Handgeführtes Werkzeugsystem zur lasergestützten Bearbeitung von Schneid- und Umformwerkzeugen

Das Laserstrahlhärten hat sich zur Steigerung der Verschleißfestigkeit von stark beanspruchten Umformwerkzeugbereichen industriell etabliert. Das Verfahren zeichnet sich durch eine präzise lokale und zeitliche Energieeinbringung aus.

Bisher existieren keine einfach zu handhabenden Lösungen für den Lasereinsatz in kmU, da die heutigen Laserbearbeitungsprozesse den Nachteil haben, dass sie ausschließlich in Verbindung mit CNC-Maschinen oder Robotern zum Einsatz kommen. Dieses bedeutet meistens einen hohen Programmier- bzw. Teach-In-Aufwand. Darüber hinaus besitzen diese Handhabungstechniken einen eingeschränkten Bearbeitungsbereich, so dass große Werkstücke entweder gar nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand bearbeitet werden können. Das wesentlichste Defizit besteht in dem extrem hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand, den der Transport und die Ausrichtung des zu bearbeitenden Werkzeuges auf der Anlage zur Lasermaterialbearbeitung in Verbindung mit einer Programmierung der zu härtenden Struktur mit sich bringt. Hierbei entstehen hohe Kosten für die Herstellung der Werkzeuge.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein handgeführtes System entwickelt, welches zum flexiblen Laserstrahlhärten von hochbelasteten Umform- und Schneidwerkzeugkanten verwendet werden kann. Dazu wurde ein Versuchsträger realisiert, der schnelle, gleichmäßige und verzugsfreie Bearbeitung der betroffenen Werkzeugebereiche ermöglicht.

Das System ist auf die Verwendung eines fasergekoppelten Festkörperlasers mit Strahlleistungen von bis zu 4 kW ausgelegt. Zur Gewährleistung einer größtmöglichen Prozessreproduzierbarkeit wurden eine pyrometerbasierte Temperaturregelung integriert. Die flächige Erwärmung wurde mittels eines variabel einstellbaren Galvanometerscanners realisiert, der den Strahl quer zur Vorschubrichtung ablenkt.

Durch eine automatische Nachführung der Fokuslage können Abweichungen im Bearbeitungsabstand, die der Bediener in das System Handgerät-Werkstück einbringt, ausgeglichen werden.

Eine komplexe Steuerungs- und Überwachungselektronik basierend auf einem Sicherheitsbussystem wurde in das Handgerät integriert und gewährleistet die Sicherheit des Bedieners und der Arbeitsumgebung.

Es wurden erfolgreiche Härteversuche mit dem Versuchträger durchgeführt.

An praxisnahen Umformwerkzeuggeometrien konnten Einhärttiefen bis zu 0,8 Millimeter bei Spurbreiten von 20 mm erzielt werden.