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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgraten eines Pleuelauges sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
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Das Entgraten von Pleuelaugen ist ein wichtiger Prozessschritt in der Motorenfertigung, welcher insbesondere ermöglicht, Schäden an der Verbrennungskraftmaschine in Folge beispielsweise loser Grate zu vermeiden. Dabei ist es z. B. bekannt, vorhandene Grate im Bereich der Pleuelaugen mittels Laserstrahlung abzutragen. Dieser Ansatz, ähnlich wie die elektrolytische Entgratung von Pleuelaugen, ist allerdings zeit- und kostenintensiv. Daneben ist auch das mechanische Entgraten mittels rotierender Bürstwerkzeuge bekannt, welche auf das zu bearbeitende Pleuelauge gesetzt werden, um vorhandene Grate zu entfernen. Im Rahmen der Großserienfertigung sind die Grate allerdings nicht prozesssicher entfernbar. Zudem besteht das Problem, dass beim axialen Pleuelentgraten die Werkzeuge bzw. Bürsten schnell einlaufen und damit nicht mehr die geforderte Abtragsleistung bereitstellen. Weiter ist nicht sichergestellt, dass die am Pleuelauge ausgebildete Fase, welche in der Regel noch einen Hon- und einen Schleifgrat aufweist, zuverlässig vollständig bearbeitet wird.
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Die
WO 2016/151121 A2 betrifft eine Bearbeitungseinheit zur Bearbeitung zumindest einer Plan- oder Stirnfläche eines Werkstücks, insbesondere eines Pleuels, wobei ein Werkstücktisch während der spanabhebenden Bearbeitung etwa quer zu einer Spindelachse bewegbar ist.
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Die
JP 2002-187051 A betrifft eine Vorrichtung zum Entgraten von Pleueln, wobei Werkzeuge zu beiden Seiten des Pleuels vorgesehen sind.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entgraten eines Pleuelauges sowie eine Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Pleuelstange anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen und insbesondere einen prozesssicheren Ansatz ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Entgraten eines Pleuelauges die Schritte:
- - Bereitstellen einer Pleuelstange, umfassend ein Pleuelauge, wobei das Pleuelauge zumindest eine umlaufende Kante aufweist;
- - Bearbeiten der zumindest einen Kante mit einem Werkzeug quer zu einem Verlauf bzw. zu einer Längserstreckung der Kante.
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Bei der Pleuelstange handelt es sich insbesondere um eine Pleuelstange einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Pleuelauge kann es sich um das große und/oder das kleine Pleuelauge handeln. Das Pleuelauge kann auch durch eine Buchse gebildet sein, welche in die Pleuelstange eingesetzt ist. Insbesondere erfolgt das Verfahren nach einem Fertighonen eines Innendurchmessers des Pleuelauges und/oder nach einem Fertigschleifen auf eine Solldicke der Pleuelstange. Erfindungsgemäß ist die Kante angefast. Dies bedeutet, dass insbesondere nach dem Fertigschleifen der Pleuelstange bzw. nach dem Fertighonen des Innendurchmessers des Pleuelauges die angefaste Kante zur Stirnfläche bzw. zur Lagerstelle des Bolzens hingewandt Grate aufweist, insbesondere einen Hongrat und einen Schleifgrat. Der große Vorteil besteht nun darin, dass durch eine Bearbeitung der Kante bzw. der Fase quer zu dessen Kantenverlauf ein äußerst prozesssicheres und zuverlässiges Entfernen jeglicher Grate sichergestellt werden kann. Mit dem Ausdruck „Bearbeiten“ ist insbesondere ein Bürsten, Schleifen, Polieren oder Abtragen gemeint. Das Bearbeiten bzw. die Bearbeitungsrichtung, beispielsweise die Schleif- oder Bürstrichtung, erfolgt vorteilhafterweise quer zur Längserstreckung der Kante. Die Bearbeitung bzw. die Bearbeitungsrichtung kann einer Linearbewegung folgen. Bevorzugt folgt die Bearbeitungsrichtung einer Rotationsbewegung. Dabei ist der Ausdruck „quer“ insbesondere so zu verstehen, dass eine Rotationsachse des Werkzeugs parallel zum gerade zu bearbeitenden Kantenbereich liegt, bzw. senkrecht zur Lagerachse oder der Achse des Pleuelauges. Entsprechend liegt eine Vorschubrichtung einer (alternierenden) Linearbewegung senkrecht zum gerade zu bearbeitenden Kantenbereich. Die Ausdrücke „senkrecht“ bzw. „quer“ meinen 90°-Winkel, wobei Abweichungen von bis zu +/-20° ebenfalls noch als senkrecht und quer zu verstehen sind. So kann es durchaus vorteilhaft sein, das Werkzeug relativ zu der zu bearbeitenden Kante, zumindest geringfügig, quer zu stellen. Beim axialen Pleuelentgraten (die Rotationsachse des Werkzeugs verläuft koaxial zur Lagerachse bzw. zur Achse des Pleuelauges und die Bearbeitungsrichtung ist dementsprechend entlang der Kante gerichtet) kommt es zu Problemen, da das Werkzeug am Pleuelauge bzw. an der Fase lediglich aufliegt, ohne beispielsweise zuverlässig den Hongrat und den Schleifgrat zu entfernen. Insbesondere liegt das Werkzeug immer gleich auf, also nur mit einem kleinen Bereich seines Eingriffsbereichs.
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Wie bereits erwähnt, ist die Kante angefast, wobei ein Fasenwinkel in einem Bereich von etwa 40-50° liegt, insbesondere bei etwa 45°.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Bearbeiten der zumindest einen Kante mit einem rotierenden Werkzeug, insbesondere mit einem scheibenförmigen bzw. zylindrischen Werkzeug.
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Die Ausrichtung des Werkzeugs erfolgt dabei mit Vorteil derart, dass durch dessen Rotation die Kante quer zu deren Längsrichtung bearbeitet, insbesondere entgratet, wird. Die Rotationsachse liegt parallel zum gerade bearbeiteten Bereich der Kante. Entgegen dem axialen Pleuelentgraten, bei welchem die Rotationsrichtung des Werkzeugs parallel zur Lagerachse des Pleuelauges verläuft, hat dies den entscheidenden Vorteil, dass das Werkzeug nicht einläuft. Stattdessen wird die gesamte Eingriffsfläche bzw. der gesamte Eingriffsbereich des Werkzeugs gleichmäßig und vollflächig genutzt, was auch in einem gleichmäßigen Verschleiß resultiert.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Abfahren der Kante mit dem Werkzeug, insbesondere mit dem rotierenden Werkzeug, entlang einer ersten und zweiten Drehrichtung.
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Bei der ersten Drehrichtung kann es sich beispielsweise um eine Drehung im Uhrzeigersinn handeln. Insbesondere handelt es sich um eine Drehung von zumindest 360°. Eine Drehachse liegt koaxial zur Lagerachse des Pleuelauges. Ein optimales Ergebnis wird erreicht, wenn die jeweilige Kante oder Fase in beiden Drehrichtungen, also beispielsweise im und entgegen dem Uhrzeigersinn, abgefahren wird. Dabei ist der Ausdruck „Abfahren“ insbesondere dahingehend zu verstehen, dass eine Rotationsachse des Werkzeugs nicht auf der Lagerachse des jeweiligen Pleuelauges bzw. der Drehachse liegt, sondern dass ein Versatz besteht. Der Versatz kann leicht angepasst/variiert werden, wodurch, mit dem gleichen Werkzeug, unterschiedlich große Pleuelaugen bearbeitet werden können.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Drehen des Werkzeugs um eine Drehachse, welche konzentrisch zu einer Lagerachse des Pleuelauges verläuft.
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Die Rotationsachse kann auf der Lagerachse des jeweils zu bearbeitenden Pleuelauges liegen. Das Werkzeug bzw. ein Durchmesser eines Eingriffsbereichs des Werkzeugs ist dabei derart ausgelegt/dimensioniert, dass die Kante bzw. Fase an zumindest zwei Stellen gleichzeitig bearbeitet wird, was insbesondere bedeutet, dass bei Rotation des Eingriffsbereichs unterschiedliche Schleifrichtungen realisierbar sind. Ein Durchmesser des Werkzeugs ist also zumindest größer als ein Durchmesser des Pleuelauges und die Rotationsachse liegt auf der Lagerachse. Die Drehung liegt bei zumindest 180°. Damit kann die Kante sozusagen einmal „von oben“ und einmal „von unten“ bearbeitet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - An- oder Aufsetzen des Werkzeugs auf die Kante während das Werkzeug rotiert.
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Damit können weiter die Qualität der Bearbeitung erhöht sowie die Taktzeit reduziert werden. Typische Drehzahlen liegen allgemein in einem Bereich von etwa 300 Umdrehungen pro Minute.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Gleichzeitiges Bearbeiten der gegenüberliegenden Kanten des Pleuelauges.
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Auch hierdurch ist es möglich, das Verfahren weiter zu beschleunigen. Je nach Ausgestaltung des Werkzeugs bzw. dessen Größe, insbesondere des Durchmessers, ist es auch möglich, sowohl das große als auch das kleine Pleuelauge zu bearbeiten. Hierzu kann entweder das Werkzeug oder aber auch die Pleuelstange verfahren werden. Im Übrigen muss noch ggf. der Versatz der Rotationsachse des Werkzeugs um die jeweilige Lagerachse herum angepasst werden. In der Folge ist ein äußerst flexibles Verfahren angegeben, welches ein prozesssicheres Entgraten von Pleuelaugen ermöglicht und die Notwendigkeit einer händischen Nacharbeit praktisch ausschließt. Insbesondere der deutlich geringere Werkzeugverschleiß durch die Bearbeitung der Kante quer zu ihrem Verlauf ist als besonders vorteilhaft zu erwähnen. Ein Einlaufen des Werkzeugs bzw. der Bürste, wie beim axialen Pleuelentgraten, ist nicht mehr feststellbar. Zudem muss das Werkzeug nicht mehr nachgestellt werden.
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Die Erfindung richtet sich weiter auf eine Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Pleuelstage, insbesondere eines oder mehrerer Pleuelaugen der Pleuelstange, umfassend zumindest ein rotierbar ausgebildetes Werkzeug sowie eine Befestigungseinheit zur Anordnung und Befestigung einer Pleuelstange in einer Pleuelebene, wobei eine Rotationsachse des zumindest einen Werkzeugs, welches zur mechanischen Bearbeitung eines Pleuelauges der Pleuelstange ausgelegt ist, parallel bzw. im Wesentlichen parallel zur Pleuelebene orientiert ist. Die Pleuelebene wird beispielsweise durch eine oder die Stirnflächen der Pleuelstange vorgegeben. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ ist dahingehend zu verstehen, dass auch Winkelabweichungen von bis zu +/- 20°, insbesondere von bis zu +/- 10°, zu der Ebene als „parallel“ zu verstehen sind.
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Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Werkzeug scheibenförmig ausgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Durchmesser eines derart scheibenförmig ausgebildeten Werkzeugs beispielsweise in einem Bereich von etwa 55-65 mm, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von etwa 60 mm. Ein derartiges Werkzeug wird vorteilhaft eingesetzt bei einem großen Pleuelauge mit einem Durchmesser von beispielsweise 53-54 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Werkzeug ein Bürstwerkzeug. Bei dem Bürstwerkzeug handelt es sich beispielsweise um ein Siliciumcarbit-Bürstwerkzeug oder um ein Draht-Bürstwerkzeug.
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich beispielsweise um eine kunststoffgebundene Metallbürste.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Eingriffsbereich des Werkzeugs konvex bzw. gewölbt ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist der Eingriffsbereich des Werkzeugs derart konvex bzw. gewölbt oder gekrümmt, dass die Krümmung in etwa einem Radius der Kante bzw. der Fase (in Bezug auf die Lagerachse) entspricht.
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Gemäß einer Ausführungsform sind zwei Werkzeuge gegenüberliegend am Pleuelauge angeordnet. Zweckmäßigerweise kann so eine gleichzeitige Bearbeitung eines Pleuelauges, sozusagen von oben und unten, erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Werkzeug zumindest entlang einer ersten Richtung, welche insbesondere einer Längsrichtung der Pleuelstange entspricht, verfahrbar. Damit kann mit Vorteil, je nach Ausgestaltung bzw. Verwendung der Werkzeuge, ggf. sowohl das große als auch das kleine Pleuelauge bearbeitet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung ausgelegt, das große Pleuelauge zu bearbeiten. Bevorzugt drehen die beiden Werkzeuge um entsprechende Drehachsen, welche mit einem Versatz zur Lagerachse des großen Pleuelauges angeordnet sind. Alternativ kann auch die Pleuelstange um die Lagerachse gedreht werden. Erfindungsgemäß kann der Versatz in seiner Länge verstellt werden.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend auch für die Vorrichtung sowie umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens zum Entgraten eines Pleuelauges bzw. einer Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Pleuelstange bzw. eines Pleuelauges mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Verschiedene Merkmale können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1: eine teilweise Schnittdarstellung einer Pleuelstange mit einem dazu angeordneten Werkzeug zum Entgraten;
- 2: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Pleuelstange;
- 3: eine teilweise Schnittdarstellung eines Werkzeugs zum Entgraten eines Pleuelauges.
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1 zeigt in einer teilweisen Schnittdarstellung eine Pleuelstange 10, wobei mit dem Bezugszeichen 12 ein Pleuelauge, insbesondere ein großes Pleuelauge, bezeichnet ist. Das Pleuelauge 12 umfasst zwei Kanten bzw. Fasen 14. Das Pleuelauge 12 umfasst eine zylindrische Lagerfläche 18 und erstreckt sich entlang einer Lagerachse L. Die Pleuelstange 10 weist im Bereich des Pleuelauges 12 Stirnflächen 16 auf. Es ist erkennbar, dass sich die Kanten bzw. Fasen 14 quasi zwischen den Stirnflächen 16 bzw. der Lagerfläche 18 erstrecken. Nach dem Bearbeiten der Stirnflächen 16 bzw. der Lagerfläche 18 können insbesondere in diesen Bereichen Grate vorhanden sein. Zweckmäßigerweise können diese mit dem Werkzeug 20, welches bevorzugt ein Bürstwerkzeug ist, entfernt werden. Das Werkzeug 20 ist ausgebildet bzw. positioniert, sich um eine Rotationsachse R zu drehen, welche um einen Versatz x zur Lagerachse L, welche einer Drehachse D des Werkzeugs 20 entspricht, versetzt ist. Damit können sozusagen die Kanten 14 bzw. die Fasen 14 entlang deren Längsrichtung abgefahren und insbesondere entgratet werden. Mit dem Bezugszeichen E ist eine Pleuelebene skizziert. Die Pleuelebene E ergibt sich aus der Geometrie der Pleuelstange 10 und ist beispielsweise parallel zu den Stirnflächen 16 orientiert. Zu erkennen ist, dass die Rotationsachse R des Werkzeugs 20 parallel bzw. im Wesentlichen parallel zur Pleuelebene E orientiert ist.
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2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Pleuelstange, insbesondere eines Pleuelauges, mit zwei Werkzeugen 20. Die Grundkonfiguration ist bereits aus der 1 bekannt. Die beiden Werkzeuge 20 können um die jeweilige Rotationsachsen R rotieren und ermöglichen damit eine Bearbeitung der Kanten bzw. Fasen 14 der Pleuelstange 10 quer zu deren Längserstreckung. Die Werkzeuge 20 können dabei um ihre jeweiligen Drehachsen D gedreht werden, um so eine vollumfängliche Bearbeitung der jeweiligen Kanten bzw. Fasen 14 zu ermöglichen. Die Skizze zeigt, dass bei entsprechender Dimensionierung eines Werkzeugs auch die Möglichkeit besteht, eine Kante bzw. Fase 14 gleichzeitig an zwei Stellen zu bearbeiten. Hierzu müsste entsprechend der Durchmesser des Werkzeugs 20 vergrößert werden. In diesem Fall läge dann die entsprechende Rotationsachse R des Werkzeugs direkt auf der Lagerachse L des Pleuelauges 12.
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3 zeigt abschließend eine teilweise Schnittdarstellung eines Werkzeugs 20, wobei die Form eines Eingriffsbereichs 22 im Fokus steht. Dieser ist bevorzugt gewölbt bzw. konvex oder gekrümmt ausgeformt, beispielsweise um einer Kontur bzw. einem Radius einer Fase eines Pleuelauges bestmöglich angepasst zu sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pleuelstange
- 12
- (großes) Pleuelauge
- 14
- Kante, Fase
- 16
- Stirnfläche
- 18
- Lagerfläche
- 20
- Werkzeug
- 22
- Eingriffsbereich
- D
- Drehachse
- R
- Rotationsachse
- L
- Lagerachse
- E
- Pleuelebene
- x
- Versatz
