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By Thomas Rudlaff

Derzeit werden zum Laserstrahlharten grosstenteils C0 -Laser im Multikilowattbereich 2 eingesetzt. Die Strahlformung geschieht in der Regel durch Anwendung von Integratoroptiken oder durch Defokussierung von Schneid- oder Schweissoptik: en. Sie ist damit im Vergleich mit den sonstigen Eigenschaften des Lasers, der als sehr flexibles Werkzeug gelten darf, relativ starr. Fur die Bearbeitung unterschiedlicher Bauteilgeometrien werden meist verschiedene Be arbeitungsoptik: en benotigt. Ein Wechsel der Bearbeitungsgeometrie wahrend des Prozesses ist deshalb oft nicht moglich. Die Bearbeitung geschieht in der Regel unter senkrechtem Einfall, wodurch die Anwendung von absorbierenden Schichten notig wird, die vor der Bearbeitung aufgebracht und meist auch danach wieder entfernt werden mussen. Diese Schichten verur sachen zusatzliche Arbeitsgange, die schwer zu automatisieren sind. Sie liefern allerdings hohe Absorptionswerte. Oft werden solche Schichten manuell auf die Werkstuckoberflache aufgebracht, wodurch eine gleichmassige Schichtdicke nur bedingt gewahrleistet werden kann. Dies fuhrt zu Unregelmassigkeiten in der Absorption und im Harteergebnis. Andere Storungen der Hartung entstehen durch Warmestaus bei Anderungen in der Werkstuckgeometrie wie z. B. bei Kanten, Materialstarkenanderungen und Durchbruchen. Bei solchen Gegebenheiten muss die Laserleistung im Prozess verandert werden, um eine Hartung ohne Ober: flachenanschmel zung zu gewahrleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Verfahren aufgezeigt und untersucht, mit denen die Moglichkeiten des Laserhartens besser ausgenutzt werden konnen bzw. das Laserharten als Verfahren flexibler und sicherer einsetzba

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Die Drude-Theorie, die sich auf diese Gleichungen stützt, führt zu folgender Gleichung für den Reflexionsgrad von Metallen bei senkrechtem Einfall der Strahlung: Q(Ä) = [~ve"(l) + 1]2 (8) 1 Die elektrische Dielektrizitätskonstante e• des Materials ist dabei eine komplexe Größe, die nach dem Drude-Modell von der eingestrahlten Laserfrequenz v abhängt und bei einer festgelegten Frequenz durch folgende Gleichung beschrieben werden kann: 32 2 Grundlagen der Materialbearbeitung mit Laserstrahlen (9) = n *(l)2 = (n(l) + i ·x(l))2 Die Elektronenplasmafrequenz vP und die mittlere Stoßfrequenz der Metallelektronen v c mit dem Atomgitter sind temperaturabhängig.

Die Werkstück-Kante verläuft dabei zwischen dem Element m und m+ 1. In diesem Fall kann bei Vernachlässigung von Wärmeabstrahlung als Randbedingung eine Temperaturspiegelung verwendet werden. Für die Temperatur des Netzpunktes m+l, der sich außethalb der Kante befindet, wird dann folgendes angenommen: (27) Dies führt zu einem WänDestau an der Kante. Das Netzende liegt mitten im Material. 5 Wärmeeinkopplung durch Laserstrahlung Die Laserstrahlung kann als Oberflächenwärmequelle angesehen werden, da die Eindringtiefe von Laserstrahlung im Submikrometer-Bereich liegt.

Der Arbeitsabstand entspricht der Brennweite des Spiegels und ist damit festgelegt. Insgesamt gesehen ist eine solche Optik starr und unflexibel und nur für senkrechte Bearbeitung einer Oberfläche geeignet. Ein zweites Konzept beruht auf einer Kaleidoskopoptik (Bild 15), bei der der Laserstrahl in ein rechteckiges Rohr fokussiert wird, dessen Innenseiten mit Kupferspiegeln besetzt sind [44]. Durch Mehrfachreflexionen des Strahles im Rohr kommt ein Integrationseffekt zustande, der am Ausgang des Rohres eine rechteckige Intensitätsverteilung mit den Abmessungen der Rohrinnenseiten liefert.

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