DE102004062371B3

DE102004062371B3 - Verfahren zur Feinstbearbeitung einer kreisförmigen als Lager dienenden Bohrung in einem zweigeteilten Werkstück, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, sowie ein danach hergestelltes zweigeteiltes Werkstück

Info

Publication number: DE102004062371B3
Application number: DE200410062371
Authority: DE
Inventors: Gerhard Flores; Gunder Gresens
Original assignee: Volkswagen AG; Gehring GmbH and Co KG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-12-16

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Feinstbearbeitung einer kreisförmigen als Lager dienenden Bohrung in einem zweigeteilten Werkstück, das zur Montage um einen zu lagernden Teil aufgeschraubt und wieder verschraubt wird. Die Formgenauigkeit der Bohrung erfolgt durch Bearbeitung der Bohrung in zusammengeschraubtem Zustand durch mindestens zwei Bearbeitungsschritte (zum Beispiel Feinbohren und Honen). DOLLAR A Nach dem ersten Bearbeitungsvorgang wird ein Zwischenzustand (ZZ) der Bohrung durch Aufschrauben und erneutes Verschrauben der beiden Teile des Werkstücks (1, 2) erzeugt. Anschließend erfolgt der zweite Bearbeitungsschritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feinstbearbeitung einer kreisförmigen als Lager dienenden Bohrung in einem zweigeteilten Werkstück, das zur Montage um einen zu lagernden Teil aufgeschraubt und wieder verschraubt wird, und bei dem die Bearbeitung der Bohrung in zusammengeschraubtem Zustand durch mindestens zwei Bearbeitungsschritte erfolgt, wobei die im ersten Bearbeitungsschritt erzielte Formgenauigkeit, insbesondere die Rundheit, im zweiten Bearbeitungsschritt weiter verbessert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 6, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes zweigeteiltes Werkstück gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 7.
Ein Beispiel für ein solches Werkstück ist ein Pleuel, dessen großes Pleuelauge bearbeitet werden soll. Der erste Bearbeitungsvorgang ist das Feinbohren; der zweite Bearbeitungsvorgang ist das Honen. Um die Nachteile dieses seitherigen Verfahrens zu schildern, wird auf die beigefügten 1 und 2 Bezug genommen. Es stellen dar:
1 ein Pleuel mit Deckel;
2 Messwerte für die Rundheit des Pleuels nach 1 im Zustand nach der Bearbeitung durch Feinbohren (ZB), durch Honen (ZH) und nach der Montage an einer Kurbelwelle (ZM) nach dem Stand der Technik.
1 zeigt ein Pleuel 1 mit großem Pleuelauge 2 und kleinem Pleuelauge 3. Das Pleuel 1 ist im Bereich des großen Pleuelauges 2 so geteilt, dass der Deckel 4 abnehmbar ist, um das Pleuel 1 durch Abschrauben des Deckels 4 und erneutes Verschrauben um den Hubzapfen (Hublager) einer Kurbelwelle zu montieren. Der Deckel 4 ist mit dem Pleuel 1 mittels Schrauben 5 verschraubt. Flächen 6 dienen der präzisen Lagerung auf einer Auflage bei der Bearbeitung. Die Bearbeitung erfolgt derart, dass ein solches Pleuel in dem in 1 gezeigten montierten Zustand im ersten Bearbeitungsschritt feingebohrt und in einem zweiten Bearbeitungsschritt gehont wird. Danach wird der Deckel abgeschraubt, zur Montage um den Hubzapfen einer Kurbelwelle gelegt und erneut mit dem Pleuel verschraubt.

Die Rundheit nach den Bearbeitungsvorgängen ist in 2 dargestellt. Die Rundheit ist ein Maß für die Abweichung der Form von einer idealen Kreisform. Zur Ermittlung der Werte nach 2 wurden eine Anzahl Pleuel mit einem Nenndurchmesser von 45 mm und einer Bohrungslänge von 17 mm bearbeitet und vermessen. Mit ZB ist der Zustand nach dem Bohren beziehungsweise Feinbohren bezeichnet. Bei der gemessenen Zahl von Pleueln ergab sich für die Rundheit ein Maximalwert von 8,73 μm, ein Minimalwert von 3,91 μm und ein Durchschnittswert von 6,26 μm. Dann wurde das große Pleuelauge 2 gehont. Mit ZH ist der Zustand nach dem Honen bezeichnet. Es ergab sich dann für die Rundheit ein Maximalwert von 4,9 μm, ein Minimalwert von 1,58 μm und ein Durchschnittswert von 2,66 μm. Die heute geforderte Toleranz der Rundheit von ≤ 5 μm wurde im Zustand nach dem Honen (ZH) gerade erreicht. Nach dem für die Montage erforderlichen Vorgang Aufschrauben/Verschrauben, also im Zustand ZM (Zustand nach der Montage) ergab sich ein Maximalwert von 12,53 μm, ein Minimalwert von 8,57 μm und ein Mittelwert von 10,91 μm. Durch die Montage verschlechtert sich also die durch die Bearbeitung erzielte Rundheit erheblich, so dass die wünschenswerte Toleranzgrenze T von ≤ 5 μm im montierten Zustand nicht erreicht werden kann. Die bekannten Verfahren sind zum Beispiel geschildert in den Aufsätzen "Wirtschaftliche Mehrfachhonbearbeitung von Lagerbohrungen in Pleuelstangen mit Diamant" von U. Klink, Industrie Diamanten Rundschau IDR 19 (1985) Nr. 2, S. 2 bis S. 7 und "Endbearbeitung von Pleuelstangen" von U. Klink und G. Flores im Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, 60. Ausgabe, Vulkan-Verlag, Essen (2002).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlauben, das große Pleuelauge 2 so zu bearbeiten, dass nach der Montage unter Funktionsbedingungen die Rundheit höher ist als dies seither erreicht werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein nach dem Verfahren hergestelltes zweigeteiltes Werkstück, insbesondere Pleuel bereitzustellen.

Die Lösungen dieser Aufgaben erfolgen durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 6 und 7.

Die Lösung der Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, dass nach dem ersten Bearbeitungsvorgang der Bohrung durch Aufschrauben und erneutes Verschrauben der beiden Teile des Werkstücks ein Zwischenzustand erzeugt und anschließend der zweite Bearbeitungsschritt durchgeführt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung hinsichtlich des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 definiert.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die 3–6 Bezug genommen. Es stellen dar:
3 Messwerte des Pleuels nach 1 nach den Bearbeitungsschritten;
4 die Geometrien des Pleuelauges, für die sich die Messwerte nach 3 ergeben haben;
5 die Vorderansicht eines Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 5.
Die Messwerte nach 3 – bei einem Ausführungsbeispiel – gehen von folgenden Schritten bei der Bearbeitung des Pleuelauges 2 aus:

– Feinbohren
– Erzeugung eines Zwischenzustandes durch Aufschrauben/Verschrauben
– Honen
– Montage durch Aufschrauben/Verschrauben.

Der Zustand nach dem Feinbohren ist mit ZB, nach dem Aufschrauben/Verschrauben zur Erzeugung eines Zwischenzustandes mit ZZ, der Zustand nach dem Honen mit ZH und der Zustand nach der Montage durch erneutes Aufschrauben/Verschrauben mit ZM bezeichnet.
Die Erfindung besteht also darin, nach dem ersten Bearbeitungsschritt (Feinbohren) den Deckel abzuschrauben und wieder aufzuschrauben und dann erst den zweiten Bearbeitungsschritt (Honen) durchzuführen.
Es hat sich herausgestellt, dass schon durch die Bearbeitung im ersten Bearbeitungsschritt (Feinbohren) im Material der Umgebung des großen Pleuelauges 2 Eigenspannungen entstehen, die beim Aufschrauben zum Zwecke der Montage zu einer Verformung, das heißt zu der aus 2 ersichtlichen Verschlechterung der Rundheit im Zustand ZM gegenüber dem Zustand ZH nach dem Honen führen. Erzeugt man hingegen gemäß der Erfindung einen Zwischenzustand ZZ dadurch, dass bereits nach dem ersten Bearbeitungsschritt (Feinbohren), also schon vor dem zweiten Bearbeitungsschritt (Honen) ein Aufschrauben und erneutes Verschrauben – wie später bei der Montage – vorgenommen wird, so bauen sich die nach dem Feinbohren vorhandenen Eigenspannungen ab. Das führt zwar zu einer Verschlechterung der Rundheit. Diese wird aber durch das nachfolgende Honen nicht nur ausgeglichen, sondern deutlich verbessert, und zwar derart, dass auch nach der Montage im Zustand ZM eine deutliche Verbesserung gegeben ist, die unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, das mit diesem Verfahren erstmals eine Rundheit von < 5 μm (im Mittel) erreicht wird. Es wird also ein neues Erzeugnis geschaffen, gekennzeichnet durch eine erstmals erzielte Rundheit (≤ 5 μm) unter Funktionsbedingungen, das heißt im um eine Welle oder einen Lagerzapfen montierten Zustand.
Die Messergebnisse für diese Pleuel sind bei ansonsten gleichen Bearbeitungsbedingungen und Vorgaben in 3 dargestellt. Die Rundheit im Zustand ZB nach dem Feinbohren hat einen Maximalwert von 8,73 μm, einen Minimalwert von 3,91 μm und einen Mittelwert von 6,26 μm. Dann erfolgt ein Aufschrauben der Verbindung zwischen Deckel und Pleuel und ein erneutes Verschrauben. Hiermit wird der Zwischenzustand ZZ erzeugt, der das Abbauen der durch das Feinbohren erzeugten Eigenspannungen bewirkt. In diesem Zwischenzustand ZZ weist die Rundheit einen Maximalwert von 9,65 μm, einen Minimalwert von 12,01 μm und einen Mittelwert von 15,24 mm auf. Als nächster Bearbeitungsschritt wird gehont. Der Zustand ZH nach dem Honen hat einen Maximalwert von 2,02 μm, einen Minimalwert von 0,98 μm und einen Durchschnittswert von 1,43 μm. Die Werte liegen also deutlich unter der Toleranzgrenze T von 5 μm. Durch das Aufschrauben und erneute Verschrauben nach dem Feinbohren, jedoch vor dem Honen, wird also die Rundheit so stark verbessert, dass nach einem erneuten Aufschrauben und Verschrauben zum Zwecke der Montage, d.h. im Zustand ZM nach der Mopntage, sich ein Maximalwert von 5,20 μm, ein Minimalwert von 3,03 μm und ein Durchschnittswert von 3,93 μm ergibt. Die Toleranzgrenze von ≤ 5 μm kann also auch im montierten Zustand fast eingehalten werden. Die Rundheit wurde also bei ansonsten gleichen Bedingungen auf mehr als das Doppelte verbessert.
4 zeigt die in den Zuständen ZB, ZZ, ZH und ZM erzielten Geometrien, verdeutlicht also die Abweichungen von der idealen Kreisform. Die in 3 angegebenen Werte wurden an den Messpunkten P1, P2, P3 gemessen.
Man kann das Ergebnis weiter verbessern, indem man den Vorgang des Abbaus der durch den jeweils vorherigen Bearbeitungsschritt erzeugten Eigenspannungen durch Aufschrauben/Verschrauben nicht nur einmal, wie soeben beschrieben, sondern zweimal vornimmt und ferner für den Honvorgang zwei Honstationen vorsieht. Eine solche Vorrichtung ist in 5 und 6 dargestellt. Dort ist zur weiteren Bearbeitung von Pleueln, die bereits im Bearbeitungsschritt Feinbohren bearbeitet worden sind, eine erste Schraubstation 10 (Aufschrauben, Verschrauben), eine erste Honstation 11, eine zweite Honstation 12, eine zweite Schraubstation 13 (erneutes Aufschrauben und Verschrauben) sowie eine dritte Honstation 14 vorgesehen.
Der erste Bearbeitungsschritt kann auch ein Vorhonen (statt des Feinbohrens) sein, auf den dann ein Fertighonen folgt. Der zweite Bearbeitungsschritt kann auch ein Laserstrukturieren sein.

1: Pleuel
2: großes Pleuelauge
3: kleines Pleuelauge
4: Deckel
5: Schrauben
6: Fläche
10: erste Schraubstation
11: erste Honstation
12: zweite Honstation
13: zweite Schraubstation
14: dritte Honstation
P1, P2, P3: Messpunkte
T: Toleranzmaß

Claims

Verfahren zur Feinstbearbeitung einer kreisförmigen als Lager dienenden Bohrung (2) in einem zweigeteilten Werkstück, das zur Montage um einen zu lagernden Teil aufgeschraubt und wieder verschraubt wird, und bei dem die Bearbeitung der Bohrung in zusammengeschraubtem Zustand durch mindestens zwei Bearbeitungsschritte erfolgt, wobei die im ersten Bearbeitungsschritt erzielte Formgenauigkeit, insbesondere die Rundheit, im zweiten Bearbeitungsschritt weiter verbessert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Bearbeitungsvorgang ein Zwischenzustand (ZZ) der Bohrung durch Aufschrauben und erneutes Verschrauben der beiden Teile des Werkstücks (1, 2) erzeugt wird, und dass anschließend der zweite Bearbeitungsschritt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Bearbeitungsvorgang erneut ein Aufschrauben und erneutes Verschrauben des Werkstücks erfolgt und danach ein weiterer die Oberflächenqualität verbessernder Bearbeitungsschritt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bearbeitungsschritt ein Bohren, insbesondere ein Feinbohren, und der zweite Bearbeitungsschritt ein Honen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bearbeitungsschritt ein Bohren, insbesondere ein Feinbohren, der zweite Bearbeitungsschritt ein Laserstrukturieren ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bearbeitungsschritt ein Vorhonen und der zweite Bearbeitungsschritt ein Fertighonen ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Honen und/oder Laserstrukturieren einer Bohrung eines für die Montage an einem Zapfen zweigeteilten Werkststücks durch Feinbohren und Honen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung der Bohrung eine Aufschraub-/Verschraubstation und ihr nachgeordnet eine Honstation und/oder eine Laserstrukturierungsstation vorgesehen ist.
Zweigeteiltes durch Verschrauben um eine Welle oder einen Zapfen montierbares Werkstück, insbesondere Pleuel, das eine beide Teile durchsetzende Bohrung (2) aufweist, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundheit unter Funktionsbedingungen kleiner oder gleich 5 μm ist.