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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum innenumfangsseitigen Bearbeiten wenigstens zweier Lagerstellen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum innenumfangsseitigen Bearbeiten wenigstens zweier Lagerstellen.
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Ein solches Werkzeug zum innenumfangsseitigen Bearbeiten wenigstens zweier Lagerstellen einer Lagergasse zum Lagern einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, an einem Gehäuse einer Verbrennungsmaschine ist beispielsweise der
DE 37 21 160 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Werkzeug umfasst dabei einen Werkzeugbereich, welcher wenigstens ein sich in radialer Richtung von innen nach außen bis auf eine erste Höhe erstreckendes Werkzeugelement zum innenumfangsseitigen Bearbeiten einer der Lagerstellen aufweist.
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Mittels eines solchen Werkzeugs sind nur Lagerstellen mit einem gleichen, innenumfangsseitigen Durchmesser zu bearbeiten. Weisen die Lagerstellen voneinander unterschiedliche Durchmesser auf, so ist wenigstens ein zusätzliches Werkzeug erforderlich. Zudem muss das erste Werkzeug gegen das zweite Werkzeug ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist die Lagergasse nicht in einem Zug bearbeitbar. Dies führt zu einer aufwändigen und somit zeit- und kostenintensiven Fertigung der Lagergasse.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren bereitzustellen, welche eine besonders einfache und zeit- sowie kostengünstige Fertigung der Lagergasse ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Werkzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Werkzeug eine einfache sowie zeit- und kostengünstige Fertigung der Lagergasse ermöglicht, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkzeug wenigstens eine in axialer Richtung des Werkzeugs auf den ersten Werkzeugbereich folgenden, zweiten Werkzeugbereich umfasst, wobei der zweite Werkzeugbereich wenigstens ein sich in radialer Richtung von innen nach außen bis auf eine zweite, gegenüber der ersten Höhe größere Höhe erstreckendes, zweites Werkzeugelement zum innenumfangsseitigen Bearbeiten der anderen Lagerstelle aufweist. Mit anderen Worten kann mittels des ersten Werkzeugelements die eine Lagerstelle auf einem ersten, innenumfangsseitigen Durchmesser der einen Lagerstelle insbesondere mechanisch bearbeitet werden, während die andere Lagerstelle auf einem zweiten, innenumfangsseitigen Durchmesser mittels des zweiten Werkzeugelements insbesondere mechanisch bearbeitet werden kann. Dabei unterscheiden sich die jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser der Lagerstellen voneinander.
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Dadurch ist es möglich, mittels des erfindungsgemäßen Werkzeugs die voneinander unterschiedlichen Durchmesser der Lagerstellen vorzugsweise in einem Zug und/oder in einer Aufspannung innenumfangsseitig insbesondere mechanisch zu bearbeiten. Ein zusätzliches Werkzeug sowie ein Austausch des Werkzeugs durch ein anderes Werkzeug sind nicht erforderlich und nicht vorgesehen. Dadurch kann die Lagergasse auf einfache Weise sowie zeit- und kostengünstig gefertigt werden.
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Das Werkzeug kann dabei mehrteilig ausgebildet sein und wenigstens zwei miteinander verbundene Werkzeugteile umfassen, wobei ein erstes der Werkzeugteile den ersten Werkzeugbereich und das zweite Werkzeugteil den zweiten Werkzeugbereich umfasst. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Werkzeugbereiche einstückig miteinander ausgebildet sind.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum innenumfangsseitigen Bearbeiten wenigstens zweier Lagerstellen einer Lagergasse zum Lagern einer Welle an einem Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine, wobei zum Bearbeiten der Lagerstellen ein erfindungsgemäßes Werkzeug verwendet wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, einen Bearbeitungsvorgang mittels des einen Werkzeugs auch dann durchzuführen, wenn die Lagerstellen voneinander unterschiedliche, innenumfangsseitige Durchmesser aufweisen. Im Rahmen des Bearbeitungsvorgangs ist es nicht erforderlich und nicht vorgesehen, das Werkzeug auszutauschen und mehrere Werkzeuge zu verwenden.
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Im Rahmen des Bearbeitungsvorgangs können die Lagerstellen innenumfangsseitig mittels des Werkzeugs beispielsweise geschliffen, gehont, gebohrt, gefräst oder auf andere Weise mechanisch bearbeitet werden.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Werkzeug in axialer Richtung sowie in radialer Richtung translatorisch bewegt. Dadurch ist eine besonders vorteilhafte Bearbeitung der Lagerstellen realisierbar, ohne das Werkzeug austauschen oder von unterschiedlichen Seiten aus in die Lagergasse einführen zu müssen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Längsschnittansicht einer Lagereinrichtung eines Kurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einer Lagergasse mit einer Mehrzahl von Lagerstellen, welche voneinander unterschiedliche, innenumfangsseitige Durchmesser aufweisen;
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2 eine schematische Längsschnittansicht in einer weiteren Ausführungsform der Lagereinrichtung;
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3 schematische Längsschnittansichten der Lagereinrichtung gemäß 1 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum innenumfangsseitigen Bearbeiten der Lagerstellen mittels einer Werkzeugs; und
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4 schematische Längsschnittansichten der Lagereinrichtung gemäß 1 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum innenumfangsseitigen Bearbeiten der Lagerstellen mittels einer weiteren Ausführungsform des Werkzeugs.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine Lagereinrichtung 10 eines Kurbelgehäuses für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Die Lagereinrichtung 10 weist eine Lagergasse 12 mit in axialer Richtung aufeinander folgenden und voneinander beabstandeten Lagerstellen 14a–e auf. Die Lagerstellen 14a–e dienen zum Lagern einer in 1 nur ausschnittsweise erkennbaren Welle in Form einer Kurbelwelle 16 der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine an dem Kurbelgehäuse. Die Lagerstellen 14a–e weisen einen jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 auf, durch welchen eine jeweilige Lageraufnahme 18 begrenzt ist. Die Lageraufnahme 18 wird üblicherweise als Lagerbohrung bezeichnet und dient zur Aufnahme eines jeweiligen Lagerelements 20a–e.
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Bei den Lagerelementen 20a, 20b, 20d und 20e handelt es sich jeweils um ein Wälzlagerelement, während es sich bei dem Lagerelement 20c um ein Gleitlagerelement handelt. Die Lagerelemente 20a–e sind dabei auf dem jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 an einem jeweiligen Lagersegment abgestützt. Das jeweilige Lagersegment kann dabei einstückig mit dem Kurbelgehäuse ausgebildet sein. Alternativ ist das Lagerelement separat zum Kurbelgehäuse hergestellt und mit dem Kurbelgehäuse verbunden, beispielsweise verschraubt.
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Die jeweiligen Lagerelemente 20a–e weisen ihrerseits einen jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser D2 auf, durch welchen eine Aufnahmeöffnung in Form einer jeweiligen Durchgangsöffnung 22 des jeweiligen Lagerelements 20a–e begrenzt ist. In der Durchgangsöffnung 22 ist ein jeweiliger Wellenzapfen 24a–e der Kurbelwelle 16 aufgenommen. Der jeweilige Wellenzapfen 24a–e ist dabei in Umfangsrichtung der Kurbelwelle 16 vollständig umlaufend von dem korrespondierenden Lagerelement 20a–e umgeben, wobei die Kurbelwelle 16 über ihre Wellenzapfen 24a–e und das Lagerelement 20a–e am entsprechenden Lagersegment und somit am Kurbelgehäuse abgestützt ist. Dadurch ist die Kurbelwelle 16 um eine Drehachse 27 relativ zum Kurbelgehäuse drehbar am Kurbelgehäuse gelagert. Wie aus 1 zu erkennen ist, beziehen sich dabei die Durchmesser D1, D2 auf die Drehachse 27. Bei den Lagerstellen 14a–e handelt es sich um sogenannte Hauptlagerstellen, an denen die Kurbelwelle 16 am Kurbelgehäuse um die Drehachse 27 relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist.
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Wie aus 1 ferner zu erkennen ist, weisen die Lagerelemente 20a–e zwar gleiche, innenumfangsseitige Durchmesser D2 auf. Die Lagerstellen 14a–e jedoch weisen unterschiedliche, innenumfangsseitige Durchmesser D1 auf. Vorliegend ist der innenumfangsseitige Durchmesser D1 der Lagerstelle 14c kleiner als die übrigen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 der übrigen Lagerstellen 14a, 14b, 14d und 14e.
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Diese unterschiedlichen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 werden bedingt durch unterschiedliche, radiale Erstreckungen der Lagerelemente 20a–e. Wie anhand von 1 erkennbar ist, weisen die Lagerelemente 20a, 20b, 20d und 20e eine jeweilige, größere und in radialer Richtung verlaufende Dicke auf als das Lagerelement 20c.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lagereinrichtung 10, wobei die Lagerstellen 14a, 14e einen zumindest im Wesentlichen gleichen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 aufweisen. Auch die Lagerstellen 14b–d weisen einen zumindest im Wesentlichen gleichen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 auf, wobei der jeweilige, innenumfangsseitige Durchmesser D1 der Lagerstellen 14b–d geringer ist als der jeweilige, innenumfangsseitige Durchmesser D1 der Lagerstellen 14a, 14e. Dies ist der Fall, da die Lagerelemente 20b–d der Lagerstellen 14b–d Gleitlagerelemente, insbesondere Gleitlagerschalen, sind, während die Lagerelemente 20a und 20e der Lagerstellen 14a und 14e Wälzlagerelemente sind.
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Durch die Verwendung von Wälzlagerelementen und Gleitlagerelementen zum Lagern der Kurbelwelle 16 am Kurbelgehäuse ist eine sogenannte Mischlagerung dargestellt, welche eine steife sowie besonders reibungsarme Lagerung der Kurbelwelle 16 ermöglicht.
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Zur Realisierung vorteilhafter Lagerungsbedingungen für die Kurbelwelle 16 werden die Lagerstellen 14a–e innenumfangsseitig, d. h. auf dem jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 mechanisch bearbeitet. Dadurch kann beispielsweise eine sehr exakte Rundheit sowie eine besonders präzise, koaxiale Ausrichtung der Lageraufnahmen 18 zueinander realisiert werden. Mit anderen Worten fluchten die Lageraufnahmen 18 dadurch besonders präzise.
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Um den Aufwand und somit die Zeit und die Kosten für eine solche innenumfangsseitige, mechanische Bearbeitung der Lagerstellen 14a–e besonders gering zu halten, wird – wie aus 3 erkennbar ist – im Rahmen eines Verfahrens zum innenumfangsseitigen Bearbeiten der Lagerstellen 14a–e auf dem innenumfangsseitigen Durchmesser D1 ein Werkzeug 26 verwendet. Das Werkzeug 26 weist vorliegend zwei in axialer Richtung aufeinander folgende Werkzeugbereiche 28, 30 auf. Der erste Werkzeugbereich 28 weist sechs Werkzeugelemente 32, 34, 36 auf, während der zweite Werkzeugbereich 30 vier Werkzeugelemente 38, 40 aufweist.
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Die Werkzeugelemente 32, 34, 36, 38, 40 sind dabei jeweilige Schneiden oder Messer, mittels welchen eine mechanische Bearbeitung in Form eines spanabhebenden Bearbeitens realisierbar ist.
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Wie aus 3 erkennbar ist, erstrecken sich die Werkzeugelemente 32, 34 des ersten Werkzeugbereichs 28 in durch einen Richtungspfeil 42 angedeuteter radialer Richtung des Werkzeugs 26 von innen nach außen bis auf eine erste Höhe. Die Werkzeugelemente 36 erstrecken sich in radialer Richtung von innen nach außen bis auf eine zweite Höhe, wobei die zweite Höhe geringer ist als die erste Höhe. Der zweite Werkzeugbereich 30 ist gegenüber dem ersten Werkzeugbereich 28 exzentrisch angeordnet, so dass sich die Werkzeugelemente 38, 40 des zweites Werkzeugbereichs 30 in radialer Richtung von innen nach außen auf eine dritte Höhe erstrecken, wobei die dritte Höhe größer ist als die zweite Höhe. Die dritte Höhe und die erste Höhe sind dabei zumindest im Wesentlichen gleich. Alternativ dazu kann sich die dritte Höhe von der ersten Höhe unterscheiden, so dass beispielsweise die dritte Höhe größer ist als die erste Höhe.
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Mittels des Werkzeugs 26 ist es nun möglich, die unterschiedlichen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 der Lagerstellen 14a–e der Lagereinrichtung 10 gemäß 1, welche auch in 3 dargestellt ist, in einem Zug, in einer Aufspannung sowie von lediglich einer Seite 44 aus zu bearbeiten. Mit anderen Worten muss das Werkzeug 26 lediglich von der Seite 44 aus in die Lagergasse 12 eingeführt werden.
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3 veranschaulicht dabei ein Verfahren zum innenumfangsseitigen Bearbeiten der Lagerstellen 14a–e auf deren jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmessern D1.
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In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird das Werkzeug 26 von der Seite 44 aus in die Lagergasse 12 eingeführt. Dazu wird das Werkzeug 26 in axialer Richtung und bezogen auf die Bildebene von 3 von links nach rechts translatorisch bewegt, beispielsweise verschoben.
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Das Werkzeug 26 ist dabei in radialer Richtung relativ zur Lagergasse 12 derart ausgerichtet, dass es nicht zu einer unerwünschten Kollision der Werkzeugelemente 32, 34, 36, 38, 40 mit den Lagersegmenten und insbesondere mit zumindest im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Stirnseiten der Lagersegmente kommt oder zu kommen droht.
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Das Werkzeug 26 wird im ersten Schritt 51 so lange von links nach rechts verschoben bzw. bewegt, wie es durch einen Richtungspfeil angedeutet ist, bis ein weiteres Verschieben nicht mehr möglich ist, da der erste Werkzeugbereich 28 in Stützanlage mit der Stirnseite des der Lagerstelle 14c zugeordneten Lagersegments kommt.
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In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird das Werkzeug 26 in radialer Richtung von unten nach oben geschoben, wie es durch einen Richtungspfeil angedeutet ist. Dadurch kann das Werkzeug 26 in einem dritten Schritt S3 weiter in axialer Richtung von links nach rechts geschoben werden.
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In einem vierten Schritt S4 des Verfahrens wird das Werkzeug 26 wieder ein Stück in radialer Richtung von unten nach oben verschoben, woraufhin es in einem fünften Schritt S5 und in einem sechsten Schritt S6 in axialer Richtung von rechts nach links zurückgeschoben wird.
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Bei der entsprechenden Bewegung des Werkzeugs 26 kann das Kurbelgehäuse bzw. kann die Lagereinrichtung 10 in Ruhe verbleiben. Alternativ dazu ist es möglich, dass das Werkzeug 26 in Ruhe verbleibt und dass das Kurbelgehäuse bzw. die Lagereinrichtung 10 relativ zum Werkzeug 26 bewegt wird. Ferner ist es möglich, dass weder das Werkzeug 26 noch das Kurbelgehäuse in Ruhe verbleiben, sondern beide relativ zueinander bewegt werden. Dies bedeutet, dass im Rahmen des Verfahrens das Werkzeug 26 und die Lagereinrichtung 10 relativ zueinander bewegt werden, so dass die Lagerstellen 14a–e trotz ihrer unterschiedlichen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1 besonders einfach, zeit- und kostengünstig sowie in einem Zug und in einer Aufspannung bearbeitet werden können.
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Bei dem Werkzeug 26 handelt es sich beispielsweise um eine Bohrstange zum Bohren der Lageraufnahmen 18. Ebenso kann es sich um ein Schleif- oder Honwerkzeug oder um ein anderweitiges Werkzeug handeln.
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Vorzugsweise wird das Werkzeug 26 bezüglich seiner Steifigkeit und Festigkeit entsprechend ausgestaltet, wobei die Darstellung des Werkzeugs 26 in 3 und 4 nur schematisch ist und das Werkzeug 26 auch andere Durchmesser aufweisen kann. Beispielsweise ist es möglich, das Werkzeug 26 an einer in 3 gezeigten Stelle mit einem gegenüber dem dargestellten größeren Durchmesser zu versehen, um dadurch eine besonders hohe Steifigkeit des Werkzeugs 26 zu realisieren.
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4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs 26, wobei die Werkzeugbereiche 28, 30 zumindest im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind. Die Werkzeugelemente 32, 34 des ersten Werkzeugbereichs 28 erstrecken sich in radialer Richtung von innen nach außen auf eine erste Höhe, während sich die Werkzeugelemente 36 des zweiten Werkzeugbereichs 30 in radialer Richtung von innen nach außen auf eine zweite Höhe erstrecken. Die erste Höhe ist dabei größer als die zweite Höhe. Die Werkzeugelemente 38, 40 des zweiten Werkzeugbereichs 38 erstrecken sich in radialer Richtung von innen nach außen auf eine dritte Höhe, welche größer als die erste Höhe und größer als die zweite Höhe ist.
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In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird das Werkzeug in axialer Richtung von links nach rechts verschoben. In einem zweiten Schritt S2 wird das Werkzeug in radialer Richtung von oben nach unten bewegt. In einem dritten Schritt S3 wird das Werkzeug 26 in axialer Richtung von links nach rechts verschoben. In einem vierten Schritt S4 wird das Werkzeug wieder in radialer Richtung nach oben geschoben. In einem fünften Schritt S5 und einem sechsten Schritt S6 wird das Werkzeug 26 wieder in axialer Richtung von rechts nach links verschoben.
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Durch diese einfache und kostengünstige Bearbeitung der Lagerstellen 14a–e kann auch auf eine Anpassung der Lagerelemente 20a–e verzichtet werden, so dass diese voneinander unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen können. Dadurch kann die innere Reibung der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und somit ihre Reibleistung besonders gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagereinrichtung
- 12
- Lagergasse
- 14a–e
- Lagerstelle
- 16
- Kurbelwelle
- 18
- Lageraufnahme
- 20a–e
- Lagerelement
- 22
- Durchgangsöffnung
- 24a–e
- Wellenzapfen
- 26
- Werkzeug
- 27
- Drehachse
- 28
- Erster Werkzeugbereich
- 30
- Zweiter Werkzeugbereich
- 32
- Werkzeugelemente
- 34
- Werkzeugelemente
- 36
- Werkzeugelemente
- 38
- Werkzeugelemente
- 40
- Werkzeugelemente
- 42
- Richtungspfeil
- 44
- Seite
- S1
- Erster Schritt
- S2
- Zweiter Schritt
- S3
- Dritter Schritt
- S4
- Vierter Schritt
- S5
- Fünfter Schritt
- S6
- Sechster Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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