-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Schmierstruktur
sowie ein nach einem derartigen Verfahren hergestelltes Werkstück.
-
Aus
der
DE 10 2007
017 800 A1 der Anmelderin ist es bekannt, zur Feinbearbeitung
einer Gleit- oder Führungsfläche ein Glättwerkzeug
zu verwenden, so dass die Gleit- oder Führungsfläche
partiell umgeformt wird. Bei diesem partiellen Umformen wird in
den Rauheitsspitzen des Materials eine hohe Druckspannung erzeugt,
die den Werkstoff zum Fließen bringt, so dass Bereiche
mit hohen Druckspannungen („Berge”) in die Zonen
mit vergleichsweise niedrigen Spannungen fließen und somit
die „Täler” aufgefüllt werden – durch
dieses Glätten mittels eines balligen, nicht abwälzenden
Glättkörpers lässt sich eine qualitativ
hochwertige Oberfläche mit minimaler Rautiefe herstellen.
Als Glättkörper wird dabei vorzugsweise ein Naturdiamant
oder ein entsprechend harter Werkstoff verwendet.
-
Diese
Anwendung ist beispielsweise besonders interessant bei Pleueln,
deren kleines Pleuelauge ohne Lagerbuchse einen Kolbenbolzen aufnehmen
soll. Dabei kann das kleine Pleuelauge rund, elliptisch und/oder
trompetenförmig ausgebildet sein.
-
Die
Standfestigkeit lässt sich weiter verbessern, wenn in den
Gleit- oder Lagerflächen, beispielsweise den Umfangswandungen
des kleinen Pleuelauges Mikrokammern ausgebildet werden, wie sie
in der nachveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2009 008 650 der Anmelderin
beschrieben sind. Diese Mikrokammern werden beispielsweise durch
einen Laser ausgebildet.
-
Aus
der eingangs genannten
DE
10 2007 017 800 A1 ist es bereits bekannt, zur Beseitigung von
Seigerungen mittels des Glättwerkzeugs im mittleren Bereich
des kleinen Pleuelauges eine umlaufende Umfangsnut auszubilden,
so dass diese Seigerungen abgetragen werden und nicht mehr im Haupttragbereich
der Lagerfläche liegen. Bei dieser bekannten Lösung
kann diese Umfangsnut durch das gleiche Glättwerkzeug hergestellt
werden, das zum Glätten der Gleit- oder Lagerfläche
verwendet wird. Dieses Glättwerkzeug ist beispielsweise
in einem Membrankippkopf aufgenommen, der in Z-, U- und C-Richtung
verstellbar ausgeführt ist.
-
Vorversuche
zeigten, dass derart bearbeitete Lagerflächen, insbesondere
die kleinen Pleuelaugen von Pleueln bei hohen Belastungen immer
noch zu Verschleiß neigen.
-
Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausbilden
einer Schmierstruktur zu schaffen, mit dem ein vorzeitiger Verschleiß vermieden
werden kann. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde,
ein nach einem derartigen Werkstück hergestelltes Verfahren bereit
zu stellen.
-
Diese
Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Werkstück durch
die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 11 gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen des Verfahrens bzw. des Werkstücks sind
Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Gleit- oder
Lagerfläche zunächst in der vorbestimmten Form
vorbearbeitet, so dass beispielsweise das kleine Pleuelauge zylindrisch,
oval oder trompetenförmig ausgebildet wird. Nach dieser
Vorbearbeitung der Fläche, beispielsweise durch Feinbohren,
wird eine Schmierstruktur in Form von Schmierkanälen und/oder
Kammern mittels eines Glättwerkzeugs, im folgenden Groovewerkzeug
genannt, eingebracht. Die Schmierstruktur wird durch partielles
Umformen der Gleit- oder Lagerfläche ausgebildet. Nach
dem Einbringen dieser Schmierstruktur wird die Gleit- oder Lagerfläche
nachbearbeitet, so dass beim partiellen Umformen auftretende Aufwürfe
oder dergleichen beseitigt und die Oberflächenrauhigkeit
der gleit- oder Lagerfläche minimiert wird. Diese Nachbearbeitung
kann durch Glätten, Honen, Läppen oder dergleichen
durchgeführt werden.
-
Im
Unterschied zu den oben genannten nachveröffentlichten
Stand der Technik wird die Schmierstruktur nicht durch Laserenergie
sondern durch partielles Umformen ausgebildet, so dass auf den Einsatz
einer vergleichsweise teuren Laseranlage verzichtet werden kann.
Durch die stufenweise Bearbeitung der Gleit- oder Lagerfläche
wird eine Oberfläche mit minimaler Rautiefe bereit gestellt,
wobei die Geometrie der Schmierstruktur in weitem Umfang variabel
gestaltet werden kann.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt
die Nachbearbeitung der Gleit- oder Lagerfläche ebenfalls
durch Glätten, wobei allerdings ein Glättwerkzeug
mit einem größeren Durchmesser als das Groovewerkzeug
verwendet wird. Dabei kann der Durchmesser des Glättwerkzeugs
etwa 2 bis 3 mm betragen, während der Durchmesser des Groovewerkzeugs
im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm liegen kann. Selbstverständlich
sind auch andere Abmessungen einsetzbar.
-
Zur
Beseitigung von Seigerungen kann die Gleit- oder Lagerfläche
mit einer umlaufenden Schmiernut versehen sein.
-
In
diesem Fall können von dieser Schmiernut eine Vielzahl
von Schmierkanälen abzweigen. Diese können beispielsweise
Y-förmig zur umlaufenden Schmiernut angeordnet sein. Alternativ
können die Kanäle auch quer oder parallel zu dieser
Schmiernut ausgebildet werden.
-
Bei
einer anderen Variante der Erfindung ist der Kanal oder sind die
Kanäle sinusförmig ausgebildet, wobei diese Sinuslinie
die umlaufende Schmiernut mehrfach schneidet.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Kanal nicht
durchgehend sondern durch eine Vielzahl von zueinander beabstandeten
Schmierkammern ausgebildet.
-
Der
Kanal oder die Schmierkammern können als Zylinderabschnitte
oder mit variabler Tiefe ausgeführt werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders
vorteilhaft zur Herstellung eines Mikroschmiersystems eines kleinen
Pleuelauges verwenden. Selbstverständlich können auch
Schmierkanäle in Buchsen ausgebildet werden, die in entsprechende
Aufnahmen, beispielsweise das kleine Lagerauge (Pleuelauge) eingesetzt
werden.
-
In
dem Fall, in dem die Schmierstruktur in einem Pleuelauge oder in
das Pleuelauge eingesetzte Lagerbuchse eingebracht wird, wird es
bevorzugt, wenn die Kanäle von der mittleren Schmiernut
weg sich in Richtung einer Pleuelstange des Pleuels erstrecken,
so dass ein hinreichende Schmierung der hoch belasteten Bereiche
gewährleistet ist.
-
Das
Glätten oder Grooven erfolgt vorzugsweise mittels Regelung
der Glättkraft, wobei diese über einen Sensor
erfasst und telemetrisch zur Regeleinheit übertragen wird.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 unterschiedliche
Geometrien einer Schmierstruktur (Mikroschmiersystem) in einem kleinen
Pleuelauge eines Pleuels;
-
2 eine
Schmierstruktur in einer Buchse für ein kleines Pleuelauge
eines Lkw-Pleuels;
-
3 eine
Schmierstruktur einer Lagerbuchse für ein Pkw-Pleuel;
-
4 eine
Prinzipdarstellung einer Glättkraftüberwachung
zur Ausbildung von Strukturen gemäß den 1 bis 3 und
-
5 ein
Glättwerkzeug für eine Anlage gemäß 4.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausbildung von Schmierstrukturen
in einem kleinen Pleuelauge eines Pleuels bzw. in einer Buchse,
die in ein kleines Pleuelauge eingesetzt wird, beschrieben. Selbstverständlich
können derartige Schmierstrukturen auch in anderen Gleit-
oder Lagerflächen, beispielsweise in einer Zylinderkurbelgehäusebohrung oder
sonstigen Bauelementen ausgebildet werden.
-
1 zeigt
unterschiedliche Möglichkeiten, eine Schmierstruktur in
einem kleinen Pleuelauge
2 eines Pleuels
1 auszubilden.
Die links neben der photographischen Darstellung des kleinen Pleuelauges
2 dargestellten
Bereiche zeigen einen Längsschnitt durch das Pleuel, das
beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Trapezpleuel
ausgeführt ist, wobei dessen Pleuelwandung zu einer Pleuelstange
4 hin trapezförmig
erweitert ist. Die in
1 links dargestellten Abbildungen
A1 bis A6 zeigen somit eine Ansicht auf eine Hälfte der
Umfangswandung des kleinen Pleuelauges
2. Bei all diesen
Ausführungsbeispielen ist mittig in der Umfangswandung
des kleinen Pleuelauges
2 eine umlaufende Schmiernut
6 ausgebildet,
durch die – wie ausführlich in der
DE 10 2007 017 800 A1 beschrieben – bei
buchsenlosen kleinen Pleuelaugen Seigerungen abgetragen werden.
Ergänzend zu dieser umlaufenden Schmiernut
6 sind bei
den Varianten A1 bis A6 zusätzliche Schmierstrukturen
8 ausgebildet.
Beim Ausführungsbeispiel A1 ist zusätzlich zur
Schmiernut
6 ein sinusförmiger Kanal
8 ausgebildet,
dessen Amplitude an die Trapezform dieses Pleuelaugenquerschnitts
angepasst ist, d. h. die Amplitude dieser Sinuswelle nimmt vom Kolbenstangen
nahen Bereich zu den von der Kolbenstange entfernten Umfangswandungsabschnitt des
kleinen Pleuelauges
2 hin ab. Dabei kreuzt der Kanal
8 die
Schmiernut
6 mehrfach.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel A2 in 1 ist eine
Vielzahl von Kanälen 8, 8', 8'' schräg
zur mittigen Schmiernut 6 angestellt, wobei diese Kanäle beidseitig
von der Schmiernut 6 ausgebildet sind, so dass sie pfeil-
oder Y-artig zueinander angestellt sind. Jeder dieser kleinen Zweigkanäle 8, 8', 8'',
... mündet einerseits in die Schmiernut 6 ein
und endet andererseits innerhalb der Umfangswandung. Bei dem Ausführungsbeispiel
A2 verlaufen diese Kanäle 8 weg von der Kolbenstange 4 (angedeutet
im Ausführungsbeispiel A2).
-
Beim
Ausführungsbeispiel A3 sind diese kleinen Teilkanäle 8, 8', 8'' in
umgekehrter Richtung orientiert, d. h. sie verlaufen von der Schmiernut 6 weg in
Richtung der Kolbenstange 4, so dass die kolbenstangenseitigen
hoch belasteten Bereiche bevorzugt geschmiert werden.
-
Die
Ausführungsbeispiele A1, A2, A3 sind jeweils mit durchgehenden
Kanälen 8 oder Kanalabschnitten ausgeführt.
Beim Ausführungsbeispiel A4 ist die Sinuslinie durch eine Vielzahl
von linienförmig hintereinander liegenden Kammern 10 gebildet,
die ebenfalls eine sinusförmige, jedoch nicht durchgehende
Schmierstruktur ausbilden.
-
Beim
Ausführungsbeispiel A5 ist die Schmierstruktur ebenfalls
durch eine Vielzahl von linienförmig zueinander beabstandeten
Kammern 10 ausgebildet, wobei diese keine Druckmittelverbindung
zur mittleren Schmiernut 6 aufweisen und die Kammerlinien
jeweils quer zu dieser, d. h. parallel zur Pleuelaugenachse verlaufen.
-
Beim
Ausführungsbeispiel A6 bilden die linienförmig
hintereinander liegenden Kammern 10 eine Struktur aus Kammerlinien
aus, die in etwa in Parallelabstand zur mittleren Schmiernut 6 verlaufen.
D. h. bei den Varianten A5, A6 ist eine Vielzahl von geschlossenen
Kammern 10 vorgesehen, die linienartig hintereinander liegend
angeordnet sind und keine Verbindung zur mittleren Schmiernut 6 aufweisen.
-
Beim
Ausführungsbeispiel A4 stehen zumindest einige der Kammern 10 in
Druckmittelverbindung mit der mittigen Schmiernut 6.
-
2 zeigt
eine Buchse eines kleinen Pleuelauges eines Lkw-Pleuels. Diese Buchse 12 ist
an ihrer Innenumfangswandung mit einer Schmierstruktur ausgeführt,
die aus einer Vielzahl von Schmierkanälen 8 besteht,
die jeweils einen mittleren Bereich 14 aufweisen, dessen
beide Endabschnitte 16 jeweils Y-förmig (ähnlich
wie bei den Ausführungsbeispielen A2, A3 in 1)
verzweigen. Gemäß 2 ist eine
Vielzahl derartiger doppel-Y-förmiger Schmierstrukturen
an der Innenumfangswandung der Buchse 12 ausgebildet.
-
3 zeigt
ein kleines Pleuelauge eines Pkw-Pleuels, in das eine Buchse 12 eingesetzt
ist. Dieses kleine Pleuelauge ist mit einer Ölbohrung 18 versehen,
von der ein Y-förmiger Kanal 8 ausgeht, der sich
weg von der Ölbohrung 18 verzweigt.
-
Selbstverständlich
können auch andere Kanal- oder Taschengeometrien vorgesehen
werden. So können die Taschen oder Kanäle 8 mit
gleichbleibender Tiefe im Querschnitt etwa als Zylinderabschnitt
ausgeführt werden. Prinzipiell ist es auch möglich,
durch geeignete Steuerung des Groovewerkzeugs eine variable Tiefe
der Taschen/Kanäle auszubilden. Bei der Verwendung eines
homogenen Zylinderausschnitts können die Kanäle/Taschen
mit einem kontinuierlichen Einlauf und Auslauf für das Schmiermittel
ausgeführt sein.
-
Es
ist auch möglich, die gesamte Umfangswandung der Gleit-
oder Lagerfläche mit Druckkammern oder Kanälen
zu strukturieren.
-
Die
Ausbildung der vorbeschriebenen Strukturen erfolgt erfindungsgemäß zunächst
durch eine Vorbearbeitung der Gleit- oder Lagerfläche,
beispielsweise der Umfangswandung des Pleuelauges 2 oder
der Buchse 12 durch Feinbohren oder dergleichen. Dabei
kann das Pleuelauge oder die Buchse zylindrisch, oval oder trompetenförmig
ausgebildet werden.
-
Über
ein Glättwerkzeug mit Kraftsensor oder ein Kombiwerkzeug,
das ein Furchen (Grooven) und Glätten mit Kraftsensor ermöglicht
oder über einen Piezo-Vibro-Groover bzw. Dimpler werden
die vorbeschriebenen Strukturen ausgebildet. D. h. in der vorbearbeiteten
Fläche, beispielsweise der Umfangswandung des kleinen Pleuelauges,
wird über ein Groovewerkzeug die beschriebene Schmierstruktur mit
den Kanälen 8 oder den Kammern 10 ausgebildet.
Als Glättkörper wird dabei ein Naturdiamant oder dergleichen
verwendet, dessen wirksamer Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 1,5
mm liegt.
-
Eine
Möglichkeit dieses Groovewerkzeug zu steuern und auszubilden
ist in den
4 und
5 dargestellt.
Bei dieser Variante ist der Glättkörper
20 an
einem Glättwerkzeug gehalten, das in
5 gezeigt
ist. Dieses hat einen Schaft
22, der in einen in
4 dargestellten
radial zustellbaren Zustellkopf
24 eingesetzt ist. Dieser
ist beim Ausführungsbeispiel gemäß
4 als
Membrankippkopf
24 ausgeführt, dessen Aufbau in
der eingangs genannten
DE
10 2007 017 800 A1 detailliert beschrieben ist, so dass hier
der Einfachheit halber auf diese Offenbarung verwiesen wird. Dieser
Membrankippkopf
24 ermöglicht eine radiale Verstellung
des Glättkörpers
20 durch Verstellung
entlang der schrägen U-Achse. Über diese Radialverstellung
wird somit die Glättkraft bestimmt, die mittels eines Glättkraftsensors
26 aufgenommen
wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die
Signale dieses Sensors
26 telemetrisch an eine Regeleinheit
28 übertragen, über
die die Radialverstellung, d. h. die Verstellung entlang der U-Achse
des Membrankippkopfes
24 geregelt wird. Der Membrankippkopf
24 ist
in eine Positionierspindel
28 eingesetzt, die eine Verstellung
des Membrankippkopfes
24 in Richtung der Z-Achse und der C-Achse
(Drehachse) ermöglicht, so dass die vorbeschriebenen Strukturen
mit konstanter Tiefe oder mit variabler Tiefe ausgebildet werden
können. D. h. die Verstellung des Glättwerkzeugs
20 erfolgt
im NC-Steuerbetrieb mit überlagerter Glättkraftregelung,
wobei über den Membrankippkopf
24 und den Kraftsensor
26 die
Glättkraft geregelt wird. Die C-Achse und die Z-Achse fahren
in Bahnsteuerbetrieb.
-
Alternativ
kann die Verstellung des Glättkörpers 20 auch
mittels einer NC-Maschine mit Motorspindel und Interpolation über
diese Motorspindel erfolgen.
-
Bei
der Ausbildung dieser Schmierstruktur durch das Groovewerkzeug 20 entstehen
durch die partielle Umformung Aufwürfe, die durch eine
Nachbearbeitung der Gleit- oder Lagerfläche beseitigt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt diese Nachbearbeitung
vorzugsweise wiederum durch ein Glättwerkzeug, wobei der
Durchmesser des Glättkörpers vorzugsweise größer
als der Glättkörper des Groovewerkzeugs gewählt
wird. Bei einem Durchmesser des Glättkörpers des
Groovewerkzeugs von etwa 0,5 bis 1,5 mm kann der Durchmesser des
Glättwerkzeugs des Nachbearbeitungswerkzeugs etwa zwischen
2 und 3 mm liegen. Die sich dabei einstellende Tiefe der Schmierstruktur
liegt bei etwa 2 bis 5 μm. Vorversuche zeigten, dass sich
der Verschleiß mit einer derartigen Schmierstruktur gegenüber
den herkömmlichen Lösungen wesentlich verringern
lässt, wobei die Herstellung kostengünstiger und
mit besserer Oberflächenqualität als bei der Verwendung von
Lasern ermöglicht ist. Ein zusätzlicher Vorteil
der erfindungsgemäßen Schmierstrukturen liegt
darin, dass insbesondere nach den Geometrien A1 bis A3 in 1 in
den Lagerbereich eintretende Verschmutzungen durch das Schmieröl
ausgespült werden.
-
Offenbart
ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Schmierstruktur, wobei in
einer vorbearbeiteten Fläche eine Schmierstruktur mittels
eines Groovewerkzeugs ausgebildet wird und im Anschluss daran eine
Nachbearbeitung der Fläche durch Glätten, Honen,
Läppen oder dergleichen erfolgt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pleuel
- 2
- Pleuelauge
- 4
- Pleuelstange
- 6
- Schmiernut
- 8
- Kanal
- 10
- Kammer
- 12
- Buchse
- 14
- mittlerer
Bereich
- 16
- Y-Endabschnitt
- 18
- Ölbohrung
- 20
- Glättkörper
- 22
- Schaft
- 24
- Membrankippkopf
- 26
- Kraftsensor
- 28
- Positionierspindel
-
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 102007017800
A1 [0002, 0005, 0028, 0041]
- - DE 102009008650 [0004]
