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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 37 19 796 A1 beschrieben, ein Verfahren und ein Werkzeug zum Bearbeiten von Oberflächen, insbesondere von Laufflächen von Verbrennungsmaschinen, bekannt. Im Verfahren wird die Oberfläche zusätzlich zu einer Hon- und Hochdruckstrahlbehandlung gebürstet.
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Aus der
EP 0 169 984 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen der Laufflächen von aus Grauguss bestehenden Zylindern einer Hubkolbenmaschine bekannt. Das Oberflächenmaterial wird elektrochemisch abgetragen, danach erfolgt eine Behandlung mit einer Flüssigkeit und anschließend werden die Laufflächen einem mechanischen Reibplattieren oder Glätten ohne Verschließen der oberflächennahen Graphitnester unterzogen. Die Laufflächen werden nach der elektrochemischen Bearbeitung mit einem Flüssigkeitsstrahl eines Druckes von größer als 400 Bar, vorzugsweise von 600 Bar bis 800 Bar, beaufschlagt.
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In der
DE 10 2009 031 337 A1 wird ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche beschrieben. Die Oberfläche wird durch einen Honprozess bearbeitet, durch einen Bürstprozess gebürstet und durch zumindest einen weiteren Bearbeitungsprozess bearbeitet, wobei als weiterer Bearbeitungsprozess ein Läpp-Honprozess durchgeführt wird.
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Aus der
DE 10 2009 030 451 A1 sind ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche sowie ein Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten einer Oberfläche bekannt. Im Verfahren wird ein Läpphonwerkzeug beim Bearbeiten der Oberfläche um eine zur Oberfläche im Wesentlichen parallel verlaufende Rotationsachse des Werkzeugs rotatorisch und im Wesentlichen parallel zur Oberfläche translatorisch bewegt, wobei das Werkzeug in sämtlichen, senkrecht zu einer Normalen der Oberfläche verlaufenden Richtungen in zumindest im Wesentlichen gleich langen Oberflächenbearbeitungswegen bewegt wird.
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In der
DE 10 2008 064 592 A1 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer nicht zylindrischen Innenfläche einer Bohrung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst entlang des Umfangs der Bohrung angeordnete und auf die Innenfläche der Bohrung radial zustellbare Bearbeitungswerkzeuge und ein Zustellsystem, das elektrische Stellelemente aufweist, deren wirksame Flächen durch elektrische Steuersignale verstellbar sind und auf Zustellelemente einwirken, durch die die Bearbeitungswerkzeuge auf die Bohrung zugestellt werden. Die wirksamen Flächen der elektrischen Stellelemente wirken auf ein hydraulisches Leitungssystem ein, über das zumindest ein Zustellelement verschoben wird. Die von dem Medium des hydraulischen Systems beaufschlagte Fläche des Zustellelements ist geringer als die auf das hydraulische System einwirkende Fläche des elektrischen Stellelementes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors wird eine Zylinderlaufbahn der Zylinderbohrung gehont.
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Erfindungsgemäß wird die Zylinderlaufbahn in einer Mehrzahl von Honschritten gehont, wobei die Zylinderlaufbahn zumindest in einem Honschritt mittels eines Honwerkzeugs gehont wird, bei welchem zumindest eine Honleiste mittels zumindest eines Federelementes federnd gelagert wird und durch das zumindest ein Federelement an die Zylinderlaufbahn derart angepresst wird, dass ein Materialabtrag von der Zylinderlaufbahn weitgehend vermieden wird oder dass abgetragenes Material vollständig abgeführt wird. D. h. in diesem zumindest einen Honschritt erfolgt nahezu kein oder zumindest nur noch ein sehr geringer Materialabtrag, wobei dann durch Verwendung dieses Honwerkzeugs sichergestellt ist, dass das abgetragene Material aus der Zylinderbohrung entfernt wird und sich nicht in die Zylinderlaufbahn, beispielsweise in darin ausgebildeten Poren, einlagert.
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Mittels dieses Honwerkzeugs, welches zweckmäßigerweise eine Mehrzahl derartiger Honleisten aufweist, wobei stets alle vorhandenen Honleisten des Honwerkzeugs jeweils mittels eines oder mehrerer Federelemente federnd gelagert sind, wird die Honbearbeitung der Zylinderlaufbahn erheblich verbessert. Derartige Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren weisen, insbesondere bei einer vorteilhaften Herstellung, stochastisch verteilte Poren auf, welche insbesondere während der Honbearbeitung scharfkantige Ränder aufweisen können. Dies kann insbesondere bei durch thermisches Spritzen hergestellten Zylinderlaufbahnen der Fall sein. Zudem können durch ein so genanntes Überschmieren der Poren durch die Honbearbeitung so genannte Blechmäntel oder Deckelgrate entstehen, d. h. teilweise abgelöste Metallspäne, welche die Poren bedecken. Diese können sich während eines Betriebs des Verbrennungsmotors ablösen und zu einem erhöhten Verschleiß der Zylinderlaufbahn und von Kolbenringen führen. Des Weiteren können die Poren, welche im Betrieb des Verbrennungsmotors ein Ölrückhaltevolumen erhöhen, verschlossen werden, so dass dieser Ölrückhalteeffekt nicht erreicht wird. Dies kann zu einer deutlichen Verschlechterung tribologischer Eigenschaften der Zylinderlaufbahn führen.
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Durch den Einsatz des Honwerkzeugs mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten in einem oder mehreren vorzugsweise letzten Honschritten, in welchen insbesondere ein Fertighonen und ein Glätthonen der Zylinderlaufbahn durchgeführt wird, wird eine aus dem Stand der Technik bekannte Prozesskette in dem erfindungsgemäßen Verfahren derart verändert, dass das Überschmieren der Poren stark reduziert wird, insbesondere in Bearbeitungsoperationen, welche eine Oberflächenqualität maßgeblich definieren, d. h. in einem oder mehreren letzten Honschritten.
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Der Vorteil des Einsatzes dieses Honwerkzeugs ist, dass die federnd gelagerten Honleisten einer in vorangegangenen Honschritten geschaffenen Zylinderlaufbahnform mit einer durch die Federelemente vorgegebenen zumindest annähernd konstanten Kraft bzw. Flächenpressung von an den Honleisten angeordneten Schneidelementen, auch Honsteine genannt, nur nachlaufen. Dadurch ist sichergestellt, dass jeder Bereich der Zylinderlaufbahn mit einer vorgegebenen konstanten Kraft bearbeitet wird.
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Dies ist besonders vorteilhaft, da Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren in der Regel nach der Bearbeitung nicht ideal zylinderförmig sind. Beispielsweise aufgrund struktureller Uneinheitlichkeit eines Zylinderkurbelgehäuses des Verbrennungsmotors existiert häufig eine Restunrundheit. Diese Restunrundheit ist jedoch nicht zu verwechseln mit durch Formhonen bewusst erzeugten Unrundheiten oder Freiformen der Zylinderlaufbahn, welche erheblich höhere Abweichungen von einer Idealzylinderform aufweisen als die hier beschriebene Restunrundheit und welche mittels spezieller Honeinheiten mit piezoelektrisch zustellbaren Honleisten gezielt in die Zylinderbohrung eingebracht werden. D. h. im Verfahren werden bevorzugt Zylinderlaufbahnen gehont, welche annähernd idealzylinderförmig sind, d. h. welche lediglich eine Restunrundheit oder mehrere Restunrundheiten aufweisen können, in welche jedoch nicht durch Formhonen gezielt Unrundheiten oder Freiformen eingebracht wurden.
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Durch eine Bearbeitung derartiger Zylinderlaufbahnen, welche die beschriebene Restunrundheit aufweisen, mit aus dem Stand der Technik bekannten steifen Hon- oder Läppwerzeugen oder dergleichen kann es aufgrund dieser Restunrundheit zu unterschiedlichen Flächenpressungen zwischen einem jeweiligen Wirkelement des Werkzeugs, beispielsweise einem Honstein, und einem Werkstoff der zu bearbeitenden Zylinderlaufbahn kommen. Bei abschließenden oberflächengebenden Bearbeitungsoperationen, d. h. bei einem Fertighonen, Finishhonen und/oder Glätthonen, bei welchen eigentlich nur noch eine geringfügige Materialzerspanung stattfinden soll, kann dies dann insbesondere bei größeren auftretenden Flächenpressungen zu einem örtlichen Verschmieren der Poren, zur beschriebenen Blechmantelbildung und/oder zu anderen Schädigungen der Zylinderlaufbahn kommen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Makroformmerkmale der Zylinderlaufbahn in einem oder mehreren vorzugsweise letzten Honschritten mit einer konstanten Zustellkraft überfahren, wodurch das beschriebene Verschmieren der Poren und die Blechmantelbildung verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden. Des Weiteren wird dadurch ein Entgraten der Zylinderlaufbahn ermöglicht, wodurch beispielsweise bereits gebildete Blechmäntel oder Deckelgrate, d. h. teilweise abgelöste Metallspäne, von der Zylinderlaufbahn entfernt werden. Insbesondere wird verhindert, dass in diesen letzten Honschritten eine Werkzeugform auf die Zylinderlaufbahn übertragen wird und dadurch die bereits ausgebildete Form der Zylinderlaufbahn noch nachhaltig verändert wird, wie dies bei steifen Honeinheiten aus dem Stand der Technik der Fall ist. D. h. es findet im diesen Honschritten, welche mittels des Honwerkzeugs mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchgeführt werden, keine Formveränderung oder zumindest keine wesentliche Formveränderung mehr statt, sondern lediglich noch eine Oberflächenbearbeitung der Zylinderlaufbahn, um deren Qualität zu verbessern. Es findet kein Materialabtrag mehr statt oder dieser ist relativ gering, wobei dann der geringe Materialabtrag aus der Zylinderbohrung entfernt wird, so dass die Poren in der Zylinderlaufbahn nicht verstopft werden.
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Zudem können durch die Verwendung des Honwerkzeugs mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten unterschiedliche Steifigkeiten des Zylinderrohrs ausgeglichen werden. Dies wird, wie beschrieben, dadurch erreicht, dass diese ein oder mehreren vorzugsweise letzten Honschritte, insbesondere das Fertighonen, Finishhonen und/oder Glätthonen, bei welchen beispielsweise durch eine Verwendung kleiner Schneidkörner, entsprechend einer gewünschten Zieloberfläche, nur noch ein geringer Materialabtrag erfolgt, mit dem beschriebenen Honwerkzeug mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten durchgeführt wird. Dadurch wird ein gleichmäßiges Schnittbild mit optimal geöffneten Poren in der Zylinderlaufbahn erzeugt, und eine verbesserte Konstanz der Oberfläche der Zylinderlaufbahn erreicht. Dadurch wird ein Einlaufverschleiß des Verbrennungsmotors reduziert.
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Besonders vorteilhaft ist, dass zur Durchführung des Verfahrens keine wesentlichen Veränderungen an vorhandenen Maschinen vorzunehmen sind, es ist lediglich zur Durchführung eines oder mehrerer Honschritte mit dem beschriebenen Honwerkzeug mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten eine aus dem Stand der Technik bekannte herkömmliche Honeinheit durch dieses beschriebene Honwerkzeug mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten zu ersetzen. Eine derartige Umrüstung bestehender Honlinien ist auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren. Insbesondere sind durch die Bearbeitung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzlichen Läpp- oder Wasserstrahlwerkzeuge und entsprechende aus dem Stand der Technik bekannte zusätzliche Bearbeitungsschritte erforderlich, um die Blechmäntel von der Zylinderlaufbahn zu entfernen und die Poren zu öffnen. Zudem sind durch das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentlich geringere Anzahl von Honschritten erforderlich und es wird eine erhebliche Verkürzung einer Bearbeitungszeit erreicht, da in Verfahren nach dem Stand der Technik, um in einzelnen Honstufen jeweils eine geringere Flächenpressung der Werkzeuge zu erreichen, eine sehr hohe Anzahl von Honstufen mit jeweils sehr langer Hondauer durchlaufen werden. D. h. es wird eine Verkürzung der Prozesskette und eine Taktzeitreduktion erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Zylinderlaufbahn gehont, welche durch Aufbringen einer Beschichtung auf eine Innenfläche der Zylinderbohrung mittels thermischen Spritzens erzeugt wurde. D. h. im Verfahren zum Bearbeiten der Zylinderbohrung des Verbrennungsmotors wird zunächst mittels thermischen Spritzens, beispielsweise durch Lichtbogendrahtspritzen, die Beschichtung auf eine Innenfläche der Zylinderbohrung aufgebracht und auf diese Weise die Zylinderlaufbahn erzeugt. Anschließend wird diese Zylinderlaufbahn gehont. Zur Bearbeitung derartiger thermisch gespritzter Zylinderlaufbahnen, welche beispielsweise durch Lichtbogendrahtspritzen erzeugt werden, ist das Verfahren besonders geeignet, da hier bei einer Honbearbeitung nach dem Stand der Technik das beschriebene Zuschmieren der Poren und die beschriebene Deckelgratbildung bzw. Blechmantelbildung besonders deutlich auftritt und mittels des Verfahrens verhindert oder zumindest deutlich reduziert wird. Das Verfahren ist jedoch in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform auch zum Bearbeiten, d. h. zum Honen einer Zylinderlaufbahn geeignet, welche aus Grauguss ausgebildet wurde. D. h. in dieser weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Bearbeiten der Zylinderbohrung wird die Zylinderlaufbahn aus Grauguss ausgebildet und anschließend gehont.
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Zweckmäßigerweise wird vor dem zumindest einen Honschritt, welcher mittels des Honwerkzeugs mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchgeführt wird, in jeweils zumindest einem Honschritt ein Schrupphonen und/oder ein Zwischenhonen durchgeführt. Das Schrupphonen und/oder das Zwischenhonen dient einem Erzielen von Maß- und Formverbesserungen der Zylinderlaufbahn und wird mit aus dem Stand der Technik bekannten konventionellen Honeinheiten durchgeführt. D. h. im Verfahren werden zunächst maß- und formgebende Operationen in Form von Schrupphonen und/oder Zwischenhonen in jeweils ein oder mehreren Honschritten durchgeführt, wodurch eine vorgegebene Zylinderlaufbahnform ausgebildet wird. Dabei wird während des Schrupphonens und/oder Zwischenhonens beispielsweise durch den Einsatz großer Schneidkörner ein hoher Materialabtrag erzielt. Danach werden mittels des Honwerkzeugs mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten ein oder mehrere weitere Honschritte durchgeführt, beispielsweise das Fertighonen und das Glätthonen, wobei die federnd gelagerten Honleisten der erzeugten Zylinderlaufbahnform mit einer konstanten Flächenpressung nur nachlaufen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Zylinderlaufbahn nacheinander durch Schrupphonen, Zwischenhonen, Fertighonen und Glätthonen in jeweils ein oder mehreren Honschritten bearbeitet, wobei das Fertighonen und das Glätthonen mittels des Honwerkzeugs mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchgeführt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, in welcher eine durch thermisches Spritzen erzeugte Zylinderlaufbahn gehont wird, wird zunächst durch thermisches Spritzen, beispielsweise durch Lichtbogendrahtspritzen, die Beschichtung auf die Innenfläche der Zylinderbohrung aufgebracht und auf diese Weise die Zylinderlaufbahn erzeugt, welche danach nacheinander durch Schrupphonen, Zwischenhonen, Fertighonen und Glätthonen in jeweils ein oder mehreren Honschritten bearbeitet wird, wobei das Fertighonen und das Glätthonen mittels des Honwerkzeugs mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem zumindest einen Honschritt, welcher mittels des Honwerkzeugs mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchgeführt wird, in zumindest einem Honschritt ein Bürsthonen durchgeführt. D. h. das Bürsthonen, welches mit einem Werkzeug durchgeführt wird, welches mit Bürsten bestückt ist, die auch noch keramische Schneidpartikel enthalten können, wird dann als letzter Honschritt durchgeführt, um die Zylinderlaufbahn beispielsweise zu entgraten.
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Da dieses Entgraten und das Entfernen der Blechmäntel oder Deckelgrate sowie das Öffnen der Poren jedoch bereits durch die Honbearbeitung mit dem Honwerkzeug, welches die ein oder mehreren federnd gelagerten Honleisten aufweist, möglich ist bzw. eine derartige Blechmantelbildung oder Deckelgratbildung dadurch zumindest weitestgehend vermieden wird, kann dieses Bürsthonen auch entfallen, so dass mittels des Verfahrens eine weitere Verkürzung einer Prozesskette und eine weitere Taktzeitreduzierung erreicht werden. In diesem Fall wird das Honwerkzeug mit den ein oder mehreren federnd gelagerten Honleisten dann im letzten Honschritt oder in mehreren letzten Honschritten eingesetzt, beispielsweise im vorletzten und letzten Honschritt, um das Fertighonen und/oder das Glätthonen durchzuführen.
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Zweckmäßigerweise wird die zumindest eine Honleiste mittels zumindest eines Federelementes aus Metall und/oder aus Kunststoff federnd gelagert und an die Zylinderlaufbahn angepresst. Ein jeweiliges Material ist beispielsweise auszuwählen in Abhängigkeit von einer Belastung, einer ermöglichten Einsatzdauer und/oder einer durch das Material ermöglichten Federelementform und/oder Federelementausbildung und/oder einer ermöglichten Federkennlinie.
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Vorzugsweise wird die zumindest eine Honleiste mittels zumindest eines Federelementes federnd gelagert und an die Zylinderlaufbahn angepresst, welches als Schraubenfeder, Membranfeder, Blattfeder, Tellerfeder, Evolutfeder, Ringfeder oder Elastomerfeder ausgebildet ist oder welches als ein pneumatisches Federelement oder als ein hydraulisches Federelement ausgebildet ist. Durch Auswahl eines geeigneten Federelementes oder einer Mehrzahl derartiger Federelemente ist das Honwerkzeug zu optimieren und an jeweilige Erfordernisse anzupassen. Insbesondere ein Einsatz von pneumatischen oder hydraulischen Federelementen ist sehr vorteilhaft, da mit diesen auf einfache Weise eine konstante oder zumindest annähernd konstante Kraft und Flächenpressung der Honleisten bzw. der an diesen angeordneten Honsteine auf die Zylinderlaufbahn erreichbar ist. Dazu ist das pneumatische oder hydraulische Federelement oder sind die Mehrzahl pneumatischer oder hydraulischer Federelemente beispielsweise lediglich mit einem vorgegebenen Druck zu befüllen und dieser Druck ist während des Honens konstant zu halten, d. h. durch eine entsprechende Volumenänderung während eines Einfederns bzw. Ausfederns der jeweiligen Honleiste.
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Zudem ist bei pneumatischen oder hydraulischen Federelementen auch für unterschiedliche Bearbeitungszwecke, beispielsweise zur Bearbeitung unterschiedlich ausgebildeter Zylinderlaufbahnen, auf einfache Weise eine jeweils geeignete Kraft und Flächenpressung vorzugeben und einzustellen und eine geeignete Federkennlinie vorzugeben, durch eine jeweils angepasste Befüllung und Druckvorgabe. Auf diese Weise ist das Honwerkzeug ohne eine Umrüstung zur Bearbeitung verschieden ausgebildeter Zylinderlaufbahnen verwendbar. Bei anders ausgebildeten Federelementen müssen diese, um eine andere Federwirkung zu erzielen, beispielsweise ausgetauscht werden. Bei einer Mehrzahl von Honleisten ist auch eine Verwendung mehrerer unterschiedlich ausgebildeter Federelemente am Honwerkzeug möglich.
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Bevorzugt wird eine Federkennlinie und/oder eine Federkonstante des zumindest einen Federelementes auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Auf diese Weise wird ein jeweils gewünschtes Flächenpressungsniveau eingestellt, welches die Honleisten bzw. an diesen angeordnete Honsteine auf die Zylinderlaufbahn ausüben sollen. Dies ist, wie bereits beschrieben, mittels eines oder mehrerer pneumatischer oder hydraulischer Federelemente besonders gut und einfach möglich. Anders ausgebildete Federelemente, beispielsweise Schraubenfedern, müssen beispielsweise entsprechend hergestellt werden. D. h. bei diesen ist die gewünschte Federkennlinie und/oder Federkonstante einem Hersteller vorzugeben.
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Vorzugsweise wird die Federkennlinie und/oder die Federkonstante vor dem zumindest einen mit dem Honwerkzeug mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchzuführenden Honschritt und/oder während des zumindest einen mit dem Honwerkzeug mit zumindest einer federnd gelagerten Honleiste durchzuführenden Honschrittes eingestellt. Wie bereits beschrieben, ist dies bei pneumatischen oder hydraulischen Federelementen sehr gut und einfach möglich und kann auch während des jeweiligen Honschritts noch eingestellt bzw. verändert werden. Ist ein Austausch von Federelementen erforderlich, um eine jeweils geeignete Federkennlinie und/oder Federkonstante zu erreichen, so ist dies vor einem jeweiligen Honschritt durchzuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Federkennlinie derart vorgegeben und eingestellt, dass durch das zumindest eine Federelement über einen vorgegebenen Federweg eine konstante Federkraft auf die Honleiste ausgeübt wird. Auf diese Weise wird eine unabhängig vom Federweg konstante Flächenpressung der Honleisten bzw. der an diesen angeordneten Honsteine erreicht. Vorteilhafterweise wird die Federkennlinie derart vorgegeben, dass sich während eines Einfederns der jeweiligen Honleiste die auf die Honleiste wirkende Federkraft nur geringfügig oder optimalerweise nicht ändert. Dies wird durch eine lange Federkennlinie erzielt. D. h. das Federelement oder die Federelemente weist/weisen hohe Einfederungswege mit einer möglichst flachen Federkennlinie auf. Dadurch können die Honleisten bzw. die an diesen angeordneten Honsteine oder Schneidelemente auch verhältnismäßig große Formabweichungen ausgleichen und mit einer konstanten Anpresskraft und Flächenpressung überfahren.
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Es ist beispielsweise besonders vorteilhaft, Federelemente mit einem wesentlich längeren Federweg zu verwenden, als im Verfahren tatsächlich genutzt wird. Die Federelemente weisen daher eine relativ lange Federkennlinie auf, deren Anstieg auf einem Anfangseinfederweg, welcher im Verfahren tatsächlich genutzt wird, zu vernachlässigen ist, so dass die Federkraft auf diesem Anfangseinfederweg nahezu konstant ist. Auf diese Weise ergibt sich für den im Verfahren tatsächlich genutzten sehr geringen Federweg die nahezu konstante Federkraft. So werden beispielsweise Federelemente verwendet, welche einen gesamten Federweg von wenigen Millimetern, beispielsweise von zwei bis maximal drei Millimetern aufweisen. Im Verfahren beträgt ein genutzter Federweg aber beispielsweise lediglich wenige Mikrometer, beispielsweise ca. 5 μm. D. h. die Federelemente federn während des Verfahrens lediglich um diese wenigen Mikrometer ein. Auf diesem kurzen Einfederweg ergibt sich dann eine nahezu konstante Federkraft, wodurch die Honleisten eine nahezu konstante Flächenpressung auf die Zylinderlaufbahn ausüben. Damit ergibt sich ein Verhältnis von Einfederweg zu realer Einfederung von 5 μm/3000 μm = 1/600. Die maximale Federkraft kann für ein beispielhaftes Honleistenelement (Breite 4 mm, Länge 20 mm) auf 120 N abgeschätzt werden (erforderliche Flächenpressung Honleistenelement: 1,5 N/mm2; Fläche Honleistenelement: 4 mm·20 mm = 80 mm2).
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Es ist besonders vorteilhaft, im Verfahren und mittels des Honwerkzeugs mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten nur Zylinderlaufbahnen zu bearbeiten, welche annähernd einer Idealzylinderform entsprechen, d. h. welche lediglich ein oder mehrere Restunrundheiten aufweisen können und daher nur relativ gering von der Idealzylinderform abweichen, in welche jedoch nicht durch Formhonen gezielt Unrundheiten oder Freiformen eingebracht wurden. Durch diese relativ geringen Abweichungen von der Idealzylinderform, d. h. durch diese geringen Restunrundheiten ist während des Einsatzes des Honwerkzeugs mit einer oder mehreren federnd gelagerten Honleisten sichergestellt, dass die Honleisten über den gesamten sich aus den zu bearbeitenden Restunrundheiten ergebenden Federweg mit einer konstanten oder zumindest annähernd konstanten Federkraft an die Zylinderlaufbahn angepresst werden, da sich aus den geringen Abweichungen von der Idealzylinderform nur entsprechend geringe Federwege ergeben. Über diese geringen Federwege hinweg kann die konstante oder zumindest annähernd konstante Federkraft auf einfache Weise sichergestellt werden, auch mit einfach ausgebildeten und kostengünstigen Federelementen, beispielsweise mit Schraubenfedern. Dadurch ist das Bearbeiten der Zylinderlaufbahn während des Fertighonens und/oder während des Glätthonens mit einer konstanten oder zumindest nahezu konstanten Flächenpressung sichergestellt. Bei den durch Formhonen erzeugten wesentlich größeren Abweichungen von der Idealzylinderform wäre dies hingegen nicht oder nur durch den Einsatz wesentlich aufwändiger gestalteter und daher kostenintensiverer Federelemente möglich, d. h. es wäre ein wesentlich kostenintensiveres und aufwändigeres Honwerkzeug erforderlich.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Zylinders eines Verbrennungsmotors und eines Honwerkzeugs während einer Bearbeitung einer Zylinderlaufbahn.
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1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines Zylinders 1 eines Verbrennungsmotors und eines Honwerkzeugs 2 während einer Bearbeitung einer in einer Zylinderbohrung 3 ausgebildeten Zylinderlaufbahn 4. Anhand dieser schematischen Darstellung wird im Folgenden ein Verfahren zum Bearbeiten einer Zylinderbohrung 3 des Verbrennungsmotors näher erläutert. Die hier dargestellte Zylinderlaufbahn 4 ist beispielsweise als eine thermisch gespritzte Schicht ausgebildet. Dazu wird im Verfahren zunächst mittels thermischen Spritzens, beispielsweise durch Lichtbogendrahtspritzen, eine Beschichtung auf eine Innenfläche 5 der Zylinderbohrung 3 aufgebracht und auf, diese Weise die Zylinderlaufbahn 4 erzeugt. Anschließend wird diese Zylinderlaufbahn 4 in einer Mehrzahl von Honschritten mit unterschiedlichen Werkzeugen gehont.
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Dazu wird zunächst mittels einer hier nicht näher dargestellten, aus dem Stand der Technik bekannten konventionellen Honeinheit, an welcher starre Honleisten ausgebildet, d. h. starr angeordnet sind, oder mittels einer Mehrzahl derartiger Honeinheiten, ein Schrupphonen und ein Zwischenhonen in jeweils einem Honschritt oder auch in jeweils mehreren Honschritten durchgeführt. Bei derartigen konventionellen Honeinheiten können die starr angeordneten Honleisten gemeinsam in radialer Richtung der Honeinheit bewegt und auf diese Weise eingestellt werden. Sie können beispielsweise radial nach außen oder zurück nach innen verfahren werden und auf diese Weise auf einen jeweiligen Bohrungsdurchmesser der Zylinderbohrung 3 mit darin ausgebildeter Zylinderlaufbahn 4 eingestellt werden. Während des Honens sind sie jedoch starr.
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Dadurch wird während dieses Schrupphonens und Zwischenhonens ein hoher Materialabtrag erreicht, beispielsweise durch einen Einsatz von großen Schneidkörnern, und dadurch eine Maßverbesserung und Zylinderformverbesserung erzielt. D. h. in diesen Honschritten ist eine Korrektur von Kennwerten, eine Zylinderform und eine Rundheit betreffend, möglich. Diese Honbearbeitung ist aus dem Stand der Technik bekannt, d. h. ein herkömmlicher Honverfahrensablauf muss in diesen Verfahrensschritten nicht verändert werden und es sind auch keine neuen Werkzeuge erforderlich.
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Anschließend wird ein letzter Honschritt oder es werden ein vorletzter Honschritt und ein letzter Honschritt mittels des dargestellten Honwerkzeugs 2 durchgeführt. Mittels dieses Honwerkzeugs 2 wird beispielsweise ein Fertighonen und anschließend ein Glätthonen durchgeführt. In diesen Honschritten erfolgt eine abschließende Endbearbeitung der Zylinderlaufbahn 4, wobei keine Maß- und Formverbesserungen mehr durchgeführt werden, sondern beispielsweise lediglich Grate auf der Zylinderlaufbahn 4 entfernt werden und die Zylinderlaufbahn 4 geglättet und poliert wird.
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Zu diesem Zweck weist das Honwerkzeug 2 eine Mehrzahl von Honleisten 6 auf, welche jeweils mittels zumindest eines Federelementes 7, im hier dargestellten Beispiel mittels jeweils zweier Federelemente 7 federnd gelagert werden und jeweils durch diese während des Honens an die Zylinderlaufbahn 4 angepresst werden. Die Federelemente 7 können beispielsweise aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein. Im hier dargestellten Beispiel sind die Federelemente 7 als Schraubenfedern ausgebildet. Sie können in weiteren Ausführungsformen jedoch beispielsweise auch als Membranfedern, Blattfedern, Tellerfedern, Evolutfedern, Ringfedern oder Elastomerfedern ausgebildet sein oder in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform auch als pneumatische oder hydraulische Federelemente 7. Auch eine Kombination verschieden ausgebildeter Federelemente 7 für eine Honleiste 6 oder für verschiedene Honleisten 6 ist möglich.
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Eine Federkennlinie und/oder eine Federkonstante der Federelemente 7 wird auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Bei den als Schraubenfedern ausgebildeten Federelementen 7 wird dies vor dem Honen bzw. vor dem jeweiligen mit diesem Honwerkzeug 2 durchzuführenden Honschritt durchgeführt, beispielsweise durch Auswechseln der Federelemente 7, wobei jeweils Federelemente 7 eingesetzt werden, welche die jeweils erforderliche Federkennlinie und/oder Federkonstante aufweisen. Bei einer Verwendung von pneumatischen oder hydraulischen Federelementen 7 ist diese Einstellung wesentlich einfacher möglich und kann beispielsweise auch noch während des Honens durchgeführt werden, da diese lediglich mit einem gewünschten Druck zu befüllen sind. Während des Honens erfolgt dann vorzugsweise eine Druck- und/oder Volumenregelung der pneumatischen oder hydraulischen Federelemente 7, so dass auf diese Weise die Federkennlinie und/oder Federkonstante eingestellt werden kann.
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Die Federkennlinie wird idealerweise derart vorgegeben und eingestellt, dass durch die Federelemente 7 über einen vorgegebenen Federweg, vorzugsweise über einen gesamten während des jeweiligen Honschrittes genutzten Federweg, eine konstante Federkraft auf die jeweilige Honleiste 6 ausgeübt wird, so dass die Honleisten 6 während des gesamten jeweiligen Honschrittes stets mit der konstanten Federkraft an die Zylinderlaufbahn 4 angepresst werden. Dadurch wird stets eine konstante Flächenpressung durch die Honleisten 6 auf die Zylinderlaufbahn 4 ausgeübt. Ein Flächenpressungsniveau, mit welchem die Zylinderlaufbahn 4 gehont werden soll, wird dabei durch die Einstellung der Federkennlinie bzw. der von den Federelementen 7 auf die Honleisten 6 ausgeübten Federkraft vorgegeben und eingestellt.
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Dieser Idealfall der konstanten Federkraft über den gesamten Federweg ist beispielsweise bei einer Verwendung von Schraubenfedern als Federelemente 7 nicht in jedem Fall exakt zu realisieren. Die Federelemente 7 sind jedoch zumindest derart ausgebildet, dass sie eine lange Federkennlinie aufweisen, d. h. dass die Federkennlinie über einen möglichst langen Einfederweg hinweg keinen Anstieg oder nur einen flachen Anstieg aufweist. Auf diese Weise, d. h. durch Vorgabe der Federkennlinie derart, dass über den vorgegebenen Federweg, vorzugsweise über den gesamten während des Honschrittes oder während des gesamten Verfahrens genutzten Federweg, eine annähernd konstante Federkraft auf die jeweilige Honleiste 6 wirkt, wird während des Honens mit dem dargestellten Honwerkzeug 2 stets eine zumindest annähernd konstante Flächenpressung von den Honleisten 6 bzw. von an diesen befestigten, hier nicht näher dargestellten Honsteinen auf die zu honende Zylinderlaufbahn 4 ausgeübt. D. h. in den mit diesem Honwerkzeug 2 ausgeführten Honschritten erfolgt die Honbearbeitung jeweils mit annähernd konstanter Flächenpressung.
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Es ist beispielsweise besonders vorteilhaft, Federelemente 7 mit einem wesentlich längeren Federweg zu verwenden, als im Verfahren tatsächlich genutzt wird. Die Federelemente 7 weisen daher eine relativ lange Federkennlinie auf, deren Anstieg auf einem Anfangseinfederweg, welcher im Verfahren tatsächlich genutzt wird, zu vernachlässigen ist, so dass die Federkraft auf diesem Anfangseinfederweg nahezu konstant ist. Auf diese Weise ergibt sich für den im Verfahren tatsächlich genutzten sehr geringen Federweg die nahezu konstante Federkraft. So werden beispielsweise Federelemente 7 verwendet, welche einen gesamten Federweg von wenigen Millimetern, beispielsweise von zwei bis drei Millimetern aufweisen. Im Verfahren beträgt ein genutzter Federweg aber beispielsweise lediglich wenige Mikrometer, beispielsweise ca. 40 μm. D. h. die Federelemente 7 federn während des Verfahrens lediglich um diese wenigen Mikrometer ein. Auf diesem kurzen Einfederweg ergibt sich dann eine nahezu konstante Federkraft, wodurch die Honleisten 6 eine nahezu konstante Flächenpressung auf die Zylinderlaufbahn 4 ausüben. Auf diese Weise ist die zumindest nahezu konstante Federkraft über den im Verfahren tatsächlich genutzten Federweg auch mit herkömmlichen Federelementen 7, beispielsweise mit den hier dargestellten Schraubenfedern zu realisieren, so dass nicht unbedingt ein Einsatz pneumatischer oder hydraulischer Federelemente erforderlich ist.
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Da sich die Federkraft während eines Einfederns der Honleisten 6 möglicht über den ganzen, während des Verfahrens genutzten Federweg nicht oder nur geringfügig ändert, bleibt die von den Honleisten 6 auf die Zylinderlaufbahn 4 ausgeübte Flächenpressung auch bei Abweichungen von einer Idealzylinderform stets konstant. Dadurch wird nicht eine Form vom Honwerkzeug 2 auf die Zylinderlaufbahn 4 übertragen, sondern die Honleisten 6 laufen der durch die vorhergehenden Honschritte erzeugten Zylinderlaufbahnform nur nach. Maß- und Formveränderungen der Zylinderlaufbahn 4 finden nicht mehr statt. Durch das dargestellte Honwerkzeug 2 mit federnd gelagerten Honleisten 6 können beispielsweise unterschiedliche Steifigkeiten im Zylinderrohr, d. h. in der Zylinderbohrung 3 ausgeglichen werden.
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Durch den Einsatz dieses Honwerkzeugs 2 mit federnd gelagerten Honleisten 6 im letzten Honschritt oder im vorletzten Honschritt und im letzten Honschritt, beispielsweise während des Fertighonens und während des Glätthonens, lässt sich ein Zuschmieren von in der Zylinderlaufbahn 4 ausgebildeten Poren 8, welche ein Ölrückhaltevolumen bilden, vermeiden oder zumindest deutlich reduzieren. Zudem lässt sich dadurch eine so genannte Blechmantelbildung oder Deckelgratbildung vermeiden oder zumindest deutlich reduzieren, d. h. teilweise abgelöste Metallspäne, welche die Poren 8 verschließen und sich während eines Betriebs des Verbrennungsmotors lösen können und dadurch einen Verschleiß erhöhen können, werden vermieden. Zudem können mittels dieses Honwerkzeugs 2 mit den federnd gelagerten Honleisten 6 derartige Blechmäntel, welche sich in den vorherigen Honschritten bereits gebildet haben, entfernt werden. D. h. das Honwerkzeug 2 ermöglicht ein Entgraten der Zylinderlaufbahn 4 während des Fertighonens und/oder während des Glätthonens. Des Weiteren ist durch die federnd gelagerten und dadurch nachgiebigen Honleisten 6 eine Beschädigung der Zylinderlaufbahn 4, welche leichte Unrundheiten aufweisen kann, verhindert, da die Honleisten 6 der Zylinderlaufbahnform nur nachlaufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3719796 A1 [0002]
- EP 0169984 B1 [0003]
- DE 102009031337 A1 [0004]
- DE 102009030451 A1 [0005]
- DE 102008064592 A1 [0006]
