Randschichthärten von Großwerkzeugen mit dem 4 kW Diodenlaser*
-
R. Dierken
Dr.-Ing
R. Dierken , geb. 1965, studierte bis 1991 Werkstoffkunde und Technologie der Metalle an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Danach war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Applikations- und Technologiezentrum ATZ-EVUS angestellt, wo er 1996 promovierte. Ab 1996 wissenschaftlicher Angestellter am Bayerischen Laserzentrum Erlangen BLZ und seit 1999 Leiter der Abteilung Oberflächentechnik der Fa. ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH.Dipl.-Ing
S. Gropp , geb. 1966, studierte bis 1994 Werkstoffwissenschaften an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Danach war er im Bereich Qualitätsmanagement tätig. Seit 1999 ist er Mitarbeiter der Abteilung Oberflächentechnik und Qualitätsbeauftragter der Fa. ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH.Dipl.-Ing
P. Kugler , geb. 1971, studierte bis 1997 Maschinenbau an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ab 1997 Angestellter am Bayerischen Laserzentrum BLZ und seit 1999 Projektingenieur bei der Fa. ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH. Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung von Prozessen und Systemen basierend auf dem Einsatz von Hochleistungsdiodenlasern.Dr.-Ing
S. Gottschling , geb. 1963, studierte Werkstoffwissenschaften an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Von 1992 bis 1995 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffwissenschaften III, wo er 1995 promovierte. Seit 1999 ist er bei der Firma ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH zuständig für den Bereich Marketing und Vertrieb.Dr.-Ing
P. Hoffmann , geb. 1962, studierte Fertigungstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Von 1993 bis 1998 war er Geschäftsführer des Bayerischen Laserzentrums BLZ. Im Anschluss übernahm er die Geschäftsführung des von ihm gegründeten Unternehmens ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH.
Abstract
Für das Randschichthärten von Bauteilen und Werkzeugen wird neben dem Induktionshärten immer noch das Flammhärten eingesetzt. Das Laserstrahlhärten kommt zwar vereinzelt schon zur Anwendung, der große industrielle Durchbruch ließ jedoch bislang aufgrund hoher Investitionskosten auf sich warten. Durch die Entwicklung von Diodenlasern im Hochleistungsbereich konnten in jüngster Zeit temperaturgeregelte Laserstrahlhärteanlagen aufgebaut werden. Diese stellen beim Randschichthärten eine flexible, prozesssichere und relativ kostengünstige Alternative im Vergleich zu den bisherigen Laseranlagen sowie zu den konventionellen Formen der Wärmebehandlung dar. Im Vergleich zum Laserstrahlhärten mit CO2- oder Nd:WAG-Lasern besitzen Diodenlaser bei der Strahlerzeugung einen um eine Größenordnung höheren elektrischen Wirkungsgrad. Zusätzlich zeichnen sie sich durch ein verbessertes Einkoppelverhalten bei Eisenmetallen aus. Damit erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad des Laserhärteprozesses mit dem Diodenlaser deutlich. Die geringe Baugröße des Lasers erlaubt die Adaption an einen Industrieroboter als kostengünstige Lösung einer 3D-Führungsmaschine und ermöglicht so den flexiblen Einsatz sowohl zur Positionierung bei der Serienfertigung kleiner Bauteile als auch bei der Bearbeitung von Einzelstücken des Großwerkzeugbaus. Beispielhaft wird die Bearbeitung mit dem 4 kW-Diodenlasersystem an Großwerkzeugen für den Kunststoffspritzguss und für die Blechbearbeitung gezeigt.
Abstract
Flame hardening and induction hardening are still successively applied for the surface treatment of components and tools. Laser hardening is already used, but because of high invest costs the great industrial break through is still waited for. The development of diode lasers in a high power range recently enabled the construction of new temperature controlled laser hardening systems. They represent a flexible, process stable and cost saving alternative to other laser systems and to conventional heat treatment methods. Diode lasers show a much higher electrical efficiency for the beam generation in the order of one manitude compared to CO2- or Nd:YAG-lasers. Ferrous alloys also show a better absorption characteristic for the wave lengths of the emitted light of a diode laser than for the other laser types. Therefore the process efficiency of laser hardening with diode lasers is considerably improved. The small size of diode lasers allows the adaptation to a jointed-arm robot as economical guiding machine and enables the flexible application in serial production of small parts as well as the treatment of large single part tools for sheet metal forming. Examples of temperature controlled 4 kW diode laser hardening of such industrial tools are given.
About the authors
Dr.-Ing R. Dierken, geb. 1965, studierte bis 1991 Werkstoffkunde und Technologie der Metalle an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Danach war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Applikations- und Technologiezentrum ATZ-EVUS angestellt, wo er 1996 promovierte. Ab 1996 wissenschaftlicher Angestellter am Bayerischen Laserzentrum Erlangen BLZ und seit 1999 Leiter der Abteilung Oberflächentechnik der Fa. ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH.
Dipl.-Ing S. Gropp, geb. 1966, studierte bis 1994 Werkstoffwissenschaften an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Danach war er im Bereich Qualitätsmanagement tätig. Seit 1999 ist er Mitarbeiter der Abteilung Oberflächentechnik und Qualitätsbeauftragter der Fa. ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH.
Dipl.-Ing P. Kugler, geb. 1971, studierte bis 1997 Maschinenbau an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ab 1997 Angestellter am Bayerischen Laserzentrum BLZ und seit 1999 Projektingenieur bei der Fa. ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH. Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung von Prozessen und Systemen basierend auf dem Einsatz von Hochleistungsdiodenlasern.
Dr.-Ing S. Gottschling, geb. 1963, studierte Werkstoffwissenschaften an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Von 1992 bis 1995 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffwissenschaften III, wo er 1995 promovierte. Seit 1999 ist er bei der Firma ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH zuständig für den Bereich Marketing und Vertrieb.
Dr.-Ing P. Hoffmann, geb. 1962, studierte Fertigungstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Von 1993 bis 1998 war er Geschäftsführer des Bayerischen Laserzentrums BLZ. Im Anschluss übernahm er die Geschäftsführung des von ihm gegründeten Unternehmens ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH.
Im Anschluss an diesen Vortrag ergab sich folgende Diskussion
K. O. Prietzel
Zwei kurze Fragen von meiner Seite: Sie erwähnten, Sie können auch große Werkzeuge härten, was heißt groß für Sie?
R. Dierken
Da komme ich auf das erste Bild wieder zurück. Das war ein Blechumformwerkzeug aus der Automobilindustrie mit einem Gewicht von 7,8 t und Abmessungen von etwa 2,5 × 2,0 × 1,2 m.
K. O. Prietzel
Danke, dass man die Größenordnung einmal sieht. Meine zweite Frage: Sie haben auf Ihren abschließenden Folien Härtetemperaturen angegeben von beispielsweise 1050 ºC. Wie genau sind diese Härtetemperaturen, wie messen Sie sie und welchen Fehler muss man wohl ansetzen?
R. Dierken
Wir messen mit dem Quotientenpyrometer eine Oberflächentemperatur. Die tatsächliche Temperatur wird auch durch eine Verzunderung beeinflusst. Ich kann Ihnen sagen, dass wir die gemessene Temperatur durch die Regelung in einem Bereich von ± 5 K einhalten können.
Diskussionsteilnehmer
Prof. Dr.-Ing K. O. Prietzel, Universität Magdeburg. Dr.-Ing R. Dierken, ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH, Erlangen.
Literatur
1 Amende, W.: Härten von Werkstoffen und Bauteilen des Maschinenbaus mit dem Hochleistungslaser. VDI-Verlag, Düsseldorf, 1985.Search in Google Scholar
2 Bach, ].; Damaschek, R.; Geisler, E.; Bergmann, H. W.: Laserumwandlungshärten von verschiedenen Stählen. HTM 46 (1991) 2, S. 97–105.10.1515/htm-1991-460212Search in Google Scholar
3 Messer, K.; Bergmann, H. W.: Stand des Laserstrahlhärtens. HTM 52 (1997) 2, S. 74–82.10.1515/htm-1997-520206Search in Google Scholar
4 Rudlaff, T; Dausinger, F.: Verschleißschutz mit Licht - Partielles Härten mit CO2–Lasern. Techn. Rundschau 37 (1988) 44-49.Search in Google Scholar
5 Rudlaff, T;Dausinger, F.: Steigerung der Effizienz des . Laserstrahlhärtens. Berichtsband ECLAT '88, DVS-Bericht 113. Düsseldorf, 1988.Search in Google Scholar
© 2001 Carl Hanser Verlag, München
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