RÄUMLICH GETRENNTEN EINZELLASERSTRAHLEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur effizienten und prozesssicheren partiellen Härtung einer z. B. Innenwandung eines Bohrloches oder einer Nut in einem 5 Werkstück, dessen Material durch Wärmebehandlung härtbar ist, mittels Laserstrah- lung.

Es ist bekannt, dass zum Härten die Werkstücke entweder ganz oder teilweise, z. B. die Wandungen von Bohrungen, einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Dazu kann0 neben z. B. dem Ofenhärten und induktivem Härten das Laserhärten angewendet wer- den. Das Laserhärten besitzt dabei den Vorteil höherer Ortauflösung bzgl. der Wärme- einbringung. Soll der Verzug oder die Prozesszeit verringert werden, werden Werkstü- cke funktionsangepasst nur lokal gehärtet. Dazu werden die zu härtenden Oberflächen der Laserstrahlung ausgesetzt, sodass diese über eine Umwandlungstemperatur erhitzt5 werden. Da der Laserstrahl das Werkstück nur lokal erhitzt, wirkt der Rest des Werk- stücks als Kühlkörper, sodass eine schnelle Kühlung durch Wärmeabfluss in das Werk- stück - auch als Selbstabschreckung bekannt - erfolgt.

Innerhalb von Bohrungen ist es möglich, mittels Umlenkspiegeln die Wandung zu be-0 strahlen. Die DE 295 06 005 U1 zeigt das Bearbeiten von Bohrungen mittels eines in der Bohrung angeordneten, rotierenden Spiegels.

Auch die DE 10 2010 048 645 A1 beschreibt das Härten von Bohrungen mittels über einen rotierenden Spiegel auf die Innenwandung eines Bohrloches gelenkter Laser-5 Strahlung, wobei der Spiegel direkt wassergekühlt ist.

Nachteilig an diesen Lösungen zur Bearbeitung bzw. Härtung von Bohrlöchern mittels Spiegeln ist, dass es zu einer hohen Belastung des Spiegels, insbesondere dessen Oberfläche, auf welche der Laserstrahl auftrifft, kommt, sodass die auf die Spiegel ein-0 gestrahlte Laserleistung, z. B. durch zum Teil aufwendige Kühlung, abgeführt werden muss. Ein in dieser Hinsicht verbessertes Verfahren zum Härten zumindest eines Teilbereichs einer Wandung einer Bohrung ist bereits der DE 10 2014 017 632 A1 zu entnehmen.

Bei diesem Verfahren wird polarisierte Laserstrahlung verwendet, um die Belastung des Umlenkspiegels in der Bohrung gering zu halten, wobei auch die hierdurch verbesser- ten Reflexionseigenschaften der Spiegeloberfläche ausgenutzt werden.

Ein prinzipieller Nachteil an diesen Lösungen zur Bearbeitung bzw. Härtung von Bohr- löchern mittels Spiegeln ist jedoch, dass die Spiegel zumeist innerhalb des Bohrloches bzw. in unmittelbarer Nähe zu dem Prozessort zu platzieren sind, sodass sie schnell verschmutzen.

Weiter hat sich gezeigt, dass sich insbesondere kleine Bohrungen oder Sacklochboh- rungen kaum durch in die Bohrung eingebrachte umlenkende Elemente härten lassen, da diese geometrisch nicht mehr in die Bohrung hineinpassen oder nicht ausreichend robust gegenüber der Einflüsse aus Laserstrahlung und Prozessbedingungen sind.

DE 11 2013 004 368 B4 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laserhärten ei- ner Kurbelwelle, wobei ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird, die jeweils unterschiedliche Oberflächenbereiche der Kurbelwelle erhitzen. Durch Verwendung un- terschiedlicher Polarisation in beiden Teilstrahlen ist hierbei eine optimale Absorption erzielbar. Zum Härten einer Bohrungswandung ist dieses Verfahren jedoch weniger ge- eignet, da verfahrensimmanent nur plane Oberflächen bearbeitbar sind. Bei komplexer Topologie der Bauteiloberfläche ist eine prozesssichere Erwärmung der Bauteiloberflä- che auf Grund der variierenden Einstrahlwinkel mit der resultierenden unterschiedlichen Leistungseinkopplung und damit ein Härten kaum möglich. Außerdem bringt das Auftei- len des Laserstrahls und Polarisieren der beiden Teilstrahlen Leistungsverluste. Zusätz- lich ist die Variation der Leistungsanteile in den Teilstrahlen für die nötige Prozessadap- tion aufwendig.

Aus EP 2 925 481 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lasermaterialbear- beitung bekannt, bei denen mehrere Laserstrahlen mit jeweils unterschiedlichen Wel- lenlängen auf eine Werkstückoberfläche gerichtet werden, wobei mittels Strahlabbil- dungsmitteln die Laserstrahlen in einer vorbestimmten Anordnung abgebildet werden.

Durch die DE 10 2012 014 920 A1 ist außerdem ein Verfahren zum Laserhärten be- kannt, bei dem die Wärmeemission auf der Oberfläche des Werkstücks erfasst wird, um die Intensität des Laserstrahls einzustellen.

DE 41 39 841 A1 zeigt ein Verfahren zum Laserhärten, bei dem der Einfallswinkel des Laserstrahls auf das Werkstück dem Brewster-Winkel entspricht, wodurch der Wir- kungsgrad des Erwärmens mittels des polarisierten Laserstrahls verbessert ist.

Ein großer Nachteil der o.g. Verfahren speziell für eine Anwendung zum Härten von Bohrungen ist die Notwendigkeit von Rotationsachsen, d. h., das Werkstück oder die Bearbeitungsvorrichtung muss um die Bohrungsachse rotiert werden, um den Laser- strahl entlang des Umfangs der Wandung zu führen. Hierbei ist es unrealistisch, z. B. große Bauteile rotieren zu lassen. Bei einer rotierenden Bearbeitungsvorrichtung hinge- gen muss sichergestellt sein, dass die Zufuhr der Kühlmedien stets zuverlässig möglich ist.

Bei bahnenweise Erwärmung von Oberflächen kommt es zudem im Stoßbereich der Einzelbahnen zum Anlassen der vorher gehärteten Bahn. Homogene Härteverläufe von größeren Flächen, insbesondere bei komplexer Topologie sind schwer zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels derer eine gleichmäßige Laserleistungseinkopplung auf einem zu härtenden Bauteil- oberflächenbereich, z. B. der Innenwandung einer Ausnehmung oder einer Bohrung, unter Verzicht auf rotierende Bewegungen und innerhalb der Ausnehmung angeordnete optische Elemente sowie eine Vermeidung von Anlassspuren im Stoßbereich von Ein- zelbahnen ermöglicht ist, wobei eine für das Laserhärten ausreichende und insbeson- dere gleichmäßige Erwärmung durch Absorption am gesamten Bauteiloberflächenbe- reich erzielbar sein soll. Die Aufgabe wird durch das Verfahren zum Laserhärten mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Patentanspruch 1 sowie die Vorrichtung zum Laserhärten mit den kennzeichnenden Merkmalen nach Patentanspruch 6 gelöst; zweckmäßige Ausgestal- tungen der Erfindung finden sich jeweils in den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Mehrzahl von - vorzugsweise kollimierten - räumlich getrennten Einzellaserstrahlen auf eine Bearbeitungsposition auf der Oberfläche des Werkstücks gerichtet, die direkt, d. h. unter Verzicht auf zusätzliche Elemente in der vorhandenen Ausnehmung, auf die Oberfläche auftreffen, sodass durch Absorption der Laserstrahlung eine wirksame Erwärmung erzielt wird. Zur Erhöhung des Wirkungsgra- des werden p-polarisierte Einzellaserstrahlen verwendet, wobei die Polarisation der Einzellaserstrahlen im Wesentlichen parallel in Bezug zu ihrer jeweiligen Einfallsebene auf die Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet ist.

Um Leistungsverluste durch das Polarisieren und Ausrichten der Polarisationsebene zu vermeiden, werden Laserstrahl-Einzelmodule eingesetzt, die bereits einen im Wesentli- chen linear polarisierten Laserstrahl generieren. Zusätzlich wird durch die Anordnung und Ausrichtung der Lasermodule sichergestellt, dass die jeweilige Polarisationsebene der emittierten Einzellaserstrahlen im Wesentlichen parallel in Bezug zu ihrer jeweiligen Einfallsebene auf die Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet ist.

Es hat sich gezeigt, dass die Absorption des Laserlichtes eine starke Abhängigkeit vom Einfallswinkel auf die Innenwandung, d. h. dem Winkel des auf die Oberfläche einfal- lenden Lichtstrahles gemessen zur Flächennormale, zeigt. Beispielsweise steigt für Ei- sen bei einer Lichtwellenlänge von 1030 nm die Absorption für unpolarisierte Laser- strahlung mit zunehmendem Einfallswinkel von anfänglich 38% auf einen Maximalwert von ca. 42% bei einem Einfallswinkel von etwa 75°. Für größer werdende Einfallswinkel oberhalb 85° nimmt die Absorption rapide ab. Hingegen zeigt p-polarisierte Laserstrah- lung eine Absorption von etwa 75% bei einem Einfallswinkel von etwa 78°.

Allgemein ist in der Optik der Brewster-Winkel (auch Polarisationswinkel genannt) be- kannt. Er gibt den Winkel an, bei dem von auf die Grenzfläche zweier dielektrischer Medien einfallendem, unpolarisiertem Licht nur die senkrecht zur Einfallsebene polari- sierten Anteile reflektiert werden. Die parallel zur Einfallsebene polarisierten Anteile tre- ten in des Medium ein. Für Metalle werden die senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Anteile nur teilweise reflektiert. Die parallel zur Einfallsebene polarisierten Anteile haben somit beim Einstrahlen unter dem Brewsterwinkel ein Absorptionsmaximum.

Erfindungsgemäß wird unter Ausnutzung des Brewster-Winkels die Absorption der Ein- zellaserstrahlen, die jeweils eine im Wesentlichen parallel in Bezug zu ihrer jeweiligen Einfallsebene ausgerichteten Polarisation aufweisen, maximiert. D. h., die Einzellaser- strahlen werden derart auf die Oberfläche des zu härtenden Werkstückes ausgerichtet, dass der Einfallswinkel jedes auf die Oberfläche auftreffenden Einzellaserstrahls im Wesentlichen dem Brewster-Winkel entspricht.

Zur Bearbeitung, d. h. Härtung, eines ausgedehnten Bereichs auf der Oberfläche wer- den die Einzellaserstrahlen derart auf die Oberfläche gerichtet, dass sich auf derselben ein ausgedehnter, zusammenhängender Gesamtbrennfleck ausbildet. D. h., die Einzel- brennflecken werden zu einem Gesamtbrennfleck überlagert. Hierbei ist vorgesehen, dass mittels separater Regelung der Leistung jedes Einzellaserstrahls eine vorgegebe- ne räumliche Temperaturverteilung im Gesamtbrennfleck eingestellt wird. Dies erlaubt, auf der Oberfläche des Werkstücks eine beliebige Verteilung des Energieeintrags vor- zugeben, sodass eine homogene Härtung durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann die Verteilung des Energieeintrags annähernd gleichmäßig über die gesamte Ausdehnung des Gesamtbrennflecks sein, eine Überhöhung am Rand des Gesamt- brennflecks oder eine Reduzierung an wärmestaugefährdeten Bereichen aufweisen.

Zur exakten Regelung der Temperaturverteilung im Gesamtbrennfleck während des La- serhärtens wird die auf der Oberfläche des Werkstücks im Bereich des Gesamtbrenn- flecks herrschende Temperatur (kontinuierlich oder zu periodisch wiederkehrenden Zeitpunkten) ortsaufgelöst gemessen. Vorzugsweise ist hierzu jedem Laserstrahl- Einzelmodul ein berührungslos arbeitender Temperatursensor, z. B. ein Wärmestrah- lungsdetektor, zugeordnet, der die Temperatur auf der Oberfläche am Ort des Auftreff- punktes des Einzellaserstrahls erfasst. Ein Vorteil des Verfahrens ist der hohe Gesamtwirkungsgrad der Energieeinkopplung aufgrund der Verwendung von auf der Werkstückoberfläche überlappenden, p- polarisierten Einzellaserstrahlen unter Nutzung des Brewsterwinkels, da die an der Bau- teiloberfläche höherer Reflektivität unterliegenden s-Anteile nicht erzeugt werden und demzufolge auch keine„Fehlreflexion“ erfolgen kann, die z.B. am Sacklochgrund zu ei- ner stärkeren Einkopplung führt.

Indem die Laserstrahlung direkt auf das Werkstück, dessen Oberfläche zu härten ist, eingestrahlt wird, kann auf optische Elemente, z. B. innerhalb einer Ausnehmung, ver- zichtet werden. Somit werden die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme von z. B. verschmutzten, zerstörten oder aufwendig zu schützenden bzw. zu kühlenden Spiegeln bei dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich vermieden. Dennoch sind durch die Überlagerung der Einzellaserstrahlen beliebige geometrische Formen für den Gesamtbrennfleck realisierbar.

Auch das Härten von schwer zugänglichen Oberflächenbereichen, z. B. kleineren Sack- löchern, ist möglich, da keine Vorrichtungsteile durch die Ausnehmungsöffnung einge- führt werden müssen.

Durch die Verwendung der p-polarisierten Einzellaserstrahlen ist eine simultane Bear- beitung des gesamten zu härtenden Teilbereichs der Werkstückoberfläche, insbesonde- re der Innenwandung einer Ausnehmung, möglich, sodass keine durch Rotation zu er- zeugende Relativbewegung des Laserflecks entlang der Ausnehmungswandung und damit keine Rotationsachse bzw. Rotationseinrichtung erforderlich ist. In Verbindung mit verfügbaren Lasern hoher Leistung mit p-Polarisation wird dadurch auch der Durchsatz der Bearbeitungseinrichtung erhöht. Ebenso entfällt die Gefahr des Anlassens der be- reits gehärteten Spur am Rand einer Spiralbahn bei für ein quasisimultanes Erwärmen nicht ausreichender Vorschubgeschwindigkeit des Laserbrennflecks.

Ein weiterer Vorteil ist die sehr gute Skalierbarkeit durch geometrisches Stapeln und geringfügig variierenden Winkeln. Die Skalierbarkeit durch Erhöhung der Anzahl ver- wendeter Einzelmodule von ca. 250 bis 1000W und die Überlagerung durch geringfügi- ge Veränderung der Einzeleinstrahlwinkel (Winkelstapelung) oder Hintereinanderanord- nung in Prozessrichtung (Positionsstapelung) kann zur Erhöhung der Prozessge- schwindigkeit genutzt werden. Die Vermeidung von Anlassspuren im Stoßbereich von Einzelbahnen kann durch geometrische Parallelanordnung von Einzellaserstrahlen senkrecht zur Bearbeitungsrichtung, wodurch ein entsprechend großer Gesamtbrenn- fleck gebildet wird, erfolgen.

Die Erfindung kann weiter derart ausgebildet sein, dass eine oder mehrere Optikeinhei- ten, z. B. Zylinderlinsen, im Strahlengang der Einzellaserstrahlen oder gemeinsame Linsen für alle Einzelstrahlen vorgesehen werden, um die auf der Oberfläche des Werk- stücks ausgebildete geometrische Form des Gesamtbrennflecks vorzugeben bzw.

durch entsprechende Einstellung der Optikeinheiten zu variieren.

Die Erfindung kann weiter vorteilhaft wie folgt ausgebildet sein, dass ein optisches Um- lenkelement, z. B. ein Spiegel, vorgesehen wird, um an der Oberfläche reflektierte La- serstrahlung auf dieselbe zurückzuwerfen. Dadurch wird vorteilhaft die Prozesseffizienz erhöht. Das Umlenkelement kann ein Planspiegel, ein sphärischer oder asphärischer Spiegel, z. B. rotationssymmetrische Trichter- oder Kegelspiegel, sein. Das Umlen- kelement kann, z. B. durch die Spiegelkontur, derart gestaltet und eingerichtet sein, um eine Verbesserung der Intensitätsverteilung auf der Oberfläche des Werkstücks zu er- reichen.

Alternativ kann vorgesehen sein, die an der Oberfläche reflektierte Laserstrahlung mit- tels eines geeigneten Absorbers zu absorbieren, sodass eine Gefährdung von z. B. Be- dienern und eine Beschädigung der Vorrichtung ausgeschlossen ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, das Werkstück, z. B. in Richtung zu oder in Richtung weg von den Laserstrahl-Einzelmodulen, translatorisch zu bewegen, wodurch die Er- wärmungszone über einen gegenüber der Fläche des Gesamtbrennflecks ausgedehn- teren Bereich auf der Oberfläche„verfahrbar“ ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Werkstück rotatorisch um eine Achse bewegt wer- den, d. h., das Bauteil rotiert um z. B. die Längsachse der zu härtenden, zylinderförmi- gen Ausnehmung. Hierdurch kann eine weitere Homogenisierung und Erhöhung der Prozessstabilität erreicht werden.

Gemäß einer Ausführungsform wird das Werkstück intermittierend während des Laser- härtens und/oder nach dem Laserhärten mittels eines Kältemittels abgeschreckt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen La- serbearbeitungskopf mit einer Mehrzahl von jeweils einen im Wesentlichen linear pola- risierten Laserstrahl generierenden, einzeln regelbaren Laserstrahl-Einzelmodulen, eine Optikeinheit, eine Positioniereinrichtung, wenigstens einen berührungslos arbeitenden Temperatursensor, z. B. ein Wärmestrahlungsmessgerät, zur ortsaufgelösten Erfassung einer Temperatur der Oberfläche des Werkstückes, eine Werkstückaufnahme mit einer Spanneinheit zur Aufnahme und Fixierung des Werkstückes sowie eine mit den Laser- strahl-Einzelmodulen, dem wenigstens einen berührungslos arbeitenden Temperatur- sensor und der Positioniereinrichtung verbundene Steuereinheit zur Prozesssteuerung.

Die Optikeinheit umfasst zumindest ein Schutzglas zum Schutz der Laserstrahl- Einzelmodule vor Verschmutzungen, die durch die Einwirkung der Einzellaserstrahlen auf die Oberfläche in Richtung der Laserstrahl-Einzelmodule gelangen können. Weiter- hin kann die Optikeinheit ein Fokussierelement, z. B. eine Fokuslinse, ein Strahlfor- mungs- und Ablenkungselement, z. B. Zylinderlinsen, zur Formgebung des aus den Einzellaserstrahlen auf der Oberfläche gebildeten Gesamtbrennflecks und/oder einen Kollimator, z. B. eine Linse, zum Kollimieren der aus den Laserstrahl-Einzelmodulen austretenden Einzellaserstrahlen aufweisen.

Die Laserstrahl-Einzelmodule können entlang eines Kreises im Laserbearbeitungskopf angeordnet sein, wobei jedes Einzelmodul um einen Winkel zu seinen benachbart an- geordneten Einzelmodulen gedreht ist. Die Laserstrahl-Einzelmodule können auch in einzelnen Gruppen über- bzw. nebeneinander gestapelt sein, wobei die Gruppen je- weils um einen Winkel, z. B. 90°, zueinander gedreht sind. Vorzugweise sind die Laserstrahl-Einzelmodule linear polarisiertes Laserlicht emittie- rende, flüssigkeitskühlbare Direktdiodenlasereinzelmodule.

Die Positioniereinrichtung ist mit der Werkstückaufnahme (und somit indirekt mit der Spanneinheit) verbunden, sodass z. B. ein Abstand zwischen dem Laserbearbeitungs- kopf und dem zu bearbeitenden Werkstück durch eine translatorische Bewegung der Werkstückaufnahme vorgebbar ist.

Mittels der Steuereinheit sind Vorgaben für die Prozessregelung, z. B. Sollwerte einer von der Laserstrahl-Einzelmodulen auszugebenden Laserleistung basierend auf der im Auftreffpunkt der von den jeweiligen Laserstrahl-Einzelmodulen emittierten Einzellaser- strahlen erfassten Oberflächentemperatur und/oder eine von der Positioniereinrichtung anzufahrende Position, einstellbar. Hierdurch kann die einzustrahlende Laserleistung und gegebenenfalls die mittels der Positioniereinrichtung ermöglichte Bewegung der Wärmeeinflusszone über die Oberfläche, d. h. die von der Positioniereinrichtung vor- gebbare Position und/oder translatorische Bewegungsgeschwindigkeit der Wärmeein- flusszone, bei Bedarf zur Optimierung der Prozessführung verändert werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laserhärten ist der Verzicht auf optische Elemente für eine Polarisation und für eine Strahl-Umlenkung nahe der Bau- teiloberfläche, die verschmutzen, zerstört oder beim Bauteilwechsel beschädigt werden können. Hierdurch werden Verluste vermieden und Kosten eingespart.

Zusätzlich ergibt sich eine Redundanz. Auch die Wartung ist vereinfacht, indem nur Einzelmodule statt einer gesamten Quelle getauscht werden müssen.

Gemäß einer Ausgestaltung beinhaltet jedes der Laserstrahl-Einzelmodule einen berüh- rungslos arbeitenden Temperatursensor in Form eines Pyrometers, um die Temperatur an der Position des Einzelbrennflecks, der auf der Oberfläche des Werkstücks von dem Einzellaserstrahl des Laserstrahl-Einzelmoduls gebildet ist, zu erfassen und die Tempe- raturwerte an die Steuereinheit zu übermitteln sowie die Einzellaserleistungen und/oder die Vorschubgeschwindigkeit zu regeln.

Weiter kann die Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie eine Abschreckeinrich- tung für das Werkstück umfasst. Die Abschreckeinrichtung kann eine Wanne aufwei- sen, in welcher das Werkstück angeordnet ist oder in welche das Werkstück einbringbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Abschreckeinrichtung Zuführleitungen für ein Käl- tefluid aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Laserbearbeitungskopf Aktoren, mittels derer die Laserstrahl-Einzelmodule relativ zueinander bewegbar sind. Beispielsweise ist jedes der Laserstrahl-Einzelmodule mit einem ihm zugeordneten Aktor verbunden. Die Aktoren sind mit der Steuereinheit verbunden, sodass von der Steuereinheit eine relati- ve Anordnung der Laserstrahl-Einzelmodule zueinander innerhalb des Laserbearbei- tungskopfs einstellbar ist.

Weiter kann die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung zum Schutz vor Laserstrahlung aufweisen. Die Schutzeinrichtung kann einen oder mehrere Absorber, laserstrahlungs- undurchlässige Vorhänge oder Wände und/oder reflektierende Elemente zur Lenkung von nicht-absorbierter Laserstrahlung zurück auf die Werkstückoberfläche umfassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wo- bei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigen in schematischer Darstellung die

Fig. 1 : eine Vorrichtung zum Laserhärten gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2: eine Vorrichtung zum Laserhärten gemäß einer weiteren Ausführungsform und Fig. 3: eine Vorrichtung zum Laserhärten gemäß einer dritten Ausführungsform.

Eine Vorrichtung zum Laserhärten einer Wandung 6 einer Ausnehmung in dem Werk- stück 5 zeigt Fig. 1 schematisch. Die entlang eines Kreises angeordneten, baugleichen Laserstrahl-Einzelmodule 2, in diesem Beispiel P2-Direktdiodenlasereinzelmodule, emittieren jeweils den kollimierten Einzellaserstrahl 1. Das Optikelement 3 umfasst Zy- linderlinsen zur Strahlformung. Der durch eine Überlagerung der Einzellaserstrahlen 1 gebildete Laserstrahl 9 wird in die Ausnehmung des Werkstücks 5 geleitet, wobei die Strahlachse 8 koaxial zur Längsachse der Ausnehmung ist. Die divergente Laserstrah- lung 9 trifft auf die Wandung 6 und wird dort absorbiert.

Die Laserstrahl-Einzelmodule 2 umfassen die Anschlüsse 4 für eine direkte Wasserküh- lung. Sie emittieren jeweils einen p-polarisierten, kollimierten Einzellaserstrahl 1.

In Fig. 2 sind die Laserstrahl-Einzelmodule 2 zu Gruppen gestapelt, die jeweils um 90° um die Strahlachse 8 zueinander gedreht sind, sodass immer p-polarisierte Strahlung auf die jeweiligen Bereiche der Wandung der Nut auftrifft. Im Beispiel besitzt jedes der Laserstrahl-Einzelmodule 2 ein Pyrometer, sodass eine Temperaturerfassung in dem jeweiligen Einkopplungsbereich des Einzelmoduls 2 und eine Temperaturregelung mit- tels Leistungsanpassung der jeweiligen Laserstrahl-Einzelmodule 2 erfolgen kann.

Zur Randüberhöhung des Energieeintrags für eine Homogenisierung der Temperatur an der Erwärmungszone, d. h., um bei gleicher Laserleistung der zehn baugleichen Laser- strahl-Einzelmodule 2 am Rand der Einwirkzone eine gegenüber dem Zentrum der Er- wärmungszone höheren Energieeintrag zu erhalten - und damit der Verbesserung der Wechselwirkung - wird die Anordnung der Laserstrahl-Einzelmodule 2 gemäß Fig.3 verwendet. Die Laserstrahl-Einzelmodule 2 sind hierbei derart angeordnet, dass im Zentrum der Erwärmungszone die Einzelbrennflecken nur weniger Einzellaserstrahlen 1 auftreffen, während im Randbereich der Erwärmungszone quer zur Vorschubrichtung die Einzelbrennflecken der Einzellaserstrahlen 1 stärker überlappen. Die Leistungs- dichteverteilung der Erwärmungszone ist somit gegenüber den in Fig. 1 oder 2 gezeig- ten Beispielen inhomogen ausgeprägt.

Durch Verschieben des Werkstückes 5 entlang der Vorschubrichtung kann die Erwär- mungszone über die Bauteiloberfläche 6 geführt werden. Indem in diesem Beispiel die äußeren Paare der Laserstrahl-Einzelmodule 2 leicht gegenüber den anderen Laser- strahl-Einzelmodulen 2 verkippt sind, treffen deren Einzellaserstrahlen 1 in Bewegungs- richtung des Gesamtbrennflecks hinter den zweiten Paaren von außen auf die Bauteil- Oberfläche 6. Durch diese im Nachlauf auftreffenden Laserspots wird die Einwirkzeit verdoppelt, die erhöhte Wärmeabfuhr am Rand kompensiert und die Einhärtetiefe ho- mogenisiert.

Liste der Bezugszeichen

1 Einzellaserstrahl, kollimiert

2 Laserstrahl-Einzelmodul

3 Optikeinheit

4 Kühlung

5 Werkstück

6 Teilbereich der Oberfläche / Wandung der Ausnehmung 7 Ausnehmung / Nut

8 Strahlachse

9 kumulativer Laserstrahl