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Patent Searching and Data


Title:
LASER-SHOCK HARDENING OF A SURFACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/198522
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an assembly (16) comprising: - a workpiece (5); a liquid film (3) made of a liquid (2) on a surface (4) of the workpiece (5); a laser (6) for generating a pulsed laser beam (7) for laser-shock hardening of the workpiece (5); and - focusing optics (9) for focusing the laser beam (7) into a focal point (8) which is inside the liquid film (3).

Inventors:
GUREVICH EVGENY (DE)
SARACENO CLARA (DE)
WANG HAO (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/058795
Publication Date:
October 19, 2023
Filing Date:
April 04, 2023
Export Citation:
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Assignee:
UNIV RUHR BOCHUM (DE)
International Classes:
B23K26/0622; B23K26/122; B23K26/146; B23K26/356; C21D1/09
Foreign References:
CN113547203A2021-10-26
US20130313232A12013-11-28
US20060006158A12006-01-12
Attorney, Agent or Firm:
SCHWENDERLING, Jens (DE)
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Claims:
Patentansprüche Anordnung (16) umfassend

- ein Werkstück (5),

- einen Flüssigkeitsfilm (3) aus einer Flüssigkeit (2) auf einer Oberfläche (4) des Werkstücks (5),

- einen Laser (6) zum Erzeugen eines gepulsten Laserstrahls (7) zum Laserschockhärten des Werkstücks (5), und

- eine Fokussieroptik (9) zum Fokussieren des Laserstrahls (7) innerhalb des Flüssigkeitsfilms (3). Anordnung (16) nach Anspruch 1, wobei der Laser (6) ein Festkörperlaser ist. Anordnung (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laser (6) ein Thulium-Laser, Holmium-Laseroderein Erbium-Laser ist. Anordnung (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (7) eine Wellenlänge aufweist, welche um nicht mehr als 0, 1 um von einem Absorptionsmaximum der Flüssigkeit abweicht. Anordnung (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (16) eine Flüssigkeitsversorgungseinheit (1) mit einem Tauchbecken (10) umfasst, welches einen Zulauf (14) und einen Ablauf (15) für die Flüssigkeit (2) hat. Verfahren zum Laserschockhärten eines Werkstücks (5), wobei mit einer Flüssigkeit (2) ein Flüssigkeitsfilm (3) auf einer Oberfläche (4) des Werkstücks (5) ausgebildetwird, wobei ein gepulster Laserstrahl (7) in den Flüssigkeitsfilm (3) eingeleitet wird, und wobei der Laserstrahl (7) derart fokussiert wird, dass ein Brennpunkt (8) des Laserstrahls (7) in dem Flüssigkeitsfilm (3) liegt. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (2) zu mindestens 90% aus Wasser besteht. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Flüssigkeitsfilm (3) gebildet wird, indem die Flüssigkeit (2) über die Oberfläche des Werkstücks (5) geleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine der Oberfläche (4) des Werkstücks (5) gegenüberliegende Oberfläche (12) des Flüssigkeitsfilms (3) zu- mindest dort parallel zu der Oberfläche (4) des Werkstücks (5) ausgebildet ist, wo der Laserstrahl (7) in den Flüssigkeitsfilm (3) eintritt.

Description:
Laserschockhärtung einer Oberfläche

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Laserschockhärten insbesondere von metallischen Oberflächen.

Das Härten von Material mittels Laserschock ist bekannt. Das zu härtende Material wird dabei durch einen mechanischen Schock gehärtet. Dazu wird ein kurzer Laserimpuls verwendet, weicher eine Stoßwelle mit hohem Druck und kurzer Dauer, einen sogenannten Schock, erzeugt. Dieser beeinflusst das Kristallgefüge des Materials.

Laserschockhärten wird typischerweise zum Härten kleiner Teilbereiche bei geringer Härtetiefe eingesetzt. Dabei wird in erster Linie die Oberfläche des behandelten Metalls gehärtet.

Beim Laserschockhärten wird zur Übertragung der Energie mittels Laser ein Bündel von Laserstrahlen verwendet, um eine ausreichende Energiemenge zu transportieren. Dabei wird die Energie der Laserstrahlen auf dem Wege bis zu dem gewünschten Ort als breites Bündel von Laserstrahlen transportiert, sodass das Transportmedium von den Strahlen des Laserstrahlenbündels weitgehend unbeeinflusst bleibt. Um die Energie an einem Punkt für die gewünschte Reaktion zu konzentrieren, werden die Laserstrahlen des Bündels typischerweise fokussiert. Die in dem Brennpunkt konzentrierte Energie kann dann von dem Material absorbiert werden, welches sich an dem Brennpunkt befindet. Das Material des zu härtenden Werkstücks, das mit dem Laserstrahl bearbeitet werden soll, kann jedoch eine zu niedrige Absorption aufweisen, die eine Behandlung mit einem Laser nicht zulässt. In diesem Fall ist es bekannt, eine Absorptionsschicht oder Opferschicht zu verwenden, welche die Laserimpulse gut absorbiert und die Energie des absorbierten Laserimpulses in Form einer Schockwelle oder Druckwelle an das Material überträgt. Im Falle einer ausreichenden Absorption kann die Oberfläche durch das Laserschockhärten erheblich aufgeraut werden. Das ist unerwünscht. Auch um dies zu verhindern ist die Verwendung einer Opferschicht bekannt.

Üblicherweise werden feste Opferschichten verwendet. Diese verlangen allerdings Anbringung und Entfernung von dem Werkstück. Das sind zusätzliche Schritte, die entsprechende Kosten und Zeitaufwand mit sich bringen. Durch die Verbrennung einer festen Opferschicht mittels des Laserstrahls können zudem gesundheitsschädliche Gase und Partikel entstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfachere und sicherere Möglichkeit zum Laserschockhärten vorzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit der Anordnung und dem Verfahren zum Laserschockhärten gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung dargestellten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar.

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgestellt, welche umfasst:

- ein Werkstück,

- einen Flüssigkeitsfilm aus einer Flüssigkeit auf einer Oberfläche des Werkstücks,

- einen Laser zum Erzeugen eines gepulsten Laserstrahls zum Laserschockhärten des Werkstücks, und

- eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls innerhalb des Flüssigkeitsfilms.

Die Anordnung ist zum Laserschockhärten des Werkstücks eingerichtet. Der Laser und die Fokussieroptik sind vorzugsweise Teil einer Vorrichtung zum Laserschockhärten des Werkstücks. Die Anordnung umfasst in dem Fall neben dem Werkstück die Vorrichtung zum Laserschockhärten des Werkstücks. Der Flüssigkeitsfilm wird vorzugsweise von einer Flüssigkeitsversorgungseinheit erzeugt, welche ebenfalls Teil der Vorrichtung zum Laserschockhärten des Werkstücks ist.

Die Fokussieroptik ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl innerhalb der Flüssigkeit zu fokussieren. Das ist vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Fokussieroptik dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in einen Brennpunkt zu fokussieren, der innerhalb des Flüssigkeitsfilms liegt. Es ist allerdings nicht erforderlich, dass der Laserstrahl exakt punktförmig fokussiert wird. Alternativ kann der Laserstrahl beispielsweise in einen Fleck, eine Linie oderein Rechteck fokussiert werden. Der Fleck, die Linie beziehungsweise das Rechteck liegen in dem Fall innerhalb des Flüssigkeitsfilms. Nachfolgend wird auf den Fall eines Brennpunkts eingegangen.

Der Brennpunkt des Laserstrahls liegt innerhalb des Flüssigkeitsfilms, der auf der Oberfläche des Werkstücks platziert ist. Vorzugsweise ist der Brennpunkt in einem vordefinierten Abstand zur Oberfläche des Werkstücks platziert. Die in dem Brennpunkt konzentrierte Energie des Laserstrahls bewirkt, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsfilms punktuell und explosionsartig verdampft. Dies geschieht schlagartig, so dass sich explosionsartig eine Dampfblase bildet. Dabei ist der Brennpunkt so nah an der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet, dass die explosionsartige Ausdehnung der Dampfblase und die dadurch entstehende Stoßwelle auf die Oberfläche des Werkstücks einwirkt. Das führt zu einer Härtung der Oberfläche des Werkstoffs in diesem Bereich. Die erzeugte Dampfblase kann im Zuge von Kavitation anschließend wieder zusammenfallen und dabei eine zweite Stoßwelle erzeugen, die ebenso auf das Werkstück einwirken kann. Bei diesem Vorgang wird von einer Kavitationshärtung der Oberfläche des Werkstücks gesprochen. Ob es zu einer zweiten Stoßwelle kommt, hängt von den gewählten Prozessparametern ab, insbesondere von Parametern des Laserstrahls. Es ist nicht erforderlich, dass es zu einer zweiten Stoßwelle kommt.

Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Stoßwelle kann die Flüssigkeitsschicht über dem Brennpunkt, also die Flüssigkeitsschicht zwischen dem Brennpunkt und Flüssigkeitsoberfläche, als Reflektor für die Stoßwellen wirken.

Der Vorteil bei der Verwendung von Flüssigkeiten als Opferschicht ist, dass diese günstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten festen Opferschichten sind. Flüssigkeiten können unkompliziert auf die Oberfläche des zu härtenden Werkstücks aufgetragen werden. Darüber hinaus kann die nach dem Laserschockhärten auf dem Werkstück noch anhaftende Flüssigkeit leicht von der Oberfläche des Werkstücks abgewaschen werden. Eine aufwändige mechanische Reinigung zur Entfernung von Verbrennungsrückständen ist nicht notwendig. Abhängig von der verwendeten Flüssigkeit kann auch eine Trocknung an der Luft ausreichend sein, damit die auf der Oberfläche des Werkstücks verbleibende Flüssigkeit dissipiert. Ebenfalls abhängig von der verwendeten Flüssigkeit sind die bei dem Härtevorgang entstehenden Dämpfe der verdunstenden Flüssigkeit nicht gesundheits- oder umweltschädlich oder nur in einem Maße, der den aktuellen Industriestandards entspricht und keine aufwändige Entsorgung verlangt.

Die Fokussieroptik ist vorzugsweise so eingerichtet, dass unter Berücksichtigung der Brechung der Strahlen des Laserbündels beim Eintritt in die Flüssigkeit der Brennpunkt in einem vordefinierten Abstand zu der Oberfläche des zu härtenden Werkstücks entsteht.

Die Wellenlänge des von dem Laser emittierten Laserstrahls ist vorzugsweise passend zum Absorptionsspektrums der Flüssigkeit gewählt. Die Wellenlänge des von dem Laser emittierten Laserstrahls liegt vorzugsweise in einem Maximum des Absorptionsspektrums der Flüssigkeit. Dadurch kann die Flüssigkeit die Energie des Laserstrahls besonders gut absorbieren. Vorzugsweise wird mindestens die Hälfte der Energie des Laserstrahls in der Flüssigkeit absorbiert. Der Laserstrahl hat daher vorzugsweise eine solche Wellenlänge, dass mindestens die Hälfte der Energie des Laserstrahls in der Flüssigkeit absorbiert wird. Allerdings können die hierin beschriebenen Vorteile auch in eingeschränktem Maße erzielt werden, wenn die Wellenlänge des Lasers nicht genau in einem Maximum des Absorptionsspektrums liegt. Es ist daher bevorzugt, dass die Wellenlänge des Lasers um nicht mehr als 5 % von einer Wellenlänge abweicht, bei der das Absorptionsspektrum der Flüssigkeit ein Maximum hat. Besonders bevorzugt ist die Wellenlänge des Laserstrahls nicht mehr als 0,1 um von einem Maximum des Absorptionsspektrums der Flüssigkeit entfernt, insbesondere nicht mehr als 0,05 um.

Mit der neusten Entwicklung von leistungsstarken Lasern ist es möglich, günstige und leicht zugängliche Flüssigkeiten für das Laserschockhärten zu verwenden. Damit stellen die Flüssigkeiten nicht nur, wie aus dem Stand der Technik bekannt, das transparente Umgebungsmedium dar, sondern bilden auch die Absorptionsschicht bzw. die Opferschicht selbst.

Die Flüssigkeit besteht vorzugsweise zu mindestens 90% aus Wasser. Besonders bevorzugt wird reines Wasser als die Flüssigkeit verwendet. Wasser kann leicht auf die Oberfläche des zu härtenden Werkstücks aufgetragen werden und leicht wieder von dieser entfernt werden. Es genügt, dass das Werkstück nach dem Laserschockhärten getrocknet wird. Darüber hinaus ist Wasser ökologisch und nicht umweltschädigend sowie preiswert und leicht zugänglich. Auch ist es in Materialbearbeitungsprozessen oft bereits integriert. Somit wäre auch eine Nachrüstung oder Umrüstung einer aus dem Stand der Technik bekannter Vorrichtung zum Laserschockhärten denkbar.

Ein Produkt der Wechselwirkung von Wasser mit dem Laserstrahl ist typischerweise Wasserdampf. Zwar kann bei sehr hohen Energiedichten des Laserstrahls eine Elektrolyse ausgelöst werden, jedoch ist die Menge des dabei freigesetzten Sauerstoffs und Wasserstoffs vernachlässigbar klein. Weder der Wasserdampf bzw. der Sauerstoff oder der Wasserstoff stellen in ihren entstehenden Mengen eine Umwelt- oder Gesundheitsgefährdung dar.

Darüber hinaus wird mit Wasser als Opferschicht ein doppelter Effekt beim Generieren der Schockwelle erzeugt.

Besonders bei der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit kann im Brennpunkt des Lasers durch die absorbierte Energie eine Dampfblase entstehen. Diese kann durch die hohe Oberflächenspannung von 72 mN/m nach einigen zehn bis einigen hundert Mikrosekunden implodieren. Durch diese Kavitation der Dampfblase wird eine zweite Stoßwelle erzeugt. Befinden sich die Dampfblasen in der Nähe oder direkt an einer festen Wand, bspw. an der Oberfläche des zu härtenden Werkstücks, so kann bei der Implosion eine Stoßwelle, der Mikrojet, entstehen, welche mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks trifft. Die absorbierte Energie des Lasers bewirkt damit die Verdampfung des Wassers zu einer Dampfblase und die Implosion der Dampfblase erzeugt eine zweite Stoßwelle, sodass die Energie effizient genutzt wird.

Dies macht Wasser zu einer geeigneten Opferschicht. Andere Flüssigkeiten, deren Absorptionsmaxima auf die Laserwellenlänge abgestimmt sind, können ebenfalls besonders gut verwendet werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Flüssigkeit Öle oder/und Alkohole oder/und organische Lösungsmittel oder/und Salzlösungen umfassen. Die Flüssigkeit kann eine Mischung verschiedener Substanzen sein.

Bevorzugt ist der Laser ein Festkörperlaser. Als Festkörperlaser werden optisch angeregte Laser bezeichnet, deren verstärkendes, aktives Medium aus einem kristallinen oder glasartigen, amorphen Festkörper besteht. In diesem sogenannten Wirtsmaterial oder Wirtskristall sind in bestimmter Dotierung die laseraktiven Ionen enthalten. Festkörperlaser werden zur Erzeugung von Laserstrahlen mit Licht oder Infrarotstrahlung gepumpt. Die Betriebsart kann kontinuierlich oder gepulst sein, wobei für das hier beschriebene Laserschockhärten eine gepulste Betriebsart vorgesehen ist.

Vorzugsweise weist der Laserstrahl eine Wellenlänge im mittelinfraroten Bereich auf. Vorzugsweise weist der Laserstrahl eine Wellenlänge im Bereich von 1,5 um bis 3,5 um auf. Das gilt insbesondere in dem Fall, dass Wasser oder eine wasserbasierte Lösung als die Flüssigkeit verwendet wird. Bevorzugt ist darüber hinaus, dass die Wellenlänge um nicht mehr als 0, 1 um von einem Absorptionsmaximum der Flüssigkeit abweicht. Besonders bevorzugt weist der Laserstrahl im Falle von Wasser oder einer wasserbasierten Lösung als der Flüssigkeit eine Wellenlänge im Bereich von 1,90 um bis 2,10 um oder im Bereich von 2,90 um bis 3,00 um auf.

Durch die Entwicklung neuer laser-aktiver Materialien werden auch andere Wellenlängen, die bisher im Rahmen des Laserschockhärtens nicht verwendet wurden, unter anderem auch für das Laserschockhärten mit ultrakurzen Laserpulsen anwendbar. Dies wird insbesondere durch das Verfahren der Modenkopplung, in Englisch „ Mode-locking", eines Laserstrahls möglich. Modenkopplung ist die Synchronisation der im Laserstrahl schwingenden Eigenzustände, der so genannten Moden zur Erzeugung von extrem kurzen Lichtpulsen bis in den Femtosekunden-Bereich. Der Begriff Modenkopplung bezieht sich darauf, dass bei einer möglichst großen Anzahl von Moden eine konstante Phasenbeziehung angestrebt wird. Die einzelnen Moden sind dann phasengekoppelt.

Bevorzugt ist der Laser ein Thulium-Laser, ein Holmium-Laser oder ein Erbium-Laser. Das gilt insbesondere in dem Fall, dass Wasser oder eine wasserbasierte Lösung als die Flüssigkeit verwendet wird. Laserkristalle, die mit Thulium-Ionen dotiert sind, können dazu modifiziert werden, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,95 um zu emittieren. Laserkristalle, die mit Holmium-Ionen dotiert sind, können dazu modifiziert werden, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2,1 um zu emittieren. Laserkristalle, die mit Erbium-Ionen dotiert sind, können unter anderem dazu modifiziert werden, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 2,95 um zu emittieren. In eben diesen Wellenlängen weist das Absorptionsspektrum von Wasser Absorptionsmaxima auf, sodass das Wasser die Energie von Laserstrahlen dieser Wellenlängen besonders stark absorbiert. So kann eine 1 mm starker Flüssigkeitsfilm auf dem zu härtenden Werkstück ausreichen, um mehr als 99,5 % der Laserstrahlung zu absorbieren.

Die Stärke des Flüssigkeitsfilms sollte idealerweise einerseits eine fast vollständige Absorption der Laserenergie ermöglichen. Andererseits sollte diese Stärke nicht größer sein als die Länge, auf welcher die Energie der Schockwelle dissipiert. Vor diesem Hintergrund hat der Flüssigkeitsfilm vorzugsweise eine Stärke im Bereich von 0,1 bis 5 mm.

Vorzugsweise umfasst die Anordnung eine Flüssigkeitsversorgungseinheit mit einem Tauchbecken. Um das Aufträgen des Flüssigkeitsfilms auf die zu härtende Oberfläche des Werkstücks zu vereinfachen, kann das Werkstück in dem Tauchbecken platziert werden. Dabei kann der Flüssigkeitsstand in dem Tauchbecken so angepasst werden, dass sich der Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche des Werkstücks mit der gewünschten Stärke ausbildet.

Bevorzugt umfasst das Tauchbecken einen Zulauf und einen Ablauf für die Flüssigkeit. Besonders bevorzugt ist das Tauchbecken Teil eines Flüssigkeitskreislaufs. Ein stetiger Kreislauf der Flüssigkeit, bzw. ein fortwährender Zu- und Ablauf der Flüssigkeit bietet den Vorteil, dass die Abkühlphase der zuvor gehärteten Oberfläche verkürzt wird, da unmittelbar nach dem Härtevorgang kühle Flüssigkeit nachströmt. Auch werden Verunreinigungen der Flüssigkeit, die während des Härtevorgangs entstehen können, weggespült. Darüber hinaus ermöglicht eine fortwährende Kühlung des zu härtenden Werkstücks eine homogene Härtung der Oberfläche des Werkstücks. Denn ohne eine entsprechende Kühlung könnte sich das Werkstück im Laufe des Härtungsvorgangs aufheizen, so dass eine ungleichmäßige Gefügestruktur in dem Werkstück entstehen würde.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens strömt die Flüssigkeit zumindest im Bereich um den Brennpunkt laminar. Besonders bevorzugt ist der Flüssigkeitsfilm zumindest im Bereich um den Brennpunkt frei von Luftblasen. Ein laminares und luftblasenfreies Strömen der Flüssigkeit bewirkt, dass der fortlaufende Härtevorgang gleichmäßig durchgeführt werden kann. Vorzugsweise ist eine der Oberfläche des Werkstücks gegenüberliegende Oberfläche des Flüssigkeitsfilms zumindest dort parallel zu der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet, wo der Laserstrahl in den Flüssigkeitsfilm eintritt. Die werkstückabgewandte Oberfläche des Flüssigkeitsfilms ist in dem Fall zumindest im Projektionsbereich des Laserstrahls parallel zu der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet. Das kann dazu beitragen, eine möglichst gleichmäßige Härtung der Oberfläche des Werkstücks zu erzielen, weil dabei die Stärke des Flüssigkeitsfilms auf der Oberfläche des Werkstücks konstant ist. Alternativ können durch unterschiedliche Höhen des Flüssigkeitsfilms unterschiedliche Härtegrade der Oberfläche des Werkstücks erhalten werden oder Spannungen in dem Werkstück reduziert werden.

Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung eine Sensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Stärke des Flüssigkeitsfilms auf dem Werkstück zu ermitteln. Dabei ist die Sensoreinheit vorzugsweise so mit dem Laser verbunden, dass der Laser bspw. nur dann einen Laserstrahl emittiert, wenn die Stärke des Flüssigkeitsfilms einen entsprechenden Wert erreicht hat. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinheit mit der Fokussieroptik verbunden sein, um die Lage des Brennpunkts in Abhängigkeit von der Stärke des Flüssigkeitsfilms zu beeinflussen.

Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laserschockhärten eines Werkstücks vorgeschlagen, wobei mit einer Flüssigkeit ein Flüssigkeitsfilm auf einer Oberfläche des Werkstücks ausgebildet wird, wobei ein gepulster Laserstrahl in den Flüssigkeitsfilm eingeleitet wird, und wobei der Laserstrahl derart fokussiert wird, dass ein Brennpunkt des Laserstrahls in dem Flüssigkeitsfilm liegt.

Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Anordnung sind auf das Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der Anordnung durchgeführt. Die Anordnung ist vorzugsweise zum Betrieb gemäß dem Verfahren eingerichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen: Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, und

Fig. 2: eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 16 umfassend ein Werkstück 5, eine Flüssigkeitsversorgungseinheit 1 und einen Laser 6. Die Flüssigkeitsversorgungseinheit 1 ist dazu ausgebildet, eine Flüssigkeit 2 so bereitzustellen, dass die Flüssigkeit 2 einen Flüssigkeitsfilm 3 auf einer Oberfläche 4 des Werkstücks 5 bildet. In dieser Ausführungsform wird die Flüssigkeit 2 über einen Zulauf 14 von der Flüssigkeitsversorgungseinheit 1 auf das Werkstück 5 geleitet, wo die Flüssigkeit 2 entlang der Oberfläche 4 des Werkstücks 5 abläuft und somit den Flüssigkeitsfilm 3 bildet. Im Anschluss wird die Flüssigkeit 2 durch den Ablauf 15 abgeführt. Dadurch ist ein Flüssigkeitskreislauf 11 gebildet.

Der Laser 6 ist dazu ausgebildet, einen gepulsten Laserstrahl 7 zu erzeugen. Die Anordnung 16 umfasst weiterhin eine Fokussieroptik 9, wobei die Fokussieroptik 9 den Laserstrahl 7 in einen Brennpunkt innerhalb des Flüssigkeitsfilms 3 fokussiert. Der Brennpunkt 8 des gepulsten Laserstrahl liegt dabei in einem vordefinierten Abstand zur Oberfläche 4 des Werkstücks 5.

Eine werkstückabgewandte Oberfläche 12 des Flüssigkeitsfilms 3 ist in einem Projektionsbereich 13 des gepulsten Laserstrahls 7 parallel zu der Oberfläche 4 des Werkstücks 5 angeordnet.

Gemäß Figur 2, die eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung 16 zeigt, ist die Flüssigkeitsversorgungseinheit 1 als ein Tauchbecken 10 ausgebildet. Um den Auftrag des Flüssigkeitsfilms 3 auf die zu härtende Oberfläche 4 des Werkstücks 5 zu vereinfachen, kann das Werkstück 5 in das Tauchbecken 10 versenkt sein. Der Wasserstand in dem Tauchbecken 10 ist so angepasst, dass sich auf der Oberfläche 4 des Werkstücks 5 die gewünschte, optimale Höhe des Flüssigkeitsfilms 3 ausbildet. Ein Tauchbecken 10 stellt die einfachste Möglichkeit dar, einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm 3 auf der Oberfläche 4 des Werkstücks 5 auszubilden.

Darüber hinaus wird das Tauchbecken 10 kontinuierlich mittels eines Flüssigkeitskreislauf 11 mit neuer Flüssigkeit 2 versorgt, wobei die überschüssige Flüssigkeit 2 abgeführt wird. Dies findet übereinen Zulauf 14 und einen Ablauf 15 statt, sodass die Flüssigkeit 2 in dem Tauchbecken 10 über die Oberfläche 4 des zu härtenden Werkstücks 5 fließt. Dabei ist der Flüssigkeitskreislauf 11 so ausgebildet, dass der Flüssigkeitsfilm 3 frei von Luftblasen und laminar, also ohne Verwirbelungen strömt.

Bezugszeichenliste

1 Flüssigkeitsversorgungseinheit

2 Flüssigkeit 3 Flüssigkeitsfilm

4 Oberfläche Werkstück

5 Werkstück

6 Lasereinheit

7 Laserstrahl 8 Brennpunkt

9 Fokussieroptik

10 Tauchbecken

11 Flüssigkeitskreislauf

12 Oberfläche Flüssigkeitsfilm 13 Projektionsbereich Laser

14 Zulauf

15 Ablauf

16 Anordnung