Voll Laser. Heute geht es ums Laserhärten.
Hallo und herzlich willkommen zu unserem Podcast Voll Laser. Hallo Sven. Moin Knut, wie geht's? Super geht's. Und dir? Ja, ich habe zwar keinen neuen Synthesizer gekauft, im Gegensatz zu anderen Leuten in diesem Podcast, aber ich kann insgesamt nicht meckern. Nächste Woche ist Inbetriebnahme von neuen Lasern. Das wird super. Ab heute mit dem Inbetriebnehmer telefoniert. Ja, sehr schön. Ja, wird eine harte Folge heute, ne? Das wird echt eine harte Folge, denn heute geht es ums Laserhärten. Wie macht man das denn? Das gucken wir uns an oder da reden wir drüber. Das ist über die Funktionsweise, über das Prinzip dahinter.
Warum man überhaupt Laser nehmen sollte. Dann werden wir heute zwei Veröffentlichungen vorstellen. Ich habe eine mitgebracht. Hast du auch eine mitgebracht? Ja, ich habe auch eine dabei. Dann können wir die beiden ja mal in die Mitte werfen und darüber reden und mal schauen. Vielleicht sind wir am Ende zu dritt.
Ich möchte mich einmal ganz kurz vom Workflow her. Wir nehmen diesen Teil ja immer eine ganze Weile auf, bevor wir dann am Ende noch jemanden dabei haben, weil wir wissen ja immer nicht, ob das terminlich passt. Und wenn die Leute gegebenenfalls von irgendwelchen Organisationen sind, dann müssen die das vielleicht auch nochmal freigeben und dann, wo wir den Leuten ja auch gerne den Teil, den wir schon aufgenommen haben, nochmal schicken. Deswegen wissen wir am Ende zwar schon zu 90 Prozent, dass wir jemanden dabei haben und auch schon wen, aber halt nur zu 90 Prozent. Deswegen sind wir da immer ein bisschen vorsichtig.
Genau. Nicht dem Kind schon einen Namen geben.
Worüber wir jetzt aber schon mal reden wollen, ist das Laserhärten. Was ist ein Laserhärten? Warum macht man das? Wollen wir erstmal drüber reden, was Härten ist?
Der Gedanke ist ja im Wesentlichen, dass man Werkstoffeigenschaften dort einstellen will, wo man sie braucht. Also die Härte ist der Widerstand eines Körpers gegenüber das Eindringen eines anderen über die Oberfläche. Und wenn etwas sehr hart ist, dann ist es in der Regel auch sehr spröde und bricht leicht. Und so will man die Härte eigentlich auch nur dort haben, wo man sie braucht, nämlich an der Oberfläche.
Und was man häufig macht, ist, ich gehe jetzt mal von Stahlbauteilen aus, dass man eben die Bauteile Wärme behandelt. Das macht man in der Regel in einem Ofen, wo man dann bestimmte Temperaturkurven durchfährt.
Da muss man wissen, dass der Stahl, wenn das ein ferritischer Stahl ist, dass der halt umwandelt in einen austenitischen Stahl, bevor er flüssig wird, dann kann der Kohlenstoff, der in dem Stahl ist, in die Kristalle diffundieren. Also es ist mehr Platz für den Kohlenstoff da. Und dann schreckt man das Ganze ab.
Also man kann über die Abkühlzeit einstellen, wie viel von dem Kohlenstoff nochmal zurück kann, bzw. dann sozusagen zwangsgelöst ist und damit ein anderes Gefüge einstellt, nämlich Martensid.
Also es gibt dann ein martensidisches Gefüge zu gewissen Anteilen. Das stellt man eben ein über diesen Wärmebehandlungszyklus.
Was man danach noch machen kann, ist, dass man das Ganze nochmal anlässt. Also es gibt dann nochmal Anlasskurven, dass man nochmal die Temperatur hochfährt und wieder runterhaut. Und am Ende geht es darum, die Temperatur genauestens zu steuern.
Und dieses Anlassen, was dann wieder ein bisschen Härte rausnimmt und dieses Härten, hängt eben von der Wärmebehandlung ab. Und in einem Ofen kann man das kontrollieren.
Aber was ist, wenn man das jetzt nur an bestimmten Stellen machen will? Dann muss man eben lokal Wärme behandeln.
Außerdem kann es auch sein, dass man zum Beispiel, also eigentlich ist ja nicht nur das Härten interessant, jetzt weil wir jetzt in Richtung Laser gehen und in Richtung lokales Arbeiten, sondern dass man auch aufgehärtete Bereiche hat, durch zum Beispiel Reparaturschweißungen, die irgendwo durchgeführt worden sind.
Also das Bauteil muss eine gewisse Oberflächenärte haben, je nach Design. Und an einer Stelle hat man es repariert und da hat man dann bedingt durch das Schweißverfahren, das da eingebracht wurde, rasche Abkühlraten lokal gehabt.
Also kleine T85-Zeiten in Schweiß-Sprech. Und dann führt es dazu, dass man dort das Material zu stark auffertelt im Vergleich zum umliegenden Material. Da könnte man dann mit dem Laser auch nochmal drüber gehen.
Also der Clou ist letzten Endes beim Laserhärten dann, also das ist jetzt natürlich gleich die Brücke, dass man eben mit einem Laserstrahl über die Oberfläche fährt und dann durch die Selbstabkühlung oder Selbstabschreckung des Materials, also warum wird es wieder kühl?
Weil die Wärme ins ganze Bauteil abgeleitet wird, die Härte einstellt. Und das Schöne ist eben daran, dass man mit dem Laser das sehr präzise machen kann und dass man auch durch verschiedenste Optiken natürlich die Geometrie des Laserstrahls beeinflussen kann.
Da gibt es rechteckige Spots und sowas. Und das ist ein hervorragendes Anwendungsbeispiel für den Diodenlaser, weil der Diodenlaser sich halt in der Regel nicht durch eine besonders hohe Strahlqualität auszeichnet.
Und die hohe Strahlqualität nutzt man ja eigentlich nur, um besonders kleinen Strahl zu haben. Und das ist hier eben nicht so zielführend, sondern in der Regel möchte man dann halt einen Strahl haben, der eben genauso groß ist wie die Zahnradflanke oder so, die man dann bearbeiten will, was auch immer das Bauteil ist.
Wenn man also kurz unter die Schmelztemperatur aufheizen würde und würde dann unendlich langsam wieder abkühlen, dann würde diese ganze Kohlstoffdiversion, die du beschrieben hast, wieder zurückgehen.
Das passiert nicht, wenn wir entsprechend schnell abkühlen. Das haben wir bis jetzt im Podcast immer nur als ungewünschten Effekt beim Schweißen beschrieben.
Man will das aber natürlich auch. Also in bestimmten Anwendungsfällen möchte man das.
Du hast ja schon angesprochen, wenn man das Bauteil im Ofen heiß macht, dann hat man halt auch das ganze Bauteil heiß und wenn man es dann rausnimmt und abkühlen lässt, dann kühlt es halt relativ langsam ab.
Und das ist dann wieder genau der Punkt, den man eigentlich nicht möchte.
Das heißt, da muss man dann gegebenenfalls mit irgendwelchen Abkühlflüssigkeiten arbeiten, also Wasser oder Öl oder teilweise auch mit Gasen, die man dann über die Oberfläche pustet, damit man es entsprechend schnell runterkühlt.
Beim Laser hat man halt den Vorteil, das, was man beim Schweißen als Nachteil hat, dass man nur sehr oberflächlich erwärmt und die Abkühlung erfolgt halt durch den Rest des Bauteils.
Also einfach dadurch, dass die Wärme in den Rest des Bauteils geht und dadurch funktioniert das Laserhärten.
Ja, aber man muss schon sagen, es gibt ja nicht den Schweißprozess. Jetzt geht es hier ums Härten, aber das ist vielleicht echt wirklich wichtig jetzt.
Es gibt ja nicht den perfekten Schweißprozess, weil du kannst natürlich immer sagen, der Laser ist örtlich begrenzt, super lokal, minimaleinvasiv und so weiter, aber dafür hat man automatisch auch hohe Temperaturgradienten und rasche Abkühlzeiten.
Und wenn Werkstoffe dem gegenüber sensibel sind, hat man halt zwei Möglichkeiten oder man hat natürlich immer mehr Möglichkeiten, aber man kann eine breite Wärmequelle nehmen und sehr langsam über die Oberfläche fahren.
Oder man nimmt eine kleine Wärmequelle und fährt, also eine lokal begrenzte Wärmequelle wie ein Laser und fährt über die Oberfläche und wärmt das Bauteil vor solche Geschichten.
Aber das macht es aufwendiger. Aber wir wollen, es ist die AC3 Temperatur nennt sich das.
Die AC3 Temperatur beim Aufheizen, da müssen wir drüber, das sind 911 Grad Celsius, da wandelt das Bauteil komplett in kubisch flächenzentriert um und kubisch raumzentriert und kubisch flächenzentriert.
Und da kann sich dann der Kohlenstoff seinen Platz suchen und das ist genau das, was passiert, wenn man eben ganz langsam abkühlt, dann wandert der Kohlenstoff wieder zurück und es gibt ein zwei Phasengemisch aus Ferrit, also kubisch raumzentriert und Fe3C.
Und in diesem Fe3C-Cementit, da ist halt der Kohlenstoff. Und das ist aber nur, wenn man unendlich langsam abkühlt und jetzt kann man das halt steuern.
Im Wesentlichen durch Prozessparameter hängt aber natürlich auch von der komplexen Geometrie des Bauteils ab.
Die Kunst ist eben nicht, einen rechteckigen Quadra zu härten in der Mitte der Oberfläche, sondern die Kunst ist eben, das Komplex Bauteil mit gekrümmten Oberflächen zu härten.
Das ist genau das, was Leute auch untersuchen. Da habe ich hier auch einen Artikel mit dabei, wo vielleicht gleich drauf zu sprechen kommen und eben sowas auch zu beherrschen.
Also das ist ein Prozess, der schon sehr in der Anwendung ist, das ist da vielleicht nochmal wichtig zu einzuordnen.
Da mal ganz kurz für die Leute, die mit Stahl und überhaupt zu Werkstoffen bis jetzt noch gar nichts zu tun hatten, diese verschiedenen Zentrierungen sind also die Formen des Kristallgitters im Stahl, die natürlich die Werkstoffeigenschaften ganz massiv beeinflussen. Das mal ganz kurz für die, die da gar nichts mit zu tun haben bis jetzt.
Genau und die, die damit ein bisschen zu tun hatten, die kennen vielleicht das Eisenkohlenstoffdiagramm.
Das reicht dann nicht mehr, weil das Eisenkohlenstoffdiagramm nämlich immer nur für unendlich lange Abkühlzeiten ist. Man muss sich dann also die Zeit, Temperatur, Umwandlung, Schaubilder angucken.
Die zeigen dann, welche Phasen entstehen, je nach Abkühlgeschwindigkeit. Die sind dann über Werkstoff spezifisch, also für eine chemische Zusammensetzung sozusagen.
Einen habe ich noch. Wir haben jetzt natürlich vom Umwandlungsherten geredet. Es gibt auch noch verschiedene andere Härteverfahren. Es geht jetzt aber hier nur ums Umwandlungsherten an der Stelle. Andere Verfahren, wie man Härte herbeiführen kann, betrachten wir nicht. Hat hier gerade mit uns nichts zu tun.
Vielleicht kann man am Rande noch erwähnen, es gibt noch das Laser Schockhärten, dass man über der Oberfläche Plasmen erzeugt und dann Druckeigenspannung in die Oberfläche reinbringt. Das gibt es auch noch. Das ist auch, glaube ich, schon sehr lange in der Industrie in der Anwendung, dass man also mit dem Puls leicht über die Oberfläche schießt, dort ein Plasma erzeugt und dann Spannung in die Oberfläche reinbringt. Aber wir wollen uns hier auf das Umwandlungsherten beschränken. Also wir machen mit dem Laser warm, gehen über diese AC3 Temperatur und wandeln dann über die Oberfläche.
Wandeln dann den Werkstoff um und da geht es dann halt um Haltezeiten und Temperaturkurven. Es ist eigentlich relativ straightforward, aber im Detail dann doch nicht so einfach.
Und was für Einflussgrößen gibt es da auf Seite des Lasers noch?
Entscheidend für das Härteprofil ist natürlich nachher das Profil des Temperaturfeldes. Und entscheidend für das Profil des Temperaturfeldes ist das Profil der Leistungsdichteverteilung.
Also wenn der Laserstrahl gaussförmig ist und damit hat er am meisten Leistung und am Rande wird es weniger, dann ist das vielleicht nicht so günstig, als wäre er homogen verteilt oder sogar rechteckig.
Da gibt es auch Leute, die das untersucht haben. Die Arbeit von Borger, ich glaube von 1986 oder so, die ist schon lange her aus Stuttgart, da wurde das mal untersucht,
welche Intensitätsverteilung vom Laserstrahl brauche ich eigentlich, um nachher ein rechteckiges Temperaturfeld zu haben. Das ist nicht ganz einfach, weil es mathematisch eben ein Einweg ist.
Das ist also ein inverses Problem, das spricht man von. Und das heißt, es ist eben ganz wichtig, sich die Leistungsdichteverteilung anzugucken.
Ich habe ein Paper mitgebracht "Influence of Complex Geometries on Properties of Laser Hardened Surfaces".
Mich hat sehr gewundert, dass das Thema noch nicht schon lange bekannt zu sein scheint, aber hier ging es eben um eine Hypothese und diese Hypothese wollte man überprüfen und am Ende war es doch einfacher.
So stellt es sich mir da, sage ich jetzt mal. Aber es ist ganz interessant. Das Paper ist von Folb et al.
Es ist von zwei Arbeitsgruppen geschrieben worden, eine aus Schweden und eine aus Deutschland, Kassel.
Und bei dem Paper geht es darum, dass im Prinzip ist das Thema, wo wir eben schon darüber gesprochen haben, dass wir also eben nicht eine gerade Oberfläche haben, sondern eine gekrümmte Oberfläche.
Und man weiß eben von der Wechselwirkung von Strahlung und Materialien, dass die Absorption der Laserleistung natürlich vom Auftreffwinkel auf die Oberfläche abhängt.
Es ist ja wichtig eben für die Verteilung der Härte, also man will ja natürlich, wenn man jetzt so eine Spur zieht, die Spur ist 3 mm breit, dann ist eben die Frage, wie muss der Laserstrahl aussehen, damit ich eine 3 mm breite gleichmäßige Härteverteilung habe und gleichmäßig in die Tiefe.
Logisch. Wenn jetzt die Oberfläche aber eben nicht gerade ist, sondern gekrümmt, dann trifft der Laser ja überall mit unterschiedlichen Winkeln auf.
Und die Absorption des Laserstrahls hängt eben von diesen Winkeln ab. Und da könnte man eben erwarten, dass die Härte eine andere ist, wenn man unter anderem Winkeln auftritt.
Also das ist natürlich logisch, weil man eben an einer einen Stelle heißer macht als an einer anderen Stelle, nämlich dort, wo mehr Absorption der Laserleistung stattgefunden hat.
Und die haben das einfach mal untersucht. Die haben sich ein praktisches Beispiel angeguckt und einfach mal geschaut, so viel zur Theorie, aber wie viel ist das denn wirklich?
Und da kann man eigentlich mal sehen, die Kausalität ist ganz gut dargestellt.
Erst haben sie die Energiewerteilung sich angeguckt, dann haben sie sich die Härteverteilung angeguckt.
Also was man dann macht, ist man, also sie haben so eine Groove gehabt, eine Nut, die in dem Material eingebracht war und die sollte gehärtet werden.
Das könnte eine Führungsnut sein oder was auch immer. Und dann haben sie Folgendes gemacht, dann haben danach sich die Härte verteilt.
Also sie haben es durchgeschnitten, das Bauteil geschliffen und in dem Schliff dann die Härteverteilung angeguckt, wie die denn aussieht.
Dann haben sie sich Querschliffe angeguckt und dann haben sie auch mit Röntgenstrahlen eine Spannungsverteilung angeschaut.
Also sie haben geguckt, wie die Eigenspannungen im Material sind, die verbleiben, die ja auch ein Indiz dafür sind, wie viel Material umgewandelt wurde.
Denn durch diese Umwandlung findet ja auch ein Dichtesprung statt und durch diesen Dichtesprung gibt es dann ja natürlich auch Eigenspannungen, die im Material verbleiben.
Und die sind eben ein Indiz dafür, auch wie dieser Effekt ist.
Und man hat eben herausgefunden, in dem Beispiel, was Sie hier hatten, ist es kein großer Einfluss von der Absorption auf das Härteergebnis.
Und das ist auch ein Ergebnis. Also das ist schon ganz witzig gewesen.
Und da kann man sich selber mal ein Bild davon machen, wie man solche Untersuchungen durchführen kann.
Und ich finde es eigentlich ganz gut, vielleicht zu verstehen und interessant. Da kann man dann immer mal darauf verweisen.
Du hast auch ein Paper mitgebracht.
Genau. Das Paper ist "Combined Laser Hardening and Laser Surface Texturing Forming Tool 1.2379".
Ja, ist von der Chemnitzertechnischen Universität und vom Fraunhofer Institut in der gleichen Straße.
Sehe ich gerade, wo ich hier auf die Adressen gucke.
Formachine Tools and Forming Technology IWU. Der Titel sagt es auch schon.
Die haben auf der einen Seite diesen Stahl mit Laser gehärtet und auf der anderen Seite diesen Stahl mit einem anderen Laser Oberflächen texturiert.
Also da sogenannte Dimples, also so kleine Löcher, so kleine Kuhen reingelasert.
Wie haben die das gemacht? Also als erstes Mal sind sie auf die Parameter gekommen, indem sie das Ganze simuliert haben.
Hier sind noch die ganzen Formen drin, die man dafür brauchen und haben sich da im Prinzip erstmal die Parameter benutzt, die wir später benutzt haben.
Haben sich damit erstmal die Parameter gesucht, die sie dann später benutzt haben.
Und ja, dann haben sie als erstes, wie gesagt, gehärtet und dann texturiert.
Warum macht man sowas überhaupt? Umformwerkzeuge bedeutet also, dass man damit irgendwelche Dinge pressen, abschneiden, halt kalt umformen möchte.
Das heißt, auf die Oberflächen dieser Stähle kommen, dieser Werkzeuge kommen natürlich auf der einen Seite extreme Reibbelastungen zu.
Und auf der anderen Seite möchte man natürlich die Reibungseigenschaften sehr genau kontrollieren.
Und deswegen tut man solche Dinge. Was ist dabei rausgekommen?
Im Grunde genommen das, was man auch wollte, dass die Härtung selber beeinflusst die Reibeigenschaften nicht so wesentlich,
während die Dimples, also diese Löcher zusammen mit einer Schmierflüssigkeit, also irgendeinem Öl oder sowas, die Reibeigenschaften ganz erheblich in die Richtung verbessern, die man gerne haben möchte.
Liegt halt damit daran, dass diese Löcher natürlich die Flüssigkeit wesentlich besser festhalten können und ähnliches.
Und ja, man hat im Prinzip genau das erreicht, was man erreichen wollte mit diesen beiden kombinierten Verfahren.
Ist natürlich von daher interessant. Man braucht zwar zwei verschiedene Laserquellen und zwei verschiedene Laserköpfe.
Aber man kann sich natürlich die ganze Anlage außen rum, die Verfahrenrichtung, den Laserschutz und so weiter und so fort,
das kann man sich natürlich sparen, das ein zweites Mal zu haben. Und so kann man das im Grunde genommen auf einer Maschine beides anwenden.
Das ist wirklich eine gute Sache. Ich würde mich auch tiefer mal interessieren, wie gut das wirklich funktioniert hat,
dass man vorher die Parameter abschätzt und wie viel man wirklich genau in das Modell reinsteckt und wie genau man da landet.
Es ist ja total entscheidend, eben bei der Wärmebehandlung die richtige Temperatur zu treffen.
Und das ist genau das, worum es geht. Da braucht man dann Materialdaten, temperaturabhängig kann man vielleicht schon nachlässigen,
aber die Geometrie muss man irgendwie reinstecken, wobei das waren wahrscheinlich flache Proben, hast du gesagt, ne?
Ja.
Genau, aber das könnte man dann im Nachgang nochmal ausrechnen und schauen, wie sehr das dadurch beeinflusst wird.
Interessant finde ich das mit diesem Einbringen dieser Schmiertaschen auch. Ich überlege gerade, es ist natürlich auch bei Umformwerkzeugen eine gute Idee,
eben an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Reibeigenschaften zu haben.
Eben der Reibkoeffizient ist halt auch entscheidend eben für den Fluss des Werkzeuges.
Da gibt es Bereiche, die fließen leichter rein und andere schwieriger. Man könnte sogar lokal unterschiedlich die Dichte dieser Dimples einstellen,
um vielleicht eine bessere Schmierwirkung an bestimmten Stellen zu erreichen.
Das ist hier nicht beschrieben, aber auf die Idee komme ich gerade, das könnte man vielleicht auch untersuchen.
Das ist auf jeden Fall ganz gut. Das ist ein schöner kombinierter Prozess und genauso wie du sagst, man nimmt zwei Laser und zwei Köpfe und kann das in einem hintereinander abhaken,
weil sie in einer Prozesskette hintereinander stehen. Ist nicht oft so, dass zwei in einer Prozesskette zwei Laserprozesse hintereinander stehen.
Ja, schön. Okay. Aber genau, jetzt kommen wir in den letzten Teil und wollen mal hören, ob wir jemanden finden, der uns noch ein bisschen was aus der Praxis berichten kann.
[Musik]
Oh ja, wir sind tatsächlich zu dritt. Wir dürfen einen neuen Gast begrüßen, Dr. Steffen Bons. Hallo Steffen.
Hallo Knut.
Na, schön, dass du da bist.
Joa, ich freue mich immer da zu sein.
Magst du dich vielleicht mal vorstellen?
Ja, okay. Ja, warum bin ich hier? Natürlich, weil ich den Norden ein bisschen mag, aber hier geht es ja ums Härten mit dem Laser und ich glaube, es geht mehr um dieses Thema.
Und dieses Thema begleitet mich schon seit, wenn ich jetzt auf den Kalender gucke, verdammte Axt, man wird alt, seit gut 25 Jahren meines Lebens befasse ich mich mehr oder weniger mit dem Laserstrahl Härten
in verschiedenen Positionen bei Fraunhofer und anderen Firmen und habe dort also reichlich Erfahrung sammeln dürfen bei Prozessentwicklungen und auch Überführungen dieser Prozesse wirklich bis in die Industrie oder bis dahin, dass dort in der Industrie jemand damit auch Geld verdient.
Also wir haben nicht nur Papier gemacht und aufgeschrieben, wie es gehen könnte, sondern ich stand oft in Werkhallen und habe das Fluchen der Kunden gehört, bis es dann endlich ging.
Fluchen, einfach nicht, weil es grundsätzlich nicht geht, sondern weil eben immer der Teufel im Detail steckt und wenn man dann eine Massenproduktion von irgendwelchen Teilen anschiebt, dann wird eben auch sehr, sehr genau auf die Qualität geachtet
und dann guckt man eben ganz genau rein, wie das Ergebnis aussieht und dann muss man diese Qualität nachweisen, kontrollieren, diese ganzen Qualifikationsmaßnahmen dort machen.
Und ja, das sind die Mühen der Ebene, die man dann am Ende realisieren muss, damit das am Ende wirklich zuverlässig in der Fertigung funktioniert.
Und da kommt es auch dazu, dass man ab und zu mal flucht über die eine oder andere Sache. Aber das ist der Abschluss letztlich einer erfolgreichen Verfahrensentwicklung, bis dann am Ende der letzte Fluch in der Werkhalle verhallt ist.
Das ist auch eine harte Lektion, die unsere Studierenden immer lernen müssen, dass solche Inbetriebnahmen nie völlig reibungslos ablaufen und dass es da eigentlich immer irgendwas gibt, was nicht so ist, wie es sein sollte. Völlig normal.
Das ist eine ganz normale Sache.
Wenn am Ende das Meiste geht, ist es eigentlich schon richtig, ne?
Ja, das ist so. Man vergisst einfach das notwendige Kabel. Der Laser macht aus welchen Gründen auch immer.
Meistens ist es ein BZB-Fehler, Bediener zu Blödfehler, nicht das, was man will oder glaubt zu wollen. Die Schnittstellen zwischen Maschine, Laser und sonstigen Gedönsen müssen klargezogen werden.
Da wird auch vielerlei Kompetenz benötigt, von Feldbussen bis wie geht ein Laser und warum geht das Kühlwasser nicht und was ist mit der Klimaanlage hier los.
Und was kommt da überhaupt schon wieder für einer vom Werkschutz und will mir jetzt plötzlich wieder was erzählen, warum ich hier nicht sein darf.
Also da kommen sehr, sehr viele Sachen zusammen, wenn man dann am Ende so eine Sache bei großen Firmen installieren möchte.
Und ja, das ist sozusagen das, was man dann neben der Wissenschaft auch noch beherrschen muss.
Diese ganzen Nebeneffekte bis dann am Ende der Prozess tatsächlich läuft.
Und ja, so lange habe ich häufig solche Projekte begleitet in der Vergangenheit und deswegen da auch relativ viel Erfahrung gesammelt in dem Bereich.
Toll, ja, das ist klasse. Wenn ich mal ans Laser härten denke, also wenn man Maschinenbauer ist oder Maschinenbauerin ist,
dann ist einem natürlich klar, dass die Wärmebehandlung und das Einsatz härten von Bauteilen eine wichtige Sache ist.
Aber im Prinzip ist es ja ein schnöder Ofenprozess, wo man die Temperatur einfach rauf und runter fährt.
Wenn man das jetzt nur sehr lokal machen möchte, ist der Laser natürlich ein gutes Werkzeug.
Das ist, glaube ich, mittlerweile allen klar, weil man eben die lokale Energietipposition hat und man kann auch gut regeln.
Vielleicht über das Regeln können wir auch nochmal sprechen.
Aber bevor wir darauf eingehen, aufs Regeln, wollte ich einfach so generell mal fragen, kann man irgendwie einteilen, warum es Gründe dafür gibt,
nur lokal zu härten und nicht die ganzen Bauteile, also kannst du das so allgemein kategorisieren?
Ja, es gibt, sagen wir mal, ein paar gute Gründe, warum man das bevorzugen kann.
Das hängt von der Qualität der Bauteile bzw. vom Anspruch ans Bauteil ab.
Es gibt durchaus Bauteile, die müssen auf der gesamten Oberfläche hart sein aufgrund der Einsatzbedingungen.
Das ist dann in der Regel etwas, was der Leser so nicht bieten kann.
Dann soll man sie weiter in den Ofen werfen oder Einsatz härten oder so etwas mitmachen.
Aber viele Bauteile brauchen eben nur lokal eine Härtung.
Wenn ich mir zum Beispiel ein ganz einfaches Schneidwerkzeug vorstelle oder eine Schere,
die muss hinten, wo man sie anfasst, relativ tuktil sein.
Wenn man dann auch mit viel Gewalt dort irgendwas durchschneiden möchte, soll die hinten nicht brechen.
Also dort soll sie nicht spröde sein.
Wo die Schnittkante ist, muss ich sie aber sehr scharfkantig, sehr gut schleifbar und mit einer sehr hohen Widerstandsfähigkeit gegen das zu schneidende Material haben.
Also dort soll sie hart sein und darf auch in gewisser Weise spröde sein.
Wenn sie dann dahinter wiederum, hinter dem harten Spröden wieder tuktil weich ist, was dann die großen Lasten auffangen kann.
Und diese Kombination aus Festigkeit, Tuktilität und hoher Schneidhaltigkeit, zum Beispiel bei Schneidwerkzeugen,
das kriege ich nicht mit einer Werkstoffeigenschaft oder mit einem Werkstoffzustand realisiert,
sondern da brauche ich verschiedene Werkstoffzustände dafür.
Und wenn ich eben ein größeres Bauteilwerkzeug irgendwas habe, was an einer Stelle eben die eine Beanspruchungsart hat
und an der anderen Stelle eine andere Beanspruchungsart, dann ist es interessant,
jede Position an diesem Bauteil so zu behandeln, wie es für diese Beanspruchungsart jeweils gebraucht wird.
Man kann sich eine Nockenwelle in einem Auto vorstellen.
Wenn sich einer vorstellen kann, was eine Nockenwelle ist und was sie so ungefähr macht,
da gleitet also oder rollt etwas drüber und stellt bei Verbrennungsmotoren einer aussterbenden Art, wie manche behaupten,
stellt dort die Ventile auf und zu.
Und da reibt etwas drüber, rollt etwas drüber, da habe ich also eine starke reibende, Gleitreibungsbelastung.
Und an anderen Stellen habe ich aber eine Torsion, weil diese ganze Welle gedreht wird.
Ich muss also auch duktil sein, um eben diese Momente zu übertragen.
Und es reicht eigentlich, wenn die Härte nur dort ist, wo ich diese Reibung habe,
um reduzierte Reibungsbedingungen zu haben, also reduzierten Abrieb, hohe Standfestigkeit an der Stelle
und woanders brauche ich struktil, damit eben das Moment gut übertragen werden kann
und die Gefahr eines Bruchs zum Beispiel durch eine schlagende Belastung eben nicht gegeben ist.
Also immer dann, wenn ich unterschiedliche Anforderungen bei unterschiedlichen Regionen eines Bauteils habe,
brauche ich letztens eine lokale Behandlung des Bauteils, ganz allgemein gesprochen.
Und beim Härten ist es eben dann eine Wärmebehandlung.
Ja, also das heißt, wenn man jetzt lokal härten will, hat man ja auch vielleicht komplexe Geometrien,
wenn ich jetzt an Scherenmesser denke oder Nockenwellen etc., was du genannt hast.
Und dann hat man ja auch lokal unterschiedlich dickere Materialien
und damit auch unterschiedliche Wärmeableitungsbedingungen und die sind ja am Ende das Ziel.
Wir haben auch kurz über die Arbeit von Borger geredet, an die erinnere ich mich auch noch aus meiner Promotionszeit,
89 oder 86 oder so, der mal berechnet hat, wie denn eigentlich die Intensitätsverteilung aussehen muss,
um ein rechteckiges Temperaturfeld zu haben, also dieses inverse Problem.
Und im Prinzip ist der nächste Schritt ja dann auch noch die Abkühlzeit,
weil man will ja ein bestimmtes Härteprofil haben.
Also der Kunde will das Loch und nicht den Bohrer.
Das sagen wir jetzt glaube ich mittlerweile in jeder Folge, aber das ist ja am Ende das, was dahinter steckt.
Also spielt ja auch die Regelungstechnik von den Prozessen eine total wichtige Rolle, oder?
Genau so ist es.
Im Grunde, genau das was ich sagte, das lokale Härten ist erstmal der Anspruch, den man hat.
Und jetzt steckt der Teufel im Detail.
Je nach Belastung möchte man eine gewisse Härte tiefe an bestimmten Stellen des Bauteils realisieren.
So, das ist erstmal die Vorgabe, weil man die Belastung kennt.
Weiß man, man möchte so und so tief härten, damit es der Belastung widersteht.
Und diese Tiefe stellt man letzten Endes ein beim Laserstrahlhärten über die Wechselwirkungszeit.
Also über die Zeit, wie lange der Laser tatsächlich über dieser jeweiligen Position ist.
Weil letztlich die Absorption der Energie erfolgt ja nur an der Oberfläche.
Bei Induktion ist es anders, da koppel ich auch in der Tiefe ein.
Durch entsprechend je nach Frequenz unterschiedlich tief.
Je höher die Frequenz, je weniger tief.
Und beim Laser ist es so, dass ich tatsächlich quasi Höchstfrequenz einkopple, also nur an der Oberfläche.
Und in die Tiefe, und da reden wir über Tiefen bis 1,5 mm.
Bei Stellen, die weniger abstreikempfindlich sind, sogar tiefer, bis 2, 3, 4, 6 mm.
Aber in der Regel reden wir über Tiefen bis 1,5 mm.
Und um die Wärme in diese Tiefe zu kriegen, um diese Umwandlung bis in diesen Tiefen hinzukriegen, brauche ich Zeit, eine gewisse Zeit.
Und das ist quasi zu realisieren über die Wechselwirkungszeit, die ich mit dem Laser und dem Bauteil, also zwischen Laserspot und Bauteil habe.
Und andererseits muss ich, damit das überhaupt funktioniert, ja gewisse Temperaturen erreichen.
Und beim Laserstrahlhärten arbeitet man üblicherweise so, dass man die Oberflächentemperatur fixiert, indem man dort einen geregelten Prozess fährt.
Das heißt, die Oberflächentemperatur ist Werkstoffabhängig.
Je nach Werkstoff kann die unterschiedlich hoch sein, die man anwendet.
Und die fixiert man quasi durch einen Regler.
Der Regler misst die Oberflächentemperatur, also das Messgerät der Regler, regelt dann die Laserleistung so nach,
dass die Oberflächentemperatur im Prozess konstant gehalten wird.
Und über die Wechselwirkungszeit, sprich Spotgröße und Bewegungsgeschwindigkeit, oder wenn ich mich nicht bewege,
Laseranschaltzeit, realisiere ich dann unterschiedliche Tiefen.
Und das geht so reproduzierbar, dass ich ganz reproduzierbar zum Beispiel ein Zehntel Härtetiefe einstellen kann,
was mit anderen Verfahren, Ranschlicht-Härte-Verfahren nicht so einfach ist, also Flamme oder Induktion tun sich da schon schwer,
ganz gezielt ein oder zwei Zehntel einzustellen.
Und ich kann aber auch sagen, ich möchte gerne 1,2 mm haben, mit einer Genauigkeit von 0,05 mm.
Das ist spezifisch für das Laserstrahlhärten, dass man, wenn man das automatisiert, was in aller Regel der Fall ist,
durchführt, dass man es sehr reproduzierbar durchführen kann und sehr reproduzierbar immer wieder die gleichen Ergebnisse erhält.
Also da kommen wenig Zufälle mit ins Spiel.
Zufälle, wie das vielleicht beim Flammhärten der Fall ist, wenn mal einer die Hallentür aufmacht und die Flamme ein bisschen verweht oder so was.
Beim Laser ist es eben ein sehr, sehr präziser Prozess.
Der hat gewisse Einflussgrößen, aber im Grunde habe ich Temperatur und Zeit.
Und damit steuere ich quasi die Härtetiefe.
Und wenn ich jetzt, was du erwähnt hast, so unterschiedliche Wärmeableitungsbedingungen habe,
die wenigsten Bauteile, realen Bauteile sehen aus wie eine einfache Flachprobe.
Um mal jemanden zu zitieren, den wir beide kennen, ein Schiff ist keine Flachprobe.
Da ist es so, wie siehst du, wir sind eben in der Regel komplizierter.
Dann muss ich eben schauen, dass ich meine Wärme so einbringe, dass, wenn der Anspruch besteht,
an jeder Stelle unabhängig von der Wärmeableitung die Härtetiefe zum Beispiel die gleiche sein soll,
dann muss ich eben meine Wärme so einbringen, dass ich das, was an Wärmeableitung unterschiedlich ist,
ich am Ende durch die Art meiner Wärmeableitung wieder ausgleiche.
Das kann dadurch passieren, dass ich eine spezielle Optik habe, die eben ein Intensitätsmaximum dort hat,
wo die Wärmeableitung besonders gut ist, und ein Intensitätsminimum dort hat,
wo die Wärmeableitung besonders schlecht ist.
Also ein Wärmestau existiert.
Und damit kann ich es dann tatsächlich realisieren, dass trotz ungleicher Wärmeableitung lokal
ich eine sehr gleichmäßige Härtetiefe hinbekomme.
Das ist etwas, das lässt sich mit anderen Verfahren wie Induktion oder Flamme nicht so ohne Weiters einstellen und realisieren.
Der Leser kann das sehr schön.
Ja, ich erinnere mich an einen Kollegen aus der Schweißtechnik, nicht der, der das mit der Flachprobe gesagt hat,
aber ich erinnere mich an einen Kollegen aus der Schweißtechnik, der mir berichtete, dass ihn jemand angerufen hatte,
der hatte eine kaputte Welle am Trecker und wir machen noch da irgendwie Schweißtechnik,
ob wir das nicht mal eben reparieren können.
Und dann sagt er ja so scherzhaft, ja erklärt dem mal, dass wir erstmal 10 Trecker brauchen für 10 Vorversuche
und dann 10 Querschliffe von den Treckern machen müssen.
Also so scherzhaft.
Und die Frage ist dann eben auch, wie ist die Vorhersagbarkeit?
Also ich stelle mir das vor, jetzt ist da irgendwie ein Kunde, keine Ahnung,
komplexes Bauteil, Form gesenkt, Reparatur geschweißt, du sollst da an irgendeiner Stelle anlassen, damit da irgendwie wieder dieses Härteprofil passt.
Rechnet man dann ganz viel FWM-Simulationen oder muss man eigentlich nur die ganzen Werkstoffdaten kennen?
Ist die Oberflächenbeschaffenheit wie Rauheit etc. überhaupt von Bedeutung,
weil sie sich ja auch auf die Reflektion der Laserstrahlung und damit den Einkoppelgrad auswirken kann?
Also ich kann mir vorstellen, dass so eine ganz glatte Oberfläche, die sehr shiny ist,
dass man da vielleicht ein bisschen mehr Leistung drauf geben muss oder regelt das der Prozess von alleine?
Und wie würde man dann eigentlich die Regelung in den Berechnungsprozess mit einbringen?
Also ich weiß, das sind jetzt tausend Fragen, aber die eine Frage, um die es sich eigentlich geht, ist,
wie ist der Prozess der Vorhersagbarkeit, wenn jemand kommt mit einem komplexen Bauteil und sagt,
Herr Dr. Bonds, machen Sie mal da oben rechts 50 HV?
Naja, es ist so, dass man vieles mit Erfahrung gut vorhersagen kann, weil man die Werkstoffe kennt, das Verhalten der Werkstoffe kennt.
Die Werkstoffe sind auch, sagen wir mal, ganz grob in ein paar Klassen zu teilen.
Also reiner Kohlenstoffstahl verhält sich eben anders wie ein hochligierter Werkzeugstahl.
Aber diese Klassen wiederum verhalten sich in sich gesehen relativ ähnlich,
auch wenn dann mal ein Exot kommt, der nicht genau der europäischen Norm entspricht,
sondern vielleicht was japanisches ist, aber er ist ungefähr ähnlich im Chrom- und Kohlenstoffgehalt,
dann kann man auch das Verhalten etwa vorhersagen.
Das ist erstmal das eine, dass man also aus der Erfahrung her schon relativ viel sagen kann.
Grundsätzlich ist es so, mit der Vorhersagbarkeit und auch mit dem Prozessergebnis ist ja immer die Frage,
wie ist eigentlich der Anspruch?
Und da gibt es ja, sagen wir mal ganz grob zwei Klassen. Die eine Klasse ist die erwähnte.
Ich habe einen, der hat Stückzahl 1, ein Werkzeug, ein Gesenk, das muss gehärtet werden
oder auch lokal wieder angelassen werden nach dem Schweißen oder wie auch immer.
Der wird diese Stückzahl 1 nie auftrennen und dort akribisch die Härtetiefe nachmessen,
weil er ja nur 1 hat. Wenn das auftrennt, ist es kaputt.
Das heißt, der wird dann sich auf das verlassen, was man mit einem ähnlichen Prozess
vielleicht an einer vorhin erwähnten Flachprobe oder einem ähnlichen kleinen Bauteil macht,
das man dann aufschneidet und man hat dann einen Vergleichsprozess.
Und dann sagt man, ok, an dem Vergleichsprozess sieht das bei den Parametern ungefähr so und so aus.
Mit hoher Wahrscheinlichkeit ist das sehr nah an dem, was dann am realen Bauteil realisiert wird.
Das ist die Art und Weise, wie man letzten Endes im Großwerkzeug bei Karosseriewerkzeugen zum Beispiel umgeht.
Da habe ich Stückzahl 1, der Kunde sagt, ich möchte das hier an der Schneidkante gehärtet haben,
ich möchte hier die Ziehradien gehärtet haben.
Und dann wissen die Leute, die an der Maschine sitzen, im Grunde, was sie dort einzustellen haben an der Anlage,
weil sie wissen, ok, wenn ich das so und so einstelle, weiß ich, an dem Radius, mit dem Spot und mit der Strahlform,
der Härtetiefe von 0,8 mm raus ist genau das, was der Kunde gerade gewollt hat.
Das ist also diese vergleichende Geschichte. Anders geht es gar nicht, weil bei Stückzahl 1,
oder wenn der mit seinem Trecker kommt, er hat eben nicht die 10 anderen Trecker.
Wenn er dann eine 15er Welle hat oder eine 20-25 mm Welle, dann hat man eine andere 25 mm Welle,
wo man so etwas mal dran versucht und sagt, hier, komm mal drauf.
An der 25 mm Welle sieht es so aus, bei deiner kriegen wir das ähnlich hin.
Und dann ist der Anspruch auch so, dass man es wenigstens nur so haben möchte.
In einer Massenfertigung von irgendeinem Teil, was tief im Auto verborgen ist, was hohe Qualitätsansprüche erfüllen muss,
dann macht man sich die Mühe, tatsächlich viele, viele Teile aufzuschneiden.
Und da rede ich durchaus von dreistelligen Stückzahlen.
Bis der Prozess tatsächlich am Ende steht und bis die Qualifikation an der Maschine nachgewiesen ist,
bis also auch die Anlage ihre Qualität bewiesen hat und gezeigt hat, dass sie stabile Qualität liefern kann,
dann wird eben jedes 50. Teil geschnitten und getrennt.
Und das macht man die ersten Wochen, bis man weiß, okay, es ist stabil, dann reduziert man das
und macht nur noch jedes 2000. Teil oder einmal pro Schicht oder wie auch immer.
Und dann guckt man sehr akribisch rein nach dem Härte-Tiefen-Profil, nach der Ausbildung der Härtezone, nach der Geometrie.
Hat dann in der Regel eine Härtevorschrift, wo ganz genau steht, der Messpunkt 1 muss hier sitzen,
Messpunkt 2 sitzt hier, Messpunkt 3 sitzt da und genau dort muss es sein.
Das heißt, es ist dann eine hochpräzise Prozessführung, die zu einem sehr, sehr reproduzierbaren Ergebnis führt.
Das ist der andere Anspruch. Beides gibt es und beides müssen wir erfüllen.
Das andere war Oberflächeneinfluss zum Beispiel oder generell, was sind die Einflüsse, die uns da entgegenstehen?
Zum Beispiel die Oberflächenrauheit ganz konkret.
Ja, z.B. die Oberflächenrauheit, wie genau kann ich eine Temperatur messen, wie reproduzierbar kriege ich den Laserkraft ins Bauteil rein.
Beim Laserstrahlhärten gibt es erstmal, was das betrifft, grundsätzlich zwei Varianten.
Wenn ich das an einem Stahl mache oder an einem Gusseisen und das Ganze an Luft, was der übliche Fall ist,
dann arbeite ich mit Temperaturen, Härtetemperaturen, die im Bereich 13-100 Grad liegen, bei Guss vielleicht nur 1000 bis 1100 Grad.
Was passiert bei solchen Oberflächen, die so heiß sind und die aus Stahl die oxidieren?
Dieses Oxid führt dazu, dass meine Absorption von 40% an der blanken Oberfläche, vom Stahl, auf 80% steigt.
Was mir natürlich hilft, meine Lasereistung sehr effektiv ins Bauteil einzubringen.
Das selbe ist es mit der Temperaturmessung.
Die Temperaturmessung ist bei einem blanken Bauteil im beliebig schlecht, Emissionsgrad ist eben nur 0,4.
Und wenn ich ein oxidiertes Bauteil habe, dann ist mein Emissionsgrad im Bereich 0,9, 0,8, 0,9, so nahe der 1, nahe dem schwarzen Strahler.
Ich habe also auch sehr viel Messsignal, ich habe sehr reproduzierbare Temperaturmessungen und kann demzufolge auch einen gut geregelten Prozess führen.
Wenn man das aber trotzdem blank haben möchte, auch das gibt es, es gibt Kunden die sagen,
nach dem Härten ist das Teil von der Verformung und von der Oberflächenqualität so ausreichend gut, dass ich es nicht nochmal nachbearbeite.
Und jedes Bürsten von irgendwelchen Dingen ist ein Problem.
Kostet mich Geld. Dann ist die Frage, kann ich am Ende so härten, dass es nicht oxidiert?
Welche Konsequenzen hat das Ganze dann? Das kann man machen, indem man Schutzgas verwendet.
Entsprechend die Oberfläche abschirmet, das Oxidieren verhindert.
Und dann spielt tatsächlich ein bisschen die Oberflächenrauheit eine Rolle, weil wenn das Oxid das mal drauf liegt, ist es ziemlich egal wie rau die Oberfläche vorher war.
In erster Näherung spielt das dann keine Rolle wie gesagt beim Oxidieren.
In zweiter Näherung, wenn man ganz genau hinguckt, ist natürlich auch die Rauheit wiederum ein bisschen dafür zuständig, wie schnell sich ein Oxid bildet.
Aber das trägt dann echt schon die Katze auf den Schwanz weg als Effekt. Das ist nicht mehr das, worum man sich kümmern muss.
Beim blanken Teil ist es so, wir haben ein bisschen einen Einfluss der Rauheit.
Der liegt aber auch im einstelligen Prozentbereich. Also wenn ich jetzt von 40% Absorption rede, dann ist eine rauere Oberfläche vielleicht bei 43%, eine weniger rauere bei 41% und eine blanke ist bei 40% oder so.
Also es ist nicht so, dass das 10% ausmacht, sondern es macht relativ wenig aus. Es hat ein bisschen Einfluss.
Und was für eine stabile Prozessführung auf jeden Fall von Vorteil ist, ist, wenn sich diese Bedingungen während des Prozesses nicht ändern.
Das hat man manchmal beim Großwerkzeug. Die sind dann von Hand dort geschliffen, abgezogen mit einem Stein und solche Dinge.
Und wenn dann, weil die Rauheit eben wie gesagt auch in zweiter Näherung so ein bisschen einen Einfluss auf das Oxid hat und auf die Oxidbildung,
dann ist es nachteilig bei einem Prozess, wenn dieses Oxid sich unterschiedlich schnell bildet. Das kann den Prozess stören.
Dann hilft es eher, wenn der Prozess, aber wenn die Oberfläche, die man hatten möchte, so gleichmäßig ist, dass letztlich diese ganze Oxidbildung sehr gleichmäßig passiert.
Und dann hat man weniger Störeinflüsse. Es gibt aber auch Kunden, die sagen, ich habe einen Teil, das kommt bei mir aus der Schmiede.
Aus dem Schmiede fallen das Teil, das wird nochmal durch den Ofen geschoben, um eine Wärmebehandlung zu erfahren.
Und dann möchte ich das schon mit dem Laser härten, ohne dass es jemals eine Bearbeitung erfahren hat, also eine mechanische Bearbeitung.
Da kann man sich leicht vorstellen, dass die Oberflächenqualität extrem schwankend ist.
Und dann sind wir wieder bei dem Thema, was kann ich denn eigentlich ans Qualität akzeptieren?
Wenn man aber da eine relativ große Toleranz hat und man kann sagen, von bis plus/minus zwei/drei Zehntel Härtetiefe kann ich ertragen,
habe ich gar kein Problem mit meinem Bauteil, wenn das in dem Bereich schwankt.
Solange es mindestens die und die Härtetiefe hat, kann es auch ein bisschen mehr haben.
Aber selbst in so einem Fall kann man dann sagen, ich hätte diese Schmiedehaut, bei der ich auch in den ersten zwei/drei Zehnteln gar nicht weiß, wie ist eigentlich mein Kohlenstoffgehalt.
Und nachdem, wie die Wärmebehandlung war, ist nämlich mein Kohlenstoffgehalt in dieser Randschicht auch entweder zu hoch im Vergleich zum Material oder zu niedrig.
Oder zufällig ist der Kohlenstoffpegel gerade so gewesen in der Wärmebehandlung, dass es das gerade so ausgleicht.
Da passiert auch alles.
Aber wenn man das weiß und wenn man sagt, hey, es ist mir egal, was in den ersten zwei/drei Zehnteln passiert,
und man bewertet das entsprechende Ergebnis, was dann rauskommt, genau so vor diesem Hintergrund, dass es einem egal ist
und man einen riesen Vorteil davon hat, dass man das geschmiedete Teil direkt mit dem Laser härtet und dann nur einmal in die Maschine nimmt und gleich endbearbeitet und dann wird es verbaut.
Dann hat man so eine kurze Prozesskette, die einmal am Ende so viel Geld spart, bei ausreichender Qualität, stabiler Qualität,
mit einer, sagen wir mal, bekannten, relativ großen Streuung in dem Fall, weil die Oberflächenqualität halt schwankt.
Mal ist das Teil mehr grau, mal ist es mehr blau, mal ist es mehr gelblich, je nachdem, wie die gerade aus der Wärmebehandlung kommen.
Und das hängt wieder darum ab, wie sie aus der Schmiede kam. Also sehr schwankende Qualität im Bereich plus/minus zwei/drei Zehntel Genauigkeit von der Härtetiefe her,
aber ausreichend für das, was man am Ende braucht. Das sind die Bauteile, über die ich spreche, sind Bauteile, die tatsächlich dann als Bremsbauteil in einem LKW-Hänger eingesetzt werden.
Also sehr gut geprüfte Qualität zum Schluss und ein sehr genau geprüftes Teil. Aber eben mit der zugelassenen Schwankungsbreite in der Härtetiefe,
wo man eben sagt, okay, eine gewisse Mindesthärtung muss erreicht sein und wenn es eben drei Zehntel tiefer ist, interessiert das nicht weiter, ist nicht weiter schlimm.
Und wichtig war da eben, dass die Härtezone auf einem gewissen Bereich begrenzt war und nicht über diesen hinausging,
damit man eben den Hebel, um den es geht, dass man den eben nicht spröde macht. Da sind wir wieder bei der Sache, ich brauche es an einer Seite sehr verschleißfest
und auf der anderen Seite muss dieser Hebel, um den es hier geht, noch duktil sein, damit er eben nicht bricht. Bremshebel.
Und er soll dort eben nicht gehärtet sein. Da darf auch gar kein härteren Wärmeeinfluss da sein. Und das Ganze noch am Ende für nahezu kein Geld herzustellen, ist die große Kunst.
Das bedeutet am Ende tatsächlich einen, sagen wir mal, reproduzierbaren Prozess unter relativ ungünstigen Bedingungen mit am Ende Ergebnissen,
die völlig im Rahmen der Spezifikation liegen und sehr reproduzierbar immer da drinnen liegen.
Also man hat das über sehr lange Zeiten beobachtet. Lange Zeiten heißt tatsächlich, über zwei, drei Jahre, alle, jedes 200. oder 300. Teil geprüft.
Und deswegen ist man sich auch ziemlich sicher, dass die Qualität so stabil tatsächlich kommt, dass es da nicht irgendwelche Ausreiser gibt und irgendwelche Dinge, die da zufällig passieren oder so.
Und dass man da auch keine Angst haben muss, wenn man sagt, ok, ich habe eine Toleranz in meiner Härtetiefe von plus minus 0,2, 0,3 Millimeter bei einem Bremsteil.
Das ist eben reproduzierbar genauso. Und ein Induktionsverfahren hat deutlich schlechtere Qualitätstoleranzen vergleichend,
weil das ist einer der Gründe, warum man es mit dem Laser macht, weil es die Induktion nicht hingekriegt hat. Mal ganz böse gesprochen.
Dieses Bauteil haben wir auf verschiedenen Messen gezeigt und dieses Bauteil hatte schon jeder Induktionsanlagenhersteller gesehen, bevor wir mit dem Laser da überhaupt angefangen haben.
Und die haben es alle nicht mit einer stabilen Qualität hingekriegt. Sie haben es alle irgendwie hingekriegt.
Aber aufgrund der Rahmenbedingungen, Schmiedeteile, die sich in der Geometrie verändern, weil nach 3000 Hub ist meine Schmiedeform nicht mehr dieselbe wie am Anfang.
Das heißt, das Teil ändert sich geometrisch. Und das Ganze reproduzierbar hinzukriegen im Rahmen einer gewissen Toleranz, das ging eben nur mit dem Laser.
Und da hatten die Induktionsleute eben echt das Problem. Und jedes Mal, wenn dieses Teil dort lag und kam ein Induktionsmann vorbei,
und ich kenne viele von denen, denen schlief immer das Gesicht an und so, ah, dieser Bremshebel, ja, hör auf.
Ja, das sind so Sachen, die sind eben ganz speziell mit dem Laser möglich.
Beim Induktionsherten muss man ja den Induktor an die Geometrie anpassen und die Bedingungen. Und beim Laser müsste man nicht nur die Parameter und den Regelprozess an die Bedingungen anpassen,
sondern vielleicht auch die Strahlform. Also wie sieht der Spot auf der Oberfläche aus?
Und ich hatte eigentlich am Anfang, also vor einer halben Stunde habe ich noch überlegt, ob es vielleicht ein Einsatz ist, das auch mit dem Scanner zu machen.
Weil man sagt ja auch zum Beispiel vom Electronbeam-Melting, dass man also mit dem Elektronenstrahl, also ich hole mal ein bisschen aus kurz,
aber dass man mit dem Elektronenstrahl aus dem Pulverbett Dinge erzeugt, hat ja den großen Vorteil, dass der Elektronenstrahl so schnell ist, dass man nur ein Schmelzbad sieht sozusagen.
Und im Prinzip könnte man das ja mit dem Scanner auch machen. Ich glaube aber, dass das teurer ist und komplizierter zu beherrschen und das würde ja eigentlich auch gegen diese Einherzeit sprechen, die man braucht.
Je nachdem wie schnell man scannt. Also was macht man, wenn man einen quadratischen Spot haben will?
Also wenn man einen quadratischen Spot haben will mit einer gleichmäßigen oder auch einen Rechtexport mit einer gleichmäßigen CTS-Verteilung,
dann stellt man eine Optik her, die aus einem runden Spot, der aus einer Faser kommt, eben genau dieses Quadrat macht über Mikrolinzen-Rays.
Das ist Standardtechnik heutzutage. Der ist aber dann unveränderlich im Prozess. Der ist, wie er ist.
Und das gibt dann noch die Möglichkeit, dass es solche Rechtexports gibt, die motorisch verschiebbare, in der Optik verschiebbare Elemente besitzen,
wo man dann den Spot in zwei Achsen noch Größen verändern kann, aber die CTS-Verteilung bleibt gleich.
Und wenn ich das ändern möchte, sind wir genau beim Scanner, den du erwähnt hast.
Genau das geht mit dem Scanner. Aber damit man eben quasi simultan erwärmt einen Quasi-Spot hat, der diese Größe hat oder die Dimension hat,
die ich mit dem Scanner beschreibe, muss ich entsprechend schnell scannen.
Und was man schon seit vielen Jahren macht, schon in Zeiten, als man noch CO2-Laser zum Härten verwendete,
also wir reden über die Dampfmaschinenzeit in der Lasertechnik, dort haben wir schon Scanner verwendet.
Scanner sagt man ja meistens für solche Geräte, die in zwei Achsen den Spot bewegen, zweidimensional.
So aus dem Beschrifterbereich kennt man die. Für das Härten hat man in der Regel immer eindimensionale Scanner verwendet,
weil man halt die Spotgröße in der anderen Dimension durch Fokussierung mit einer einfachen Optik realisieren konnte.
Und dann stelle ich eben meinen Spot ein, der hat eine Größe von acht Millimetern zum Beispiel, und scanne dann in der anderen Achse.
Und damit kann ich dann einen Spot generieren von acht mal 20, acht mal 40.
Meine schwingbreite Amplitude kann ich ja quasi einstellen.
Und ich kann jetzt auch die Schwingfunktion, mit der der dort scannt, beeinflussen und einstellen.
Wenn ich jetzt einfach nur Sinus schwinge, kann man sich leicht vorstellen, an den Wendepunkten hält er sich länger auf,
habe ich also im Grunde ein Insistenzprofil, was zwei so große Ohren nach der Seite, rechts und links, hat.
Das ist nicht dafür geeignet auf einer ebenen Flachprobe, um das mal wieder zu nennen,
ein Härteprofil zu erzeugen, was eine gleichmäßige Tiefe hat.
Aber ich kann zum Beispiel mit so etwas ganz guten Radius härten.
Ein Radius hat in der Mitte, wenn ich mit so einem Spot auf den Radius gehe, habe ich in der Mitte Absorption,
90 Grad einfallender Winkel, sehr gute Absorption.
An den Seiten habe ich schlechte Absorption.
Wie kann ich das ausgleichen? Ich kann es ausgleichen, indem ich mich mit dem Laser etwas länger aufhalte.
Und das kann ich dadurch machen, dass ich eben mit dem Sinus schwinge.
Und dadurch gleiche ich eben genau diesen reduzierten Absorptionswinkel und die reduzierte Absorption dort
durch eine längere Aufenthaltsdauer aus.
Und schon habe ich eine Anwendung für einen Sinus gescannten Strahl, nämlich Zierradien an großen Umformwerkzeugen härten.
Wenn ich nun einen Rechteck härten möchte, zum Beispiel mit einer abfallenden Insitätverteilung,
typische Schnittkante an einem Koresoriewerkzeug, dann scannt man, ja, sagen wir mal, ein verbogenes Dreieck,
also kann man das dann so scannen, dass der sich tatsächlich auf der einen Seite länger aufhält als auf der anderen Seite,
mit einer gleichmäßigen Insitätverteilung in der Mitte.
Und wir reden aber bei dieser ganzen Art der Scannerei über Schwingfrequenzen,
damit das Bauteil eben nicht sieht, dass der Strahl sich bewegt, sondern die Wärmeleitung das verschmiert,
und dass dem Bauteil quasi vorkommt, als wäre es ein großer Strahl.
Und damit das funktioniert, muss man Frequenzen im Bereich 300 Hz aufwärts schwingen.
Wenn ich langsam mal mit 50 Hz dort rumpendle, dann habe ich immer lokal eine gewisse hohe Temperatur,
und danach wird es wieder kalt. Ich muss ja quasi diesen gesamten Scanbereich auf Ausdienetisierungstemperatur,
die hast du vorhin mal erwähnt, halten, damit die Umwandlung stattfinden kann.
Und damit das im Mittel so bleibt, muss ich halt so schnell scannen, wenn der Strahl wiederkommt,
darf sich eben die Temperatur dort, wo der Strahl gerade eben war, nahezu nicht verändert haben.
Also darf vielleicht bloß eben 20 KW abgesunken sein.
Und allein deswegen brauche ich dann eben diese hohen Schwingfrequenzen.
Und das macht man heute mit Scalvanometer-Scannern, also wie so ein elektromotorischer Antrieb.
Und das ist aber auch gleichzeitig das Problem, wenn ich jetzt noch in der zweiten Achse scannen wollte,
wie beim Fernsehen, also wie man früher beim Fernsehen das machte,
so eine Strahlablenkung mit Elektronbeam, nicht beim Plasmafernseher und nicht beim LCD,
sondern wie man früher in der braunischen Röhre, wie sich das Gerät nennt,
zweidimensional den Strahl ablenkte, da muss man ja dann in der anderen Achse
noch so mal eine Dimension schneller, also zehnmal schneller sein wenigstens,
damit man am Ende eine Fläche aufspannt über das Gescannte.
Und es ist halt heute so, wenn ich diese 200 Hertz, 250 Hertz erreichen möchte,
mit einem Galvo-Antrieb und einem Spiegel, der 6 Kilowatt vielleicht, 8 Kilowatt Leistung aushält,
dann ist der Spiegel nicht masselos. Und der Antrieb ist nicht unendlich stark.
Und dadurch komme ich an tatsächlich mechanische Grenzen und Grenzen der Machbarkeit.
Andere Antriebe, um was zum Wackeln zu bringen, sind ja Piezos, die sind verdammt stark.
Das Problem ist, die Winkel, die man da erreicht, sind wieder so verdammt klein.
Also im Bereich der Scanner-Techniken, es gibt gerade aktuelle interessante Entwicklungen,
aber bisher lebt man wie den Galvos. Und deswegen bleibt man auch erstmal bei der
eindimensionalen Scenerei, weil man eben die zweite Achse nicht so ohne Weiteres realisieren kann,
weil man eben dann mit zwei, drei Kilohertz und dann noch verrückten Schwingfunktionen,
da sind wir dann wieder bei der nach vorhin nicht erwähnten, aber implizit diskutierten Sesselkurve,
der Sessel rückwärts als Intensitätsverteilung vorgeschoben, als ideale Intensitätsverteilung,
um eine gleichmäßige Intensitätsverteilung auf einer flachen Probe hinzukriegen.
Um sowas zu erzeugen, müsste ich eben 2D scannen oder einen verrückten Spiegel bauen,
der genau das abbildet, aber dann habe ich nur einmal eine Größe.
Und wenn ich das mit dem Scanner machte, könnte ich das ja größer skalieren beliebig.
Um sowas ideal zu haben, müsste ich 2D scannen und da fehlt uns heute noch die Technik dazu,
aber wir sind ein bisschen auf dem Weg dahin. Aber das eindimensionale Scannen wird schon lange angewendet,
im Werkzeugbau, beim Herstellen Härten von Dampfturbinschaufeln schon seit vielen Jahren,
wo man eben so komplizierte Geometrien hat, wo die Wärmeableitung eben so seltsam ist,
dass ich eben mit einem Rechtexport und mit einer rechteckigen Intensitätsverteilung
nicht das gewünschte Härteergebnis hinkriege.
Genau dort verwendet man diese Galvo-Scanner.
Und das Ganze in letzter Zeit dann auch gekoppelt mit kamerabasierter Temperaturmesstechnik
und dann eine entsprechend leistungsfähigen Regler hintendran, der dem Leser sagt,
wie viel Leistung er wann wie abgeben soll.
Okay, ich habe vielleicht nochmal eine ganz andere Anstoßrichtung, weil ich bin jetzt immer noch
gedanklich so ein bisschen bei Induktion oder Laser oder Flamme oder so.
Ich kann mir vorstellen, dass die Diskussion dann in großen Betrieben,
also ich rede jetzt von der Serienfertigung oder Kleinserienfertigung oder sowas,
dass dann auch schnell die Diskussion hinsichtlich der Lasersicherheit aufkommt.
Man muss ja irgendwie was drum bauen, damit das dicht ist.
Wie hoch sind da die Widerstände? Also wie hast du das so wahrgenommen?
Also in der Regel hat man zwar so eine diffuse Angst, was man ja vor vielen Sachen hat,
die man nicht sehen kann und die Laserstrahlung kann man eben nicht sehen.
Aber man ist es ja gewöhnt, die Maschinen einzusperren in der Großserienfertigung,
weil man Roboter ja auch schon in eine Zelle sperrt.
Die sind zwar durchsichtig, in der Regel irgendwie ein Zaun, den man durchblicken kann,
aber die Akzeptanz einer Laserschutzumhausung ist vorhanden.
Es ist nie ein Problem gewesen, dass es an der Laserschutzumhausung gescheitert ist,
dass der Prozess nicht umgesetzt wurde.
Dass einer gesagt hat, das ist mir zu teuer, das ist mir zu aufwendig.
Nein, wenn ich den Quatsch brauche, mache ich das nicht.
Also man muss natürlich gucken, dass man auch von der Umhausung her die Kirche im Dorf lässt
und guckt, was brauche ich wirklich?
Habe ich einen Roboter, der sich 3D im Raum bewegen kann, muss ich natürlich eine große Hütte drum bauen.
Aber es ist ein Prozess, der relativ simpel ist, mit feststehender Optik zum Beispiel.
Und mein Bauteil wird von einer Achse, meinetwegen nur ein Achse, unter dem Bauteil durchgedreht.
Dann ist ja meine Laserschutzumhausung so etwas sehr kleines, Lokales.
Nicht größer als ein Bierkasten.
Und fällt eigentlich im Rahmen der ganzen Maschine kaum auf.
Insofern gibt es auch die Art und Weise der Laserschutzumhausung, da gibt es eine riesen Wandbreite
und das hängt ein bisschen vom Bewegungssystem ab und davon, wohin - und das ist immer die Auslegungsfrage -
wohin im dümmsten Fall diese Optik gucken kann und welchen Schaden sie dort erreichen kann.
Und wenn eine Optik an einem Roboter dran ist, klar, da muss man gucken, der kann natürlich überall -
weil der Bediener das ungünstig programmiert hat - überall hinfahren im Raum und kann die Optik überall hinrichten.
Also muss ich das entsprechend einhausen.
Wobei moderne Robotersteuerungen auch da wieder ein paar Mittel haben,
das so weit zu begrenzen, indem sie sichere Arbeitsräume, virtuelle Arbeitsräume schaffen, die man programmieren kann.
Bei denen ist es dann so, wenn der Tool-Center-Point, wie man das beim Roboter nennt, wo die Arbeit stattfindet,
wenn der Tool-Center-Point diesen Raum verlässt, dann ist der Laser sicher aus.
Damit kann man also auch vermeintlich relativ windige Umhausungen, hätte man früher gesagt, realisieren.
Ich habe das mal in Japan gesehen.
Da kam rein eine Umhausung, komplett mit weißem Kunststoff innen ausgekleidet.
Da dachte ich, was haben die denn hier gemacht?
Und Leichtbau, ja, schön. Die war dicht für Streustrahlung.
Das ist wichtig, dass eben keiner, der außen lang läuft, von Streustrahlung getroffen werden kann.
Aber die direkte Strahlung hätte diese Wand nicht ausgehalten.
Ja, aber die haben eben einen richtigen Roboter gehabt, der diese sicheren Arbeitsräume hatte.
Und die waren eben so weit im Zentrum dieser gesamten Umhausung angehortet,
dass, wenn man also dort im ungünstigsten Falle von dort, wo der Laser überhaupt nur angeht,
Richtung Wand gestrahlt hätte, hätte der Strahl so weit aufgefächert,
dass er dort keinen Schaden mehr an dieser Wand macht.
Und damit konnte man eine vergleichsweise einfache Umhausung groß bauen, die für Streustrahlung dicht war,
aber die für die hohe Intensität gar nicht dicht sein musste,
weil die hohe Intensität auf der Wand aufgrund dieser virtuellen Arbeitsräume niemals gelangen konnte.
Also man muss sich um das Thema kümmern, das ist ganz klar.
Aber es gibt relativ unkomplizierte Lösungen für vieles.
Und man muss nicht immer gleich Stein auf Stein setzen und riesen Mauern bauen,
sondern man kann manche Dinge auch relativ elegant lösen.
Das haben wir auch.
Ja, mit eurem Vorhängen.
Ihr habt ja so flexible Vorhänge, lasersichere Vorhänge,
mit denen man dann auch relativ schnell mal den Arbeitsraum umgestalten kann,
was ja gerade im Forschungsbereich häufig mal nötig sein kann,
dass man das erweitern muss oder wieder kleiner machen muss oder auch was auch immer.
Genau, ein aktives Lasertextil, das ist gut.
Genau, so ein aktives Lasertextil, ja genau, das ist natürlich was ganz Eleganztes.
Wenn ich das mit einfachen 3-mm-Blechen realisieren kann, ist das nochmal deutlich günstiger.
Das ist halt immer ganz das, was man als Anspruch macht.
Ich meine, hier brauche ich die Flexibilität im Forschungsbereich, das ist klar.
Da muss ich auch ein bisschen mehr Geld ausgeben, damit ich die eben habe.
Und in der Produktionsanlage, bei einer Einswegmaschine,
dann kann ich das tatsächlich kostenmäßig extrem runterkochen.
Und dann fällt das auch kaum auf. Wo wir ja immer so ein gewisses Paradoxon hatten,
war, ja, wir wollen lasersicher sein, aber wir wollen den Prozess sehen.
Das ist immer dann, also so häufig kam es bisher noch nicht vor,
aber es passiert immer dann, wenn man den Laser in eine Maschine für spannende Bearbeitung,
meist Drehmaschine integriert. Die Spanis, die da davor stehen, diese Operator,
die wollen dort immer ihren Prozess sehen, auch wenn man eigentlich, wenn man da reinschaut,
nur Schaum sieht und eigentlich hören die mehr als sie sehen, wenn man ehrlich ist.
Wenn man daneben sitzt, man hört sich irgendwann rein, weil man kennt die verschiedenen Arbeitsschritte
und jeder macht sein eigenes Geräusch, aber auch an dem Spritzen sehen die scheinbar was.
Also wollen die immer diese Riesenscheibe da haben an ihrer Drehmaschine,
wo sie reinschauen können. Und dann soll ich da drin mit dem Laser was machen.
Also musste man dann immer gucken, dass man da immer noch einen extra Shot reinschiebt,
was dann dramatisch vorgeht. Wenn dann der Laserprozess stattfindet, ist dann immer
für einen Moment der Einblick behindert und nachher geht aber gleich wieder auf,
dass der Bediener ja seinen schönen Einblick in seinen Arbeitsraum hat,
ohne den er scheinbar nicht leben kann. Ist so eine Meise von vielen Leuten im Zerspannungsbereich,
dass sie da eben dieses große Fenster gewöhnt sind, mit dem sie da drin ihren Kühlschmierstoffschäuben sehen
und ihre Bauteile da drin irgendwie. Also die sind eigentlich nicht auszumachen in der Regel unter dem,
aber man sieht wahrscheinlich schon an der Art und Weise wie es spritzt, ob der Prozess passt oder nicht.
Da haben die sich wahrscheinlich gut reingeguckt und deswegen wollen die das haben.
Also da muss man gucken, gerade wenn man diese Werbebehandlung integriert in dieser spahrende Fertigung,
entweder direkt in die Maschine oder auch direkt in den Teilefluss, da muss man tatsächlich zwei Welten zusammenbringen.
Vorhin hast du gesagt, ja, härten ist eigentlich nur mit dem Ofen werfen und wieder raus.
Und wo sind die Vorteile vom Laser? Der Laser macht auch nur eins, er macht es ihm nur lokal warm.
Lokal hart und der Vorteil ist, es verbiegt sich auch nicht so sehr, wie eine reine Ofenbehandlung.
Im Ofen mache ich das ganze Bauteil warm und generiere entsprechend mehr Verzug,
was am Ende wieder dazu führt, dass das nachgearbeitet werden muss, damit das Teil wieder passt.
Und letzten Endes sind das immer die eigentlich gegenläufigen Parteien.
Die einen holen die Präzision, die holen das einstellige Mühen mechanisch, durch mechanische Bearbeitung aus dem Bauteil raus.
Und diese verrückten Wärmebehandler machen das Teil schwarz, hart und krumm.
Die haben sich vorher so viel Mühe gegeben, dann geht es in die Härterei und dann kommt es schwarz, hart und krumm wieder.
Nachdem diese Eichemisten, diese verrückten da Wärmebehandlung angewendet haben.
Und wir müssen es dann wieder gerade machen, schleifen, hart drehen, was auch immer.
Und jetzt haben wir diesen Prozess plötzlich bei uns in der Fertigungskette und ich bin auch noch mit zuständig für diesen Mist.
Also diese Welten zu verheiraten ist schon nicht einfach, es ist spannend.
Und das habe ich ein paar Mal machen dürfen, machen können, machen müssen.
Auch die Frage, die messen mit ihrer Messuhr dann eben Mühe.
Und dann kommen wir mit einer Messmethode, Härtemessung.
Und die darf nach Norm eine Genauigkeit haben im Bereich, je nach Härte, wenn die Härte sehr hoch ist von plus minus 10 Prozent.
Also wenn ich dort 750 messe, kann das auch 700 sein, das ist das Gleiche.
Und das ist doch verrückt.
Damit kommt einer, der reine Mechanik misst und der das Tausendstel misst als Länge oder als Durchmesser irgendwo.
Das muss der erstmal verstehen.
Dass der jetzt plötzlich eine Methode hat und ein Verfahren hat, was mit einer Messmethode kommt, was eine Präzision von nicht besser als 10 Prozent hat.
Das ist schon mal völlig absurd.
Ich habe das erlebt bei einem Kunden, der ist dann mit seinen klassischen Methoden der Bewertung der Maschine oder der Prozessfähigkeit rangegangen.
Und hat dann auch seine Maßstäbe von der mechanischen Messung angesetzt und sagt, das ist ja gar nicht prozessfähig, was ihr hier macht.
Ich sage, Moment, was haben Sie denn da, wieso?
Das muss man erstmal, also da muss man erstmal die verschiedenen Welten auch zusammenbringen, was nicht so einfach ist.
Aber es ist spannend.
Und letzten Endes, wenn man sie zusammenbringt, kommen am Ende, sagen wir so kurze Prozessketten raus, dass in dem Beispiel von einer Stange im Drehautomaten ein Teil gedreht wird.
Da drinnen wird es gehärtet, da wird es hart gedreht, es kommt raus, geht durch die Waschmaschine, wird montiert, fertig.
Keine Lagerhaltung dazwischen, kein Transport in der Härterei, nichts, sondern alles in einem so.
Zack, ein Teilefluss, wupp.
Also wirklich extrem effiziente Prozesse.
Und das ist eben das, was der Leser durchaus dort auch bieten kann.
Dass er die Prozesse so schön integrierbar macht in die mechanische Fertigung oder in die gesamte Fertigungsfolge.
Von der Herstellung von komplexeren Geräten, Motoren, Ventilen, was auch immer es da ist.
Das ist von der produktionstechnischen Seite natürlich auch ganz spannend, weil wir von einem Batchprozess hin zum One Piece Workflow kommen.
Genau so ist es, ja.
Das wollte ich sagen.
Du bist ja auch der Professor für Produktionstechnik.
Aber ich hat es ja schon gesagt, genau.
Und du hast es vorher gesagt. Jetzt kommt es irgendwie auch doof.
Aber nochmal zu den Lasern.
Die Anforderungen an die Lasern sind ja eigentlich gering. Also wir brauchen keine besonders gute Strahlqualität.
Wir brauchen keine besondere Wellenlänge.
Ein bisschen kürzer beim Diodenlaser, das kann natürlich helfen hier und da.
Aber so schnell regelbar sind sie eigentlich auch alle.
Also eigentlich kann man jeden Laser verwenden, den es heute so gibt, oder?
Weitgehend, ja genau.
Es gibt heute immer noch CO2 Laser, insofern, die müssen wir rausnehmen.
Die sind zum Härten nicht wirklich gut geeignet.
Die haben wir früher halt genommen, weil wir nichts anderes hatten.
Aber seitdem es eben die kurzen Wellenlängen im Bereich Einmüh gibt, alles was sich dort tummelt.
Ob das jetzt Diodenlaser sind, die so bei 900 Nanometer anfangen und bis sich Einmüh hin mit verschiedenen Wellenlängen etabliert haben.
Oder ob das Jagdlaser sind, wie auch immer gepumpt, die im Bereich 1064 Nanometer unterwegs sind.
Oder auch Fasalaser, die odengepumpt, die eben auch irgendwie bei knapp 1100 Nanometer oder so arbeiten, 1070 Nanometer oder so.
Das spielt alles keine Rolle.
Die kann man alle verwenden, weil eben auch die Absorption am Stahl und an der Oxidhaut vom Stahl und Eisen, das was ich vorhin erwähnte,
das ist ungefähr gleich, vergleichsweise hoch, wenn ich die Oxidhaut eben zulasse.
Und das sind eben Industrielaser, die auch für andere Dinge zum Schneiden und Schweißen verwendet werden.
Insofern kann man die 11-Zur-Wärme-Behandlung sinnvoll nutzen.
Und wir brauchen eben nicht zwangsläufig die hohe Strahlqualität, sprich sehr dünne Fasern, sehr gute Fokussierbarkeit.
Das bedeutet, der Laser kann am Ende etwas günstiger sein in der Herstellung.
Der kann etwas effizienter sein im Energieverbrauch.
Das ist häufig ein spannendes Thema.
Solche Diodenlaser liegen ja durchaus vom Gesamtwirkungsgrad etwa so bei 50 Prozent.
Das ist ja im Vergleich zu Lasern, die wir so von früher kennen.
Also jetzt mal ein Extrembeispiel. Lampengepumpte Jagdlaser, Wirkungsgrad 2 Prozent von vielen als teure Energievernichtungsmaschine beschimpft.
Der Physiker sagt natürlich, Energievernichtung ist Unsinn. Das gibt es natürlich nicht.
Wird noch umgewandelt, aber egal. Die hat im Wesentlichen viel Wärme erzeugt und wenig Laserlicht.
Da sind wir natürlich, aus dieser Ecke sind wir raus. Wir sind bei sehr effizienten Lasern.
Diodenlaser sind häufig das Mittel der Wahl. Die odengepumpte Scheiben oder Fasernasen kann man aber genauso verwenden.
Diese Lasern kann man alle nehmen. Wichtig ist eigentlich für den Prozess die Strahlformung hinter der Faser.
Dass man eben das, was wir vorhin erwähnten, den Spot so generiert, dass er genau die Form hat und die Initiativesverteilung, die der Prozess braucht.
Da ist es dann ziemlich egal, wie der Laser aussieht, der die Faser hinten befüllt mit Licht.
Da sind wir relativ tolerant, was den Prozess betrifft. Da und dort muss er schnell regelbar sein.
Das können nicht alle Lasern. Wenn man sich überlegt, Diodenlaser werden ja schon schnell mal mit Strömen,
sagen wir durchaus im Bereich 200 Ampere oder so etwas oder mehr angeregt, 200 Ampere schnell schalten oder schnell modulieren.
Wer in der Elektrotechnik oder in der Physik, wo ich herkomme, ein bisschen aufgepasst hat, weiß, dass man dort schnell an irgendwelche Grenzen stößt.
Mit komischer Gegeninduktion, Magnetfeldern und so etwas. Das wird schnell komisch.
Aber wenn man im Bereich 10 Kilohertz heute regeln kann, Laser im Hochleistungsbereich, dann ist das für solche Prozesse auch völlig ausreichend.
Das geht schon. Insofern erfüllen diese Laser heute alle diese Bedingungen.
Man kann tatsächlich den Laser danach auswählen, ob er den besseren Wirkungsgrad vielleicht hat.
Weil tatsächlich Laser heute durchaus auch energieeffiziente Prozesse sein können.
Wir hatten vor Jahren ein Beispiel, dass ein Induktionsprozess vergleichend verwendet wurde für die identischen Bauteile.
Mit dem selben, mehr oder weniger härter Ergebnis.
Deswegen konnte man das gut vergleichen, weil sonst ist der Vergleich immer verdammt schlecht.
Aber hier ging es ganz gut. Da haben wir dann festgestellt, für die Induktion war das im Außenfeld einer Spule, nicht im Inneren der Spule.
Also relativ ungünstig für die Induktion. Und der Laser hat das mit dem Ring-Spot direkt bestrahlt.
Wir waren da vom Energieverbrauch bei einem Zehntel dessen, was die Induktion verbraucht hat.
Das war natürlich ein Beispiel, was ungünstig war für die Induktion.
Wenn ich eine Welle hatte, die im Inneren einer Spule liegen würde, wäre ich mit der Induktion immer effizienter sein.
Weil das das Optimum ist für die Induktion.
Aber in dem Fall war die Induktion schlecht, weil das Außenfeld der Spule nicht so wirkungsvoll ist.
Und der Laser konnte dann seine Vorteile ausspielen.
Da hatten wir tatsächlich sogar einen effizienteren Prozess mit dem Laser als mit der Induktion.
Das kommt selten vor, kann aber sogar passieren heutzutage.
Je nach Härterzonen, Geometrie und Anforderungen geht es also selbst bis dahin, dass man durch Einsatz der Lasertechnik nicht die Insolvenz beschleunigt,
sondern sogar effizientere Prozesse voranbringen kann.
Früher gab es so einen Spruch, Insolvenz durch Lasertechnik und sowas.
Da wurden dann die Leserleute ja immer gerne beschimpft, weil aufgrund des schlechten Wirkungsgrats, der hohen Investitionskosten.
Aber das sind alles Geschichten aus den frühen 90ern.
Da reden die alten Säcke wie wir noch drüber, weil wir das noch erlebt haben.
Aber im Grunde ist das heute eben nur noch was für die Geschichtsbücher. Heute sind wir raus aus dieser Ecke.
Da waren unsere Studierenden noch nicht mal geplant.
Genau.
Als letztes Thema vielleicht noch, vielleicht ganz kurz, aber ich kann mir vorstellen, dass du da eigentlich auch eine Stunde darüber erzählen konntest.
Aber what's next? Ist das jetzt beforcht, entwickelt und fertig und jetzt gibt es nur noch ein paar weitere Anwendungen?
Oder kommt jetzt irgendwas Tolles auf und zu?
Was sind die Trends? Beim Schweißen ist es das Kupferschweißen und so weiter.
Aber was kommt beim Härten? Kommt da noch was?
Na ja, beim Härten, wie der Stahl gehärtet wird.
Also sobald ich im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm unterwegs bin und das reine matensitische Härten meine, dann ist das natürlich verstanden und das wird getan.
Da wird sich der Laser weiterentwickeln, die Strahlformung werden sich Dinge weiterentwickeln und solche Geschichten.
Aber es gibt ja mehr als Stahl zum Härten oder auch mehr als Härten im Bereich der Wärmebehandlung.
Es gibt heute schon Anwendungen, wo man lokal Sachen weichglüht. Du hast es vorhin schon erwähnt, Wärmebehandlung um höhere Duktilität zu erreichen.
Es gibt Anwendungen im Porsiobereich, Pressgehärtete Stähle, die also im ganzen hart gemacht werden und dann nur lokal an manchen Stellen wieder weich gemacht werden sollen,
damit sie sich besser schweißen lassen, damit die Feuerwehr später das Auto dort an der Stelle aufschneiden kann.
Hat den genauen Fahrplan, hier ist der weiche Streifen, hier kann die Schere angreifen, ansonsten geht es nicht.
Das sind so Anwendungen, die laufen. Es gibt auch Wärmebehandlungen von exotischeren Materialien als Stahl und Gusseisen,
mit dem Ziel, entweder eine Härtesteigerung hinzubekommen. Es gibt die ganze Klasse der sogenannten ausscheidungshärtbaren Werkstoffe.
Die gibt es im Stahlbereich, aber da gibt es auch Titanligierungen, Nickelbasisligierungen usw.
Da kann ich über eine lokale Lösungsglühung und eine Ausscheidungswärmebehandlung in einem Ofen, da sind wir wirklich tief im Werkstoffbereich,
lokale Härtungen erzeugen, wo aber der Leser dann eigentlich gar nicht die Härtung macht, sondern die notwendige, vorangestellte Lösungsglühwärmebehandlung.
Das ist ein Thema, das ist vor Jahren entwickelt worden für die Anwendung Dampfturbinen-Schaufeln,
weil es da Werkstoffe gibt, die nicht medizidisch härtbar sind, sondern eben genau diese Ausscheidungshärtungen benötigen.
Und da kriegt man tatsächlich eine lokale Härtung hin, weil bei der Dampfturbinen-Schaufel braucht man dort,
wo die sich am meisten dreht, am schnellsten dreht, nicht am meisten, sondern am schnellsten dreht, außen,
brauche ich diese hohe Härte mit Verschleißbeständigkeit gegen die Wassertröpfchen und im Fuß unten brauche ich Duktilität.
Ich kann die Schaufel nicht im Ganzen, so im Ofen Ausscheidungshärten, dass sie im Ganzen hart ist, weil mir das dann unten im Fuß reißt.
Also muss ich nachträglich, nachdem das optimal eingestellt ist, diese Eintrittskante noch wärmebehandeln.
Das wird seit etlichen Jahren schon gemacht von großen Turbinenherstellern und auch von Dienstleistern, die es für diese tun.
Und ausgehend von diesen Erfahrungen geht man jetzt auch hin zu Nickelbasiswerkstoffen und anderen ausscheidungshärtbaren Werkstoffen,
weil diese lokale Festigkeitssteigerung bei ansonsten nicht ganz so festem, aber duktileren Bauteil,
das ist halt eine Anforderung, die stellt sich auch bei vielen anderen Bauteilen.
Und dieses lokal zu machen ist eben was spezielles mit dem Laser, was man eben mit dem Laser machen kann.
Und da ist auf jeden Fall Potential drin, dieses ausscheidungshärtbare oder dieses Laserlösungsglün zum lokalen Ausscheidungshärten,
dass man das noch weiter vorantreiben kann, weil das einfach noch nicht so bekannt ist wie das Laserstrahlhärten,
was schon seit über 30 Jahren zumindest in der Fachwelt bekannt ist.
In der normalen Fertigungswelt findet man immer noch unendlich viele Leute, die es noch nie gehört haben.
Deswegen hören wir auch nicht auf, darüber zu berichten und darüber zu erzählen.
Aber es gibt tatsächlich noch neue Trends in diesen Bereichen.
Und dann gibt es natürlich noch Wärmebehandlungen zum Weichglühen von verrücktesten Materialien aus völlig anderen Gründen.
Also um Verformbarkeit, sich von chirurgischen Nadeln lokal zu verbessern zum Beispiel,
haben wir mal so Sachen gemacht oder bis hin zur Wärmebehandlung von irgendwelchen verrückten Kunststoffen,
die ihre Eigenschaften dann verändern lokal und so was.
Also da gibt es sehr viele Möglichkeiten und mit dem Laser und einem großen Spot, groß,
in dem Falle dann vielleicht sogar 400, 500 Millimeter auf 900 und so was, also durchaus flächenhafte riesige Spots,
geregelt, um solche Flächen dann Wärme zu behandeln, um dort was zu machen.
Das sind so Sachen, die heute noch nicht Standard sind, die man aber mit den heutigen Lasern
und mit den heutigen optischen Möglichkeiten realisieren kann.
Und wo wir tatsächlich, wo ich auch in der Vergangenheit einige Projekte begleitet habe,
wo es genau um solche Sachen geht, dass man eben durchaus flächig mit dem Laser zeitlich begrenzt,
durchaus auch vielleicht mal nennen wir es mal eine Art Puls, nicht wirklich Puls im Sinne von Nano- oder Pico-Sekunden,
sondern eben eher so Millisekunden bis einzelne Sekunden, dort irgendwelche Dinge erwärmt,
um dann das Verhalten des lokal Erwärmten und das Abklingverhalten zu untersuchen
oder um eine Werkstoffeigenschaft zu verändern oder um einen Oberflächeneffekt von einer Beschichtung zum Beispiel zu erzielen,
die wiederum einen Hinweis darauf gibt, wie das Bauteil sich in einer gewissen Umgebung verhält.
Also das sind so verrückte Sachen, die sind möglich, weil ich eben eine berührungslose flächenhafte Erwärmung möglich machen kann
und das auch noch geregelt. Letztens war einer, der hat eben Kernspintomographen was erwärmen wollen.
Ist auch eine spannende Sache, mach das mal mit dem Heizdraht, da drinnen ist alles extrem magnetisch, ist blöd.
Und Holz leidet so schlecht, der Holzheizdraht ist noch nicht erfunden.
Man macht ja vieles dort aus Holz, in so MRT-Geräten oder so oder aus irgendwelchen Kunststoffen.
Aber ja, mit dem Laser kann ich halt 1,50 Meter oder 1 Meter lang da reingucken und da drinnen eben was erwärmen.
Was dann nur dort wärmen wird und auf dem Weg dorthin eben nicht, weil das Ganze sogar noch in Schutzgas ist oder in Vakuum oder so.
Also das sind so Sachen, die gehen mit dem Laser ganz schön, weil ich in berührungslos,
zum Beispiel mit einem kollimierten Strahl, den ich also nur aus der Faser kollimiere,
dann hat er einen Durchmesser von 15 Millimetern und dann fahre ich den da erstmal 2 Meter rein in eine Anlage.
Und da drinnen macht er dann irgendwas, wird abgelenkt oder wird wieder aufgefächert mit irgendwas oder so.
Um dann eben einen großen Spot zu haben, um da eine Erwärmung hinzukriegen.
Also das sind auch so spannende Zukunftszemen, wo man sagt, ok, da ist noch nicht alles fertig gedacht.
Diese Lasermen, mit denen man sowas machen kann, die gab es eben vor ein paar Jahren noch nicht.
Und auch diese optischen Möglichkeiten hatte ich eben vor ein paar Jahren noch nicht.
Man hatte eben einen Laser mit einem runden Spot und die Hauptanwendung war halt Schneiden.
Und da drehte sich erstmal viel darum, einen Strahl flächig mit einer hoher Homogenität, recht großer Fläche
und dann auch noch recht große Leistung, vielleicht von 6 bis 10 kW oder 20 kW zu befüllen und dann was zu beleuchten.
Was weiß ich, bis hin zu Druckmaschinen, wo man Papierbögen damit trocknet oder sowas.
Das waren so Sachen, die waren extrem weit weg in der Vergangenheit, aber mit vergleichsweise preiswerten
und hocheffizienten Lasern, heutzutage, rücken die wieder in den Bereich, wo man sagt, ok, das ist keine Utopie mehr.
Da kann man solche Laser für verwenden und das ist auch Wärmebehandlung, aber eben nicht an Stahl und Eisen
und eben nicht mit dem Ziel des Härtens, sondern mit dem Ziel der Trocknung, Erwärmung, Effekt, Erzeugung von weiß der Teufel was.
Die Ideen, wie man Laser verwenden kann und was man mit denen machen kann, die gehen uns so schnell nicht aus.
Es zeigt aber auch, wenn man sich das mal anschaut, die Technologien, die wir jetzt in der Fertigung haben,
beschweißen, schneiden, auch härten, wie lange es manchmal braucht, bis es tatsächlich auch Akzeptanz findet in der industriellen Fertigung.
Weil letzten Endes ist es so, solange der Schmerz mit dem Prozess, den der Kunde gerade hat, mit dem er sich ja angefreundet hat,
den er innen und auswendig kennt, solange der Schmerz mit diesem Prozess nicht so groß ist, dass die Scheidung quasi im Raum steht
und dass man sich nach Alternativen umguckt, solange wird er an jeder Kunde nachvollziehbar an seinem Prozess festhalten.
Warum soll er sich auf Eis begeben, wenn er am rettenden Ufer steht, mit etwas, was er kennt und wo er sich mit auskennt.
Das heißt, diese Überführung in solche neuen Prozesse auch des Laserstrahlhärten, was seit über 30 Jahren grundsätzlich existiert,
seit vielleicht 20 Jahren tatsächlich mit Werkzeugen wie einem Neodenleser, der das auch effizient realisieren kann,
das braucht trotzdem noch mal viele, viele Jahre, bis sich das so mal so durchgesetzt hat wie andere Fertigungsverfahren auch
und so selbstverständlich auch in die Auswahl der möglichen Wärmebehandlungsverfahren mit aufgenommen wird,
wie das eben bei Zerspanung bei neueren Schneidwerkstoffen zum Beispiel der Fall ist oder so was.
Das braucht einfach noch, weil das Wissen gar nicht vorhanden ist, aber dafür machen wir solche Veranstaltungen hier,
dass wir das eben in die Studierenden reinbringen, damit die das weiter tragen in die Welt,
ihren Chefs und diese Fleu ins Ohr setzen, sagen, es gibt noch mehr als Flamme und Induktion, es gibt auch noch den Laser,
lasst doch mal drüber nachdenken, ob der da nicht vielleicht eine Lösung für hat.
Also es dauert echt lange, weil eben nicht immer die Bedingungen so sind, dass der Kunde sagt, jawohl, ich will unbedingt jetzt Laser haben.
Der Kunde will eine Lösung für seine Aufgabenstellung haben und wie das tatsächlich dann realisiert wird, ist ihm ziemlich egal
und der Laser kann relativ viel, aber das braucht eben, damit sich das durchsetzt,
weil ohne Not tatsächlich nicht einer die Pferde wechselt und die Technologie wechselt.
Ja, Steffen, das ist spannend und vor allen Dingen auch, wo sich die Lasertechnik hinentwickeln wird.
Wir werden das weiter beobachten, solange wir können.
Hoffentlich noch lange. Und dann danke ich dir auf jeden Fall für die Zeit. Das war, it was a pleasure.
Mein Vergnügen auch, danke.
Ja, vielen Dank.
Schön, dass du da warst.
Hat mich sehr gefreut.
Und dann verabschieden wir uns hier und freuen uns auf die nächste Folge mit vielleicht dem nächsten Gast. Tschüss.
Tschüss.
[Musik]