[ 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