DE102007031589A1

DE102007031589A1 - Slug producing method for internal combustion engine, involves utilizing cutting tool which is arranged rotatably and/or adjustably on hollow cylinder that is adjusted coaxially to bore and arranged in axial direction of bore

Info

Publication number: DE102007031589A1
Application number: DE200710031589
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Grüner (FH); Michael Dr.-Ing. Lahres; Oliver Dipl.-Ing. Neufang (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-08

Abstract

The method involves assigning a contour to an inner wall of a cylindrical bore, where the contour is provided on a lateral surface (31) of a cam shaft that is located stationarily opposite to a housing (1). A cutting tool (15) is used, which is arranged rotatably and/or adjustably on a hollow cylinder (11) that is adjusted coaxially to a bore (5'') and arranged in axial direction (24) of the bore. An independent claim is also included for a tool for producing a slug in a housing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zur Erzeugung einer von einer Zylinderform abweichenden Ausgangsform in einem Gehäuse, insbesondere zur Erzeugung einer unrunden Zylinderlaufbahn in einem Zylinderkurbelgehäuse eines Hubkolbenmotors.The The invention relates to a method and a tool for the production a different form of a cylindrical shape in one Housing, in particular for producing a non-circular cylinder bore in a cylinder crankcase of a reciprocating engine.

Aus der EP 1 321 229 A1 ist ein Bearbeitungswerkzeug zur Herstellung einer unrunden Ausgangsform einer Zylinderbohrung vorbekannt. Das Werkzeug umfasst mehrere Honsteine, wobei der Zustelldruck für jeden Honstein separat steuerbar ist. Durch eine gezielte Steuerung jedes Honsteins können über ausgewählte Umfangsbereiche der Zylinderbohrung variierende Bohrungsinnenradien hergestellt werden. Ein solches Honwerkzeug eignet sich jedoch nur zum Abtrag kleiner Aufmaße; sollen größere Aufmaße reduziert werden, so führt dies zu sehr langen Bearbeitungszeiten.From the EP 1 321 229 A1 is a machining tool for producing a non-circular initial shape of a cylinder bore previously known. The tool includes several honing stones, whereby the delivery pressure for each honing stone is separately controllable. Targeted control of each honing stone makes it possible to produce varying inner bore radii over selected circumferential areas of the cylinder bore. However, such a honing tool is only suitable for removing small oversizes; If larger oversizes are to be reduced, this leads to very long processing times.

Aus der DE 44 01 496 C3 ist ein Fräswerkzeug mit einer piezogesteuerten Schneidplatte bekannt, die durch einen Impulsgeber auf unterschiedliche Bearbeitungsdurchmesser eingestellt werden kann. Allerdings benötigen solche Werkzeuge eine Steuerung und damit verbunden einen hinterlegten Datensatz zur Herstellung der gewünschten Form.From the DE 44 01 496 C3 is a milling tool with a piezo-controlled cutting plate is known, which can be adjusted by a pulse generator to different processing diameter. However, such tools require control and, associated therewith, a stored data set for producing the desired shape.

Weiterhin sind solche Werkzeuge in ihrer Bearbeitungsgeschwindigkeit (Schnittgeschwindigkeit) eingeschränkt, da das zeitliche Zusammenspiel von Steuerung und Auslenkung des Piezokristalls eingeschränkt ist. Zudem können die Piezoelemente aufgrund ihrer eingeschränkten Elementhöhe nur wenige Um Verstellweg darstellen.Farther such tools are limited in their processing speed (cutting speed), because the temporal interaction of control and deflection of the Piezo crystal is limited. In addition, you can the piezo elements due to their limited element height only a few To represent adjustment.

Ähnliche Bearbeitungswerkzeuge sind zur Außenbearbeitung von Zylinderflächen bekannt und werden z. B. durch Kurvenscheiben gesteuert. Sie eignen sich jedoch nicht zur Bearbeitung der inneren Oberfläche eines beliebigen Hohlkörpers über die gesamte zu bearbeitende Bauteillänge. Zudem muss hierbei das Bauteil in Rotation versetzt werden, während das Werkzeug stationär gehalten wird. Somit ist z. B. die Bearbeitung eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine mit diesem Fertigungsverfahren nahezu ausgeschlossen.Similar Machining tools are for external machining of cylindrical surfaces known and z. B. controlled by cams. They are suitable but not to work on the inner surface any hollow body over the entire component length to be machined. In addition, this must be the component be rotated while the tool is stationary is held. Thus, z. B. the processing of a cylinder crankcase a Internal combustion engine with this manufacturing process almost locked out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Werkzeug zur Herstellung einer von einer Zylinderform abweichenden Freiformfläche vorzuschlagen.Of the Invention is based on the object, an alternative tool for producing a freeform surface deviating from a cylindrical shape propose.

Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by a tool with the features of the claim 1 solved.

Das erfindungsgemäße Werkzeug umfasst zwei Teile:

– einen Hohlzylinder, der rotatorisch antreibbar ist und mindestens ein drehbar und/oder verschiebbar auf dem Hohlzylinder angeordnetes Schneidwerkzeug aufweist, und
– eine in den Hohlzylinder einführbaren Freiformnockenwelle, in deren Mantelfläche eine in das Gehäuse einzubringende Fläche, insbesondere eine Freiformfläche, eingebracht ist.

The tool according to the invention comprises two parts:

- A hollow cylinder which is rotatably driven and at least one rotatably and / or slidably disposed on the hollow cylinder cutting tool, and
- An insertable into the hollow cylinder freeform camshaft, in the lateral surface of a introduced into the housing surface, in particular a free-form surface, is introduced.

Zur Bearbeitung des Zielbauteils wird die Freiformnockenwelle koaxial zur Symmetrieachse der zu bearbeitenden Zylinderfläche (z. B. der Zylinderlaufbahn einer Verbrennungskraftmaschine) im Gehäuse angeordnet und gegen Verdrehen und Kippen gesichert.to Machining the target component, the freeform camshaft is coaxial to the axis of symmetry of the cylinder surface to be machined (For example, the cylinder bore of an internal combustion engine) in the housing arranged and secured against twisting and tilting.

Der Hohlzylinder wird über die Freiformnockenwelle gestreift und durch eine Antriebseinheit, z. B. eine Bearbeitungsmaschine, rotatorisch angetrieben. Das Schneidwerkzeug, das beweglich auf dem Hohlzylinder angeordnet ist, umfasst einen Abtastbereich, der während des Bearbeitungsvorgangs aus der Innenwandung des Hohlzylinders nach innen abragt und eine Schneide, die während des Bearbeitungsvorgangs aus der Außenwandung des Hohlzylinders nach außen abragt. Eine Vorschubbewegung des Hohlzylinders führt den Hohlzylinder in die zu bearbeitende zylindrische Ausnehmung des Gehäuses ein. Dabei kommt der nach innen abragende Abtastbereich des beweglich auf dem Hohlzylinder angeordneten Schneidwerkzeugs in Kontakt mit der Freiformnockenwelle. Bei einer Rotation und einer Vorschubbewegung des Hohlzylinders folgt der Abtastbereich des Schneidwerkzeugs der ihm gegenüberliegenden Form der Freiformnockenwelle und gibt diese Form an die nach außen abragende Schneide weiter, die dementsprechend in die ihr gegenüberliegende zu bearbeitende Zylinderfläche eingreift und diese spanend bearbeitet.Of the Hollow cylinder is striped over the freeform camshaft and by a drive unit, for. B. a processing machine, rotationally driven. The cutting tool moving on the hollow cylinder is arranged, comprises a scanning region, the during the machining process from the inner wall of the Hollow cylinder protrudes inward and a cutting edge during the machining process from the outer wall of the hollow cylinder protrudes to the outside. An advancing movement of the hollow cylinder leads the hollow cylinder in the cylindrical to be machined Recess of the housing. It comes inside projecting scanning of the movably arranged on the hollow cylinder Cutting tool in contact with the freeform camshaft. At a Rotation and a feed movement of the hollow cylinder follows the Scanning area of the cutting tool opposite him Form of freeform camshaft and gives this shape to the outside protruding cutting edge, which accordingly in the opposite engages cylindrical surface to be machined and these cutting processed.

Um eine formgenaue Übertragung der Mantelflächenkontur auf die Bohrung sicherzustellen, ist der Hohlzylinder mit einem (mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen) Federelement versehen, das den Abtastbereich des Schneidwerkzeugs im Betrieb gegen die Mantelfläche der Freiformnockenwelle presst. Bei Rotation des Hohlzylinders – angetrieben durch eine geeignete Antriebseinheit – folgt der Abtastbereich der Mantelflächenkontur der Freiformnockenwelle und überträgt deren lokale Radiusänderung auf das Schneidwerkzeug, dessen Schneide wiederum die Geometrie der Freiformnockenwelle auf die Innenfläche der zu bearbeitenden Bohrung überträgt. Die von der Zylinderform abweichende Freiformnockenwelle dient somit zur Einstellung des Hubes der Schneide, so dass das erfindungsgemäße Werkzeug ein nockenumlaufgesteuertes Freiformspindelwerkzeug darstellt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mantelfläche der Freiformnockenwelle – ggf. modifiziert durch einen Maßstabfaktor – auf die Innenfläche der Bohrung „kopiert".In order to ensure a dimensionally accurate transmission of the lateral surface contour on the bore, the hollow cylinder is provided with a (mechanical, hydraulic or pneumatic) spring element which presses the scanning of the cutting tool in operation against the lateral surface of the freeform camshaft. Upon rotation of the hollow cylinder - driven by a suitable drive unit - follows the scanning of the lateral surface contour of the freeform camshaft and transmits their local radius change to the cutting tool, the cutting edge in turn transmits the geometry of the freeform camshaft on the inner surface of the bore to be machined. The deviating from the cylindrical shape freeform camshaft thus serves to adjust the stroke of the cutting edge, so that the tool according to the invention represents a cam-controlled freeform spindle tool. With the aid of the method according to the invention, the lateral surface of the freeform camshaft is modified, if necessary, by a measure rod factor - "copied" to the inner surface of the hole.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schneidwerkzeug ein Stößel bzw. Schieber, der radial verschieblich in der Wandung des Hohlzylinders gelagert ist. An dem in den Innenraum des Hohlzylinders abragenden Ende des Schiebers ist der Abtastbereich vorgesehen, während das nach außen aus dem Hohlzylinder abragende Ende des Schiebers die Schneide vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs wird die Kontur der Mantelfläche der Freiformnockenwelle im Maßstab 1:1 auf die Schneide übertragen.In A first advantageous embodiment of the invention is the cutting tool a plunger or slide, the radially displaceable is mounted in the wall of the hollow cylinder. At that in the interior the hollow cylinder protruding end of the slider is the scanning area provided while the outward from the hollow cylinder projecting end of the slide, the cutting edge is provided. At this Design of the cutting tool is the contour of the lateral surface the freeform camshaft on a scale of 1: 1 transferred to the cutting edge.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schneidwerkzeug eine Schwinge, die schwenkbar in der Wandung des Hohlzylinders gelagert. Die Schwenkachse der Schwinge kann dabei parallel zur Symmetrieachse des Hohlzylinders verlaufen. Die Schwinge umfasst zwei von der Schwenkachse abragende Schenkel; an dem der Schwenkachse abgewandten Ende des ersten Schenkels ist der Abtastbereich angeordnet, während auf dem der Schwenkachse abgewandten Ende des zweiten Schenkels die Schneide angeordnet ist. Diese Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs ermöglicht es, durch ein vorgegebenes Längenverhältnis der Schenkel die Mantelflächenkontur der Freiformnockenwelle in einem vorgegebenen Maßstab auf die Schneide zu übertragen. Somit können die Konturen der Freiformnockenwelle in einem größeren oder einem geringeren Maßstab auf die Bohrung des Gehäuses übertragen werden. Die auf der Freiformnockenwelle dargestellte Freiformfläche bzw. Unrundheit kann in ihrem Maßstab zur einzubringenden Sollgeometrie in einem nahezu beliebigen Verhältnis stehen, da diese durch die Geometrie der Schwinge erhöht bzw. teilkompensiert werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention is Cutting tool a rocker, which is pivotable in the wall of the Hollow cylinder stored. The pivot axis of the rocker can thereby parallel to the axis of symmetry of the hollow cylinder. The swingarm comprises two legs projecting from the pivot axis; at the pivot axis opposite end of the first leg of the scanning is arranged, while on the pivot axis remote from the end of the second Schenkels the cutting edge is arranged. This embodiment of the cutting tool makes it possible, by a given aspect ratio of Leg the lateral surface contour of the freeform camshaft to be transferred to the cutting edge at a predetermined scale. Thus, the contours of the freeform camshaft in a larger or a smaller scale be transferred to the bore of the housing. The freeform surface shown on the freeform camshaft or out-of-roundness can in their scale to be introduced desired geometry be in an almost arbitrary ratio, since these increased or partially compensated by the geometry of the rocker can be.

Die Schneide befindet sich typischerweise auf einer Schneidplatte, die in einem Schneidplattenhalter auf dem Schneidwerkzeug gehalten ist; auf diese Weise kann die Schneide im Verschleißfall schnell ersetzt werden. – Der Abtastbereich des Schneidwerkzeugs ist vorteilhafterweise in einer solchen Weise gestaltet, dass ein punktförmiges, reibungsarmes Abtasten der Mantelfläche der Freiformnockenwelle gewährleistet ist. Insbesondere kann der Abtastbereich kugelförmig gestaltet sein oder eine reibungsarm gelagerte Kugel oder Laufscheibe aufweisen; dies reduziert den Reibwiderstand zwischen Abtastbereich und Mantelfläche, ohne die Kinematik zu ändern.The Cutting edge is typically located on a cutting board, the held in an insert holder on the cutting tool; In this way, the blade can quickly in case of wear be replaced. - The scanning range of the cutting tool is advantageously designed in such a way that a punctiform, low-friction scanning of the lateral surface the free-form camshaft is guaranteed. Especially For example, the scanning area may be spherical or one having a low-friction mounted ball or disk; this reduces the frictional resistance between the scanning area and the lateral surface, without changing the kinematics.

Um eine schnelle, vibrationsarme Bearbeitung der Gehäusebohrung zu erreichen, weist der Hohlzylinder zweckmäßigerweise mehrere, vorzugsweise in gleichem Abstand über den Umfang des Hohlzylinders verteilte, Schneidwerkzeuge auf, deren Schneiden vorzugsweise in einer gemeinsamen, senkrecht zur Symmetrieachse des Hohlzylinders ausgerichteten Ebene liegen.Around a fast, low-vibration machining of the housing bore to reach, the hollow cylinder has expediently several, preferably at the same distance over the circumference of the hollow cylinder distributed on cutting tools whose cutting preferably in a common, perpendicular to the axis of symmetry lie the hollow cylinder aligned plane.

In Abhängigkeit von der Menge des abzutragenden Materials kann es weiterhin vorteilhaft sein, mehrere Schneidwerkzeuge axial versetzt auf dem Hohlzylinder vorzusehen. Diejenigen Schneidwerkzeuge, die in Vorschubrichtung des Hohlzylinders zuvorderst angeordnet sind, kommen dann als erste mit der zu bearbeitenden Bohrung in Eingriff und dienen somit zur Vorbearbeitung der Bohrung. Die in Vorschubrichtung weiter hinten angeordneten Schneidwerkzeuge dienen zur Feinbearbeitung.In Dependence on the amount of material to be removed It may also be advantageous, axially, several cutting tools offset provided on the hollow cylinder. Those cutting tools, which vorderst arranged in the feed direction of the hollow cylinder are, then come as the first with the bore to be machined in Intervention and thus serve for pre-processing of the bore. In the Feed direction arranged further behind cutting tools serve for fine machining.

Das erfindungsgemäße Werkzeug eignet sich zur Herstellung einer beliebigen von der Zylindersymmetrie abweichenden Freiformfläche, insbesondere zur Herstellung einer nichtzylindrischen Form einer Zylinderbohrung in einer Hubkolbenmaschine.The Tool according to the invention is suitable for production any free-form surface deviating from cylindrical symmetry, in particular for producing a non-cylindrical shape of a Cylinder bore in a reciprocating engine.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, die das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert und beschreibt. Dabei zeigen:Further Details and advantageous embodiments of the invention are to take the following description, which shown in the figures Embodiment explained in more detail and describes. Showing:

1 eine schematische Schnittansichten einer Zylinderbohrung in einem Zylinderkurbelgehäuse ...
1a ...in einer Schnittansicht quer zur Längsachse;
1b ...in einer Schnittansicht parallel zur Längsachse; 1 a schematic sectional views of a cylinder bore in a cylinder crankcase ...
1a ... in a sectional view transverse to the longitudinal axis;
1b ... in a sectional view parallel to the longitudinal axis;

2 ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Erzeugung der in 1a und 1b gezeigten Konturen der Zylinderbohrungen ...
2a ...in einer Schnittansicht quer zur Längsachse der Zylinderbohrung;
2b ...in einer Schnittansicht parallel zur Längsachse der Zylinderbohrung; 2 an inventive tool for generating the in 1a and 1b shown contours of the cylinder bores ...
2a ... in a sectional view transversely to the longitudinal axis of the cylinder bore;
2 B ... in a sectional view parallel to the longitudinal axis of the cylinder bore;

3 eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs in einer Schnittansicht analog zu 2a. 3 an alternative embodiment of the tool according to the invention in a sectional view analogous to 2a ,

1a und 1b zeigen Schnittansichten eines Ausschnitts eines Zylinderkurbelgehäuses 1 einer Hubkolbenmaschine mit einer Zylinderbohrung 2. Das Zylinderkurbelgehäuse 1 (und somit auch die Zylinderbohrung 2) ist im Betrieb der Brennkraftmaschine mechanischen, thermischen und dynamischen Deformationen unterworfen. Damit die Zylinderlaufbahn 4 im Betrieb der Brennkraftmaschine die in 1a gestrichelt angedeutete, möglichst exakt zylindersymmetrische Betriebsform 5 hat, müssen diese Deformationen bei der Herstellung der Zylinderbohrung 2 berücksichtigt bzw. kompensiert werden. Das bedeutet, dass die in das Kurbelgehäuse 1 im unbelasteten Zustand einzubringende Ausgangsform 5' der Zylinderlaufbahn 4' in gezielter Weise so von der Zylindersymmetrie abweichen muss, dass die im Betrieb wirkenden mechanischen, thermischen und dynamischen Belastungen die unrunde Ausgangsform 5' der Zylinderlaufbahn 4' in die gestrichelt angedeutete, zylindersymmetrische Betriebsform 5 überführen. Man beachte, dass die Abweichungen von der Zylinderform 5 in 1a und 1b stark überhöht dargestellt sind. 1a and 1b show sectional views of a detail of a cylinder crankcase 1 a reciprocating engine with a cylinder bore 2 , The cylinder crankcase 1 (and thus also the cylinder bore 2 ) is subjected to mechanical, thermal and dynamic deformations during operation of the internal combustion engine. So that the cylinder liner 4 in operation of the internal combustion engine in 1a indicated by dashed lines, as exactly as possible cylindrically symmetrical operating form 5 has, these deformations must be in the production of the cylinder bore 2 be taken into account or compensated. That means that in the crankcase 1 in the unloaded state to be introduced output form 5 ' the cylinder liner 4 ' must deviate in a targeted way from the cylindric symmetry that the mechanical, thermal and dynamic loads acting during operation, the non-circular initial shape 5 ' the cylinder liner 4 ' in the dashed lines, cylindrically symmetrical operating form 5 convict. Note that the deviations from the cylindrical shape 5 in 1a and 1b are shown greatly exaggerated.

Ausgangspunkt zur Erzeugung der unrunden Ausgangsform 5' im Zylinderkurbelgehäuse 1 ist eine (gegossene oder spanend hergestellte) Bohrung 5'', deren Durchmesser 3'' über die gesamte zu bearbeitende Länge 6 der Zylinderbohrung 2 hinweg geringer ist als der Minimaldurchmesser 3' der zu erzeugenden Ausgangsform 5'.Starting point for generating the non-circular output form 5 ' in the cylinder crankcase 1 is a (cast or machined) bore 5 '' whose diameter 3 '' over the entire length to be worked 6 the cylinder bore 2 is less than the minimum diameter 3 ' the output form to be generated 5 ' ,

Ein erfindungsgemäßes Werkzeug 10 zum Ausspindeln der Innenwandung 4'' der Bohrung 5'' und Erzeugen der unrunden Ausgangsform 5' der Zylinderbohrung 2 ist schematisch in den 2a und 2b dargestellt. Das Werkzeug 10 umfasst eine Freiformnockenwelle 30, auf deren Mantelfläche 31 die zu erzeugende Ausgangsform 5' – ggf. modifiziert um einen Maßstabsfaktor – abgebildet ist. Die Kontur der Mantelfläche 31 kann beispielsweise durch eine Simulation/Berechnung des Betriebszustandes des Zylinderkurbelgehäuses 1 ermittelt werden.An inventive tool 10 for unwinding the inner wall 4 '' the bore 5 '' and generating the non-circular output form 5 ' the cylinder bore 2 is schematic in the 2a and 2 B shown. The tool 10 includes a freeform camshaft 30 , on the lateral surface 31 the starting form to be generated 5 ' - possibly modified by a scale factor - is shown. The contour of the lateral surface 31 For example, by a simulation / calculation of the operating condition of the cylinder crankcase 1 be determined.

Zur Bearbeitung der Bohrung 5'' wird die Freiformnockenwelle 30 lage- und winkelgenau gegenüber der zu bearbeitenden Bohrung 5'' im Zylinderkurbelgehäuse 1 fixiert (d. h. gegen Verschiebungen, Verdrehungen und/oder Verkippungen gesichert) wird. Dies kann beispielsweise durch eine endseitige Befestigung der Freiformnockenwelle 30 im Zylinderkurbelgehäuse 1 und/oder durch Fixierung in der Achskinematik einer Bearbeitungsmaschine (z. B. in einem feststehenden Spindelzentrum der Bearbeitungsmaschine) und/oder mit Hilfe einer externen Spannvorrichtung erfolgen. Die Freiformnockenwelle 30 wird dabei in einer solchen Weise gegenüber der Bohrung 5'' angeordnet, dass die Achse 33 der Freiformnockenwelle 30 koaxial zu der Achse 7 der zu erzeugenden Ausgangsform 5' der Zylinderlaufbahn 4' ausgerichtet ist. Die Winkel- und Axiallage der Freiformnockenwelle 30 gegenüber dem Zylinderkurbelgehäuse 1 wird in einer solchen Weise eingestellt, dass die Mantelfläche 31 der Freiformnockenwelle 30 bezüglich ihrer Radial- und Axiallage die zu erzeugende Ausgangsform 5' wiederspiegelt, so dass – wie in 2b angedeutet – Auswölbungen 34 der Mantelfläche 31 gegenüber Bereichen der Bohrung 5'' zu liegen kommen, in denen Hinterschneidungen 8 erzeugt werden sollen und umgekehrt.For machining the bore 5 '' becomes the freeform camshaft 30 position and angular accuracy with respect to the bore to be machined 5 '' in the cylinder crankcase 1 fixed (ie secured against displacements, twists and / or tilting) is. This can, for example, by an end-side attachment of the freeform camshaft 30 in the cylinder crankcase 1 and / or by fixing in the axis kinematics of a processing machine (eg in a stationary spindle center of the processing machine) and / or by means of an external clamping device. The freeform camshaft 30 is doing in such a way opposite the hole 5 '' arranged that the axis 33 the freeform camshaft 30 coaxial to the axis 7 the output form to be generated 5 ' the cylinder liner 4 ' is aligned. The angular and axial position of the freeform camshaft 30 opposite the cylinder crankcase 1 is adjusted in such a way that the lateral surface 31 the freeform camshaft 30 with respect to their radial and axial position, the starting shape to be generated 5 ' reflects, so that - as in 2 B indicated - bulges 34 the lateral surface 31 opposite areas of the hole 5 '' to come to rest, in which undercuts 8th should be generated and vice versa.

Das Werkzeug 10 umfasst weiterhin einen Hohlzylinder 11, dessen Außendurchmesser 35 geringer ist als der Durchmesser 3 der zu bearbeitenden Bohrung 5'' und in dessen Wandung 14 radial verschieblich (Pfeil 17) zwei als Schieber 16 ausgestaltete Schneidwerkzeuge 15 angeordnet sind. Jeder Schieber 16 umfasst eine Schneide 18, die im Ausführungsbeispiel der 2a und 2b Teil einer Schneidplatte 20 bildet, welche in einer (in den Figuren nicht gezeigten) Haltevorrichtung im Schieber 15 fixiert ist. An dem der Schneide 18 entgegengesetzten Ende des Schiebers 16 befindet sich ein Abtastbereich 21, der im Ausführungsbeispiel der 2a und 2b kugelförmig gestaltet ist. Jeder Schieber 16 ist in einer solchen Weise in der Wandung 14 des Hohlzylinders 11 angeordnet, dass während des Bearbeitungsvorgangs die Schneide 18 des Schiebers 16 aus der Außenwand 19 des Hohlzylinders 11 hinausragt, während der Abtastbereich 21 des Schiebers 16 aus der Innenwand 22 des Hohlzylinders 11 in den Innenraum 23 des Hohlzylinders 11 hineinragt.The tool 10 further comprises a hollow cylinder 11 whose outer diameter 35 less than the diameter 3 the bore to be machined 5 '' and in its wall 14 radially displaceable (arrow 17 ) two as a slider 16 designed cutting tools 15 are arranged. Every slider 16 includes a cutting edge 18 , which in the embodiment of the 2a and 2 B Part of an insert 20 forms, which in a (not shown in the figures) holding device in the slider 15 is fixed. At the cutting edge 18 opposite end of the slider 16 there is a scanning area 21 in the embodiment of the 2a and 2 B is designed spherical. Every slider 16 is in the wall in such a way 14 of the hollow cylinder 11 arranged that during the machining process the cutting edge 18 of the slider 16 from the outside wall 19 of the hollow cylinder 11 protrudes while the scanning area 21 of the slider 16 from the inner wall 22 of the hollow cylinder 11 in the interior 23 of the hollow cylinder 11 protrudes.

Der Hohlzylinder 11 ist um seine Symmetrieachse 12 drehbar und in Axialrichtung verschiebbar in einer (in den Figuren nicht gezeigten) Antriebseinheit gelagert. Zur Bearbeitung der Bohrung 5'' wird der Hohlzylinder 11 in einer solchen Weise über die Freiformnockenwelle 30 geschoben, dass die Symmetrieachse 12 des Hohlzylinders koaxial zur Achse 33 der Freiformnockenwelle 30 ausgerichtet ist. Zur hochgenauen Ausrichtung, Verschiebung und Drehung des Hohlzylinders 11 gegenüber der Freiformnockenwelle 30 ist der Hohlzylinder 11 in einer axial beweglichen, 2b nicht dargestellten, Spindel einer Bearbeitungsmaschine aufgenommen, während die Freiformnockenwelle 30 zwischen einem feststehenden Spindelzentrum 32a derselben Bearbeitungsmaschine und einer mit dem Zylinderkurbelgehäuse 1 verbundenen Spannvorrichtung 32b fixiert ist. Auf diese Weise kann eine koaxiale Ausrichtung des Hohlzylinders 11 gegenüber der Freiformnockenwelle 30 gewährleistet werden.The hollow cylinder 11 is about its axis of symmetry 12 rotatably mounted and displaceable in the axial direction in a (not shown in the figures) drive unit. For machining the bore 5 '' becomes the hollow cylinder 11 in such a way about the freeform camshaft 30 pushed that symmetry axis 12 of the hollow cylinder coaxial with the axis 33 the freeform camshaft 30 is aligned. For highly accurate alignment, displacement and rotation of the hollow cylinder 11 opposite the freeform camshaft 30 is the hollow cylinder 11 in an axially movable, 2 B not shown, spindle of a processing machine recorded while the freeform camshaft 30 between a fixed spindle center 32a the same machine and one with the cylinder crankcase 1 connected tensioning device 32b is fixed. In this way, a coaxial alignment of the hollow cylinder 11 opposite the freeform camshaft 30 be guaranteed.

Zur Erzeugung der gewünschten Ausgangsform 5' in der Bohrung 5'' wird der rotierende Hohlzylinder 11 in einer überlagerten Vorschubbewegung (Pfeile 24) über die Freiformnockenwelle 30 gestreift. Dabei kontaktiert der nach innen abragende Abtastbereich 21 des Schiebers 16 die Mantelfläche 31 der Freiformnockenwelle. Um sicherzustellen, dass der Abtastbereich 21 des Schiebers 16 der Kontur der Mantelfläche 31 folgt, ist der Schieber 16 mit einem (in den Figuren nicht dargestellten) Federelement versehen, welches den Abtastbereich 21 an die Mantelfläche 31 andrückt; dieses Federelement ist in 2a als mechanische Feder dargestellt, kann aber auch hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden. Bei Rotation 13 und Vorschub 24 des Hohlzylinders 21 wird der Abtastbereich 21 in einer Spiralbahn über die Mantelfläche 31 der Freiformnockenwelle 30 geführt; über den Schieber 16 wird die auf diese Weise abgetastete Form der Mantelfläche 31 an die nach außen abragende Schneide 18 weitergegeben, die dementsprechend in die ihr gegenüberliegende Wandfläche der Bohrung 5'' eingreift und diese spanend bearbeitet. Auf diese Weise wird die Mantelfläche 31 der Freiformnockenwelle 30 in die Wandfläche der Bohrung 5'' kopiert, wodurch die Bohrung 5'' die gewünschte (und auf der Mantelfläche 31 abgebildete) Ausgangsform 5' erhält.To generate the desired output form 5 ' in the hole 5 '' becomes the rotating hollow cylinder 11 in a superimposed feed movement (arrows 24 ) over the freeform camshaft 30 striped. In this case, the inwardly projecting scanning area contacts 21 of the slider 16 the lateral surface 31 the freeform camshaft. To make sure the scan area 21 of the slider 16 the contour of the lateral surface 31 follows, is the slider 16 provided with a (not shown in the figures) spring element which the scanning area 21 to the lateral surface 31 presses; this spring element is in 2a shown as a mechanical spring, but can also be operated hydraulically or pneumatically. At rotation 13 and feed 24 of the hollow cylinder 21 becomes the scanning area 21 in a spiral path over the lateral surface 31 the freeform cam wave 30 guided; over the slider 16 becomes the scanned in this way shape of the lateral surface 31 to the outwardly projecting cutting edge 18 passed, which accordingly in the opposite wall surface of the bore 5 '' engages and these machined. In this way, the lateral surface 31 the freeform camshaft 30 in the wall surface of the hole 5 '' copied, causing the hole 5 '' the desired (and on the lateral surface 31 shown) initial form 5 ' receives.

Um ein präzises Abtasten der Mantelfläche 31 sicherzustellen, sollte zwischen dem Abtastbereich 21 des Schiebers 16 und der Mantelfläche 31 ein punktförmiger Kontakt vorliegen; dies wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine kugelförmige Ausgestaltung des Abtastbereichs 21 gewährleistet. Um weiterhin ein möglichst reibungsarmes Abtasten der Mantelfläche 31 sicherzustellen, kann die Kugel 21' des Abtastbereichs 21 frei drehbar im Schieber 16 gelagert und/oder mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen sein. Die Feineinstellung des Arbeitsabstands 28 zwischen dem Antastpunkt 27 des Abtastbereichs 21 und der Schneide 18 kann insbesondere mechanisch (z. B. über ein Gewinde) oder elektromechanisch (z. B. über Piezoelemente) erfolgen.For a precise scanning of the lateral surface 31 should ensure between the scanning range 21 of the slider 16 and the lateral surface 31 there is a point contact; This is in the present embodiment by a spherical configuration of the scanning 21 guaranteed. To continue the lowest possible possible scanning of the lateral surface 31 can make sure the ball 21 ' of the scanning area 21 freely rotatable in the slide 16 stored and / or be provided with a friction-reducing coating. The fine adjustment of the working distance 28 between the point of touch 27 of the scanning area 21 and the cutting edge 18 In particular, it can be done mechanically (eg via a thread) or electromechanically (eg via piezo elements).

Wie 2b zeigt, sind die beiden Schieber 16 in einer gemeinsamen Axialebene 29 des Hohlzylinders 11 angeordnet und gleichmäßig über den Umfang verteilt. In einer weiteren Axialebene 29', die der Axialebene 29 in Vorschubrichtung 24 nachgeordnet ist, sind weitere (gestrichelt angedeutete) Schieber 16' angeordnet, die analog zu den Schiebern 16 ausgestaltet sind, deren Arbeitsabstände 28' jedoch um einige Mikrometer länger sind als die Arbeitsabstände 28 der Schieber 16. Somit dienen die voreilenden Schieber 16 der Grobbearbeitung der Bohrung 5'', während die nacheilenden Schieber 16' eine Feinbearbeitung der Oberfläche durchführen.As 2 B shows are the two slides 16 in a common axial plane 29 of the hollow cylinder 11 arranged and evenly distributed over the circumference. In another axial plane 29 ' , the axial plane 29 in the feed direction 24 is subordinate, are further (dashed lines indicated) slide 16 ' arranged analogous to the sliders 16 are designed, their working distances 28 ' but are several microns longer than the working distances 28 the slider 16 , Thus, the leading slides serve 16 the roughing of the hole 5 '' while the lagging slider 16 ' perform a fine machining of the surface.

3 zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs 110 mit einem Hohlzylinder 111 und einer Freiformnockenwelle 130. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schneidwerkzeuge 15 als Schwingen 116 ausgestaltet, die schwenkbar in der Wandung 114 des Hohlzylinders 111 gelagert sind. Die Schwenkachse 117 der Schwingen 116 verlaufen parallel zur Symmetrieachse 112 des Hohlzylinders 111. Jede Schwinge 116 weist zwei Schenkel 140, 141 auf, die senkrecht zur Schwenkachse 117 abragen. An dem der Schwenkachse 117 abgewandten Ende 142 des ersten Schenkels 140, das während des Bearbeitungsvorgangs aus der Außenwand 119 des Hohlzylinders 111 hinausragt, ist die Schneide 118 befestigt, während an dem der Schwenkachse 117 abgewandten Ende 143 des zweiten Schenkels 141, das während des Bearbeitungsvorgangs aus der Innenwand 122 des Hohlzylinders 111 in den Innenraum 123 des Hohlzylinders 111 hineinragt, der Abtastbereich 121 vorgesehen ist. Auch hier sind (in der Figur nicht gezeigte) Federelemente vorgesehen, die während des Bearbeitungsvorgangs den Abtastbereich 121 der Schwinge 116 auf die Mantelfläche 131 der Freiformnockenwelle 130 drücken. In Abhängigkeit von dem zwischen den Schenkeln 140, 141 eingeschlossenen Winkel 144 und dem Verhältnis der Schenkellängen 145, 146 wird die auf der Mantelfläche 131 vorgegebene Kontur in einem vergrößerten oder verkleinerten Maßstab auf die Bohrung 5'' des Zylinderkurbelgehäuses 1 übertragen. 3 shows a sectional view of an alternative embodiment of the tool according to the invention 110 with a hollow cylinder 111 and a freeform camshaft 130 , In this embodiment, the cutting tools 15 as a swing 116 designed, the pivoting in the wall 114 of the hollow cylinder 111 are stored. The pivot axis 117 the swing 116 run parallel to the axis of symmetry 112 of the hollow cylinder 111 , Every swingarm 116 has two legs 140 . 141 on, perpendicular to the pivot axis 117 protrude. At the pivot axis 117 opposite end 142 of the first thigh 140 that during the machining process from the outside wall 119 of the hollow cylinder 111 protrudes, is the cutting edge 118 attached while on the pivot axis 117 opposite end 143 of the second leg 141 , during the machining process from the inner wall 122 of the hollow cylinder 111 in the interior 123 of the hollow cylinder 111 protrudes, the scanning 121 is provided. Again (not shown in the figure) spring elements are provided, which during the machining process, the scanning area 121 the swingarm 116 on the lateral surface 131 the freeform camshaft 130 to press. Depending on the between the thighs 140 . 141 included angle 144 and the ratio of leg lengths 145 . 146 will be on the shell surface 131 predetermined contour on an enlarged or reduced scale on the bore 5 '' of the cylinder crankcase 1 transfer.

In den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 ist der Hohlzylinder 11, 111 in mit mehreren in einer Axialebene 29, 29' angeordneten Schneidwerkzeugen 15 versehen, wobei die Schneidwerkzeuge 15 näherungsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Alternativ können die mehreren Schneidwerkzeuge 15 unregelmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein, oder in den Axialebenen 29, 29' kann jeweils nur ein einziges Schneidwerkzeug 15 vorgesehen sein.In the embodiments of the 2 and 3 is the hollow cylinder 11 . 111 in with several in one axial plane 29 . 29 ' arranged cutting tools 15 provided with the cutting tools 15 are approximately evenly distributed over the circumference. Alternatively, the multiple cutting tools 15 be arranged irregularly distributed over the circumference, or in the axial planes 29 . 29 ' can each only a single cutting tool 15 be provided.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1321229 A1 [0002]
- DE 4401496 C3 [0003]

Claims

Method for producing a shape deviating from a cylindrical shape ( 5 ' ) in a housing ( 1 ), starting from a cylindrical bore ( 5 '' ) in the housing ( 1 ), in which method - one on a lateral surface ( 31 . 131 ) a stationary relative to the housing ( 1 ) arranged free-form camshaft ( 30 . 130 ) provided contour on the inner wall ( 4 '' ) of the bore ( 5 '' ), wherein - a cutting tool ( 15 ) which is rotatable and / or displaceable on a coaxial with the bore ( 5 '' ), rotating and in the axial direction ( 24 ) of the bore ( 5 '' ) displaceable hollow cylinder ( 11 . 111 ) is arranged.

Tool for generating a shape deviating from a cylindrical shape ( 5 ' ) in a housing ( 1 ), starting from a cylindrical bore ( 5 '' ) in the housing ( 1 ), the tool ( 10 . 110 ) comprises the following parts: - a rotatably driven hollow cylinder ( 11 . 111 ) whose outer diameter ( 35 ) smaller than the diameter ( 3 ) of the bore to be machined ( 5 '' ) and the at least one rotatable and / or displaceable on the hollow cylinder ( 11 . 111 ) arranged cutting tool ( 15 ), and - one in the hollow cylinder ( 11 . 111 ) insertable freeform camshaft ( 30 . 130 ), whose lateral surface ( 31 . 131 ) of the output form to be generated ( 5 ' ) corresponds.

Tool according to claim 2, characterized in that the cutting tool ( 15 ) as a slider ( 16 ) is configured, the radially displaceable in the wall ( 14 ) of the hollow cylinder ( 11 ) is stored.

Tool according to claim 2, characterized in that the cutting tool ( 15 ) as a rocker ( 116 ) which is pivotable in the wall ( 114 ) of the hollow cylinder ( 111 ) is mounted, wherein the pivot axis ( 117 ) the rocker ( 116 ) parallel to the axis of symmetry ( 112 ) of the hollow cylinder ( 111 ) is aligned.

Tool according to one of claims 2 to 4, characterized in that the hollow cylinder ( 11 . 111 ) several in a common axial plane ( 29 ), evenly distributed over the circumference cutting tools ( 15 ) having.

Tool according to one of claims 2 to 5, characterized in that the hollow cylinder ( 11 . 111 ) several in different axial planes ( 29 . 29 ' ) arranged cutting tools ( 15 . 15 ' ) having.