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Laserstrukturieren
Das Laserstrukturieren wird zunehmend zum Aufrauen von Oberflächen
eingesetzt. Dabei werden erhabene
Mikroprofile erzeugt, welche eine
möglichst hohe Haftreibung zum
Gegenkörper bewirken. Der gepulste
Laserstrahl wird in einem Punkt auf
die Materialoberfläche fokussiert,
wodurch lokal sehr hohe Intensitäten
entstehen. Durch den thermischen
Bearbeitungsprozess wird das
Material lokal und temporär in die
Schmelzphase überführt.
Dies führt zu Schmelzwülsten, die
als Erhöhungen aus der Oberfläche
herausragen. Diese einzelnen Profilpeaks bestehen daher in Schmelzgraten, welche sich als erhabene
Oberflächenstrukturen in ihrer Funktion als Bauteil in der Oberfläche des
Gegenkörpers verkrallen und damit
eine hohe Haftreibung herstellen.
Darüber hinaus werden reibungserhöhende Zwischenstoffe wie z.B.
Diaqmantfolien substituiert und die
Herstellungskosten weiter reduziert.
Prinzip des Laserstrukturierens
großes Pleulauge
Lagerschale
Verdrehfestigkeit
Schmierspalt
Hubzapfen
Die erhabenen Profilstrukturen
bewirken einen Mikroformschluss.
Zwischen den Kontaktflächen entsteht
daher eine hohe Haftreibung. Die erhabenen Schmelzaufwürfe bestehen
bei ferritischen Werkstoffen aus
martensitischem Gefüge. Sie wirken
somit aufgrund ihrer erhöhten Härte
invasiv auf die Oberfläche des
Gegenkörpers ein. Sie drücken sich
in die weichere Außenseite des nicht
strukturierten Werkstoffes, z. B.
der Lagerschale ein und ermöglichen
somit eine betriebssichere Kraftübertragung.
Verdrehbewegung
(Gleitlager)
Funktion des gelaserten Pleuels
Hohlwelle
Haftreibung
(Schmelzgrate)
Funktion der gebauten Nockenwelle
Ziel des Laserstrukturierens
Durch das Aufrauen von technischen
Oberflächen mit Haftreibungsfunktion wird eine verlustfreie verdrehund/oder schubsichere Verbindung
zwischen zwei Bauteilen geschaffen.
Diese Verbindung erfüllt die Funktionsanforderungen und vereinfacht
die konstruktive Gestaltung der
Bauteile.
Laserstrukturieren zur Erhöhung
der Haftreibung
Nocken
Stirnpressverbindung
Anlagen zum Laserstrukturieren
Zur Industrialisierung des Laserstrukturierens wurden Anlagen
entwickelt, welche mit hoher Prozesssicherheit in modernen Produktionslinien arbeiten. Als Strahlquellen
werden gütegeschaltete Festkörperlaser mit Galvo-Scanneroptik
eingesetzt, die üblicherweise beim
Beschriften und Markieren von
Oberflächen Anwendung finden.
Zur Reduzierung der Taktzeit
können auch mehrere Strahlquellen
angeordnet sein. Die Anordnung
erfolgt je nach Bearbeitungsaufgabe.
Bei der Strukturierung von Bohrungsabschnitten fallen die Strahlen
schräg in die Bohrung ein. Bei der
Bearbeitung von direkt zugänglichen
Flächen kann die Strahlführung normal zur Bearbeitungsfläche erfolgen.
Anwendungsbeispiele
Pleuelauge
Stirnpressverbindung
gebaute Nockenwelle
Ihr Nutzen
• Substitution von Diamantfolien
(Stirnpressverbindung)
• Substitution von Nut und Passfedern (Welle-Nabe-Verbindung)
• Struktur frei wählbar
• Keine Werkzeugkosten
• Kurze Bearbeitungszeit von wenigen
Sekunden (Je nach Aufgabe und
Auslegung der Maschine)
• Kein Verspannen der Teile
• Keine Aufheizung des Werkstücks
• Hohe Betriebssicherheit
• Hoher Automatisierungsgrad
• Weltweite Serienerfahrung
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