DE102007032370A1

DE102007032370A1 - Verfahren zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, Bearbeitungsmaschine hierfür sowie Werkstück

Info

Publication number: DE102007032370A1
Application number: DE200710032370
Authority: DE
Inventors: Josef Schmid
Original assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Current assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, das insbesondere zur Bearbeitung von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, wird ein Bearbeitungswerkzeug innerhalb der Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz hin- und herbewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdrehungsfrequenz gedreht. Zumindest während eines Modulationszeitintervalls wird eine definierte Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zur Bearbeitung einer Zylinderlauffläche bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, eine zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Bearbeitungsmaschine sowie ein mit Hilfe des Verfahrens hergestelltes oder herstellbares Werkstück. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Honbearbeitung von Werkstücken.
Die Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken von Brennkraftmaschinen sind im Betrieb der Brennkraftmaschine einer starken tribologischen Beanspruchung ausgesetzt. Daher kommt es bei der Herstellung von Zylinderblöcken darauf an, diese Zylinderlaufflächen und andere tribologisch beanspruchbare Flächen, beispielsweise Gleitlagerflächen in Pleuelbohrungen, so zu bearbeiten, dass später bei allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Schmierung durch einen Schmiermittelfilm gewährleistet ist und der Reibwiderstand von sich relativ zueinander bewegenden Teilen möglichst gering gehalten wird.
Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung solcher tribologisch beanspruchbaren Innenflächen erfolgt in der Regel mit einem geeigneten Honverfahren. Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem mindestens ein Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz hin- und herbewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdrehungsfrequenz gedreht wird. Dadurch entsteht an der Innenfläche ein für die Honbearbeitung typisches Kreuzschliffmuster mit sich überkreuzenden, weitgehend geradlinigen Bearbeitungsspuren, die auch als „Honriefen" bezeichnet werden. Der durch das Verhältnis zwischen Hubfrequenz und Umdrehungsfrequenz bestimmte Verlauf der Bearbeitungsspuren des Kreuzschliffmusters hat in der Regel Einfluss auf die Trag- und Schmiereigenschaften des bearbeiteten Werkstücks.
Im Fahrzeugbau werden aus verschiedenen Gründen zunehmend neue Werkstoffe und neue Konstruktionsprinzipien für Bauteile eingesetzt, um zu einer Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge beizutragen. Beispielsweise werden inzwischen Zylinderkurbelgehäuse aus Vermikular-Graphitguss (GGV) eingesetzt, der gegenüber konventionellem Grauguss eine verdoppelte Festigkeit bei einem gleichzeitig um rund 15% reduzierten spezifischen Gewicht bedeutet. Auch Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG) wird gelegentlich verwendet. Die Verwendung von Materialien mit höheren spezifischen Festigkeiten erlaubt einen Übergang zu geringeren Materialstärken, was ebenfalls der Gewichtsreduzierung zugute kommt. Auch Aluminium-Basiswerkstoffe werden zunehmend verwendet.
Es wurde festgestellt, dass sich bei konventionell durchgeführten Honverfahren an unterschiedlichen Werkstücken gelegentlich signifikant verschlechterte Ergebnisse der Oberflächenstruktur zeigten. Insbeson dere wurden bei bestimmten Werkstücken Honriefen mit periodisch variierender Breite beobachtet, deren Morphologie an eine Perlenschnur erinnert. Weiterhin wurde gelegentlich Welligkeitsbildung beobachtet. Solche Strukturen sind im Hinblick auf die gewünschte Funktion gehonter Oberflächen in der Regel nachteilig. Gelegentlich war die Honbearbeitung auch mit erheblicher Geräuschentwicklung verbunden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück bereitzustellen, mit dem es möglich ist, Werkstücke unterschiedlicher Konstruktion mit im Wesentlichen gleichbleibender Oberflächengüte zu bearbeiten. Es ist eine weitere Aufgabe, die Geräuschentwicklung bei Bearbeitungsprozessen zu vermindern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein bearbeitetes Werkstück bereitzustellen, bei dem die bearbeitete Innenfläche einer Bohrung verbesserte tribologische Eigenschaften aufweist.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin kann die Aufgabe mit Hilfe einer Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 16 und einem Werkstück mit den Merkmalen von Anspruch 17 gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugsnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, das insbesondere zur Bearbeitung von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, wird ein Bearbeitungswerkzeug innerhalb der Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz hin- und herbewegt und gleichzeitig wird das Bearbeitungswerkzeug zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdre hungsfrequenz gedreht. Zumindest während eines Modulationszeitintervalls wird eine definierte Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz erzeugt.
Bei herkömmlichen Bearbeitungsverfahren wird das Bearbeitungswerkzeug mit konstanter Umdrehungsfrequenz gedreht. Gleichzeitig wird eine periodisch oszillierende, axiale Hubbewegung erzeugt, die durch eine im Wesentlichen konstante Hubfrequenz charakterisiert werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem daraus resultierenden, periodischen Bewegungsablauf des Bearbeitungswerkzeuges ein zweiter, periodischer oder aperiodischer Bewegungsablauf überlagert. Es hat sich herausgestellt, dass hierdurch das Auftreten von Resonanzschwingungen des Werkstückes und/oder des Bearbeitungswerkzeuges wirksam verringert oder vollständig unterdrückt werden kann. Dieser Effekt macht sich akustisch dadurch bemerkbar, dass die bisher gelegentlich aufgetretenen Störgeräusche bei der Bearbeitung vermieden werden. Gleichzeitig kann erreicht werden, dass die durch langgestreckte Vertiefungen gebildeten Bearbeitungsspuren an der Innenfläche der Bohrung störungsfrei und mit nur sehr geringen Breitvariationen erzeugt werden.
Außerdem kann bei geeigneter Einstellung des Ausmaßes der Modulation erreicht werden, dass die sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren zumindest in einem Teil der bearbeiteten Innenfläche einen schlangenlinienförmigen Verlauf haben. Die Schwankungsbreite des schlangenlinienförmigen Verlaufs um die im Wesentlichen geradlinige, mittlere Verlaufsrichtung ist dabei um ein Vielfaches größer als die bei herkömmlichen Verfahren im Rahmen der Toleranzen auftretenden Abweichungen des Verlaufs der Bearbeitungsspuren von einem exakt geradlinigen Verlauf. Es hat sich herausgestellt, dass sich dadurch unter gewissen Betriebsbedingungen der bearbeiteten Innenfläche im späteren Betrieb verbesserte tribologische Eigenschaften ergeben. Es wird angenommen, dass diese Verbesserungen darauf zurückzuführen sind, dass der schlangenlinienförmige Verlauf der Bearbeitungsspuren zu einer Reduzierung des Schmiermitteltransportes entlang der Bearbeitungsspuren führt und somit die Haltefähigkeit der bearbeiteten Oberflächen für Schmiermittel während des Betriebes verbessert. Ein „schlangenlinienförmiger Verlauf" im Sinn dieser Anmeldung kann insbesondere ein annähernd sinusförmiger Verlauf mit relativ gleichmäßigem Wechsel zwischen lokalen Krümmungen der Bearbeitungsspuren sein. Der schlangenlinienförmige Verlauf kann jedoch auch ein annähernd zickzackförmiger Verlauf sein, bei dem relativ geradlinige Abschnitte im Bereich von relativ scharfen Umlenkpunkten in relativ geradlinige Abschnitte anderer Ausrichtung übergehen. Auch eine Mischung zwischen sinusförmigen Verläufen und zickzackförmigen Verläufen, z. B. nach Art einer Zickzacklinie mit gerundeten Übergängen sind möglich.
Das Modulationszeitintervall, innerhalb dessen die Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz erzeugt wird, kann sich über die gesamte Bearbeitungsdauer einer Bearbeitungsstufe des Bearbeitungsverfahrens erstrecken. Es ist auch möglich, dass während einer Bearbeitungsstufe das Bearbeitungswerkzeug nur während eines Bruchteiles der für die Bearbeitungsstufe vorgesehenen Gesamtbearbeitungszeit mit der modulierten Arbeitsbewegung betrieben wird, während innerhalb eines anderen Zeitintervalls konventionell mit konstanter Umdrehungsfrequenz und/oder Hubfrequenz bewegt wird. Der Bruchteil bzw. diejenige Phase der Gesamtbearbeitungszeit, innerhalb der mit der modulierten Arbeitsbewegung gearbeitet wird, kann beispielsweise ausschließlich zu Beginn einer Honbearbeitung oder ausschließlich am Ende einer Honbearbeitung liegen oder aber in einem zwischen dem Beginn der Honbearbeitung und dem Ende der Honbearbeitung liegenden mittleren Zeitintervall. Wenn sich das Modulationszeitintervall bis zum Ende der jeweiligen Bearbeitungsstufe erstreckt, sind die schlangenlinienförmigen Bearbeitungsspuren in der Regel besonders ausgeprägt und es können aus vorhergehenden Bearbeitungsstufen resultierende, geradlinige Bearbeitungsspuren völlig beseitigt sein. Es ist auch möglich, mit Hilfe der modulierten Arbeitsbewegung eine konventionell mit geradlinig verlaufenden Bearbeitungsspuren vorbearbeitete Innenfläche so zu modifizieren, dass sich zusätzlich zu den ggf. etwas geglätteten geradlinigen Bearbeitungsspuren auch schlangenlinienförmige Bearbeitungsspuren an der Oberfläche befinden.
Bei bevorzugten Verfahrensvarianten wird das Bearbeitungswerkzeug während des Modulationszeitintervalls mit einer zeitlich variierenden Umdrehungsfrequenz gedreht, wobei vorzugsweise die Hubfrequenz im Wesentlichen konstant gehalten wird. In Abweichung von herkömmlichen Verfahren wird somit nicht mehr mit konstanter Umdrehungsfrequenz gedreht, sondern mit einer nicht-konstanten Umdrehungsfrequenz.
In dieser Anmeldung bezeichnet der Begriff „Umdrehungsfrequenz" den Quotienten, gebildet aus der Anzahl der Umläufe oder Umdrehungen als Zähler und der dafür benötigten Zeitspanne als Nenner. Die Umdrehungsfrequenz wir üblicherweise auch als „Drehzahl" bezeichnet und hat die Dimension 1/Zeit, beispielsweise min^–1. Da sich die Umdrehungsfrequenz bzw. Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges bei gewissen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren während der Bearbeitung ändert, sind die Begriffe „Umdrehungsfrequenz" bzw. „Drehzahl" im Rahmen dieser Anmeldung als momentane Umdrehungsfrequenz bzw. momentane Drehzahl zu verstehen.
Obwohl sich die Umdrehungsfrequenz innerhalb des Modulationszeitintervalls bei gewissen Verfahrensvarianten unregelmäßig ändern kann, wird die Umdrehungsfrequenz bei bevorzugten Verfahrensvarianten während des Modulationszeitintervalls periodisch variiert, wodurch einerseits besonders gleichmäßige Oberflächeneigenschaften erzielbar sind und wodurch andererseits eine besonders zuverlässige und stö rungsfreie Steuerung der Arbeitsbewegungen des Bearbeitungswerkzeuges sichergestellt werden kann.
Es ist möglich, die Bearbeitung innerhalb einer Bearbeitungsstufe so durchzuführen, dass sich die Umdrehungsfrequenz während eines einzigen Hubes des Bearbeitungswerkzeuges kontinuierlich oder in Stufen von einem Minimalwert zu einem Maximalwert bzw. von einem kleineren Wert zu einem größeren Wert oder umgekehrt verändert. Vorzugsweise wird die Umdrehungsfrequenz jedoch während eines einzigen Hubes des Bearbeitungswerkzeugs mehrfach zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert die Umdrehungsfrequenz variiert.
Der Begriff „Hub" des Bearbeitungswerkzeuges bezeichnet hier jeweils eine einzige Hin- und Herbewegung, wie sie beispielsweise zwischen dem oberen Umkehrpunkt einer Hubbewegung und dem direkt nachfolgenden nächsten oberen Umkehrpunkt einer Hubbewegung vorliegt. Am Ende eines Hubes ist somit die Axialposition des Bearbeitungswerkzeuges im Wesentlichen die gleiche wie zu Beginn eines Hubes. Vergeht beispielsweise zwischen einem oberen Umkehrpunkt und dem nächsten oberen Umkehrpunkt der Werkzeugbewegung eine Sekunde, so beträgt die zugehörige Hubfrequenz H ein Hertz (d. h. 1 Hz bzw. 1 s^–1).
Das Ausmaß der Modulation der Umdrehungsfrequenz kann der Bearbeitungsaufgabe angepasst werden. Bei manchen Ausführungsformen wird die Umdrehungsfrequenz im Modulationszeitintervall zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert der Umdrehungsfrequenz variiert, wobei der Maximalwert mindestens 10%, vorzugsweise zwischen 20% und 100% größer ist als der Minimalwert. Hierdurch kann in weiten Grenzen eine optimale Kinematik der Arbeitsbewegung des Bearbeitungswerkzeugs eingestellt werden.
Bei einer periodischen Modulation der Umdrehungsfrequenz kann die Umdrehungsfrequenz innerhalb des Modulationszeitintervalls periodisch um eine Nenn-Umdrehungsfrequenz U₀ zwischen einer maximalen Umdrehungsfrequenz U_MAX und einer minimalen Umdrehungsfrequenz U_MIN variiert werden, wobei eine prozentuale Umdrehungsfrequenz-Abweichung ΔU = U_MAX – U₀ oder ΔU = U₀ – U_MIN z. B. zwischen 1% und 80%, insbesondere zwischen 5% und 50% der Nenn-Umdrehungsfrequenz betragen kann.
Auch die Geschwindigkeit der durch die Modulation erzeugten Änderung der Umdrehungsfrequenz kann im Bearbeitungsprozess in weiten Grenzen angepasst werden. Bei bevorzugten Bearbeitungsvarianten liegt ein Periodizitätszeitintervall der Modulation zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden, insbesondere zwischen 0,1 und 5 Sekunden. Bei einer periodischen Umdrehungsfrequenz-Modulation wird das Periodizitätszeitintervall beispielsweise durch den zeitlichen Abstand zweier aufeinander folgender Zeitpunkte mit maximaler Umdrehungsfrequenz oder durch den zeitlichen Abstand zweier aufeinander folgender, gleichgerichteter Durchtritte der Umdrehungsfrequenz durch die Nenn-Umdrehungsfrequenz bestimmt.
Bei vielen Verfahrensvarianten wird die Hubfrequenz konstant gehalten, so dass die Hubgeschwindigkeit zwischen einem oberen Umkehrpunkt und einem unteren Umkehrpunkt der Hubbewegung periodisch variiert. Die Hubgeschwindigkeit kann dabei beispielsweise einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf haben, häufig wird jedoch im Bereich der Umkehrpunkte eine scharfe Umsteuerung eingestellt, so dass das Bearbeitungswerkzeug bis in unmittelbare Nähe der Umkehrpunkte mit im Wesentlichen konstanter Hubgeschwindigkeit bewegt werden kann.
Bei manchen Verfahrensvarianten wird das Bearbeitungswerkzeug während des Modulationszeitintervalls mit einer zeitlich variierenden Hubfre quenz bewegt, wobei vorzugsweise die Umdrehungsfrequenz konstant gehalten wird. Auch hierbei ist es bei geeigneter Einstellung möglich, am bearbeiteten Werkstück schlangenlinienförmige Bearbeitungsspuren zu erzeugen.
Bei manchen Verfahrensvarianten wird sowohl die Umdrehungsfrequenz, als auch die Hubfrequenz innerhalb des Modulationszeitintervalls variiert. Bei dieser Verfahrensvariante können insbesondere die zeitliche Variation der Umdrehungsfrequenz und die zeitliche Variation der Hubfrequenz derart aufeinander abgestimmt sein, dass sich am bearbeiteten Werkstück ähnlich wie bei konventioneller Bearbeitung im Wesentlichen geradlinig verlaufende Bearbeitungsspuren ergeben. Eine solche Angleichung der Hubgeschwindigkeit an die zeitlich variierende Drehgeschwindigkeit kann beispielsweise beim Zwischenhonen oder Plateauhonen von Graugussmaterial gewünscht sein, da bei diesen Bearbeitungsvarianten häufig bestimmte Honwinkel (Winkel zwischen Bearbeitungsspuren) gefordert werden.
Bei manchen Verfahrensvarianten wird eine zeitliche Variation der Hubfrequenz und/oder einen zeitliche Variation der Drehfrequenz derart erzeugt, dass an dem Werkstück mindestens zwei in Axialrichtung der Bohrung benachbarte Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Kreuzungswinkeln zwischen Bearbeitungsspuren erzeugt werden. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei konstanter Hubfrequenz die Drehfrequenz nach einem vorgebbaren Schema während eines halben Hubes einmal oder mehrfach geändert wird und/oder dadurch, dass die Drehfrequenz konstant gehalten wird und die Hubfrequenz nach einem vorgebbaren Schema während einer in Axialrichtung verlaufenden Hubbewegung einmal oder mehrfach geändert wird. Auf diese Weise kann z. B. eine Zylinderlauffläche erzeugt werden, die mehrere axiale Abschnitte mit unterschiedlichen tribologischen Eigenschaften aufweist. Damit kann die Struktur der bearbeiteten Bohrungsin nenfläche in Abhängigkeit von der Axialposition an unterschiedliche hydrodynamische Bedingungen angepasst werden, die sich durch Unterschiede der Kolbengeschwindigkeit im Betrieb ergeben.
Bei manchen Verfahrensvarianten wird ein mittlerer Bohrungsabschnitt erzeugt, an den zu den Bohrungsenden hin zwei axiale Bohrungsendabschnitte angrenzen, wobei im mittleren Bohrungsabschnitt die Bearbeitungsspuren erste Kreuzungswinkel einschließen und in den axialen Bohrungsendabschnitten die Bearbeitungsspuren zweite Kreuzungswinkel einschließen, die sich von den ersten Kreuzungswinkeln unterscheiden. Auf diese Weise kann z. B. eine Zylinderlauffläche erzeugt werden, die im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts der Kolbenbewegung tribologisch andere Eigenschaften aufweist als in dem mittleren Bohrungsabschnitt, in dem die Kolbengeschwindigkeit höher ist. Die Bearbeitung kann auch so gestaltet werden, dass sich die Kreuzungswinkel (insbesondere Honwinkel) in den axialen Endabschnitten unterscheiden. Der Unterschied der Kreuzungswinkel zwischen benachbarten Bohrungsabschnitten kann relativ klein sein und beispielsweise zwischen ca. 10° und ca. 30° liegen. Er kann jedoch auch relativ groß sein und beispielsweise zwischen ca. 30° bis 60° und ca. 90° bis 110° oder darüber liegen. Bei manchen Varianten werden in mindestens einem der Bohrungsabschnitte relativ große Kreuzungswinkel von mehr als 120° und vorzugsweise weniger als 170° erzeugt, so dass Bearbeitungsspuren relativ kleine Winkel von ca. 30° oder weniger mit der Axialrichtung der Bohrung einschließen.
Die Erfindung betrifft auch eine insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignete und entsprechend angepasste Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung und einem Werkstück. Diese hat mindestens eine Werkzeugspindel zur Bewegung eines an die Werkzeugspindel angekoppelten Bearbeitungswerkzeugs innerhalb der Bohrung, Antriebseinrichtungen zur Erzeugung einer Hubbewegung der Werkzeugspindel in axialer Richtung der Werkzeugspindel mit einer Hubfrequenz und einer gleichzeitigen Drehbewegung der Werkzeugspindel mit einer Umdrehungsfrequenz, sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Hubbewegung und der Drehbewegung. Die Steuereinheit hat Einrichtungen zur Einstellung einer definierten Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz der Werkzeugspindel.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein insbesondere mit Hilfe des Verfahrens herstellbares Werkstück mit mindestens einer Bohrung, die eine im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Werkstückes tribologisch beanspruchte Innenfläche hat, insbesondere einen Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Bohrung mit einer als Zylinderlauffläche dienenden Innenfläche, wobei die Innenfläche eine Oberflächestruktur mit sich überkreuzenden, durch langgestreckte Vertiefungen gebildeten Bearbeitungsspuren hat. Das Werkstück ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsspuren einen schlangenlinienförmigen Verlauf haben.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer Honmaschine, die als Bearbeitungsmaschine zur Durchführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens eingesetzt werden kann;
2 zeigt ein schematisches Diagramm zu einem Verfahren, bei dem die Umdrehungsfrequenz periodisch moduliert wird;
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Bohrungsinnenfläche mit schlangenlinienförmig verlaufenden Honriefen; und
4A, B zeigen schematische Ansichten von Bohrungsinnenflächen von Zylinderbohrungen, wobei die bearbeiteten Zylinderlaufflachen einen mittleren Bohrungsabschnitt und zwei axiale Bohrungsendabschnitte haben, und die Honwinkel des mittleren Bohrungsabschnittes sich von den Honwinkeln der Bohrungsendabschnitte unterscheiden.
In 1 ist schematisch die Vorderansicht einer Honmaschine 100 gezeigt, die im Rahmen verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren zur Bearbeitung von Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken als Bearbeitungsmaschine eingesetzt werden kann, um eine oder mehrere Honoperationen an dem Werkstück auszuführen.
Auf dem Maschinenbett 102 der Honmaschine ist eine Hufspannplatte 104 befestigt, die ein darauf aufgespanntes Werkstück 106 trägt, bei dem es sich im Beispielsfall um einen Zylinderblock einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine handelt. In dem Zylinderblock sind mehrere Zylinderbohrungen mit generell vertikaler Ausrichtung ihrer Zylinderachsen gebildet. Die durch die Innenflächen der Zylinderbohrungen gebildeten Zylinderlaufflächen werden auf der Honmaschine einer qualitätsbestimmenden Endbearbeitung unterzogen, bei der sowohl die Makroform der Zylinderlaufflächen, als auch deren Oberflächentopographie durch geeignete Honprozesse erzeugt wird.
Bei der zweispindligen Honmaschine 100 sind auf einer portalartigen Trägerkonstruktion 108 zwei im wesentlichen identisch aufgebaute Honeinheiten 110, 112 befestigt, die abwechselnd oder gleichzeitig bei der Werkstückbearbeitung eingesetzt werden können. Ihr Aufbau wird anhand der Honeinheit 110 näher erläutert. Die Honeinheit umfasst einen auf der Trägerkonstruktion befestigten Spindelkasten 114, der die als Werkzeugspindel der Bearbeitungsmaschine dienende Honspindel 116 führt. Die Honspindel lässt sich mit Hilfe eines am Spindelkasten befestigten Spindelmotors 118 um ihre Längsachse drehen. Am unteren Ende der Honspindel ist eine Gelenkstange 120 angebracht, an deren unteres, freies Ende das als Bearbeitungswerkzeug dienende Honwerkzeug 130 begrenzt beweglich mechanisch angekoppelt ist. Ein auf dem Spindelkasten 114 montierter Hubantrieb 124 bewirkt die Vertikalbewegung der Honspindel beim Einführen des Werkzeuges in das Werkstück bzw. beim Herausziehen aus dem Werkstück und wird während der Honbearbeitung so angesteuert, dass das Honwerkzeug innerhalb der Bohrung des Werkstückes eine oszillierende Hubbewegung in Form einer vertikalen Hin- und Herbewegung ausführt.
Die Honmaschine hat eine Steuereinheit 150, die u. a. mit dem Spindelmotor 118 und dem Hubantrieb 124 verbunden ist und die es dem Bediener der Honmaschine erlaubt, für einen bestimmten Honprozess die Umdrehungsfrequenz (Drehzahl) U der Honspindel sowie die Hubfrequenz H der vertikalen Hin- und Herbewegung unabhängig voneinander einzustellen. Eine Besonderheit der Steuereinheit besteht darin, dass sie mit Hilfe geeigneter Steuerungssoftware und/oder Steuerungshardware dafür konfiguriert ist, für den Bearbeitungsprozess eine definierte zeitliche Variation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz einzustellen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Umdrehungsfrequenz als Funktion der Bearbeitungszeit t gemäß einer variablen Zeitfunktion U(t) und/oder die Hubfrequenz als Funktion der Bearbeitungszeit gemäß H(t) vorgegeben werden kann. Da sich somit die Umdrehungsfrequenz und/oder die Hubfrequenz während eines bestimmten Bearbeitungszeitintervalls verändern können, sind diese Begriffe im Rahmen dieser Anmeldung zu verstehen als die zu einem gewissen Zeitpunkt t während der Bearbeitung vorliegende momentane Umdrehungsfrequenz bzw. Hubfrequenz. Die hierdurch mögliche definierte Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz kann für die gesamte Bearbeitungsdauer einer gewissen Honstufe vorgegeben werden. Es ist auch möglich, dass die Umdrehungsfrequenz und/oder die Hubfrequenz nur während eines Bruchteiles der Gesamt-Bearbeitungsdauer einer Honstufe moduliert werden. Das Zeitintervall, innerhalb dessen eine Veränderung bzw. Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz erfolgt, wird im Folgenden als „Modulationszeitintervall" bezeichnet, das dementsprechend der gesamten Bearbeitungsdauer oder nur einem Teil der Bearbeitungsdauer entsprechen kann.
Anhand von 2 wird beispielhaft ein Verfahren zur Bearbeitung von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für eine Brennkraftmaschine erläutert, bei dem die Umdrehungsfrequenz der Honspindel innerhalb eines Modulationszeitintervalls periodisch moduliert bzw. variiert wird, während die Hubfrequenz, wie bei herkömmlichen Bearbeitungsverfahren, im Wesentlichen konstant bleibt. Zunächst wird an der Steuereinheit 150 die für den Bearbeitungsprozess gewünschte Nenn-Drehzahl bzw. Nenn-Umdrehungsfrequenz U₀ eingestellt. Die Nenn-Drehzahl kann bei üblichen Honverfahren beispielsweise zwischen ca. 30 min^–1 und 400 min^–1 liegen und ist generell abhängig von der gewünschten Schnittgeschwindigkeit, mit der die Bearbeitungselemente des Honwerkzeuges den Materialabtrag an der Bohrungsinnenwand erzeugen sollen. Typische Schnittgeschwindigkeiten liegen häufig zwischen ca. 40 m/s und ca. 120 m/s, so dass sich in Abhängigkeit vom Durchmesser der Bohrung typische Nenn-Drehzahlen im oben angegebenen Bereich ergeben. Im Beispielsfall wird mit einer Nenn-Drehzahl von U₀ = 350 min^–1 gearbeitet.
Im Beispielsfall ist es gewünscht, eine periodische Modulation der Umdrehungsfrequenz mit einem Periodizitätszeitintervall P zwischen aufeinanderfolgenden, gleichen Phasen der Umdrehungsfrequenzänderung einzustellen, wobei die momentane Umdrehungsfrequenz U(t) symmetrisch um die Nenn-Drehfrequenz zwischen einem Maximalwert U_MAX und einem Minimalwert U_MIN der Umdrehungsfrequenz schwankt. Die Drehzahl soll also während des Modulationszeitintervalls auf- und abschwellen. Hierzu wird an der Steuereinheit 150 die gewünschte Abweichung ΔU von der Nenn-Umdrehungsfrequenz eingestellt. Wird im Beispielsfall eine Abweichung von ±20% um die Nenn-Umdrehungsfrequenz eingestellt, so schwankt die momentane Umdrehungsfrequenz bei einer Nenn-Umdrehungsfrequenz U₀ = 350 min^–1 zwischen U_MIN = 280 min^–1 und U_MAX = 420 min^–1.
Weiterhin ist an der Steuereinheit 150 die gewünschte Änderungsgeschwindigkeit δU/δt der Umdrehungsfrequenz unabhängig von der Nenn-Umdrehungsfrequenz und der gewünschten Abweichung ΔU einstellbar. Hierzu kann an der Steuereinheit 150 ein gewünschtes Zeitinkrement δt eingestellt werden, innerhalb dessen sich die Umdrehungsfrequenz um ein Frequenzinkrement δU ändern soll. Im Beispielsfall wird ein Zeitinkrement δt = 0,15 s und ein Frequenzinkrement δU = 10 min^–1 eingestellt. Dadurch dauert es z. B. ca. 1 Sekunde (1,05 s), bis die momentane Umdrehungsfrequenz von der Nenn-Umdrehungsfrequenz U₀ = 350 min^–1 bis zur maximalen Umdrehungsfrequenz U_MAX = 420 min^–1 in relativ kleinen Schritten gesteigert ist. Somit ergibt sich bei diesen Einstellungen ein Periodizitätszeitintervall P von ca. 4,2 s. Dieser Wert entspricht der „Wellenlänge" der periodischen Modulation.
Die „Amplitude" der Modulation, gegeben durch die Umdrehungsfrequenz-Abweichung ΔU, sowie die „Wellenlänge" der Modulation, gegeben durch das Periodizitätszeitintervall P, können in weiten Grenzen va riiert und dadurch der gewünschten Bearbeitungsaufgabe angepasst werden. Bei der Ausführungsform ist eine Umdrehungsfrequenz-Abweichung ΔU von der Nenn- Umdrehungsfrequenz U₀ zwischen 0% und 50% einstellbar. Das Zeitinkrement δt kann zwischen 0,001 s und 10 s, d. h. um einen Faktor 10.000, variiert werden. Das Frequenzinkrement δU kann beispielsweise zwischen 1 min^–1 und 50 min^–1 verstellt werden.
Für die Hubfrequenz H existieren entsprechende Einstellmöglichkeiten zur Einstellung einer zeitabhängigen Hubfrequenz H(t).
Durch das Verhältnis zwischen der eingestellten „Wellenlänge" der periodischen Modulation der Drehzahl und der zugehörigen Hubfrequenz können nun unterschiedliche Bearbeitungskinematiken eingestellt werden. Beispielhaft sei annähernd von der oben dargestellten Einstellung für die Drehzahlmodulation ausgegangen, wobei aus Vereinfachungsgründen angenommen sei, dass das Periodizitätszeitintervall P der Drehfrequenzmodulation 4 Sekunden betrage. Geht man nun von einer Hubfrequenz von 1 Hz aus, so würde die Drehfrequenz sich ausgehend von der Nenn-Umdrehungsfrequenz nach einem Hub z. B. zunächst auf die maximale Umdrehungsfrequenz erhöhen, nach dem zweiten Hub wäre wieder die Nenn-Umdrehungsfrequenz erreicht, nach dem dritten Hub wäre der Minimalwert der Umdrehungsfrequenz erreicht und nach dem vierten Hub läge wieder die Nenn-Umdrehungsfrequenz vor. Innerhalb eines Hubes würde sich somit die Umdrehungsfrequenz um ±70 min^–1 verändern, und zwar beim ersten Hub zu größeren Werten, beim zweiten und dritten Hub zu jeweils kleineren Werten und beim vierten Hub wieder zu größeren Werten. Stellt man dagegen bei gleicher Hubfrequenz und gleicher Abweichung ΔU von der Nenn-Umdrehungsfrequenz (±20%) eine deutlich niedrigere Umdrehungsfrequenz ein, beispielsweise nur ein Zehntel der oben beispielhaft genannten Nenn-Umdrehungsfrequenz (also z. B. U₀ = 35 min^–1), dann würde bei gleichen Inkrementen innerhalb jedes Hubes ein mehrfacher Wechsel zwischen der minimalen Umdrehungsfrequenz und der maximalen Umdrehungsfrequenz stattfinden. Die Anzahl der Wechsel zwischen minimaler und maximaler Umdrehungsfrequenz während eines Hubes kann somit in weiten Grenzen variiert werden.
Im Folgenden wird eine Variante eines Verfahrens zur Bearbeitung von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei dem in mindestens einer Bearbeitungsstufe eine definierte Modulation der Umdrehungsfrequenz in der oben beschriebenen Weise eingestellt wird. Dabei wird das Honwerkzeug 130 innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung mit konstanter Hubfrequenz axial hin- und herbewegt, so dass eine Auftragung der Axialposition des Honwerkzeuges über die Zeit einen im Wesentlichen zickzackförmigen Verlauf mit relativ scharfen Umsteuerpunkten an den axialen Endpositionen zeigt. Dieser axialen Hin- und Herbewegung ist eine Drehbewegung des Honwerkzeuges überlagert, bei der sich die Umdrehungsfrequenz und damit die Umdrehungsgeschwindigkeit des Honwerkzeuges während eines jeden Hubes mehrfach zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert periodisch ändert. Dadurch wird erreicht, dass auch das Verhältnis zwischen der parallel zur Bohrungsachse verlaufenden axialen Komponente der Schnittgeschwindigkeit und der in Umfangsrichtung mit der Bohrung verlaufenden Umfangskomponente der Schnittgeschwindigkeit periodisch variiert. Hierdurch entsteht an der bearbeiteten Innenfläche der Bohrung das anhand von 3 näher erläuterte Schliffbild mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren, die jeweils einen schlangenlinienförmigen Verlauf haben.
3 zeigt stark schematisiert und nicht maßstabsgetreu einen Ausschnitt einer Bohrungsinnenfläche 310 einer Zylinderbohrung in einem Zylinderblock nach Abschluss einer Honbearbeitungsstufe, bei der mit konstanter Hubfrequenz und periodisch modulierter Umdrehungsfre quenz bearbeitet wurde. Gezeigt ist ein Ausschnitt in unmittelbarem Anschluss an die später dem Zylinderkopf zugewandte Zylinderoberkante 311, die senkrecht zur Axialrichtung 312 der Bohrung verläuft.
Die Bearbeitungsspuren des Honens werden häufig als „Honspuren" bezeichnet. Je nach Verhältnis der Axialgeschwindigkeits-Komponente und der Umfangsgeschwindigkeits-Komponente der Bewegung des Honwerkzeuges innerhalb der Bohrung schließen die Honspuren unterschiedliche Winkel zur Axialrichtung 312 der Bohrung bzw. unterschiedliche Winkel zueinander ein. Der von den Honspuren eingeschlossene Kreuzungswinkel der Honspuren wird üblicherweise als „Honwinkel" HW bezeichnet. Je größer die Geschwindigkeit in Axialrichtung relativ zur Geschwindigkeit in Umfangsrichtung wird, desto größer wird der Honwinkel und desto kleiner wird der Winkel WA zur Axialrichtung.
Mit gestrichelten Linien sind für Vergleichszwecke Honspuren 320 einer konventionellen Bearbeitung mit konstanter Hubfrequenz und konstanter Umdrehungsfrequenz dargestellt. Die Honspuren verlaufen im Wesentlichen geradlinig und weitestgehend parallel zueinander in sich überkreuzenden Richtungen, wobei sich im gesamten bearbeiteten Bereich im Wesentlichen die gleichen Honwinkel zwischen den gradlinigen Bearbeitungsspuren ergeben.
Bei einer Bearbeitung mit Modulation der Umdrehungsfrequenz kann dagegen ein Schliffbild entstehen, bei dem die einzelnen Honspuren aufgrund der Variation der momentanen Umdrehungsgeschwindigkeit einen schlangenlinienförmigen Verlauf haben. Dieser durch einen mehrfachen Wechsel der Verlaufsrichtung der Honspur gekennzeichnete Verlauf wird dann besonders deutlich erkennbar, wenn die Umdrehungsfrequenz sich während eine einzigen Hubes mehrfach zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert ändert, z. B. mindestens viermal oder mindestens sechsmal oder mindestens achtmal oder mindestens zehn mal. Je häufiger die momentane Umdrehungsfrequenz während eines einzigen Hubes zwischen Minimalwert und Maximalwert variiert, desto geringer wird die Periodizitätslänge des schlangenlinienförmigen Verlaufes, der in 3 stark schematisch dargestellt ist. Die Schwankungsbreite SB der Bearbeitungsspuren quer zur mittleren Ausrichtung (die im Beispielsfall der Ausrichtung der konventionellen Honspuren 320 entspricht) ist dabei um ein Vielfaches größer als die Breite der Honspuren, die typischerweise im Bereich einiger Mikrometer liegt. Die Schwankungsbreite SB kann z. B. zwischen ca. 0,04 mm und ca. 5 mm mm liegen. Als Folge des schlangenlinienförmigen Verlaufes der sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren variiert der Honwinkel in Abhängigkeit vom Ort der Innenfläche, so dass beispielsweise der in der Mitte links erkennbare erste Honwinkel HW1 deutlich kleiner ist als der in unmittelbarer Nähe darunter liegende zweite Honwinkel HW2. Die Breite des Spektrums der Honwinkel kann durch die Parameter der Frequenzmodulation der Umdrehungsfrequenz eingestellt werden. Der schlangenlinienförmige Verlauf der Honriefen kann unter gewissen Betriebsbedingungen zur Reduzierung des Schmiermitteltransportes entlang der Honriefen führen, so dass sich die Haltefähigkeit der auf diese Weise strukturierten Oberfläche für den Schmierfilm verbessert.
Die 4A und 4B zeigen jeweils stark schematisiert und nicht maßstabsgetreu jeweils einen Ausschnitt von Bohrungsinnenflächen von Zylinderbohrungen in einem Zylinderblock oder einer Zylinderlaufbuchse nach Abschluss einer Honbearbeitungsstufe, bei der mit konstanter Hubfrequenz und zeitlich variabler Umdrehungsfrequenz bearbeitet wurde. Gezeigt ist jeweils im Wesentlichen die gesamte axiale Länge der Zylinderlauffläche zwischen der im betriebsfertig montierten Zustand dem Zylinderkopf zugewandten Zylinderoberkante 411 bzw. 451 und der jeweils gegenüberliegenden Zylinderunterkante 412 bzw. 452.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4A wurde die Werkzeugbewegung so angesteuert, dass während einer Axialbewegung des Bearbeitungswerkzeuges von der Zylinderoberkante zur Zylinderunterkante bzw. zurück in dieser Reihenfolge ein Bearbeitungszeitintervall mit relativ niedriger Umdrehungsfrequenz, ein Bearbeitungszeitintervall mit relativ hoher Umdrehungsfrequenz und danach wieder ein Bearbeitungszeitintervall mit relativ niedriger Umdrehungsfrequenz vorlag. Dadurch wurde das Verhältnis zwischen der parallel zur Bohrungsachse verlaufenden axialen Komponente der Schnittgeschwindigkeit und der in Umfangsrichtung der Bohrung verlaufenden Umfangskomponente der Schnittgeschwindigkeit so variiert, dass in dem an die Zylinderoberkante anschließenden oberen axialen Bohrungsendabschnitt 430 und in dem an die gegenüberliegende Zylinderunterkante anschließenden unteren Bohrungsendabschnitt 440 jeweils im Wesentlichen geradlinige Honspuren mit einem Honwinkel HW von über 100° (hier ca. 140°) erzeugt wurden, während in dem dazwischenliegenden Bohrungsmittelabschnitt 420 deutlich kleinere Bearbeitungswinkel in der Größenordnung von ca. 50° erzeugt wurden. Damit liegen im Bereich des oberen und des unteren Totpunktes der Kolbenbewegung, wo die Kolbengeschwindigkeit relativ klein ist, jeweils relativ große Honwinkel (Kreuzungswinkel zwischen Bearbeitungsspuren) vor, während in dem mittleren Bereich relativ hoher Kolbengeschwindigkeit deutlich kleinere Honwinkel vorliegen. Es ist ersichtlich, dass hierdurch an den axialen Enden der bearbeiteten Bohrung andere tribologische Eigenschaften vorliegen als im mittleren Bohrungsabschnitt.
Bei der anhand von 4B erläuterten Variante wird für die Bearbeitung der Bohrungsendabschnitte 470, 480 bei gleicher Hubfrequenz eine höhere Umdrehungsfrequenz eingestellt als für die Bearbeitung des dazwischenliegenden mittleren Bohrungsabschnitt 460. Dadurch wird erreicht, dass bei dieser Variante die Honwinkel in den Bohrungsendabschnitten 470, 480 deutlich kleiner sind als im mittleren Bohrungsabschnitt 460.
Hier können beispielsweise umgekehrte Verhältnisse vorliegen, wie bei der Ausführungsform von 4A.
Das Verhältnis von (momentaner) Hubfrequenz und (momentaner) Umdrehungsfrequenz kann selbstverständlich in Abhängigkeit von der Zeit bzw. von der Axialposition des Bearbeitungswerkzeuges so eingestellt werden, dass an der Innenfläche der zu bearbeitenden Bohrung nur zwei axiale Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Honwinkeln erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Kolbenlauffläche erzeugt werden, bei der nur der dem Zylinderkopf zuzuwendende obere Bohrungsendabschnitt und ein daran angrenzender Bohrungsabschnitt vorgesehen sind, der den gesamten Bereich der Zylinderlauffläche zwischen dem oberen Bohrungsendabschnitt und der Zylinderunterkante umfasst. Hierdurch kann insbesondere der obere Zwickelbereich der Bohrung, wo die Kolbenringe ihren oberen Umkehrpunkt erreichen, besondere tribologische Eigenschaften erhalten.
Beispielsweise können in diesem oberen Bohrungsendabschnitt relativ große Honwinkel von mehr als 120° bis z. B. ca. 170° erzeugt werden, wie sie beispielsweise in der DE 196 07 774 B4 offenbart sind, während die übrige Bohrungsinnenfläche Bearbeitungsspuren mit deutlich geringeren Honwinkeln (beispielsweise bis maximal 60°) aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19607774 B4 [0052]

Claims

Verfahren zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere zur Bearbeitung von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Bearbeitungswerkzeug innerhalb der Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz hin- und herbewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdrehungsfrequenz gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während eines Modulationszeitintervalls eine definierte Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin sich das Modulationszeitintervall über die gesamte Bearbeitungsdauer einer Bearbeitungsstufe des Bearbeitungsverfahrens erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Bearbeitungswerkzeug während des Modulationszeitintervalls mit einer zeitlich variierenden Umdrehungsfrequenz gedreht wird, wobei vorzugsweise die Hubfrequenz im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Umdrehungsfrequenz während des Modulationszeitintervalls periodisch variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Umdrehungsfrequenz während eines einzigen Hubes des Bearbeitungswerkzeugs mehrfach zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Umdrehungsfrequenz im Modulationszeitintervall zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert der Umdrehungsfrequenz variiert, wobei der Maximalwert mindestens 10%, vorzugsweise zwischen 20% und 100% größer ist als der Minimalwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei einer periodischen Modulation der Umdrehungsfrequenz die Umdrehungsfrequenz innerhalb des Modulationszeitintervalls periodisch um eine Nenn-Umdrehungsfrequenz U₀ zwischen einer maximalen Umdrehungsfrequenz U_MAX und einer minimalen Umdrehungsfrequenz U_MIN variiert wird, wobei eine prozentuale Umdrehungsfrequenz-Abweichung ΔU = U_MAX – U₀ oder ΔU = U₀ – U_MIN zwischen 1% und 80%, vorzugsweise zwischen 5% und 50%, der Nenn-Umdrehungsfrequenz beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin bei einer periodischen Umdrehungsfrequenz-Modulation ein Periodizitätszeitintervall der Modulation zwischen 0,01 Sekunden und 10 Sekunden, insbesondere zwischen 0,1 und 5 Sekunden liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Bearbeitungswerkzeug während des Modulationszeitintervalls mit einer zeitlich variierenden Hubfrequenz bewegt wird, wobei vorzugsweise die Umdrehungsfrequenz konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin sowohl die Umdrehungsfrequenz, als auch die Hubfrequenz innerhalb des Modulationszeitintervalls variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, worin die zeitliche Variation der Umdrehungsfrequenz und die zeitliche Variation der Hubfrequenz der art aufeinander abgestimmt sind, dass sich am bearbeiteten Werkstück im Wesentlichen geradlinig verlaufende Bearbeitungsspuren ergeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine zeitliche Variation der Hubfrequenzen und/oder eine zeitliche Variation der Drehfrequenz derart eingestellt wird, dass an dem bearbeiteten Werkstück mindestens zwei in Axialrichtung der Bohrung benachbarte Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Kreuzungswinkeln zwischen, vorzugsweise im Wesentlichen geradlinig verlaufenden, Bearbeitungsspuren erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, worin an der Bohrung ein mittlerer Bohrungsabschnitt erzeugt wird, an den zu den Bohrungsenden zwei axiale Bohrungsendabschnitte angrenzen, wobei in dem mittleren Bohrungsabschnitt Bearbeitungsspuren einen ersten Kreuzungswinkel einschließen und in den axialen Endabschnitten die Bearbeitungsspuren zweite Kreuzungswinkel einschließen, die sich von dem ersten Kreuzungswinkel unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin ein Unterschied zwischen Kreuzungswinkeln in unterschiedlichen Bohrungsabschnitten mindestens 10° beträgt, wobei der Unterschied vorzugsweise größer als 30° ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin in mindestens einem der Bohrungsabschnitte relativ große Kreuzungswinkel von mehr als 120° und vorzugsweise weniger als 170° erzeugt werden.
Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung und einem Werkstück, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, mit: mindestens einer Werkzeugspindel zur Bewegung eines an die Werkzeugspindel angekoppelten Bearbeitungswerkzeugs innerhalb der Bohrung, Antriebseinrichtungen zur Erzeugung einer Hubbewegung der Werkzeugspindel in axialer Richtung der Werkzeugspindel mit einer Hubfrequenz und einer gleichzeitigen Drehbewegung der Werkzeugspindel mit einer Umdrehungsfrequenz, sowie einer Steuereinheit zur Steuerung der Hubbewegung und der Drehbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit Einrichtungen zur Einstellung einer definierten Modulation der Umdrehungsfrequenz und/oder der Hubfrequenz der Werkzeugspindel hat.
Werkstück mit mindestens einer Bohrung, die eine im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Werkstückes tribologisch beanspruchte Innenfläche hat, insbesondere Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Bohrung mit einer als Zylinderlauffläche dienenden Innenfläche, wobei die Innenfläche eine Oberflächestruktur mit sich überkreuzenden, durch langgestreckte Vertiefungen gebildeten Bearbeitungsspuren hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsspuren einen schlangenlinienförmigen Verlauf haben.
Werkstück nach Anspruch 17, worin schlangenlinienförmige Bearbeitungsspuren eine quer zur mittleren Ausrichtung gemessene Schwankungsbreite zwischen 0,04 mm und 5 mm haben.
Werkstück nach Anspruch 17 oder 18, das mindestens zwei in Axialrichtung der Bohrung benachbarte Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichen Kreuzungswinkeln zwischen, vorzugsweise im Wesentlichen geradlinig verlaufenden, Bearbeitungsspuren hat.
Werkstück nach Anspruch 19, die Bohrung einen mittleren Bohrungsabschnitt hat, an den zu den Bohrungsenden zwei axiale Bohrungsendabschnitte angrenzen, wobei in dem mittleren Bohrungsabschnitt Bearbeitungsspuren einen ersten Kreuzungswinkel einschließen und in den axialen Endabschnitten die Bearbeitungsspuren zweite Kreuzungswinkel einschließen, die sich von dem ersten Kreuzungswinkel unterscheiden.
Werkstück nach einem der Ansprüche 19 oder 20, worin ein Unterschied zwischen Kreuzungswinkeln in benachbarten Bohrungsabschnitten mindestens 10° beträgt, wobei der Unterschied vorzugsweise größer als 30° ist.
Werkstück nach einem der Ansprüche 19, 20 oder 21, worin in mindestens einem der Bohrungsabschnitte relativ große Kreuzungswinkel von mehr als 120° und vorzugsweise weniger als 170° erzeugt werden.