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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spannen eines Werkstücks in einer Werkstückaufnahmevorrichtung sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Werkstückaufnahmevorrichtung. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Aufnahme eines mittels eines Honwerkzeuges zu bearbeitenden Werkstückes in einer Honmaschine.
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Stand der Technik
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Das klassische Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem ein vielschneidiges Honwerkzeug eine aus zwei Komponenten bestehende Arbeitsbewegung ausführt, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Werkstückoberfläche mit überkreuzten Bearbeitungsspuren führt. Die von einer Arbeitsspindel einer Honmaschine auf das Honwerkzeug übertragene Arbeitsbewegung besteht in der Regel aus einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung und einer dieser überlagerten Drehbewegung. Durch Honen sind endbearbeitete Oberflächen herstellbar, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen. Dementsprechend werden beispielsweise beim Motorenbau Zylinderlaufflächen, d. h. Innenflächen von Zylinderbohrungen in einem Motorblock oder in einer in einen Motorblock einzubauenden Zylinderlaufbüchse, Lagerflächen für Wellen oder die zylindrischen Innenflächen in Pleuelaugen einer Honbearbeitung unterzogen. Auch Lagerflächen an Pleueln, Zahnrädern oder anderen Bauteilen für andere Kraft- und Arbeitsmaschinen, beispielsweise Kompressoren, werden häufig mittels Honen bearbeitet.
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Eines der großen Probleme bei der Honbearbeitung ist die Werkstückaufnahme des mechanisch zu bearbeitenden Werkstücks. Für die Honbearbeitung müssten die Werkstücke sowohl gegen Drehung als auch gegen Verschiebung fixiert werden. Insbesondere bei relativ dünnwandigen Werkstücken und Werkstücken, die keine geeignete Außenkontur zum Anlegen von Werkstückhalteelementen haben, kann dies zum Verspannen der Werkstücke führen, was wiederum die Form der durch Honen zu bearbeitenden Bohrung verschlechtert. Typische Vertreter für derartige hinsichtlich der Werkstückspannung kritischen Werkstücke sind die Zylinderlaufbüchsen von Verbrennungsmotoren. Zylinderlaufbüchsen können relativ dünnwandig sein und haben häufig eine unregelmäßige Außenkontur. Manchmal steht zur Lagefixierung innerhalb der Werkstückaufnahme nur ein relativ schmaler Bund oder die äußere Mantelfläche der Zylinderlaufbüchse zur Verfügung.
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Üblicherweise werden Werkstückaufnahmen mit Werkstückhalteelementen verwendet, die an der Mantelfläche der Zylinderbüchsen angreifen, um das Werkstück zu fixieren. In der Regel werden dabei Werkstückhalteelemente in Form von werkstückumgreifenden Spannmanschetten verwendet, die sich an die Außenseite des Werkstücks anlegen und das Werkstück über Reibung, d. h. kraftschlüssig fixieren. Solche Spannmanschetten werden normalerweise aus einem elastischen Manschettenwerkstoff, beispielsweise einem geeigneten Gummiwerkstoff, gefertigt, um ihnen eine hohe Elastizität und gleichzeitig auch einen hohen Reibungskoeffizienten zu verleihen. Betätigt werden Gummispannmanschetten üblicherweise mittels Druckluft oder auch hydraulisch mittels Hydrauliköl oder einem Kühlschmierstoff als Hydraulikmedium. Die Wahl des geeigneten Mediums ist hierbei vor allem von Faktoren wie Kosten, notwendigem Druck etc. bestimmt. Der Druck, mit dem derartige Spannmanschetten betrieben werden, liegt im Regelfall unterhalb von 10 bar, nur in Ausnahmefällen höher. Manchmal werden Werkstückaufnahmevorrichtungen mit mehreren Spannmanschetten verwendet, die unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden können. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, um schwache, dünnwandige Bereiche des Werkstückes gegen den Arbeitsdruck eines Honwerkzeuges von außen mit einem höheren Druck zu unterstützen als dickwandigere Bereiche.
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Bei der Auslegung von Spannmanschetten hinsichtlich Dimensionierung, Elastizität, Druckbeaufschlagung etc., sind mehrere sich widersprechende Anforderungen zu beachten. Um eine möglichst robuste Spannmanschette zu erhalten, die auch hohe Bearbeitungskräfte sicher ableiten kann, ist es in der Regel vorteilhaft, wenn das Material für die Spannmanschette möglichst dickwandig ausgeführt wird. Auch die partielle Unterstützung von Zylinderlaufbüchsen ist bei dickwandigen Spannmanschetten in der Regel besser. Stabile, relativ dicke Spannmanschetten können auch Vorteile bei Schwingungsproblemen bringen. Um andererseits eine gute Anschmiegung an die Werkstückkontur zu erhalten, so dass auch bei unterschiedlichen Außendurchmessern und schwierigen Außenkonturen eine ausreichende flächige Abstützung gewährleistet ist, ist es dagegen normalerweise vorteilhaft, wenn die Spannmanschetten möglichst dünnwandig ausgeführt sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn Hinterdrehungen große Durchmesseränderungen an den Spannmanschetten erforderlich machen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Spannen eines Werkstückes in einer Werkstückaufnahmevorrichtung sowie eine entsprechende Werkstückaufnahmevorrichtung zu schaffen, die es erlauben, schwierig einzuspannende Werkstücke, insbesondere teilweise dünnwandige Werkstücke, wie Zylinderlaufbüchsen von Verbrennungsmotoren, zuverlässig in einer gewünschten Bearbeitungsposition zu fixieren und wirkungsvoll gegen Bearbeitungskräfte abzustützen, ohne selbst zu möglichen Verspannungen der Werkstücks beizutragen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Werkstückaufnahmevorrichtung den Merkmalen von Anspruch 4 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung schlägt somit u. a. die Verwendung einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit (REF) zur steuerbaren Veränderung der für das Spannen von Werkstücken maßgeblichen Eigenschaften einer Werkstückaufnahmevorrichtung vor. Mit dem Begriff „rheologisch einstellbare Flüssigkeit” werden im Rahmen dieser Anmeldung fließfähige (fluide) adaptive Materialien bezeichnet, deren Fließverhalten durch gezielte Einwirkung äußerer Einflüsse in starkem Umfang schnell und reversibel gesteuert werden kann. Es kann sich um eine homogene Flüssigkeit oder um eine heterogene Flüssigkeit handeln. Der Begriff „Flüssigkeit” umfasst z. B. auch Mischungen aus flüssigen und festen Bestandteilen, solange die Mischung als Ganzes fließfähig ist bzw. in einen fließfähigen Zustand gebracht werden kann.
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Bei der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit kann es sich z. B. um eine elektrorheologische Flüssigkeit (ERF) oder um eine magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) handeln. Elektrorheologische Flüssigkeiten bzw. elektrorheologische Fluide sind adaptive Materialien, deren Fließverhalten bzw. Viskosität durch Einwirkung eines äußeren elektrischen Feldes substantiell verändert werden kann. Bei magnetorheologischen bzw. magnetorheologischen Fluiden (MRF) wird dagegen die Veränderung der Viskosität durch den Einfluss eines äußeren Magnetfeldes herbeigeführt.
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Bei magnetorheologischen Flüssigkeiten (MRF) handelt es sich in der Regel um Suspensionen von kleinen, magnetisch polarisierbaren Partikeln, welche in einer Trägerflüssigkeit fein verteilt sind. Wirkt ein Magnetfeld auf die Flüssigkeit, so werden die Partikel polarisiert und bilden Ketten in Richtung der Feldlinien. Durch die Ausrichtung der Partikel wird die Suspension mit steigender Feldstärke dickflüssiger (Magnetfeld-induzierte Viskositätserhöhung). Bei Abschalten des Magnetfeldes nimmt die Viskosität wieder ab, so dass die Flüssigkeit dünnflüssiger wird.
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Bei elektrorheologischen Flüssigkeiten (ERF) unterscheidet man zwischen homogenen und heterogenen elektrorheologischen Flüssigkeiten, wobei die heterogenen elektrorheologischen Flüssigkeiten elektrisch polarisierbarer Teilchen oder Tröpfchen enthalten, welche in einer elektrischen nichtleitenden Trägerflüssigkeit dispergiert sind. Durch ein externes elektrisches Feld (E-Feld) werden in den Partikeln Dipole induziert, wodurch es zur Kettenbildung der Teilchen entlang der Feldlinie des elektrischen Feldes und damit zur E-Feld-induzierten Viskositätserhöhung kommt.
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Bisher werden magnetorheologische Flüssigkeiten vor allem im Bereich von Stoßdämpfern oder Schwingungsdämpfern verwendet. Lediglich beispielhaft sei hierzu die
DE 101 55 587 C1 angeführt, die ein Lager mit magnetorheologisch einstellbarer Dämpferkraft beschreibt. Ähnliche Anwendungen werden auch für elektrorheologische Flüssigkeiten beschrieben. So sind beispielsweise die Dämpfungseigenschaften von hydraulischen Lagern durch die Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit steuerbar.
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Bei solchen Anwendungen werden REF als Bestandteil eines mechatronischen Systems verwendet, das in Zusammenarbeit mit einer Steuerung oder Regelung auf wechselnde Rahmenbedingungen reagieren kann, um beispielsweise die Dämpfung eines Motorlagers dynamisch an die Drehzahl des Motors anzupassen und dadurch die Geräuschbelastung für Fahrzeuginsassen zu reduzieren.
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Bei der Verwendung von REF im Rahmen der vorliegenden Erfindung findet dagegen ein „Umschalten” der Viskosität der REF in einer vorher bestimmten Phase des Einspannvorgangs statt, nämlich zwischen dem Anlegen des Werkstückhalteelements – hier ist die REF noch relativ niedrigviskos – und dem Abschluss des Einspannvorgangs, der sich dadurch auszeichnet, dass das Werkstück mit Hilfe eines oder mehrerer durch die hochviskose REF relativ stark versteifter Werkstückhalteelemente sicher in der gewünschten Position fixiert ist. Es findet also nach dem Anlegen ein Wechsel bzw. eine Umschaltung von einem relativ sanften, werkstückschonenden Anlegen zu einem starken, gegenüber Fremdkräften stabilen Festhalten bzw. Einspannen des Werkstücks statt. Die Umstellung von „weich” bzw. „nachgiebig” auf „steif” bzw. „unnachgiebig” kann im Wesentlichen ohne Veränderung der Form des Werkstückhalteelements verlaufen und ausschließlich durch Änderung der auf die REF wirkenden äußeren Einflüsse (z. B. Stärke des E-Feldes oder Magnetfeldstärke oder Temperatur) herbeigeführt werden.
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Bei manchen Varianten ist die rheologisch einstellbare Flüssigkeit ein Gemisch aus einer Trägerflüssigkeit und in der Trägerflüssigkeit fein verteilten Feststoffpartikeln, deren spezifisches Gewicht normalerweise deutlich größer als dasjenige der Trägerflüssigkeit ist. Es kann sich beispielsweise um ein Gemisch aus Wasser oder einer wasserbasierten Flüssigkeit mit Sand und/oder anderen feinkörnigen Festkörperpartikeln handeln. Solche Gemische haben eine relativ hohe Viskosität, wenn die Flüssigkeit ruht und sich die Feststoffpartikel in der Flüssigkeit absetzen und dadurch eine relativ kompakte Anordnung bilden. Werden dagegen die Feststoffpartikel durch externe Einflüsse innerhalb der Flüssigkeit in Bewegung versetzt, so sinkt die Viskosität des Gemisches, weil die Relativbeweglichkeit der Feststoffpartikel zueinander zunimmt. Dieser niedrigviskose Zustand kann beispielsweise durch Einleiten von Gas oder durch die Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen herbeigeführt werden. Solche Lösungen sind sehr effizient und vergleichsweise kostengünstig realisierbar.
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Die Verwendung einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit bei der Fixierung eines Werkstückes in einer Werkstückaufnahmevorrichtung bringt zahlreiche technologische Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren. Insbesondere kann das Werkstückhalteelement zunächst mit einem relativ geringen Druck an das Werkstück angelegt werden, ohne das Werkstück zu verformen. Durch Erhöhung der Viskosität der REF, gegebenenfalls bis hin zu festkörperähnlichen Eigenschaften, kann die Werkstückaufnahmevorrichtung dann versteift werden, so dass das Werkstück in seiner gewünschten Werkstückposition zuverlässig fixiert wird.
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Wenn sich die rheologisch einstellbare Flüssigkeit im zweiten, hochviskosen Zustand befindet, ist das Werkstück zuverlässig in der gewünschten Werkstückposition fixiert. Durch die hohe Viskosität der REF können die Dämpfungseigenschaften der Werkstückaufnahme gegenüber herkömmlichen Werkstückaufnahmen erheblich günstiger sein. Durch die bessere Unterstützung des Werkstückes kann dieses darüber hinaus bei Einwirkung von Bearbeitungskräften kaum noch ausweichen, so dass die gewünschte Form des Werkstückes durch die Bearbeitung genauer erzielt werden kann. Schwingungen können wirksam unterdrückt werden.
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Eine Werkstückaufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkstückhalteelement einen von Wandabschnitten umschlossenen Hohlraum hat, der mit einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit gefüllt oder befüllbar ist und dass eine Viskositätssteuereinrichtung zur steuerbaren Veränderung der Viskosität der in dem Hohlraum aufgenommenen rheologisch einstellbaren Flüssigkeit vorgesehen ist.
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Wenn als rheologisch einstellbare Flüssigkeit eine elektrorheologische Flüssigkeit (ERF) verwendet wird, so umfasst die Viskositätssteuereinrichtung in der Regel eine elektrische Spannungsversorgung und mindestens ein an die Spannungsversorgung anschließbares Elektrodenpaar, wobei Elektroden des Elektrodenpaares so angeordnet sind, dass ein Volumenanteil der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit zwischen den Elektroden eines Elektrodenpaares angeordnet ist. Eine besonders effiziente Einleitung des elektrischen Feldes in die elektrorheologische Flüssigkeit, kann bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht werden, dass die Elektroden innerhalb des Hohlraumes angeordnet sind.
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Wird ein magnetorheologische Flüssigkeit als rheologisch einstellbare Flüssigkeit verwendet, so kann die Viskositätssteuereinrichtung eine elektrische Spannungsversorgung aufweisen, an die mindestens eine Magnetanordnung angeschlossen ist, wobei Pole der Magnetanordnung so angeordnet sind, dass zwischen den Polen ein Volumenanteil der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit angeordnet ist.
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Wird als rheologisch einstellbare Flüssigkeit ein Gemisch mit einer Trägerflüssigkeit und in der Trägerflüssigkeit fein verteilten Feststoffpartikeln verwendet, so kann die Viskositätssteuereinrichtung eine Bewegungseinrichtung zur steuerbaren Erzeugung einer Bewegung der Feststoffpartikel innerhalb der Trägerflüssigkeit aufweisen. Die Bewegungseinrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Schwingungserzeuger, wie z. B. einen Vibrator oder eine Ultraschallquelle, aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Bewegungseinrichtung dafür eingerichtet ist, Druckgas z. B. von unten und/oder von der Seite in den Hohlraum einzuleiten, so dass die Feststoffpartikel durch eingeleitete und aufsteigende Gasblasen in Bewegung versetzt und dadurch die Flüssigkeit insgesamt in einem niedrigviskosen Zustand gehalten wird, der sich bei Abschalten der Gaszufuhr durch Absetzen der Feststoffpartikel zu einem höherviskosen Zustand ändert.
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Ein zum Anlegen an die Werkstückoberfläche bestimmter, dem Werkstück zugewandter Wandabschnitt des Werkstückhalteelementes kann als formveränderlicher Abschnitt zur Anpassung an eine Kontur der Werkstückoberfläche ausgebildet sein. Er kann hierzu insbesondere im Wesentlichen aus einem elastisch flexiblen Material bestehen, beispielsweise einen geeigneten gummiartigen Werkstoff, der gegebenenfalls mittels Fasern verstärkt sein kann.
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Das Werkstückhalteelement kann sich somit mit seiner dem Werkstück zugewandten Seite der Außenkontur des Werkstückes weitgehend anpassen, so dass ein großflächiger Berührungskontakt zwischen Werkstückhalteelement und Werkstück sichergestellt ist und lokale Spannkraftspitzen mit der dadurch bedingten Gefahr lokaler Verformungen weitestgehend vermieden werden können. So ist es gegebenenfalls auch bei Werkstücken mit recht komplex geformten Außenkonturen möglich, auf die Verwendung mehrerer unabhängig voneinander ansteuerbarer Werkstückhalteelemente zu verzichten. Bei manchen Ausführungsformen von Werkstückaufnahmen ist lediglich ein einziges Werkstückhalteelement vorgesehen. Bei anderen Ausführungsformen kann es reichen, wenn nicht mehr als zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Werkstückhalteelemente vorgesehen sind.
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Es ist auch möglich, dass das Werkstückhalteelement eine Vielzahl von relativ harten bzw. starren, relativ zueinander beweglich gelagerten Haltesegmenten aufweist, die mittels der REF ggf. unabhängig voneinander hydraulisch in Richtung Werkstückoberfläche bewegt und dadurch an die Werkstückkontur angelegt werden können. Der dem Werkstück zugewandte Wandabschnitt ist in diesem Falle mehrteilig aufgebaut. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, um Werkstücke auch im Bereich konkaver Oberflächenbereiche zuverlässig zu spannen.
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Die Haltesegmente können beispielsweise durch unabhängig voneinander bewegbare Haltestößel gebildet sein, die z. B. parallel zueinander verschiebbar in einem Rahmen angebracht sein können. Jeder Haltestößel kann mit einem seiner Enden den Kolben eines Hydraulikzylinders bilden oder mit einem Kolben verbunden sein, das gegenüberliegende Ende ist dann zum Anlegen an die Werkstückoberfläche bestimmt. Der strukturelle Aufbau kann ähnlich sein wie der Aufbau der mit einer Vielzahl von Spannstößeln ausgestatteten Spannbacken aus der
EP 0 899 081 A2 . Wird nun als Hydraulikflüssigkeit eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit verwendet, so kann diese zunächst im relativ niedrigviskosen ersten Zustand genutzt werden, um unter Druck die Halteelemente in Richtung der Werkstückoberfläche vorzuschieben, bis die Stirnabschnitte der Stößel an dieser anliegen. Die Fixierung der Haltesegmente in dieser Spannposition erfolgt dann aber nicht, wie im Stand der Technik, durch mechanische Klemmung, sondern durch Erhöhen der Viskosität der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit in den Zylindern und ggf. in den zu den Zylindern führenden Zuleitungen, die in der Regel Ventile enthalten. Dadurch kann ein Rückfluß der Flüssigkeit soweit verhindert werden, dass das Werkstück in der vorgegebenen Werkstückposition mit Hilfe der Vielzahl von Haltesegmenten (hier: Haltestößeln) fixiert ist. Soll das Werkstück dann entnommen werden, so wird die rheologisch einstellbare Flüssigkeit in ihren niedrig viskosen Zustand zurück überführt, so dass die Haltesegmente zurückgezogen werden können.
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Bei den bisher beschriebenen Beispielen wird eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit verwendet, um die für das Spannen von Werkstücken maßgeblichen Eigenschaften einer Werkstückaufnahmevorrichtung gezielt und damit steuerbar zu verändern. Bei besonders gestalteten Werkstücken mit inneren Hohlräumen ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit dazu zu verwenden, die für das Bearbeiten des Werkstücks maßgeblichen Eigenschaften, insbesondere die Werkstücksteifigkeit, gezielt und damit steuerbar zu verändern.
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Ein Beispiel ist die materialabtragende Bearbeitung von Werkstücken, die einen oder mehrere innere Hohlräume aufweisen, welche für die Bearbeitung mit einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit befüllt werden können. Ein bevorzugtes Beispiel derartiger Werkstücke sind Zylinderkurbelgehäuse, in denen zylindrische Bohrungen vorliegen, deren Innenwände als Zylinderlaufflächen am fertigen Motor dienen sollen. Diese Zylinderlaufflächen werden bei der Herstellung des Motorblocks typischerweise durch Feinbohren und nachfolgendes Honen oder ausschließlich durch Honen endbearbeitet, um den Zylinderbohrungen die gewünschte Form und den Laufflächen die gewünschte Oberflächenstruktur zu verleihen. Der Motorblock vereint in sich neben den Zylinderbohrungen auch die Bohrung für die Kurbelwellenlagerung und bei wassergekühlten Motoren den sogenannten Wassermantel. Zu diesem Wassermantel gehören ringförmige Hohlräume, die die Zylinderbohrung umschließen, um im Betrieb des Motors mit Hilfe der durchgeleiteten Kühlflüssigkeit den Bereich der Zylinder und der in ihnen laufenden Kolben zu kühlen.
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Derartige mit inneren Hohlräumen versehene Werkstücke können bei Verwendung rheologisch einstellbaren Flüssigkeiten gezielt für eine mechanische Bearbeitung versteift werden, um die Neigung zu Deformationen bei mechanischer Belastung herabzusetzen und dadurch präzisere Bearbeitungsergebnisse vor allem hinsichtlich der Form bearbeiteter Bohrungen und deren Oberflächenstruktur zu ermöglichen. Für die Bearbeitung können die Hohlräume mit einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit befüllt und danach vorzugsweise abgeschlossen werden. Dann wird die Viskosität der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit zwischen einem niedrigviskosem ersten Zustand und einem relativ höherviskosem zweiten Zustand verändert, was je nach Art der rheologisch einstellbare Flüssigkeit beispielsweise durch Einwirkung eines magnetischen Feldes, Einwirkung eines elektrischen Feldes, durch Temperaturveränderung und/oder durch Veränderung des auf die Flüssigkeit wirkenden Druckes erfolgen kann. Auf diese Weise wird das Werkstück selbst versteift, so dass die Bearbeitung mit höherer Präzision erfolgen kann. Nach Abschluss der Bearbeitung wird die rheologisch einstellbare Flüssigkeit wieder in den relativ niedrigviskosen ersten Zustand überführt und aus den Hohlräumen abgelassen, beispielsweise durch Aussaugen, Auspumpen und/oder Ausblasen der Hohlräume. Diese Versteifung des Werkstücks kann insbesondere bei relativ dünnwandigen Motorblöcken aus Leichtmetallwerkstoffen, typischerweise Aluminiumlegierungen oder Magnesiumlegierungen, erhebliche Vorteile erbringen.
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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 Ausführungen darstellen können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schrägperspektivische, teilweise geschnittene Darstellung einer Ausführungsform einer mittels einer elektrorheologischen Flüssigkeit (ERF) steuerbaren Werkstückaufnahmevorrichtung mit einem darin aufgenommen hülsenförmigen Werkstück;
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung mit Teilen der Werkstückaufnahmevorrichtung von 1;
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3 zeigt eine schrägperspektivische Schnittdarstellung der Werkstückaufnahmevorrichtung von 1;
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4 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Werkstückaufnahmevorrichtung, die mit einem Wasser/Sand-Gemisch als rheologisch einstellbare Flüssigkeit betrieben wird;
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5 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Werkstückaufnahmevorrichtung mit einer darin aufgenommenen Zylinderlaufbuchse in der Werkstückhaltekonfiguration, bei der die rheologisch einstellbare Flüssigkeit den zweiten Zustand hoher Viskosität hat, und
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6 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Motorblock eines wassergekühlten Verbrennungsmotors während einer Honbearbeitung, wobei Hohlräume des Wassermantels mit einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit gefüllt sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine schrägperspektivische Darstellung in teilweisem Schnitt einer Ausführungsform einer Werkstückaufnahmevorrichtung 100, die für die Aufnahme hülsenförmiger, im Wesentlichen zylindrischer Werkstücke konzipiert ist und im Beispiel ein Werkstück 190 in Form einer Zylinderlaufbüchse für einen Verbrennungsmotor hält (vgl. auch 5). Die Werkstückaufnahmevorrichtung, die auch kurz als Spannvorrichtung 100 bezeichnet werden kann, ist einer nicht dargestellten Honmaschine zugeordnet, mit der die im Wesentlichen zylindrische Innenseite 191 der Zylinderlaufbüchse durch Honen mechanisch bearbeitet wird, um eine Zylinderlauffläche mit definierter Makroform und einer gewünschten Oberflächenstruktur (Mikroform) zu schaffen. Da das Honwerkzeug innerhalb der zylindrischen Bohrung 192 der Zylinderlaufbüchse eine Axialbewegung mit einer dieser überlagerten Drehbewegung ausführt, muss das Werkstück mit Hilfe der Werkstückaufnahmevorrichtung sowohl gegen Drehung, als auch gegen axiale Verschiebung fixiert werden. Die Werkstückaufnahmevorrichtung erfüllt diese Funktion bei dem relativ dünnwandigen, mit einer unregelmäßigen Außenkontur versehenen Werkstück, ohne dass die Werkstückspannung selbst eine nennenswerte Verformung des Werkstücks bewirkt.
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Die Werkstückaufnahmevorrichtung hat einen im Wesentlichen hohlzylindrischen, verwindungssteifen äußeren Rahmen 110, der einen oberen Ring 111, einen unteren Ring 112 und ein zwischen den Ringen formschlüssig eingefügtes Mittelteil 113 in Form einer dickwandigen zylindrischen Hülse aufweist. Diese Teile sind mittels nicht gezeigter Schrauben lösbar miteinander verbunden, können aber auch, wie in 5 gezeigt, mittels externer Spannschrauben miteinander verspannt werden.
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Wie besonders gut in 2 zu erkennen ist, hat der obere Ring 111 an seiner Unterseite eine nach innen und unten teilweise offene Ringnut 114. Eine entsprechende, nach oben und innen teilweise geöffnete Ringnut 115 ist am unteren Ring 112 vorgesehen. An der Oberseite und der Unterseite des stabilen Mittelteils 113 sind ebenfalls entsprechende Ringnuten 116, 117 ausgebildet, die im zusammengebauten Zustand des Rahmens gemeinsam mit den zugeordneten Ringnuten 114, 115 am oberen bzw. am unteren Ende des zylindrischen Mittelteils jeweils eine umlaufende Ringnut, nämlich eine obere Ringnut 118 und eine untere Ringnut 119 bilden. Die Ringnuten 118, 119 sind jeweils zur Innenseite des Rahmens offen und haben radial außen eine im Wesentlichen T-förmige Erweiterung mit gerundeten Innenkonturen.
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Die Ringnuten 118, 119 dienen der formschlüssigen Aufnahme eines Werkstückhalteelementes 120 im Rahmen 110. Bei dem Werkstückhalteelement 120 handelt es sich um eine werkstückumgreifende, in Umfangsrichtung geschlossene Spannmanschette, die im Wesentlichen aus einem gummielastischen Werkstoff besteht. Die Spannmanschette 120 ist das einzige Werkstückhalteelement der Werkstückaufnahmeeinrichtung.
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Die einstückige Spannmanschette hat einen an seiner Innenseite im Wesentlichen zylindrischen mittleren Wandabschnitt 121, der den größten Teil der axialen Länge der Werkstückaufnahmevorrichtung, beispielsweise mehr als 80% oder mehr als 90% dieser Länge, einnimmt. Am oberen Ende ist ein nach radial außen vorspringender oberer Wandabschnitt 122 angeformt, dessen radial außen liegendes Ende eine T-förmige gerundete Querschnittskontur hat, die passgenau in die obere Ringnut 118 hineinpasst. Am unteren Ende des mittleren Wandabschnitts 121 ist ein nach radial außen vorspringender unterer Wandabschnitt 123 angeformt, der ebenfalls an seinem radial außen liegenden Ende eine im Querschnitt T-förmige Verdickung hat, die passgenau in die untere Ringnut 119 eingefügt werden kann. An der nach außen gerichteten Rückseite des mittleren Wandabschnitts 121 sind axial verlaufende, nach radial außen vorspringende dünne Lamellen 124 ausgebildet, die in Umfangsrichtung mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils eine Reihe von kreisförmigen Durchbrechungen aufweisen.
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Der relativ dünnwanndige, mittlere Wandabschnitt 121 ist in einem radialen Abstand von beispielsweise 5% bis 20% des Innenradius des Rahmens vor der Innenseite des Rahmenmittelteils 113 angeordnet, wenn die Spannmanschette in den Ringnuten fixiert ist. Dadurch ist zwischen dem zylindrischen Teil 121 der Spannmanschette und der Innenseite des Rahmens ein ringförmig umlaufender Hohlraum 130 gebildet, der nach oben und unten durch den oberen bzw. unteren Wandabschnitt der Spannmanschette, nach innen vom mittleren Wandabschnitt 121 der Spannmanschette und nach außen von dem stabilen mittleren Rahmenelement 113 begrenzt wird. Der Hohlraum 130 ist flüssigkeitsdicht abschließbar und im zusammengebauten Zustand der Werkstückaufnahmevorrichtung nur über einen oder mehrere Flüssigkeitszuleitungen 135 (5) von außen zugänglich.
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Im zusammengebauten Zustand der Werkstückaufnahmevorrichtung ist innerhalb des Hohlraums eine Elektrodenanordnung 150 mit einer Vielzahl von Elektrodenpaaren angeordnet, die an eine einstellbare elektrische Spannungsversorgung 160 angeschlossen werden können. Ein unterer Elektrodenring 151 hat einen in der Nähe des unteren Wandabschnitts 123 angeordneten ringförmigen Halter 152, auf dem eine Vielzahl erster Elektroden 153 befestigt sind, die in Form schmaler, radial ausgerichteter Elektrodenstreifen nach oben ragen. Ein oberer Elektrodenring 156 hat einen ringförmigen Halter 157, an dessen Unterseite zweite Elektroden 158 in Form langer schmaler, radial ausgerichteter Streifen nach unten abragen.
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Die Umfangsabstände der ersten Elektroden 153, der zweiten Elektroden 158 und der nach außen gerichteten Lamellen 124 der Spannmanschette 120 sind so bemessen und aneinander angepasst, dass in Umfangsrichtung abwechselnd jeweils eine erste Elektrode neben einer zweiten Elektrode liegt und jeweils zwischen den gegenpolig zu schaltenden Elektroden eine Lamelle des Wandabschnittes zwischengeschaltet ist. Bei Anlegen einer Gleichspannung zwischen dem oberen Elektrodenring und dem unteren Elektrodenring bildet sich jeweils zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten gegenpoligen Elektroden ein elektrisches Feld aus, welches unmittelbar auf eine in den Hohlraum 130 einzufüllende elektrorheologische Flüssigkeit einwirkt.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Spannen eines Werkstücks mittels einer solchen Werkstückaufnahmevorrichtung beschrieben, wozu auch auf 5 verwiesen wird, welche einen Vertikalschnitt durch eine der ersten Ausführungsform ähnliche Variante einer Werkstückaufnahmevorrichtung mit einer darin aufgenommenen Zylinderlaufbuchse 190 in der Werkstückhaltekonfiguration zeigt, bei der die rheologisch einstellbare Flüssigkeit den zweiten Zustand hoher Viskosität hat. Nach dem Zusammenbau der beschriebenen Baugruppen wird der Hohlraum 130 über entsprechende Anschlussleitungen 135 mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit 170 derart vollständig gefüllt, dass die Flüssigkeit alle im Hohlraum verbleibenden Restvolumina ohne Bildung von Gasblasen ausfüllt. Die elektrorheologische Flüssigkeit befindet sich dabei noch in ihrem ersten Zustand mit einer relativ niedrigen ersten Viskosität, ist also vergleichsweise dünnflüssig. Der biegsame innere Wandabschnitt 121 der Spannmanschette ist dabei noch weitgehend unverformt, so dass seine dem Werkstück zuzuwendende Innenseite noch eine weitgehend kreiszylindrische und allenfalls leicht gewölbte Form hat.
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Das einzuspannende Werkstück 190 wird dann in das Innere der Spannmanschette so eingebracht, dass diese das Werkstück allseitig umschließt.
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Dann wird über die Anschlussleitungen 135 der Flüssigkeitsdruck innerhalb des Hohlraums derart erhöht, dass die Spannmanschette nach Innen expandiert, bis sich die dem Werkstück zugewandte Seite des relativ dünnwandigen Wandabschnittes 121 an die Außenkontur des Werkstückes anlegt. Aufgrund der niedrigen Viskosität der Flüssigkeit ist eine Verteilung des hydrostatischen Drucks innerhalb des Hohlraums leicht möglich, so dass der relativ dünnwandige und damit sehr flexible Wandabschnitt 121 sich an die äußere Werkstückkontur mehr oder weniger großflächig anschmiegen kann, ohne dass es an kritischen Stellen, beispielsweise an nach außen ragenden Vorsprüngen an der Werkstückaußenseite, zu übermäßigen Verspannungen des Werkstückes kommt. Auch große Außendurchmessersprünge, wie sie z. B. im unteren Viertel der Zylinderlaufbüchse 190 in 5 bei Bezugszeichen 195 gezeigt sind, werden dabei durch Bildung von schrägen Stufenabschnitten des dünnen gummielastischen Wandabschnitts 121 überwunden. Auf diese Weise wird das Werkstück zunächst in der gewünschten Position fixiert, ohne dass es zu einer inakzeptablen Verformung des dünnwandigen Werkstücks kommt.
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Danach wird die Viskosität der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit vom ersten Zustand mit relativ niedriger erster Viskosität in einen zweiten Zustand mit einer gegenüber der ersten Viskosität deutlich höheren zweiten Viskosität verändert, indem mittels der Spannungsversorgung 160 eine elektrische Gleichspannung an die angeschlossenen Elektrodenringe angelegt wird. Dadurch bilden sich zwischen in Umfangsrichtung direkt benachbarten, gegenpolig geschalteten Elektroden elektrische Felder mit im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Feldlinien, die die elektrorheologische Flüssigkeit durchsetzen. Unter dem Einfluss des vergleichsweise starken elektrischen Feldes findet eine Polarisation der in einer nichtleitenden Basisflüssigkeit dispergierten, elektrisch polarisierten Partikel statt, die sich in einer Änderung des rheologischen Verhaltens der Flüssigkeit widerspiegelt. Während sich die elektrorheologische Flüssigkeit ohne Feldeinfluss wie eine Newtonsche Flüssigkeit verhält, verändert sich das Fließverhalten unter E-Feld-Einfluss hin zum Fließverhalten eines plastischen Körpers. Dadurch kommt es zu einer Versteifung der großflächig am Werkstück anliegenden Spannmanschette, wobei die beim Anlegen angenommene Gestalt des flexiblen Wandabschnittes 121 weitgehend erhalten bleibt und weiteren Formveränderungen einen großen Widerstand entgegensetzt wird. Die auf das Werkstück wirkende Kraft nimmt dabei nicht zu, aber die Spannmanschette wird in der beim Anlegen erzeugten Gestalt quasi „festgefroren” bzw. versteift. Ist das Werkstück auf diese Weise gespannt, kann die Bearbeitung beginnen.
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Eine Besonderheit bei dieser Art der Werkstückspannung ist dadurch gegeben, dass sich die Spannmanschette zunächst mit relativ geringer Kraft an die äußere Werkstückkontur anlegt und an diese anschmiegt und danach versteift wird, um das Werkstück sicher in seiner Bearbeitungsposition zu fixieren. Da die hochviskose Form der Flüssigkeit (zweiter Zustand) auch Kräfte übertragen werden, kann die im Hohlraum eingeschlossene REF auch Kräfte übertragen, so dass insbesondere ein zum Anlegen an die Werkstückoberfläche bestimmter, formveränderlicher Wandabschnitt bei Bedarf relativ dünn oder auf andere Weise leichtgängig formveränderlich ausgeführt sein kann, so dass er in der Lage ist, sich beim Anlegen an die Kontur der Werkstückoberfläche in einem Kontaktbereich gut anzuschmiegen. Da die Übertragung von Bearbeitungskräften zwischen dem gehaltenen Werkstück und der Werkstückaufnahme wesentlich durch die im zweiten Zustand befindliche hochviskose Flüssigkeit geschehen kann, können formveränderliche Wandabschnitte des Werkstückhalteelementes sehr dünnwandig und damit auch hochgradig biegsam bzw. flexibel ausgestaltet sein, da bei der Auslegung des Werkstückhalteelementes lediglich gewährleistet sein muss, dass seine Wandabschnitte eine flüssigkeitsdichte Hülle um die in den Hohlraum eingefüllte Flüssigkeit bilden, so dass diese im niedrigviskosem Zustand nicht davonfließen kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Dämpfungseigenschaften der Werkstückaufnahmevorrichtung durch Variation der elektrischen Feldstärke innerhalb des relativ hochviskosen zweiten Zustandes noch variiert werden können. Die Gesamtsteifigkeit der Einspannung kann daher durch Veränderung der Viskosität der REF an die Arbeitsbewegungen des auf das Werkstück einwirkenden Werkzeuges, beispielsweise eines Honwerkzeuges, so angepasst werden, dass Werkstückschwingungen stark gedämpft oder weitestgehend vollständig unterbunden werden können. Dies bewirkt einen besonders störungsarmen Bearbeitungsfortschritt ohne Rattern oder dergleichen, was sich nicht nur auf die Geräuschentwicklung bei der Bearbeitung, sondern auch auf die Qualität der bearbeiteten Oberfläche der Bohrung positiv auswirkt.
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In 4 ist ein schematischer Vertikalschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Werkstückaufnahmevorrichtung 400 gezeigt, bei der eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit 470 in Form eines Wasser/Sand-Gemisches verwendet wird. Da der Aufbau des Rahmens und der in dem Rahmen fixierten gummielastischen Spannmanschette identisch oder ähnlich zu den entsprechenden Elementen der ersten Ausführungsform ist, werden einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen, erhöht um 300, bezeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich des Aufbaus auf die Beschreibung im Zusammenhang mit 1 bis 3 verwiesen.
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Im Unterschied zur dortigen Ausführungsform befinden sich in dem außen vom zylindrischen Rahmen 410 und innen sowie oben und unten von gummielastischen Wandabschnitten der Spannmanschette 420 umschlossenen Hohlraum 430 keine weiteren Bauteile. Im unteren Bereich des hülsenförmigen Mittelteils 413 des Rahmens sind gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrer radial verlaufende, in den Hohlraum mündende Gasdurchlasskanäle 415 vorgesehen, in denen nicht gezeigte Rückschlagventile angebracht sind, die eine Einleitung von Gas in das Innere des Hohlraums zulassen, einen Rückfluss von Gas, Flüssigkeit und andere Substanzen vom Hohlraum nach außen jedoch sperren. Die Gasdurchlasskanäle sind an eine Druckgasquelle 460 angeschlossen. Über mittlere Kanäle 416 wird der hydraulisch aufgebrachte Spanndruck eingeleitet. Im oberen Wandbereich sind in den Hohlraum 430 mündende, verschließbare Entlüftungskanäle 417 vorgesehen.
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Die relativ einfach und kostengünstig aufgebaute Werkstückaufnahmevorrichtung ist für die Verwendung eines Sand/Wasser-Gemisches als rheologisch einstellbare Flüssigkeit ausgelegt. Nach dem Zusammenbau der Vorrichtung wird zunächst der Hohlraum mit feinkörnigem Sand bis zu einer Füllhöhe von etwas weniger als 100% gefüllt und der gefüllte Hohlraum anschließend mit Wasser oder einer anderen, wasserbasierten Trägerflüssigkeit vollständig geflutet, so dass sich innerhalb des Hohlraumes eine Mischung des fein verteilten Sandes mit einer Trägerflüssigkeit befindet. Wird durch die Gasdurchlasskanäle Gas von unten und/oder von der Seite in den Hohlraum eingeleitet, so steigen die Gasblasen innerhalb dieser Mischung nach oben und bewirken dadurch eine kontinuierliche Bewegung der Feststoffpartikel innerhalb der Trägerflüssigkeit, so dass Feststoffpartikel in der Flüssigkeit schweben und das Gemisch insgesamt relativ hohe Fließfähigkeit bzw. niedrige Viskosität besitzt. Wird dagegen der Gaszustrom unterbrochen oder reduziert, so setzen sich die Feststoffpartikel unter der Einwirkung der Schwerkraft allmählich ab, so dass der Hohlraum mit Ausnahme eines kleinen Volumens am oberen Ende mit einer relativ kompakten Masse feuchten Sandes gefüllt ist, die nur zäh auf äußere Kräfte reagiert und somit relativ hohe Viskosität besitzt.
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Soll nun ein Werkstück eingespannt werden, so wird hierzu das Sand/Wasser-Gemisch im Hohlraum durch Einleiten von Gas in den niedrigviskosen Zustand versetzt. In diesem Zustand können sich die relativ dünnen inneren Wandabschnitte 421 der Spannmanschette unterstützt durch den von außen eingeleiteten Gasdruck großflächig an die Werkstückaußenkontur anschmiegen, auch wenn diese eine stark von einer Zylinderform abweichende Gestalt hat (vgl. z. B. Zylinderlaufbuchse in 5). Wenn das Werkstück auf diese Weise in seiner gewünschten Werkstückposition fixiert und von der Spannmanschette großflächig gehalten wird, wird der Gaszustrom unterbrochen, so dass sich die Sandkörner innerhalb des Hohlraums absetzen und der relativ dünne mittlere Wandabschnitt der Spannmanschette durch den abgesetzten Sand an der Werkstückaußenkontur gehalten wird. Da die kompakte feuchte Sandmasse von außen einwirkenden Kräften ein relativ hoher Widerstand entgegensetzt, bleibt das gehaltene Werkstück innerhalb der versteiften Spannmanschette sicher gehalten und kann nun bearbeitet werden. Zum Ausspannen des Werkstückes wird wieder Druckgas von unten und/oder von der Seite in den Hohlraum eingeleitet, wodurch das Sand/Wasser-Gemisch wieder aufgemischt und damit „flüssiger” wird, so dass das Werkstück entnommen werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können auch andere rheologisch einstellbare Flüssigkeiten verwendet werden, beispielsweise Flüssigkeiten, deren Viskosität durch Temperaturänderung und/oder Druckänderung veränderbar ist. Beispielsweise kann eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit verwendet werden, die durch Temperaturabsenkung unter ihren Gefrierpunkt von einem niedrigviskosen ersten Zustand (bei höherer Temperatur) in einen höherviskosen zweiten Zustand (und vice versa) überführt werden kann.
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Jede Art von Werkstück kann gespannt werden. Besondere Vorteile ergeben sich bei Werkstücken, die eine nicht bearbeitete und/oder stark strukturierte Außenkontur haben und/oder bei solchen Werkstücken, die gegen Spannkräfte empfindlich sind, weil sie z. B. dünnwandig konstruiert sind und/oder aus einem leicht verformbaren Material bestehen. So können z. B. Hüftgelenkprothesen, die in der Regel einen gekrümmten Schaft mit stark strukturierter Außenkontur haben, mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Werkstückaufnahmevorrichtung beim Finishen des Kugelgelenkkopfes im Schaftbereich gespannt werden.
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Anhand 6 wird beschrieben, auf welche Weise eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit genutzt werden kann, ein mit Hohlräumen versehenes Werkstück für eine mechanische Bearbeitung gezielt zu versteifen. 6 zeigt hierzu einen schematischen Vertikalschnitt durch einen Bereich eines Motorblocks 690 eines wassergekühlten Verbrennungsmotors im Bereich einer Zylinderbohrung 692. Die im Wesentlichen zylindrische Innenfläche 691 der Zylinderbohrung dient im Betrieb des Motors als Zylinderlauffläche und damit als Gleitpartner für die Kolbenringe des Motors.
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Die Zylinderlauffläche wird mit Hilfe eines Honwerkzeuges 650 bearbeitet, das am unteren Ende einer Honspindel 655 starr angekoppelt ist und mehrere über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Honleisten 651 aufweist. Durch Überlagerung einer axialen Hubbewegung und einer Drehbewegung des Honwerkzeugs werden an der Zylinderlauffläche sich überkreuzende Bearbeitungsspuren erzeugt. Bei starr angekoppeltem oder axial starr geführtem Honwerkzeug kann ggf. mittels Positionshonen die Lage der Bohrungsachse verändert werden, um durch Honen mit relativ starkem Materialabtrag eine Bohrungsachskorrektur zu erreichen.
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Der Motorblock eines wassergekühlten Verbrennungsmotors hat ein System innerer Hohlräume, zu denen bei jedem Zylinder der sogenannte Wassermantel gehört, der als ringförmiger Hohlraum die Zylinderlauffläche so umschließt, dass zwischen der Zylinderlauffläche 691 und dem Hohlraum nur ein relativ dünner Wandanschnitt 695 des Werkstücks verbleibt.
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Das im Bereich der Zylinderbohrung relativ dünnwandige Werkstück wird bei der Honbearbeitung relativ starken Bearbeitungskräften ausgesetzt, so dass die Gefahr besteht, dass das Werkstück im Bereich der Zylinderbohrung deformiert wird und damit die Zylinderbohrung nicht die beim Honen erwünschte Bohrungsform erhält. Dem wird bei einem bevorzugten Verfahren dadurch entgegengewirkt, dass das Werkstück für die Honbearbeitung mit Hilfe einer rheologisch einstellbaren Flüssigkeit so versteift wird, dass es den Bearbeitungskräften einen höheren Widerstand entgegensetzt und dementsprechend weniger stark deformiert wird. Hierzu wird vor der Bearbeitung eine rheologisch einstellbare Flüssigkeit 670 in das Hohlraumsystem des Motorblocks über ein mit Absperrventilen versehenes Zuleitungssystem eingefüllt. Die zur Deckfläche des Motorblocks offenen Hohlräume des Wassermantels werden vor der Bearbeitung z. B. durch eine auf die Deckfläche aufschraubbare Dichtplatte 659 abgedichtet.
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Beim Einfüllen befindet sich die inkompressible rheologisch einstellbare Flüssigkeit in ihrem niedrigviskosen ersten Zustand, in dem sie ausreichend dünnflüssig ist, um alle Hohlräume blasenfrei auszufüllen. Danach werden die Ventile des Zuleitungssystems und alle potentiellen Abflussöffnungen geschlossen. Anschließend wird die rheologisch einstellbare Flüssigkeit in ihren hochviskosen zweiten Zustand gebracht. Die dann sehr zähe Flüssigkeit versteift dadurch das gesamte Werkstück. In diesem versteiften Zustand wird das Werkstück nun bearbeitet, wobei sich durch die gesteigerte Formstabilität des Werkstücks insbesondere im Bereich der relativ dünnen Zwischenwände 695 gegenüber einer Bearbeitung ohne eine solche Versteifung wesentlich bessere Formwerte ergeben. Nach Abschluss der Honbearbeitung wird die rheologisch einstellbare Flüssigkeit wieder in ihren niedrigviskosen Zustand gebracht und aus dem Kanalsystem abgelassen.
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Bei der rheologisch einstellbaren Flüssigkeit kann es z. B. sich um eine elektrorheologische Flüssigkeit, um eine magnetrheologische Flüssigkeit oder um ein Gemisch mit einer Trägerflüssigkeit und in der Trägerflüssigkeit fein verteilten Feststoffpartikeln (beispielsweise Sandkörner) handeln. Es ist auch möglich, dass eine Flüssigkeit verwendet wird, die durch Temperaturveränderung ihre Viskosität verändert, wie das beispielsweise beim Gefrieren von Wasser bei Absenken der Temperatur der Fall ist. Auch Flüssigkeiten, deren Viskosität durch Einwirkung von Druck signifikant veränderbar ist, können verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10155587 C1 [0012]
- EP 0899081 A2 [0025]
