse direction Q or inclined to the transverse direction Q, so that the first plane El of the first outer surfaces 18 present in the working space are arranged essentially in the working plane.
  • the emerging laser beam 32 has a defined dimension and energy density in its laser beam field 27 arranged in the working plane. As illustrated in a highly schematic manner in FIG. 7, the laser beam field 27 has a length x in the conveying direction F and a width y perpendicular to the conveying direction F along the working plane or in the transverse direction Q.
  • the length x is preferably different from the width y and in particular is larger.
  • the length x can be at least 10 mm to a maximum of 100 mm, preferably 15 mm to 70 mm and more preferably 25 mm or 30 mm to 40 mm and in particular 32 mm to 35 mm.
  • the width y of the laser beam field 27 can be adapted to the dimensions of the areas A of the teeth 12 to be hardened and can be, for example, in a range of at least 0.5 mm or 1.0 mm to 2.0 mm or 3.0 mm.
  • the at least one laser beam field 27 is, for example, rectangular or otherwise polygonal in shape. It has at least one straight outer edge which is aligned parallel to the conveying direction F and which delimits at least one laser beam field 27 towards the base section 11 .
  • the intensity of the laser light changes at each straight outer edge.
  • the energy density of the at least one laser beam field 27 abruptly.
  • the slope is preferably greater than 5, in particular greater than 7, and more preferably greater than 8.
  • An inert gas atmosphere is created in the working space 26 in order to avoid the formation of metal oxide layers (scale) and the generation of temper colors as a result of the laser hardening.
  • a protective gas G is introduced into the working space 26 for this purpose.
  • the housing 25 can have at least one gas connection 37 in order to supply the protective gas G.
  • the protective gas G can flow into the working space 26 continuously or discontinuously.
  • the protective gas G is preferably introduced into the working space 26 adjacent to the beam shaping optics 31, so that it is inclined or perpendicular to the direction of propagation of the exiting laser beam 32 flows, for example in the transverse direction Q and/or in the conveying direction F. In the example from the shielding gas G is vertically between the working level or the laser beam field 27 and the beam shaping optics 31 initiated.
  • the flow of protective gas G can protect the beam shape optics 31 and serve as a kind of sealing gas for smoke and/or vapor that is formed in the workspace 26 during laser hardening and/or other processing.
  • the protective gas G can transport smoke and/or vapor out of the laser beam field 27 .
  • the protective gas G is thus used, for example, not only to generate a low-reaction or inert atmosphere in the working space 26, but at the same time also to protect the beam shaping optics 31 and/or to maintain as uniform an energy density as possible in the laser beam field 27 on the surface of the clothing wire 10.
  • protective gas G nitrogen, argon or another inert gas or any combination thereof can be used as protective gas G.
  • the clothing wire 10 is moved through the working space 26 so that the areas A of the individual teeth 12 to be hardened move through the laser beam field 27 one after the other.
  • the areas A to be hardened are heated in the laser beam field 27 and cool down rapidly after exiting the laser beam field 27, as a result of which the hardness increases.
  • the cooling is effected by thermal conduction within the clothing wire 10 from the heated areas to be hardened in the direction of the base section 11 . Additional cooling can be achieved by dissipating heat into the atmosphere in the working space 26 .
  • a caused by the introduction of the protective gas G Gas flow within the working space 26 can contribute to further cooling of the heated sections.
  • the laser beam field 27 is positioned in such a way that only the areas A of the teeth 12 to be hardened are moved through the laser beam field 27 .
  • the other areas of the trim wire 10 which are not to be hardened, in particular the base section 11, are moved outside of the laser beam field 27 through the working space 26.
  • the exposure time during which the laser light of the exiting laser beam 32 acts in the laser beam field 27 on each point of the area A to be hardened that is moved through is a maximum of 150 ms or a maximum of 100 ms.
  • the exposure time can preferably be in a range from 30 ms to 90 ms and more preferably in a range from 50 ms to 70 ms. In one embodiment, the exposure time is about 60 ms.
  • the tooth 12 After the hardening of a region A of a tooth 12 to be hardened, the tooth 12 exhibits a hardening curve as is illustrated schematically in principle in FIG.
  • the abscissa of the diagram indicates a distance d from the corner 14 of a tooth 12 in width direction B.
  • the ordinate indicates the hardness H as a function of the distance d.
  • the hardness H is greatest and essentially constant in each area A to be hardened. In the transition zone Z, the hardness decreases. Outside the hardened area A, the hardness H corresponds to the value that the unhardened material of the trim wire 10 has.
  • the dimension of the transition zone Z in the width direction B is small and preferably less than 0.2 mm.
  • the uncured base portion 11 provides sufficient elasticity and deformability, and even after curing, the trim wire 10 can be easily wound on a roll without cracks or other damage.
  • a beam trap 38 can be present in the propagation direction of the exiting laser beam 32 behind the working plane or the plane in which the trim wire 10 is moved through the working space 26 .
  • the beam trap 38 is set up to at least partially catch the laser light of the exiting laser beam 32, which does not impinge on the clothing wire 10 but rather passes through the laser beam field 27, in particular through a gap 13 between two teeth 12 (also compare FIG. 7).
  • the beam trap 38 has at least one and, for example, two impact surfaces 39 arranged obliquely to the propagation direction of the laser light of the exiting laser beam 32.
  • the impact surfaces 39 can be arranged, for example, in a V-shape.
  • the inclination of the impact surfaces 39 relative to the propagation direction of the laser light increases the area on which the laser light strikes the at least one impact surface 39 compared to the surface of the laser beam field 27.
  • the energy density of the at least one impact surface 39 on meeting end laser light is therefore reduced compared to the laser beam field.
  • the energy absorption in the beam trap 38 per unit area is therefore also sufficiently small.
  • the at least one impingement surface 39 is formed by an outer surface of a heat sink 40 .
  • the heat sink 40 and therefore the at least an impact surface 39 can be cooled by a cooling medium K, for example air, water or another fluid.
  • a cooling medium K for example air, water or another fluid.
  • at least one cooling channel 41 is present within the heat sink 40, through which the cooling medium K flows.
  • the cooling circuit of the cooling medium K is only indicated in a highly schematic manner in FIG.
  • Further stations for processing the clothing wire 10 can be present in the housing 25 and are preferably arranged in front of the laser beam field 27 in the direction of movement of the clothing wire 10 .
  • this can involve a cleaning station and an annealing station 42 .
  • the cleaning station 41 is set up to clean at least the areas A of the clothing wire 10 to be hardened.
  • the annealing station 42 is set up to anneal at least the base section 11 of the clothing wire 10 .
  • the cleaning station 41 can be set up to release a cleaning agent and to spray it at least onto the areas A of the trim wire 10 to be hardened in order to remove impurities.
  • the clothing wire 10 can then be dried in the cleaning station 41, for example by blowing dry with a gas.
  • the annealing station 42 is set up to anneal at least the base section 11 of the trim wire 10 or alternatively the entire trim wire 10 .
  • the annealing station 42 can have a heating device 43, a Have cooling device 44 and optionally a drying device 45 .
  • the heating device 43 serves to introduce heat at least into the base section 11 of the clothing wire 10 and to heat it up to a holding temperature.
  • the parts of the clothing wire 10 thus heated are then cooled by the cooling device 44 , for example by spraying on a coolant, for example water.
  • the clothing wire 10 can then be dried by means of the drying device 45, for example by blowing dry with a gas.
  • the areas A to be hardened are hardened by laser hardening in the working area. In the exemplary embodiment, all of these work steps take place within the work space 26 .
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment for laser hardening of regions A of a clothing wire 10 to be hardened in a greatly simplified schematic representation of the principle.
  • two separate beam shaping optics 31 produce two exiting laser beams 32, each of which forms a laser beam field, for example a first laser beam field 27a in a first working plane and a second laser beam field 27b in a second working plane arranged at a distance therefrom.
  • the two working planes can run parallel or at an angle to one another and are, for example, aligned in such a way that the first planes E1 of the areas A to be hardened move along the first working plane and the second planes E2 of the areas A to be hardened move along the second working plane.
  • the energy of the laser light is introduced from two opposite sides into the areas A of the trim wire 10 to be hardened, namely on the first outer surface 18 by the first laser beam field 27a and on the second outer surface 19 by the second laser beam field 27b.
  • the laser beam fields 27a, 27b can be offset from one another or, alternatively, at least partially overlap.
  • two separate beam traps 38 can be present for the two exiting laser beams 32 .
  • the exiting laser beams 32 are not aligned parallel to a common axis, but the directions of propagation are oriented at an angle of less than 180° to one another.
  • the emitted laser beam 29 of a common laser beam source 28 can be used to generate the two exiting laser beams 32 through the two beam shaping optics 31 .
  • two separate laser beam sources 28 could also be used.
  • a pyrometer 46 can be used for this, as is shown schematically in FIG.
  • Thermal radiation W which emanates from the heated area of the clothing wire 10 into the at least one area A to be hardened, can be detected by means of the pyrometer 46 .
  • Using the pyrometer 46 can thus be checked whether sufficient energy in the at least one area A to be hardened has been entered. If necessary, the settings of the laser beam source 28 can be modified in order to adapt the energy input.
  • the invention relates to a method for laser beam hardening of regions A of a clothing wire 10 to be hardened.
  • the clothing wire 10 is moved in a conveying direction through a working space 26 .
  • a protective gas atmosphere is generated in the working space 26 by the continuous or discontinuous introduction of protective gas G .
  • a laser beam field 27 is formed in the working space 26 , through which the areas A of the clothing wire 10 to be hardened are moved. In the process, the areas A to be hardened are heated. After leaving the laser beam field 27, the areas A to be hardened cool down and are hardened by passing through this temperature profile.
  • the hardening in the protective gas atmosphere in the working area 26 prevents the formation of oxide layers (scaling) and tempering colors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlhärten von zu härtenden Bereichen (A) eines Garniturdrahtes (10). Dabei wird der Garniturdraht (10) in einer Förderrichtung durch einen Arbeitsraum (26) bewegt. Im Arbeitsraum (26) wird eine Schutzgasatmosphäre durch das kontinuierliche oder diskontinuierliche Einleiten von Schutzgas (G) erzeugt. Im Arbeitsraum (26) wird ein Laserstrahlfeld (27) gebildet, durch das die zu härtenden Bereiche (A) des Garniturdrahtes (10) bewegt werden. Dabei werden die zu härtenden Bereiche (A) erwärmt. Nach dem Austritt aus dem Laserstrahlfeld (27) kühlen sich die zu härtenden Bereiche (A) ab und werden durch das Durchlaufen dieses Temperaturprofils gehärtet. Das Härten in der Schutzgasatmosphäre im Arbeitsraum (26) verhindert das Bilden von Oxidschichten (Verzunderung) und Anlassfarben.

Description

Verfahren zum Laserhärten eines Garniturdrahtes
[ 0001 ] Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Laserhärten von zu härtenden Bereichen eines Garniturdrahtes .
[ 0002 ] Ein Verfahren zum Laserhärten ist beispielsweise aus US 4 , 924 , 062 A bekannt . Dort wird ein Laserstrahl durch eine Öf fnung in einen Arbeitsraum gerichtet , durch den ein Garniturdraht in einer Förderrichtung bewegt wird . In Förderrichtung vor dem Arbeitsraum wird der Garniturdraht mittels eines Gasbrenners vorgewärmt . In Förderrichtung hinter dem Arbeitsraum wird der Garniturdraht mittels einer Sprühdüse gekühlt . Der Arbeitsraum ist an seiner Innenseite kugelabschnittförmig, so dass vom Garniturdraht reflektiertes Laserlicht an der Innenseite des Arbeitsraums zurück auf den Garniturdraht reflektiert werden kann . Auf diese Weise ist es möglich, Laserlicht auf zwei entgegengesetzten Seiten des Garniturdrahtes zu richten .
[ 0003 ] Ein Verfahren zum Laserhärten eines Garniturdrahtes ist auch in CH 670 455 A5 beschrieben .
[ 0004 ] DE 10 2014 106 574 Al beschreibt das Härten eines Garniturdrahtes durch induktives Erhitzen und anschließendes Abkühlen mit einem Kühlmedium . Das Laserhärten wird in dieser Druckschri ft als nachteilig angesehen, da lokale Überhitzungen durch die Energie des Laserstrahls auftreten könnten . Das Induktionshärten eines Garniturdrahtes ist ferner aus JP 2909774 B2 bekannt . [ 0005 ] DE 2 018 793 beschreibt ein Verfahren zum Härten von Werkstücken oder Werkzeugen, wie Bandsägen, durch Elektronenstrahlen, wobei die Elektronenstrahlenergie an die Form und/oder die Position des zu härtenden Bereichs angepasst wird .
[ 0006 ] Aus DE 10 2006 030 418 Al ist der Einsatz eines Lasers zum Laserstrahlschneiden bekannt . Dadurch kann beispielsweise die Kontur eines Garniturdrahtes aus einem Werkstück ausgeschnitten werden .
[ 0007 ] Der Garniturdraht hat einen Basisabschnitt , mit dem der Garniturdraht auf eine Wal ze aufgewickelt wird . Von diesem Basisabschnitt ragen Zähne weg, die eine in etwa dreieckförmige Kontur aufweisen . In Erstreckungsrichtung des Garniturdrahtes bzw . des Basisabschnitts sind zwei unmittelbar benachbarte Zähne durch eine Lücke voneinander getrennt .
[ 0008 ] Beim Kardieren werden Textil fasern durch den auf einer Wal ze auf gewickelten Garniturdraht aufgenommen und in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Windungen des Garniturdrahtes in Umfangsrichtung um die Wal ze ausgerichtet . Die Zähne des Garniturdrahtes sind dabei dazu eingerichtet , die Textil fasern auf zunehmen und bis zu deren Abgabe zurückzuhalten . Es ist daher wünschenswert , diesen Zähnen eine ausreichende Härte zu verleihen, so dass durch die Reibung mit den Textil fasern kein zu großer Verschleiß auftritt . Der Basisabschnitt des Garniturdrahtes muss wiederum um die Wal ze gewickelt werden können und sollte eine entsprechende Elasti zität aufweisen . Beim Herstellen eines Garniturdrahtes für eine Ganzstahlgarnitur ist es also wünschenswert , dass der Garniturdraht in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Härten aufweist .
[ 0009 ] Somit soll zumindest ein zu härtender Bereich j edes Zahns eines Garniturdrahtes gehärtet werden, während der Basisabschnitt eine gegenüber den zu härtenden Bereichen geringere Härte aufweist . Dabei bildet sich eine Übergangs zone zwischen dem bereits gehärteten Teil und dem ungehärteten Teil . In der Übergangs zone hat der Garniturdraht eine nicht genau definierte Härte , die daher eine Schwachstelle des Garniturdrahtes bzw . j edes Zahns des Garniturdrahtes darstellen kann . Es ist auch nachteilig, dass sich durch das Erwärmen Metalloxidschichten bilden können (Verzunderung) . Dann ist es in der Regel erforderlich, die Ei- senoxidschichten im weiteren Prozess wieder zu entfernen .
[ 0010 ] Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren zu schaf fen, mit dem sich ein Garniturdraht ef fi zient , mit einer platzsparenden Vorrichtung und unter Vermeidung von Zunderbildung härten lässt .
[ 0011 ] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst .
[ 0012 ] Erfindungsgemäß wird ein Garniturdraht unter Verwendung eines Lasers in zu härtenden Abschnitten des Garniturdrahtes gehärtet . Der Garniturdraht hat einen kontinuierlichen Basisabschnitt , von dem Zähne weg ragen . Erstreckt sich der Basisabschnitt linear in einer Erstreckungsrichtung, sind die Zähne parallel zu einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet und in Erstreckungsrichtung in einer Reihe hintereinander angeordnet . Zu dem Verfahren gehören folgende Schritte :
[ 0013 ] In einem Arbeitsraum wird wenigstens ein Laserstrahl feld in wenigstens einer Arbeitsebene erzeugt . Vorzugsweise wird genau ein Laserstrahl feld in einer einzigen Arbeitsebene oder es wird ein erstes Laserstrahl feld in einer ersten Arbeitsebene und ein zweites Laserstrahl feld in einer zweiten Arbeitsebene erzeugt . Die Arbeitsebenen sind dabei mit Abstand zueinander angeordnet . Das Laserstrahlfeld kann durch den Querschnitt eines zusammenhängenden Laserstrahls gebildet sein . Die Kontur des Laserstrahl feldes kann variieren und beispielsweise polygonförmig, insbesondere rechteckig sein . Vorteilhafterweise weist das Laserstrahl feld zumindest eine und vorzugsweise vier gerade verlaufende Außenkanten auf . An j eder geraden Außenkante ändert sich die Intensität des Laserlichts bzw . Energiedichte des Laserstrahl feldes sprungartig . Eine Steilheit m beschreibt einen Gradienten der Intensität des Laserlichts an der Außenkante des Laserstrahl feldes und kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden :
0,9 ■ / — 0,1 ■ I m = w - - - - -
%2 — xl mit m : Steilheit der Intensitätsänderung;
/ : Mittelwert der Intensität I des Laserstrahlfeldes ; w : Breite der Laserstrahl feldes rechtwinkelig zu der geraden Außenkante bei 50% der mittleren Intensität / ; xl : halbe Breite des Laserstrahl feldes rechtwin- kelig zu der geraden Außenkante bei 10% der mittleren Intensität / ; x2 : halbe Breite des Laserstrahl feldes rechtwinkelig zu der geraden Außenkante bei 90% der mittleren Intensität / .
[ 0014 ] Vorzugsweise ist die Steilheit größer als 5 , insbesondere größer als 7 , und weiter vorzugsweise größer als 8 .
[ 0015 ] In den Arbeitsraum wird Schutzgas eingeleitet . Das Einleiten von Schutzgas kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen . Auf diese Weise ist es möglich, im Arbeitsraum eine Schutzgasatmosphäre zu erzeugen . Als Schutzgas kann beispielsweise Stickstof f und/oder Argon und/oder ein anderes Edelgas verwendet werden . In dem Arbeitsraum wird dadurch eine Atmosphäre erzeugt , die inert und/oder reaktionsträge ist .
[ 0016 ] Der Garniturdraht wird in einer Förderrichtung, insbesondere in Erstreckungsrichtung des Garniturdrahtes in den Arbeitsraum gefördert . Ein zu härtender Abschnitt j edes Zahns des Garniturdrahtes ist dabei vorzugsweise schräg oder rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung des Laserlichts innerhalb des Arbeitsraums ausgerichtet . Der Garniturdraht wird derart gefördert , dass j eder zu härtende Abschnitt entlang des wenigstens einen Laserstrahl feldes oder durch das wenigstens eine Laserstrahl feld bewegt wird . Jeder zu härtende Bereich hat wenigstens eine Außenfläche , die bei der Bewegung des zu härtenden Bereichs durch das zugeordnete wenigstens eine Laserstrahl feld entlang der j eweiligen
Arbeitsebene bewegt wird . Beispielsweise kann ein einziges Laserstrahl f eld in einer einzigen Arbeitsebene erzeugt werden, wobei eine Außenfläche j edes zu härtenden Bereichs entlang der Arbeitsebene durch das Laserstrahl feld bewegt wird . Es ist auch möglich, zwei Laserstrahl felder in zwei Arbeitsebenen zu erzeugen, die parallel zueinander angeordnet sind und rechtwinkelig zur Förderrichtung einen Abstand aufweisen, der der Dicke des zu härtenden Bereichs entspricht . Dabei können zwei entgegengesetzte Außenflächen j edes zu härtenden Bereichs j eweils entlang einer der beiden Arbeitsebenen durch das zugeordnete Laserstrahl feld bewegt werden . Somit kann j eder zu härtende Bereich von einer Seite durch ein Laserstrahl feld oder von zwei entgegengesetzten Seiten durch zwei Laserstrahl felder erwärmt werden .
[ 0017 ] Während sich ein zu härtender Bereich durch das wenigstens eine Laserstrahl feld bewegt , wird er erwärmt . Durch die Förderbewegung des Garniturdrahtes wird der zu härtende Bereich immer weiter aus dem wenigstens einen Laserstrahl feld herausbewegt , so dass keine weitere Energie bzw . Wärme mehr in den zu härtenden Bereich eingetragen wird . Aufgrund der Wärmeleitung des Materials des Garniturdrahtes sowie der Wärmeleitung zwischen dem Garniturdraht und der umgebenden Atmosphäre im Arbeitsraum kühlt sich der erwärmte , zu härtende Bereich rasch ab, wodurch seine Härte zunimmt . Ein zusätzlicher Kühlef fekt kann dabei im Arbeitsraum optional dadurch erreicht werden, dass durch das Zuführen des Schutzgases eine Gasströmung erzeugt wird . In diesem Fall kann das Schutzgas kontinuierlich in den Arbeitsraum eingeleitet werden . Das Zuführen von einem weiteren separaten Kühlmedium ist bei sämtlichen Aus führungsbeispielen nicht erforderlich . Das Erwärmen und Abkühlen j edes zu härtenden Abschnitts des Garniturdrahtes findet vollständig innerhalb der Arbeitskammer statt . [ 0018 ] Das Einträgen von Energie und die dadurch bewirkte Erwärmung j edes zu härtenden Abschnitts durch das Laserstrahl feld kann auf sehr kleinem Raum erfolgen . Das Erwärmen und Abkühlen findet in einer sehr kurzen Zeit statt , so dass die Gefahr der Verzunderung bereits reduziert ist . Es hat sich j edoch gezeigt , dass trotz dieser kurzen Zeitdauer des Härtens eine Bildung von Anlass farben und/oder eine Verzunderung stattfinden kann . Erfindungsgemäß wird deswegen eine reaktionsträge bzw . inerte Atmosphäre im Arbeitsraum gebildet , indem Schutzgas kontinuierlich oder diskontinuierlich eingeleitet wird . Dadurch wird das Laserhärten weiter verbessert und eine Nachbearbeitung der gehärteten Teile des Garniturdrahtes kann entfallen .
[ 0019 ] Zur Erzeugung des Laserlichts bzw . des Laserstrahls wird eine Laserstrahlquelle verwendet , beispielsweise ein Diodenlaser oder ein Gaslaser . Das Laserlicht kann eine Wellenlänge von mindestens 650 nm aufweisen, z . B . im Bereich von 800 nm bis 1400 nm und bei einem Aus führungsbeispiel eine Lichtwellenlänge von etwa 1000 nm aufweisen .
[ 0020 ] Es ist bevorzugt , wenn der Garniturdraht stillstands frei kontinuierlich in Förderrichtung bewegt wird . Die Bewegung in Förderrichtung kann mit einer konstanten Geschwindigkeit erfolgen . Die Geschwindigkeit , mit der der Garniturdraht in Förderrichtung bewegt wird, kann mindestens 10 m/min oder 20 m/min betragen, beispielsweise 40 m/min bis 50 m/min betragen, wobei die Geschwindigkeit abhängig von der Dimension der Zähne in Förderrichtung eingestellt werden kann . Durch eine konstante Geschwindigkeit beim Bewegen des Garniturdrahtes in Förderrichtung bleibt auch die Zeit konstant, mit der jeder zu härtende Abschnitt durch das wenigstens eine Laserstrahlfeld hindurch bewegt wird .
[0021] Es ist vorteilhaft, wenn wenigstens eine Eigenschaft des Laserstrahlfeldes zeitinvariant ist, beispielsweise die Kontur des Laserstrahlfeldes und/oder die Intensität des Laserlichts während einer Einschaltdauer des Lasers und/oder eine Laserstrahlimpulsfrequenz, wenn das Laserstrahlfeld durch Laserstrahlimpulse gebildet ist. Das Laserstrahlfeld wird bei einem Ausführungsbeispiel weder ein- und ausgeschaltet, noch wird die Energiedichte des Laserlichts im Bereich des Laserstrahlfeldes zeitlich variiert (z.B. Laserstrahlimpulsfrequenz gleich Null) . Die räumliche Ausdehnung des Laserstrahlfeldes und die Position des Laserstrahlfeldes im Arbeitsraum ist vorzugsweise konstant .
[0022] Bei einer bevorzugten Aus führungs form kann das wenigstens eine Laserstrahlfeld eine nicht kreisrunde Kontur aufweisen. Das wenigstens eine Laserstrahlfeld kann in Förderrichtung eine Länge und rechtwinklig zur Förderrichtung in der zugeordneten Arbeitsebene eine Breite aufweisen. Die Länge und die Breite sind insbesondere unterschiedlich groß, wobei die Breite kleiner sein kann als die Länge. Das wenigstens eine Laserstrahlfeld kann beispielsweise eine Länge im Bereich von mindestens 10 mm bis maximal 100 mm aufweisen, vorzugsweise 15 mm bis 70 mm und weiter vorzugsweise 25 mm oder 30mm bis 40 mm aufweisen. Beispielsweise beträgt die Länge des Laserstrahlfeldes 32 mm bis 35 mm. Die Breite des Laserstrahlfeldes kann abhängig von einer Höhe eines zu härtenden Bereichs an jedem Zahn gewählt werden und bei einem Ausführungsbeispiel mindestens 0,5 mm oder 1,0 betragen und/oder maximal 2,0 mm oder 3,0 mm betragen.
[0023] Jedes Laserstrahlfeld kann bei einer bevorzugten Aus führungs form mittels jeweils einer Strahlformoptik erzeugt werden, die einen einfallenden Laserstrahl zu einem austretenden Laserstrahl umformt. Der austretende Laserstrahl hat einen anderen Querschnitt als der einfallende Laserstrahl. Der austretende Laserstrahl bildet in der zugeordneten Arbeitsebene das Laserstrahlfeld. Sollen ein erstes Laserstrahlfeld in einer ersten Arbeitsebene und ein zweites Laserstrahlfeld in einer zweiten Arbeitsebene erzeugt werden, können hierfür zwei separate Strahlformoptiken verwendet werden. Die Strahlformoptik kann beispielsweise eine Linse und insbesondere eine Freiformlinse - ähnlich einer Powell-Linse - aufweisen. Zusätzlich zu einer solchen Linse kann die Strahlformoptik weitere lichtbeugende und/oder lichtbrechende und/oder lichtreflektierende Bestandteile aufweisen.
[0024] Es ist außerdem vorteilhaft, wenn Laserlicht, das im Laserstrahlfeld nicht auf einen zu härtenden Bereich auftrifft, sondern das Laserstrahlfeld durchsetzt, von einer Strahlfalle zumindest teilweise aufgefangen wird. Wird der Garniturdraht beispielsweise in Förderrichtung bewegt, durchsetzt das Laserlicht das Laserstrahlfeld teilweise, beispielsweise in dem Bereich, in dem eine Lücke zwischen zwei benachbarten Zähnen des Garniturdrahtes im Laserstrahlfeld vorhanden ist. Dieses Laserlicht kann durch die Strahlfalle zumindest teilweise aufgefangen werden. Dazu kann die Strahlfalle beispielsweise gegenüberliegend zu der Strahlformoptik angeordnet sein, wobei sich die Arbeits- ebene zwischen der Strahl formoptik und der Strahl falle befindet .
[ 0025 ] Vorzugsweise kann die Strahl falle durch ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser und/oder Luft gekühlt werden . Im Inneren der Strahl falle kann hierzu wenigstens ein Kühlkanal verlaufen, der von dem Kühlmedium durchströmt wird . Zusätzlich oder alternativ kann ein Kühlmedium von außen auf die Strahl falle gerichtet werden .
[ 0026 ] Bei einem Aus führungsbeispiel kann die Strahlfalle wenigstens eine Auf tref f fläche aufweisen, die schräg geneigt zur Ausbreitungsrichtung des durch die wenigstens eine Laserstrahlebene durchtretenden Laserlichts ausgerichtet ist . Dadurch wird die Energiedichte des Laserlichts an der Auf tref f fläche verglichen mit der Energiedichte in der Laserstrahlebene verringert . Die Energiedichte des Laserlichts kann derart reduziert werden, dass die Erwärmung an der Auf tref f fläche für die Strahl falle unkritisch ist und die dadurch eingetragene Wärme abgeführt werden kann, vorzugsweise durch eine aktive Kühlung mit einem Kühlmedium .
[ 0027 ] Die Einwirkzeitdauer des Laserlichts auf j eden Punkt eines zu härtenden Abschnitt in dem wenigstens einen Laserstrahl feld kann maximal 150 ms oder maximal 100 ms betragen . Vorzugsweise kann die Einwirkzeitdauer in einem Bereich von 30 ms bis 90 ms und weiter vorzugsweise in einem Bereich von 50 ms bis 70 ms liegen . Bei einem Aus führungsbeispiel beträgt die Einwirkzeitdauer etwa 60 ms . Die Ein- wirkzeitdauer kann beispielsweise durch die Fördergeschwindigkeit des Garniturdrahtes und/oder die Länge des wenigstens einen Laserstrahl feldes in Förderrichtung eingestellt werden . [ 0028 ] Es ist vorteilhaft , wenn der Garniturdraht vor dem Eintritt in das wenigstens eine Laserstrahl feld geglüht wird . Das Glühen kann sich auf den Basisabschnitt des Garniturdrahtes beschränken oder diesen zumindest umfassen . Es ist auch möglich, den gesamten Garniturdraht dem Glühprozess zu unterwerfen . Das Glühen umfasst das Anwärmen von einer Ausgangstemperatur bis zu einer Haltetemperatur, das Durchwärmen bei der Haltetemperatur sowie das Abkühlen auf eine Zieltemperatur , die der Ausgangstemperatur des Garniturdrahtes vor dem Anwärmen entsprechen kann . Die Zieltem- peratur und/oder Ausgangstemperatur kann beispielsweise die Umgebungstemperatur sein .
[ 0029 ] Es ist auch vorteilhaft , wenn das Verfahren das Reinigen des Garniturdrahtes vor dem Eintritt in das wenigstens eine Laserstrahl feld umfasst . Das Reinigen kann vor einem optionalen Glühprozess stattfinden . Das Reinigen erfolgt insbesondere ohne direkten Kontakt eines Reinigungswerkzeugs mit dem Garniturdraht , beispielsweise durch Aufsprühen eines Reinigungs fluids auf dem Garniturdraht . Als Reinigungs fluid kann Wasser verwendet werden .
[ 0030 ] Es ist auch vorteilhaft , wenn die Erwärmung des wenigstens einen zu härtenden Bereichs gemessen wird, beispielsweise unter Einsatz eines Pyrometers . Auf diese Weise lässt sich die Energiedichte des Laserlichts in dem wenigstens einen Laserstrahl feld einstellen, so dass die erwünschte Temperatur in den zu härtenden Bereichen des Garniturdrahtes erreicht wird . Durch die Messung der Temperatur in dem zu härtenden Bereich kann auch eine Regelung o- der Justierung der Laserenergie und damit der Energiedichte des Laserlichts im wenigstens einen Laserstrahlfeld realisiert werden.
[0031] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
[0032] Figur 1 eine schematische perspektivische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Garniturdrahtes,
[0033] Figur 2 einen Teil des Garniturdrahtes aus Figur 1 in einer schematischen Seitenansicht,
[0034] Figur 3 einen Querschnitt rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung des Garniturdrahtes gemäß der Schnittlinie III-III in Figur 2,
[0035] Figur 4 eine schematische Prinzipdarstellung eines Verlaufs einer Härte eines in einem bereits gehärteten Zahn des Garniturdrahtes gemäß der Figuren 1-3,
[0036] Figur 5 eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Härten des Garniturdrahtes mit Blick in eine Förderrichtung,
[0037] Figur 6 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und des Verfahrens aus Figur 5 in einer Seitenansicht rechtwinklig zur Förderrichtung, [ 0038 ] Figur 7 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Laserstrahl feldes mit einer Länge in Förderrichtung und einer Breite rechtwinklig zur Förderrichtung,
[ 0039 ] Figur 8 eine stark schematisierte Darstellung einer abgewandelten Aus führungs form einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Laserhärten des Garniturdrahtes .
[ 0040 ] Bei der Erfindung geht es um das Laserhärten eines Garniturdrahtes 10 , wie er schematisch in den Figuren 1-3 veranschaulicht ist . Der Garniturdraht 10 weist einen sich in einer Längsrichtung L erstreckenden Basisabschnitt 11 auf . Der Basisabschnitt 11 kann einen polygonalen, beispielsweise einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen . In einer Breitenrichtung B ragen von dem Basisabschnitt 11 mehrere Zähne 12 weg, die in Längsrichtung L hintereinander angeordnet sind . Zwischen zwei in Längsrichtung L unmittelbar benachbarten Zähnen 12 ist j eweils eine Lücke 13 vorhanden . Jeder Zahn 12 hat eine im Wesentlichen dreieckförmige Kontur mit einer in Breitenrichtung B vom Basisabschnitt 11 entfernt angeordneten Ecke 14 . Die Ecke 14 wird durch zwei die Kontur des Zahns 12 begrenzende Kanten 15 , 16 gebildet . Beim Aus führungsbeispiel erstreckt sich die eine , erste Kante 15 im Wesentlichen in Breitenrichtung B und die andere , zweite Kante 16 schräg geneigt zur Breitenrichtung B .
[ 0041 ] Der Basisabschnitt 11 hat in einer Tiefenrichtung T , die rechtwinklig zur Breitenrichtung B und zur Längsrichtung L orientiert ist , eine Dicke oder Stärke , die zumindest in einem Abschnitt größer ist als die Dicke der Zähne 12 . Dadurch ist am Basisabschnitt 11 ein Vorsprung mit einer Längs fläche 17 gebildet , die beim Aus führungsbeispiel rechtwinklig zur Breitenrichtung B orientiert ist . Jeder Zahn 12 hat eine erste Außenfläche 18 und eine der ersten Außenfläche 18 entgegengesetzte zweite Außenfläche 19 . Die beiden Außenflächen 18 , 19 sind in Tiefenrichtung T entsprechend der Dicke des Zahns 12 mit Abstand zueinander angeordnet . Die beiden Außenflächen 18 , 19 können parallel zueinander angeordnet sein . Bei dem hier veranschaulichten Aus führungsbeispiel erstreckt sich die zweite Außenfläche 19 im Wesentlichen rechtwinklig zur Tiefenrichtung T , während die erste Außenfläche 18 gegenüber der Tiefenrichtung T und der zweiten Außenfläche 19 schräg geneigt ausgerichtet ist . Die erste Außenfläche 18 erstreckt sich in einer ersten Ebene El und die zweite Außenfläche 19 erstreckt sich in einer zweiten Ebene E2 ( Figur 3 ) .
[ 0042 ] An j edem Zahn schließt sich an die Ecke 14 ein zu härtender Bereich A an . In diesem Bereich soll j eder Zahn 12 gehärtet werden . Der zu härtende Bereich A ist mit Abstand zu dem sich an die Längs fläche 17 anschließenden Vorsprung des Basisabschnitts 11 angeordnet . Nach dem Härten des zu härtenden Bereichs A durch das erfindungsgemäße Laserhärten schließt sich an den zu härtenden Bereich A eine Übergangs zone Z an, in der die Härte in Richtung zum Basisabschnitt 11 kontinuierlich abnimmt . In Breitenrichtung B hat die Übergangs zone Z nach dem Laserhärten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Dimension im Bereich von weniger als 0 , 3 mm und vorzugsweise weniger als 0 , 2 mm .
[ 0043 ] Zum Härten des zu härtenden Bereichs A wird Energie in den zu härtenden Bereich A eingetragen und dieser erwärmt . Das Erwärmen des zu härtenden Bereichs A erfolgt durch die Bestrahlung mit Laserlicht eines Laserstrahls . Ein Aus führungsbeispiel einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Laserhärten zeigen Figuren 5 und 6 in einer j eweils blockschaltbildähnlichen schematischen Darstellung .
[ 0044 ] Für das Laserhärten wird in einem Gehäuse 25 ein Arbeitsraum 26 begrenzt . In dem Arbeitsraum 26 wird der Garniturdraht 10 bearbeitet und insbesondere in den zu härtenden Bereichen A lasergehärtet . Beim Aus führungsbeispiel wird der Garniturdraht 10 mittels einer nicht gezeigten Fördervorrichtung in einer Förderrichtung F durch den Arbeitsraum 26 bewegt . Die Förderrichtung F kann beispielsweise hori zontal orientiert sein . Bei dem Fördern des Garniturdrahtes 10 in Förderrichtung F ist dieser vorzugsweise derart ausgerichtet , dass die Längsrichtung L des Garniturdrahtes 10 in Förderrichtung ausgerichtet ist . Die Breitenrichtung B des Garniturdrahtes 10 ist bevorzugt parallel zu einer Querrichtung Q des Arbeitsraumes 26 ausgerichtet , die wiederum rechtwinklig zur Förderrichtung F orientiert ist . Die Förderrichtung F und die Querrichtung Q können eine Ebene auf spannen, die sich hori zontal erstreckt . Der Garniturdraht 10 kann sozusagen liegend durch den Arbeitsraum 26 bewegt werden .
[ 0045 ] Bei dem hier beschriebenen bevorzugten Aus führungsbeispiel wird der Garniturdraht 10 stillstandslos durch den Arbeitsraum 26 hindurch bewegt und währenddessen bearbeitet , insbesondere gehärtet . Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit , mit der der Garniturdraht 10 in Förderrichtung F bewegt wird, konstant und beträgt beim Aus führungsbeispiel mindestens 10 m/min oder mindestens 20 m/min, beispielsweise 40 m/min bis 50 m/min, wobei die Geschwindigkeit von der Größe der Zähne 12 abhängt und umso kleiner gewählt werden kann, j e größer die Zähne 12 sind . [ 0046 ] Im Arbeitsraum wird wenigstens ein Laserstrahlfeld 27 und beim Aus führungsbeispiel gemäß der Figuren 5 und 6 genau ein Laserstrahl feld 27 erzeugt . Hierzu weist die Vorrichtung eine Laserstrahlquelle 28 auf , die einen Laserstrahl 29 emittiert . Der emittierte Laserstrahl 29 kann direkt als einfallender Laserstrahl 30 einer Strahlformoptik 31 zugeführt werden oder alternativ indirekt über ein oder mehrere optische Elemente . Diese optischen Elemente können den Laserstrahl umlenken und/oder brechen und/oder beugen und/oder reflektieren und ihn dann als einfallenden Laserstrahl 30 der Strahl formoptik 31 zuführen .
[ 0047 ] Das von der Laserstrahlquelle 28 erzeugte Laserlicht des Laserstrahls 29 weist vorzugsweise eine Wellenlänge von mindestens 650 nm oder mindestens 800 nm auf , z . B . im Bereich von 800 nm bis 1400 nm und hat beim Aus führungsbeispiel eine Wellenlänge von etwa 1000 nm .
[ 0048 ] Die Strahl formoptik 31 ist dazu eingerichtet , den einfallenden Laserstrahl 30 umzuformen und daraus einen austretenden Laserstrahl 32 mit einem definierten Querschnitt in einer Arbeitsebene zu bilden . Hierzu kann die Strahl formoptik 31 ein oder mehrere optische Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine Linse , insbesondere eine Frei formlinse 33 .
[ 0049 ] In der Arbeitsebene innerhalb des Arbeitsraumes 26 bildet der austretende Laserstrahl 32 das Laserstrahlfeld 27 . Beim Aus führungsbeispiel gemäß der Figuren 5 und 6 erstreckt sich die Arbeitsebene im Arbeitsraum 26 in Förderrichtung F und entweder in Querrichtung Q oder geneigt zur Querrichtung Q, so dass die erste Ebene El der im Arbeitsraum vorhandenen ersten Außenflächen 18 im Wesentlichen in der Arbeitsebene angeordnet sind . Der austretende Laserstrahl 32 hat in seinem in der Arbeitsebene angeordneten Laserstrahl feld 27 eine definierte Dimension und Energiedichte . Wie es stark schematisiert in Figur 7 veranschaulicht ist , hat das Laserstrahl feld 27 in Förderrichtung F eine Länge x und entlang der Arbeitsebene oder in Querrichtung Q eine Breite y rechtwinklig zur Förderrichtung F . Die Länge x ist vorzugsweise verschieden von der Breite y und insbesondere größer . Bei einem Aus führungsbeispiel kann die Länge x mindestens 10 mm bis maximal 100 mm betragen, vorzugsweise 15 mm bis 70 mm und weiter vorzugsweise 25 mm oder 30mm bis 40 mm und insbesondere von 32 mm bis 35 mm betragen . Die Breite y des Laserstrahl feldes 27 kann an die Abmessung der zu härtenden Bereiche A der Zähne 12 angepasst werden und beispielsweise in einem Bereich von mindestens 0 , 5 mm oder 1 , 0 mm bis 2 , 0 mm oder 3 , 0 mm liegen .
[ 0050 ] Das wenigstens eine Laserstrahl feldes 27 ist beispielsgemäß rechteckig oder anderweitig polygonal kontu- riert . Zumindest weist es eine gerade Außenkante auf , die parallel zur Förderrichtung F ausgerichtet ist und das wenigstens eine Laserstrahl feldes 27 zum Basisabschnitt 11 hin begrenzt . An j eder geraden Außenkante ändert sich die Intensität des Laserlichts bzw . die Energiedichte des wenigstens einen Laserstrahl feldes 27 sprungartig . Eine Steilheit m beschreibt einen Gradienten der Intensität des Laserlichts an der Außenkante des Laserstrahl feldes und kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden : 0,9 -I - 0,1 ■ I m = w - - - - -
%2 — xl mit m: Steilheit der Intensitätsänderung;
I Mittelwert der Intensität I des Laserstrahlfeldes; w: Breite der Laserstrahlfeldes rechtwinkelig zu der geraden Außenkante bei 50% der mittleren Intensität /; xl : halbe Breite des Laserstrahlfeldes rechtwinkelig zu der geraden Außenkante bei 10% der mittleren Intensität /; x2 : halbe Breite des Laserstrahlfeldes rechtwinkelig zu der geraden Außenkante bei 90% der mittleren Intensität /.
[0051] Vorzugsweise ist die Steilheit größer als 5, insbesondere größer als 7, und weiter vorzugsweise größer als 8.
[0052] In dem Arbeitsraum 26 wird eine reaktionsträge bzw. inerte Gasatmosphäre geschaffen, um das Bilden von Me- talloxidschichten (Zunder) und das Erzeugen von Anlassfarben durch das Laserhärten zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird ein Schutzgas G in den Arbeitsraum 26 eingeleitet.
Hierzu kann das Gehäuse 25 wenigstens einen Gasanschluss 37 aufweisen, um das Schutzgas G zuzuführen. Das Schutzgas G kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Arbeitsraum 26 strömen.
[0053] Bevorzugt wird das Schutzgas G benachbart zur Strahlformoptik 31 in den Arbeitsraum 26 eingeleitet, so dass es schräg oder rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung des austretenden Laserstrahls 32 strömt , beispielsweise in Querrichtung Q und/oder in Förderrichtung F . Beim Aus führungsbeispiel wird das Schutzgas G vertikal zwischen der Arbeitsebene bzw . dem Laserstrahl feld 27 und der Strahlformoptik 31 eingeleitet . Die Strömung des Schutzgases G kann die Strahl formoptik 31 schützen und sozusagen als Sperrgas für Rauch und/oder Dampf dienen, der beim Laserhärten und/oder anderen Bearbeitungen im Arbeitsraum 26 gebildet wird . Das Schutzgas G kann Rauch und/oder Dampf aus dem Laserstrahl feld 27 abtransportieren . Das Schutzgas G dient somit beispielsgemäß nicht nur zur Erzeugung einer reaktionsarmen bzw . inerten Atmosphäre im Arbeitsraum 26 , sondern gleichzeitig auch zum Schutz der Strahl formoptik 31 und/oder zur Aufrechterhaltung einer möglichst gleichmäßigen Energiedichte im Laserstrahl feld 27 an der Oberfläche des Garniturdrahts 10 .
[ 0054 ] Als Schutzgas G kann beispielsweise Stickstof f , Argon oder ein anderes Edelgas oder eine beliebige Kombination davon verwendet werden .
[ 0055 ] Zum Laserhärten wird der Garniturdraht 10 durch den Arbeitsraum 26 bewegt , so dass sich die zu härtenden Bereiche A der einzelnen Zähne 12 nacheinander durch das Laserstrahl feld 27 bewegen . Während dieser Bewegung werden die zu härtenden Bereiche A im Laserstrahl feld 27 erhitzt und kühlen sich nach dem Austritt aus dem Laserstrahl feld 27 rasch ab, wodurch die Härte zunimmt . Die Abkühlung wird durch Wärmeleitung innerhalb des Garniturdrahtes 10 aus den zu härtenden, erwärmten Bereichen in Richtung zum Basisabschnitt 11 bewirkt . Eine zusätzliche Kühlung kann durch Wärmeabgabe in die Atmosphäre im Arbeitsraum 26 erreicht werden . Eine durch das Einleiten des Schutzgases G bewirkte Gasströmung innerhalb des Arbeitsraumes 26 kann zur weiteren Kühlung der erwärmten Abschnitte beitragen.
[0056] Wie es in Figur 7 schematisch veranschaulicht ist, ist das Laserstrahlfeld 27 derart positioniert, dass lediglich die zu härtenden Bereiche A der Zähne 12 durch das Laserstrahlfeld 27 bewegt werden. Die anderen Bereiche des Garniturdrahtes 10, die nicht gehärtet werden sollen, insbesondere der Basisabschnitt 11, wird außerhalb des Laserstrahlfelds 27 durch den Arbeitsraum 26 bewegt.
[0057] Beim Ausführungsbeispiel beträgt die Einwirkdauer, während der das Laserlicht des austretenden Laserstrahls 32 im Laserstrahlfeld 27 auf jeden Punkt des hindurchbewegten, zu härtenden Bereichs A einwirkt, maximal 150 ms oder maximal 100 ms. Vorzugsweise kann die Einwirkzeitdauer in einem Bereich von 30 ms bis 90 ms und weiter vorzugsweise in einem Bereich von 50 ms bis 70 ms liegen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die Einwirkzeitdauer etwa 60 ms.
[0058] Nach dem Härten eines zu härtenden Bereichs A eines Zahns 12 weist der Zahn 12 einen Härteverlauf auf, wie er in Figur 4 prinzipiell schematisch veranschaulicht ist. Die Abszisse des Diagramms gibt einen Abstand d von der Ecke 14 eines Zahns 12 in Breitenrichtung B an. Die Ordinate gibt die Härte H in Abhängigkeit vom Abstand d an. Nach dem Härten ist die Härte H in jedem zu härtenden Bereich A am größten und im Wesentlichen konstant. In der Übergangszone Z sinkt die Härte ab. Außerhalb des gehärteten Bereichs A entspricht die Härte H dem Wert, den das ungehärtete Material des Garniturdrahtes 10 aufweist. Die Dimension der Übergangszone Z in Breitenrichtung B ist gering und vorzugsweise kleiner als 0,2 mm. Der ungehärteten Basisabschnitts 11 stellt eine ausreichende Elastizität und Verformbarkeit bereit und der Garniturdraht 10 kann auch nach dem Härten problemlos auf eine Walze aufgewickelt werden, ohne Risse oder andere Schäden zu bilden.
[0059] Wie es in Figuren 5 und 6 außerdem veranschaulicht ist, kann in Ausbreitungsrichtung des austretenden Laserstrahls 32 hinter der Arbeitsebene bzw. der Ebene, in der der Garniturdraht 10 durch den Arbeitsraum 26 bewegt wird, eine Strahlfalle 38 vorhanden sein. Die Strahlfalle 38 ist dazu eingerichtet, das Laserlicht des austretenden Laserstrahls 32 zumindest teilweise aufzufangen, das nicht auf den Garniturdraht 10 auftrifft, sondern durch das Laserstrahlfeld 27 hindurchtritt, insbesondere durch eine Lücke 13 zwischen zwei Zähnen 12 (vergleiche auch Figur 7) . Die Strahlfalle 38 hat wenigstens eine und beispielsweise zwei schräg zur Ausbreitungsrichtung des Laserlichts des austretenden Laserstrahls 32 angeordnete Auf treff flächen 39. Die Auf treff flächen 39 können beispielsweise V-förmig angeordnet sein. Durch die Neigung der Auf treff flächen 39 gegenüber der Ausbreitungsrichtung des Laserlichts wird die Fläche vergrößert, auf die das Laserlicht auf der wenigstens einen Auf treff fläche 39 auftrifft verglichen mit der Fläche des Laserstrahlfeldes 27. Die Energiedichte des auf die wenigstens eine Auf treff fläche 39 auf treff enden Laserlichts ist daher gegenüber dem Laserstrahlfeld reduziert. Somit ist auch die Energieaufnahme in der Strahlfalle 38 pro Flächeneinheit ausreichend klein.
[0060] Beim Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Auf treff fläche 39 durch eine Außenfläche eines Kühlkörpers 40 gebildet. Der Kühlkörper 40 und mithin die wenigstens eine Auf tref f fläche 39 können durch ein Kühlmedium K, beispielsweise Luft , Wasser oder ein anderes Fluid, gekühlt werden . Beim Aus führungsbeispiel ist daher innerhalb des Kühlkörpers 40 wenigstens ein Kühlkanal 41 vorhanden, der vom Kühlmedium K durchströmt wird . Der Kühlkreislauf des Kühlmediums K ist in Figur 5 lediglich stark schematisiert angedeutet .
[ 0061 ] Anhand von Figur 6 sind weitere optionale Ausgestaltungsmöglichkeiten zur Durchführung des Verfahrens bzw . zur Ausgestaltung der Vorrichtung veranschaulicht . In dem Gehäuse 25 können weitere Stationen zur Bearbeitung des Garniturdrahtes 10 vorhanden sein, die vorzugsweise in Bewegungsrichtung des Garniturdrahtes 10 vor dem Laserstrahlfeld 27 angeordnet sind . Beispielsweise kann es sich dabei um eine Reinigungsstation und eine Glühstation 42 handeln . Die Reinigungsstation 41 ist dazu eingerichtet , zumindest die zu härtenden Bereiche A des Garniturdrahtes 10 zu reinigen . Die Glühstation 42 ist dazu eingerichtet , zumindest den Basisabschnitt 11 des Garniturdrahtes 10 zu glühen .
[ 0062 ] Die Reinigungsstation 41 kann dazu eingerichtet sein, ein Reinigungsmittel abzugeben und zumindest auf die zu härtenden Bereiche A des Garniturdrahtes 10 zu spritzen, um Verunreinigungen zu entfernen . Optional kann der Garniturdraht 10 in der Reinigungsstation 41 anschließend getrocknet werden, beispielsweise durch Trockenblasen mit einem Gas .
[ 0063 ] Die Glühstation 42 ist dazu eingerichtet , zumindest den Basisabschnitt 11 des Garniturdrahtes 10 oder alternativ den gesamten Garniturdraht 10 zu glühen . Hierzu kann die Glühstation 42 eine Erwärmungseinrichtung 43 , eine Kühleinrichtung 44 und optional eine Trocknungseinrichtung 45 aufweisen . Die Erwärmungseinrichtung 43 dient dazu, Wärme zumindest in den Basisabschnitt 11 des Garniturdrahtes 10 einzutragen und diesen bis auf eine Haltetemperatur auf zuwärmen . Anschließend werden die so erwärmten Teile des Garniturdrahtes 10 durch die Kühleinrichtung 44 abgekühlt , beispielsweise durch Aufspritzen eines Kühlmittels , beispielsweise Wasser . Anschließend kann der Garniturdraht 10 mittels der Trocknungseinrichtung 45 getrocknet werden, beispielsweise durch Trockenblasen mit einem Gas .
[ 0064 ] Nach dem Reinigen in der Reinigungsstation 41 und/oder dem Glühen in der Glühstation 42 werden die zu härtenden Bereiche A durch Laserhärten im Arbeitsraum gehärtet . Sämtliche dieser Arbeitsschritte finden beim Ausführungsbeispiel innerhalb des Arbeitsraumes 26 statt .
[ 0065 ] Figur 8 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel zum Laserhärten von zu härtenden Bereichen A eines Garniturdrahtes 10 in einer stark vereinfachten schematisierten Prinzipdarstellung . Bei diesem Aus führungsbeispiel werden durch zwei separate Strahl formoptiken 31 zwei austretende Laserstrahlen 32 erzeugt , die j eweils ein Laserstrahl feld bilden, beispielsgemäß ein erstes Laserstrahl feld 27a in einer ersten Arbeitsebene und ein zweites Laserstrahl feld 27b in einer davon mit Abstand angeordneten zweiten Arbeitsebene . Die beiden Arbeitsebenen können parallel oder geneigt zueinander verlaufen und sind beispielsgemäß derart ausgerichtet , dass sich die ersten Ebenen El der zu härtenden Bereiche A entlang der ersten Arbeitsebene bewegen und die zweiten Ebenen E2 der zu härtenden Bereiche A entlang der zweiten Arbeitsebene bewegen . Bei dieser Anordnung kann die Energie des Laserlichts von zwei entgegengesetzten Seiten in die zu härtenden Bereiche A des Garniturdrahtes 10 eingebracht werden, nämlich an der ersten Außenfläche 18 durch das erste Laserstrahl feld 27a und an der zweiten Außenfläche 19 durch das zweite Laserstrahl feld 27b .
[ 0066 ] In Förderrichtung F können die Laserstrahl felder 27a, 27b versetzt zueinander angeordnet sein oder sich alternativ zumindest teilweise überlappen .
[ 0067 ] Wie es in Figur 8 außerdem veranschaulicht ist , können für die beiden austretenden Laserstrahlen 32 zwei separate Strahl fallen 38 vorhanden sein . Die austretenden Laserstrahlen 32 sind nicht parallel zu einer gemeinsamen Achse ausgerichtet , sondern die Ausbreitungsrichtungen sind unter einem Winkel von kleiner als 180 ° zueinander orientiert .
[ 0068 ] Zur Erzeugung der beiden austretenden Laserstrahlen 32 durch die zwei Strahl formoptiken 31 kann der emittierte Laserstrahl 29 einer gemeinsamen Laserstrahlquelle 28 verwendet werden . Optional könnten auch zwei separate Laserstrahlquellen 28 zum Einsatz kommen .
[ 0069 ] Es ist möglich, die Erwärmung des wenigstens einen zu härtenden Bereichs A, der sich durch das betref fende Laserstrahl feld 27 bewegt , zu überwachen . Beispielsweise kann hierfür ein Pyrometer 46 verwendet werden, wie es schematisch in Figur 5 gezeigt ist . Mittels des Pyrometers 46 kann Wärmestrahlung W, die vom erwärmten Bereich des Garniturdrahtes 10 in den wenigstens einen zu härtenden Bereich A ausgeht , erfasst werden . Mittels des Pyrometers 46 kann somit geprüft werden, ob ausreichend Energie in den wenigstens einen zu härtenden Bereich A eingetragen wurde . Gegebenenfalls können die Einstellungen der Laserstrahlquelle 28 modi fi ziert werden, um den Energieeintrag anzupassen .
[ 0070 ] Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Laserstrahlhärten von zu härtenden Bereichen A eines Garniturdrahtes 10 . Dabei wird der Garniturdraht 10 in einer Förderrichtung durch einen Arbeitsraum 26 bewegt . Im Arbeitsraum 26 wird eine Schutzgasatmosphäre durch das kontinuierliche oder diskontinuierliche Einleiten von Schutzgas G erzeugt . Im Arbeitsraum 26 wird ein Laserstrahl feld 27 gebildet , durch das die zu härtenden Bereiche A des Garniturdrahtes 10 bewegt werden . Dabei werden die zu härtenden Bereiche A erwärmt . Nach dem Austritt aus dem Laserstrahl feld 27 kühlen sich die zu härtenden Bereiche A ab und werden durch das Durchlaufen dieses Temperaturprofils gehärtet . Das Härten in der Schutzgasatmosphäre im Arbeitsraum 26 verhindert das Bilden von Oxidschichten (Verzunderung) und Anlass farben .
Bezugs Zeichenliste :
10 Garniturdraht
11 Basisabschnitt
12 Zahn
13 Lücke
14 Ecke
15 erste Kante
16 zweite Kante
17 Längs fläche
18 erste Außenfläche
19 zweite Außenfläche
25 Gehäuse
26 Arbeitsraum
27 Laserstrahl feld
27a erstes Laserstrahl feld
27b zweites Laserstrahl feld
28 Laserstrahlquelle
29 Laserstrahl
30 einfallender Laserstrahl
31 Strahl formoptik
32 austretender Laserstrahl
33 Frei formlinse
37 Gasanschluss
38 Strahl falle
39 Auf tref f fläche
40 Kühlkörper
41 Reinigungsstation
42 Glühstation
43 Erwärmungseinrichtung 44 Kühleinrichtung
45 Trocknungseinrichtung
46 Pyrometer
A zu härtender Bereich
B Breitenrichtung d Abstand
El erste Ebene
E2 zweite Ebene
F Förderrichtung
G Schutzgas
H Härte
K Kühlmedium
L Längsrichtung
Q Querrichtung
T Tiefenrichtung
W Wärmestrahlung x Länge des Laserstrahl feldes y Breite des Laserstrahl feldes
Z Übergangs zone

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Laserhärten eines Garniturdrahtes (10) aufweisend einen Basisabschnitt (11) und mehrere von dem Basisabschnitt wegragende Zähne (12) , wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Erzeugen wenigstens eines zusammenhängenden Laserstrahlfeldes (27) innerhalb eines Arbeitsraumes (26) ,
- Zuführen von Schutzgas (G) in den Arbeitsraum (26) ,
- Fördern des Garniturdrahtes (10) in einer Förderrichtung (F) in den Arbeitsraum (26) , so dass ein zu härtender Bereich (A) jedes Zahns (12) durch das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) bewegt wird, wobei wenigstens eine Außenfläche (18, 19) jedes zu härtenden Bereichs (A) durch das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) bewegt wird, so dass sich der zu härtende Bereich (A) erwärmt,
- Abkühlen des zu härtenden Bereichs (A) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Garniturdraht (10) stillstandsfrei kontinuierlich in Förderrichtung (F) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Garniturdraht (10) mit einer konstanten Geschwindigkeit in Förderrichtung (F) bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) eine nicht kreisrunde Kontur mit einer Länge (x) in Förderrichtung
-28- (F) und einer Breite (y) rechtwinkelig zur Förderrichtung (F) hat, wobei die Breite (y) insbesondere kleiner ist als die Länge (x) . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) zumindest eine gerade Außenkante aufweist. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zumindest eine gerade Außenkante des Laserstrahlfeldes (27) parallel zur Förderrichtung (F) ausgerichtet ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich an jeder geraden Außenkante des Laserstrahlfeldes (27) die Intensität des Laserlichts sprungartig ändert . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) mittels wenigstens einer Strahlformoptik (31) erzeugt wird, die einen einfallenden Laserstrahl (30) zu einem austretenden Laserstrahl (32) umformt, wobei der austretende Laserstrahl eines von dem wenigstens einen Laserstrahlfeld (27) bildet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Strahlfalle (38) vorhanden ist, die dazu eingerichtet ist, zumindest ein Teil des Laserlichts des austretenden Laserstrahls (32) aufzufangen. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Strahlfalle
(38) durch ein Kühlmedium (K) gekühlt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Strahlfalle (38) wenigstens eine geneigt zur Ausbreitungsrichtung des durch das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) hindurchtretenden Laserlichts angeordnete Auf treff fläche (39) für den austretenden Laserstrahl (32) aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Laserstrahlquelle (28) einen Laserstrahl (29) zur Erzeugung des wenigstens einen Laserstrahlfeldes (27) emittiert, der eine Wellenlänge von 900 nm bis 1100 nm aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einwirkzeitdauer des Laserlichts im wenigstens einen Laserstrahlfeld (27) auf den zu härtenden Bereich (A) zwischen 50 ms und 70 ms beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Garniturdraht (10) vor dem Eintritt in das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) geglüht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Garniturdraht (10) vor dem Eintritt in das wenigstens eine Laserstrahlfeld (27) gereinigt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Laserstrahlfeld (27a) und mit Abstand dazu ein zweites Laserstrahlfeld (27b) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine erste Außenfläche (18) des zu härtenden Bereichs (A) durch das erste Laserstrahlfeld (27a) bewegt wird und eine der ersten
-so Außenfläche (18) entgegengesetzte zweite Außenfläche (19) des zu härtenden Bereichs (A) durch das zweite Laserstrahlfeld (27b) bewegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erwärmung des zu härtenden Bereichs (A) gemessen wird.
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