DE102020132993B4 - Vorrichtung und Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) mit einem um eine Drehachse (X) drehenden Fräskopf (12) eines Fräswerkzeugs (10), der am Bauteil (15) eine Freiform (46) mit konzentrischen Radien bildet, wobei der Fräskopf (12) um eine Schwenkachse (Y) entlang der Oberfläche des Bauteils (15) und/oder das Bauteil (15) um eine Schwenkachse (Y) entlang des Fräskopfes (12) drehbar ist, wobei die Schwenkachse (Y) senkrecht zur Drehachse (X) des Fräskopfes (12) gerichtet ist und Radienmittelpunkte (52) der konzentrischen Radien der Freiform (46) auf der Schwenkachse (Y) ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils mit einem um eine Drehachse drehenden Fräskopf eines Fräswerkzeugs sowie ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils mit einer derartigen Vorrichtung.
  • Derartige Vorrichtungen und Verfahren dienen dem Einbringen möglichst frei wählbarer Formen auf eine Oberfläche, wie beispielsweise auf die Flanschfläche oder Lagerwange eines Kurbelwellenlagers einer Verbrennungskraftmaschine, so dass die zu behandelnde Oberfläche eine Teilringform beziehungsweise konzentrische Radien aufweist, die eine gemeinsame Mittelachse oder Radienausgangspunkte besitzen. Hierzu werden Fräsmaschinen wie Kugel- oder Torusfräser oder Formscheibenfräser verwendet. Während beim Abzeilen mit Kugel- oder Torusfräsern hohe Bearbeitungszeiten vorliegen und die geschaffenen Oberflächen sehr rau beziehungsweise wellenförmig sind, werden bei Formscheibenfräsern extrem hohe Schnittkräfte verursacht. Zudem sind Formscheibenfräser sehr kostspielig in der Herstellung, da sehr hochwertige Schneiden verwendet werden müssen.
  • Aus der RU 2 185 936 ist ein Fräswerkzeug bekannt, welches um seine Antriebsachse gedreht wird und das Werkzeug eine weitere Drehachse aufweist, welche in einem spitzen Winkel zur Antriebsachse des Fräswerkzeugs ausgerichtet ist und um welche die Antriebsachse des Fräswerkzeugs in diesem Winkel gedreht wird.
  • Dies hat zur Folge, dass gewünschte Oberflächenrauigkeiten bei überschaubaren Herstellungskosten nicht erreicht werden und gewünschte Formen der Oberfläche so nicht in ausreichender Güte geschaffen werden.
  • Des Weiteren ist aus der DE 10 2006 007 787 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum spanabhebenden Herstellen einer kalottenförmigen Ausnehmung in einem Werkstück bekannt, bei dem das Werkstück um eine Drehachse gedreht wird, welche senkrecht zur Drehachse des Werkzeugs angeordnet ist. Das Werkzeug kann dabei zur Ausnehmung geneigt werden. Die Bildung einer Freiformfläche ist nicht möglich.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere zur Bearbeitung einer Freiformfläche um einen Drehpunkt, wie beispielsweise einer Lagerwange eines Kurbelgehäuses zu schaffen, welche es ermöglichen, eine Freiform, die einem Radius folgt, auf der Oberfläche mit geringer Rauigkeit bei niedrigen Herstellkosten zu erzeugen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 8 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils weist einen um eine Drehachse drehenden Fräskopf eines Fräswerkzeugs auf, durch den am Bauteil eine Freiform mit konzentrischen Radien ausgebildet wird. Unter Freiform mit konzentrischen Radien ist dabei eine frei wählbare Form mit aufeinanderfolgenden Radien oder Anstellwinkeln zu verstehen, welche konzentrisch zueinander angeordnete Ringausschnitte bilden, die einen gemeinsamen Mittelpunkt beziehungsweise Ausgangspunkt der Radien haben, so dass beispielsweise Halbringe gebildet werden, bei denen der innerste Halbring einen definierten Anstellwinkel aufweist, der nach außen von einem Halbring begrenzt wird, der einen definierten Radius aufweist, der wiederum von einem weiteren Halbring nach radial außen begrenzt wird, der wieder einen definierten Radius oder Winkel aufweist. Bei solchen Halbkreisen liegt der Mittelpunkt oder Ausgangspunkt dann auf der geraden Begrenzungsfläche der Halbkreise. Der Fräskopf ist erfindungsgemäß zur Bildung dieser Kreisbeziehungsweise Ringflächen um eine Schwenkachse entlang der Oberfläche des Bauteils und/oder das Bauteil um eine Schwenkachse entlang des Fräskopfes drehbar, wobei die Schwenkachse zur Drehachse des Fräskopfes senkrecht ausgerichtet ist und Radienmittelpunkte der Freiform bildet, wobei unter Radienmittelpunkte die Punkte zu verstehen sind, von denen aus ein Radius des Teilkreises oder des Teilringes zu messen wäre.
  • In gleicher Weise wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils mit einer derartigen Vorrichtung gelöst, bei dem während des Fräsvorgangs der Fräskopf um die Schwenkachse entlang der Oberfläche des Bauteils und/oder das Bauteil um die Schwenkachse entlang des Fräskopfes gedreht wird, die senkrecht zur Drehachse des Fräskopfes gerichtet ist, wobei Radienmittelpunkte der konzentrischen Radien der Freiform auf der Schwenkachse ausgebildet werden.
  • Dies bedeutet, dass durch die überlagerte Bewegung um die Schwenkachse der Fräskopf auf der Oberfläche entlang bewegt wird und dort spanabhebend arbeitet. So sind exakte Konzentrizitäten erreichbar. Die Herstellkosten sind aufgrund des relativ kostengünstig herstellbaren Fräswerkzeug und der verkürzten Bearbeitungszeit gering, während Oberflächen mit sehr geringen Oberflächenrauigkeiten geschaffen werden. Auch kann der Fräskopf vollständig frei wählbare nach radial außen aufeinanderfolgende Oberflächenabschnitte erzeugen, welche verschiedene Radien oder Anstellwinkel aufweisen, was mit einem einzigen Werkzeug darstellbar ist. Unter Anstellwinkel ist in diesem Zusammenhang ein Winkel von mehr oder weniger als 90° zur Schwenkachse zu verstehen. Auch können Oberflächen geschaffen werden, die sowohl einen Radius aufweisen als auch einen von 90° zur Schwenkachse abweichenden Anstellwinkel.
  • Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es bevorzugt, wenn der Fräskopf in einer Kontur und insbesondere in einer Ebene verfahrbar ist, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse und insbesondere zusätzlich senkrecht zur Schwenkachse sich erstreckenden Vektor aufgespannt ist. Somit kann die Schwenkbewegung durch eine lineare Bewegung oder eine Bewegung entlang einer festgelegten Bahn überlagert werden. Auch kann eine derartige Bewegung unabhängig von der Schwenkbewegung erfolgen, um beispielsweise eine Kollision des Fräswerkzeugs mit dem Bauteil zu verhindern. So kann beispielsweise eine halbkreisförmige Flanschfläche an deren axialen Enden sich senkrecht zur Flanschfläche Wände erstrecken, bearbeitet werden.
  • Vorzugsweise fallen die Radienmittelpunkte der zu bildenden Freiform in eine Grundfläche des Bauteils und die Grundfläche des Bauteils ist zur Drehachse des Fräskopfes gekippt angeordnet. Die zu bearbeitende Fläche weist entsprechend ein Halbkreis- beziehungsweise Halbringform auf. Durch die gekippte Anordnung kann bei der Bewegung um die Schwenkachse der größte Teil des Halbkreises bearbeitet werden. Es muss lediglich eine Kollision zwischen den sich senkrecht ersteckenden Wänden und dem Fräswerkzeug vermieden werden, was durch die gekippte Anordnung ermöglicht wird. Der Bereich zwischen der geraden Grundfläche und dem Beginn der durch das Drehen um die Schwenkachse bearbeiteten Bereiches kann dann durch das Verschieben des sich drehenden Fräskopfes erfolgen.
  • Der Fräskopf weist vorteilhafterweise zur Bildung der Freiform verschiedene Bearbeitungsradien und Anstellwinkel auf, so dass konzentrisch zueinander beliebige Oberflächenformen geschaffen werden können.
  • In einer speziellen Ausführungsform ist die Oberfläche an einer Lagerwange ausgebildet und das Bauteil ist ein Kurbelgehäuse, wobei der Drehwinkel um die Schwenkachse zwischen 120° und 270° beträgt und die Schwenkachse der Kurbelwellenachse entspricht. Die äußere Kurbelwellengehäusewand des Kurbelgehäuses begrenzt die Schwenkbewegung des Fräskopfes um die Kurbelwellenachse, so dass durch die Schwenkbewegung nicht die gesamte Lagerwange oder der gesamte Lagerflansch, sondern nur der mittlere Ringbereich der Lagerwange bearbeitet werden kann. Entsprechend wird, um zuverlässig eine Kollision zu vermeiden, der Drehwinkel um die Schwenkachse eingeschränkt.
  • Um auch die daran angrenzenden Randbereiche der Lagerwange angrenzend zur geraden Grundfläche beziehungsweise zum Boden des Kurbelgehäuses bearbeiten zu können, ist der Fräskopf entlang eines Kreisbogens in der Ebene, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Schwenkachse sich erstreckenden Vektor aufgespannt ist, verfahrbar, wobei die Drehachse zu einer Grundfläche des Kurbelgehäuses um einen Winkel von mindestens 10° und maximal 30° gekippt angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Fräskopf so linear entlang der Ebene verfahren wird, dass möglichst auch in den Randbereichen eine Teilkreisform erschaffen wird, ohne den Fräskopf relativ zum Bauteil zu verschwenken, bis der Fräskopf in der Schwenkachse liegt. Dabei muss das Bauteil relativ zum Fräskopf gekippt sein, um eine Kollision mit der gegenüberliegenden begrenzenden Kurbelgehäusewand zu verhindern.
  • Bezüglich des Verfahrens wird in einer bevorzugten Ausführung zunächst das Bauteil zum Fräskopf oder der Fräskopf zum Bauteil derart gekippt ausgerichtet, dass das Fräswerkzeug am zum Fräskopf entgegengesetzten Ende keinen Kontakt zum Bauteil aufweist, und auch das freie Ende des Fräskopfes noch keinen Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche aufweist, jedoch unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist. Es kommt somit lediglich das zum Antrieb entgegengesetzte Ende des Fräskopfes beim Start in Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche. Daraufhin wird der Fräsvorgang gestartet und der Fräskopf relativ zur Oberfläche entlang eines Kreisbogens, dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche entspricht, und zu den Radienmittelpunkten der Freiform in der Kontur bewegt, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse sich erstreckenden Vektor gebildet wird, wodurch eine einer Teilkreisform ähnliche, jedoch leicht verzogene Struktur geschaffen wird. Sobald die Drehachse des Fräskopfes die Radienmittelpunkte der Freiform erreicht, wird die Bewegung in der Kontur, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse sich erstreckenden Vektor aufgespannt ist, gestoppt und der Fräskopf um die Schwenkachse entlang der Oberfläche des Bauteils und/oder das Bauteil um die Schwenkachse entlang des Fräskopfes gedreht bis der Maximaldrehwinkel erreicht ist und noch kein Kontakt zwischen dem Bauteil und dem Fräswerkzeug vorliegt. Die Kontur ist dabei insbesondere eine Ebene, die durch die Drehachse des Fräskopfes sowie einen Vektor der senkrecht zur Schwenkachse und senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist, aufgespannt. Durch diese Bewegung werden die bearbeiteten Teilring- beziehungsweise Teilkreisformen geschaffen. Daraufhin wird das Drehen um die Schwenkachse gestoppt und der Fräskopf relativ zur Oberfläche entlang eines Kreisbogens, dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche entspricht, und sich entfernend von den Radienmittelpunkten der Freiform in der Kontur und insbesondere in der Ebene bewegt, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse und insbesondere auch senkrecht zur Schwenkachse sich erstreckenden Vektor aufgespannt ist, bis kein Kontakt mehr zur zu bearbeitenden Oberfläche am freien Ende des Fräskopfes vorliegt, woraufhin der Fräsvorgang gestoppt wird. Entsprechend wird auch am zweiten zur geraden Anschlussfläche weisenden Bereich eine der Teilkreisform naheliegende, jedoch leicht verzogene Struktur geschaffen.
  • Für die Bearbeitung einer Oberfläche einer Lagerwange eines Kurbelgehäuses bedeutet dies, dass der Fräskopf zunächst in Entfernung zur Kurbelwellenachse angeordnet wird, wobei das Kurbelgehäuse zum Fräskopf oder der Fräskopf zum Kurbelgehäuse derart gekippt ausgerichtet wird, dass das Fräswerkzeug am zum Fräskopf entgegengesetzten Ende keinen Kontakt zu einer ersten Kurbelgehäuseaußenwand aufweist, und das freie Ende des Fräskopfes unmittelbar vor einem Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche der Lagerwange steht. Dies ist üblicherweise bei einem Kippwinkel von zwischen 10° und 30° der Fall. Daraufhin wird der Fräsvorgang gestartet und der Fräskopf relativ zur Lagerwange entlang eines Kreisbogens, dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche entspricht, und zur Kurbelwellenachse in der Ebene bewegt, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Schwenkachse sich erstreckenden Vektor aufgespannt ist. So wird im an die Grundfläche des Kurbelwellengehäuses angrenzenden Bereich eine Bearbeitungsfläche geschaffen, die einer Teilringfläche zumindest ähnlich ist, jedoch leicht hierzu verzogen ist. Wenn die Drehachse des Fräskopfes die Kurbelwellenachse erreicht, wird die Bewegung in der Ebene, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Schwenkachse sich erstreckenden Vektor aufgespannt ist, gestoppt und der Fräskopf um die Schwenkachse entlang der Oberfläche der Lagerwange und/oder das Kurbelgehäuse um die Schwenkachse entlang des Fräskopfes gedreht bis der Maximaldrehwinkel erreicht ist, bei dem noch kein Kontakt zwischen einer zur ersten Kurbelgehäuseaußenwand gegenüberliegenden zweiten Kurbelgehäuseaußenwand und dem Fräswerkzeug vorliegt, woraufhin das Drehen um die Schwenkachse gestoppt wird. Dieser Maximaldrehwinkel beträgt üblicherweise zwischen 120° und 270°. Daraufhin wird der Fräskopf relativ zur Oberfläche entlang eines Kreisbogens, dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche entspricht, und sich entfernend von der Kurbelwellenachse in der Ebene bewegt, die durch die Drehachse und einen senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Schwenkachse erstreckenden Vektor aufgespannt ist, bis kein Kontakt mehr zur Lagerwange am freien Ende des Fräskopfes vorliegt, woraufhin der Fräsvorgang gestoppt wird. Der Kreisbogen ist dabei etwa eine Parallelverschiebung des zu bildenden Außenkreisbogens der Freiformfläche. Auf diese Weise wird eine bearbeitete Lagerwange eines Kurbelgehäuses geschaffen, welche kostengünstig als eine einem Radius folgende Freiform ausgeführt werden kann. Dabei kann die Oberfläche verschiedene in radialer Richtung betrachtet aufeinander folgende Abschnitte unterschiedlicher Anstellwinkel oder Radien aufweisen. Das Werkzeug ist ebenfalls kostengünstig herstellbar.
  • Es wird somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils, insbesondere zur Bearbeitung einer Oberfläche einer Lagerwange eines Kurbelgehäuses geschaffen, mit dem geringe Oberflächenrauigkeiten bei kostengünstiger Herstellung erzielt werden können, wodurch die Güte eines Kurbelgehäuses deutlich verbessert wird. Auf teure Sonderbearbeitungsmaschinen kann auf diese Weise verzichtet werden.
  • Als Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Folgenden eine Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Lagerwange eines Kurbelgehäuses dargestellt und wird anhand der Figuren ebenso wie das zugehörige erfindungsgemäße Fertigungsverfahren beschrieben.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fräskopfes in Seitenansicht an einem in Längsrichtung geschnittenen Kurbelgehäuse, welches lediglich ausschnittsweise dargestellt ist.
    • 2 zeigt den Fräskopf in einer ersten und zweiten zu einer Lagerwange eines Kurbelgehäuses verschobenen Position in einer Draufsicht auf die Lagerwange.
    • 3 zeigt den Fräskopf in einer dritten und vierten zu einer Lagerwange eines Kurbelgehäuses verschobenen Position in einer Draufsicht auf die Lagerwange nach dem Drehen des Kurbelgehäuses.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem als Formwerkzeug dienenden Fräswerkzeug 10 mit einem drehbaren Fräskopf 12 mit Schneiden zur mechanischen Bearbeitung einer Lagerwange 14 eines als zu bearbeitendes Bauteil 15 dienenden Kurbelgehäuses 16, welches sich radial an eine Lageraufnahme 18 für eine nicht dargestellte einzusetzende Lagerschale anschließt. Das Kurbelgehäuse 16 weist mehrere Zylinder 20 mit umliegenden Kühlmittelmänteln auf, an die sich Kurbelgehäuseaußenwände 24, 26 anschließen, die die Längsseiten des Kurbelraums 28 nach außen begrenzen und sich somit im Wesentlichen senkrecht zu den Lagerwangen 14 erstrecken. Diese enden an einer Grundfläche 29 des Kurbelgehäuses 16.
  • Der Fräskopf 12 weist fünf hintereinanderliegende Abschnitte 30, 32, 34, 36, 38 auf, von denen ein erster Abschnitt 30 parallel zu einer Drehachse X des Fräskopfes 12 verläuft, der sich daran anschließende zweite Abschnitt 32 um einen Winkel von 10° zur Drehachse X gekippt ist, und ein darauf folgender dritter Abschnitt 34 der sich mit einem Radius von 50mm daran anschließt. Im vierten Abschnitt 36 weist der Fräskopf 12 einen Anstellwinkel von 18° zur Drehachse X auf, an den sich wiederum ein fünfter Abschnitt 38 mit einem Radius von 16mm anschließt, an dessen freien Ende 40 der Fräskopf 12 ausläuft. In der 1 ist der Fräskopf 12 in der an der Lagerwange 14 anliegenden Stellung zu erkennen und damit auch ein Querschnitt der durch ihn zu bearbeitenden Oberfläche 42, während das übrige Fräswerkzeug 10 lediglich in der Figur angedeutet ist und in den übrigen Figuren auf eine Darstellung verzichtet wurde.
  • Die 2 zeigt eine Seitenansicht auf die Oberfläche 42 der Lagerwange 14 und den Fräskopf 12. Der Fräskopf 12 ist in einer ersten Position um 25° gekippt zur Grundfläche 29 angeordnet und lediglich das freie Ende 40 des Fräskopfes 12 steht unmittelbar gegenüberliegend zur Oberfläche 42 der Lagerwange 14, während das entgegengesetzte Ende des Fräskopfes 12 entsprechend beabstandet zum Kurbelgehäuse 16 angeordnet ist. Das freie Ende 40 befindet sich an der Lagerwange 14 in Höhe eines äußeren zu bearbeitenden Teilkreises 44 einer zu bildenden Freiform 46. In dieser Position wird der Fräskopf 12 gestartet. In Folge wird der Fräskopf 12 relativ zum Kurbelgehäuse 16 auf einem Kreisbogen 48 bewegt, der etwa der Kreislinie des äußeren zu bearbeitenden Teilkreises 44 und damit einem Außenradius der zu bearbeitenden Freiform 46 entspricht. Es kann jedoch auch einer der weiter innen liegenden Teilkreise genutzt werden. Bei dieser Verschiebung des Fräskopfes 12 wird eine Freiform 46 geschaffen, deren innere Teilkreise lediglich geringfügig zur zu schaffenden Freiform verzogen sind. Sobald die Drehachse X des Fräskopfes 12 eine Kurbelwellenachse 50 erreicht, die gleichzeitig im vorliegenden Ausführungsbeispiel Radienmittelpunkte 52 der zu bildenden Freiform 46 ausbildet, wird die Bewegung gestoppt. In diesem Zustand befindet sich das angetriebene Ende des ersten Abschnitts 30 des Fräskopfes 12 an der Kurbelwellenachse 50.
  • Im Folgenden wird nun das Kurbelgehäuse 16 um die Kurbelwellenachse 50 oder der Fräskopf 12 um die Kurbelwellenachse 50 gedreht, die somit zusätzlich als Schwenkachse Y dient. Bei dieser Bewegung werden konzentrische Teilringflächen entsprechend der axial hintereinanderliegenden Abschnitte 30, 32, 34, 36, 38 des Fräskopfes 12 durch die spanabhebende Bearbeitung durch den Fräskopf 12 erzeugt, deren Radienmittelpunkte 52 mit der Kurbelwellenachse 50 zusammenfallen. Diese Bewegung wird so lange fortgesetzt bis an der gegenüberliegenden Seite des Kurbelgehäuses 16 ein Winkel der Grundfläche 29 des Kurbelgehäuses 16 zur Drehachse X des Fräskopfes 12 vorliegt. Die relative Drehung erfolgt entsprechend über einen Drehwinkel von 130°.
  • In dieser Position wird die relative Drehung des Kurbelgehäuses 16 zum Fräskopf 12 gestoppt und der Fräskopf 12 erneut in einer Ebene verschoben, die durch die Drehachse X sowie einen Vektor Z aufgespannt wird, der senkrecht zur Drehachse X und senkrecht zur Schwenkachse Y beziehungsweise Kurbelwellenachse 50 gerichtet ist. Diese Verschiebung erfolgt erneut auf einem Kreisbogen 54, dessen Radius dem Radius des äußeren Teilkreises 44 der zu schaffenden Freiform 46 entspricht. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Fräswerkzeug 10 in Kontakt mit der zur ersten Kurbelgehäuseaußenwand 24 gegenüberliegenden Kurbelgehäuseaußenwand 26 kommt. Dennoch wird auch in diesem letzten Winkelabschnitt von 25° ein der Teilkreisform ähnliche, jedoch leicht dazu verzogene Form geschaffen. Wenn auf diese Weise der Fräskopf 12 so weit aus dem Kurbelraum 28 herausverschoben wurde, dass keine Berührung mit der Lagerwange 14 mehr vorliegt, wird das Fräswerkzeug 10 gestoppt und die Bearbeitung dieser Lagerwange 14 damit abgeschlossen.
  • Durch die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren wird somit die Möglichkeit geschaffen in einem seitlich begrenzten Raum dennoch eine teilkreisförmige Freiform mit einem kostengünstig herstellbaren Fräswerkzeug zu schaffen, wobei sehr glatte Oberflächen hergestellt werden können.
  • Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. So kann dieses Verfahren und diese Vorrichtung immer dort eingesetzt werden, wo Teilringförmige Oberflächen an Bauteilen geschaffen werden müssen und insbesondere, wenn die Bearbeitungsräume durch begrenzende Seitenwände des Bauteils eingeschränkt sind. Die dargestellten Bewegungen können alle entweder am Bauteil oder am Fräswerkzeug erfolgen. Auch eine Mischung aus beidem ist möglich und zwar sowohl in der Form, dass eine der Relativbewegungen durch eine Bewegung sowohl des Werkzeugs als auch des Bauteils erfolgt, als auch dass beispielsweise eine oder zwei der Bewegungen durch das eine Bauteil und eine andere Bewegung durch das Werkzeug erfolgt.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) mit einem um eine Drehachse (X) drehenden Fräskopf (12) eines Fräswerkzeugs (10), der am Bauteil (15) eine Freiform (46) mit konzentrischen Radien bildet, wobei der Fräskopf (12) um eine Schwenkachse (Y) entlang der Oberfläche des Bauteils (15) und/oder das Bauteil (15) um eine Schwenkachse (Y) entlang des Fräskopfes (12) drehbar ist, wobei die Schwenkachse (Y) senkrecht zur Drehachse (X) des Fräskopfes (12) gerichtet ist und Radienmittelpunkte (52) der konzentrischen Radien der Freiform (46) auf der Schwenkachse (Y) ausgebildet sind.
  2. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (12) in einer Kontur verfahrbar ist, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) sich erstreckenden Vektor (Z) aufgespannt ist.
  3. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (12) in einer Ebene verfahrbar ist, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) und senkrecht zur Schwenkachse (Y) erstreckenden Vektor (Z) aufgespannt ist.
  4. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radienmittelpunkte (52) der zu bildenden Freiform (46) in eine Grundfläche (29) des Bauteils (15) fallen und die Grundfläche (29) des Bauteils (15) zur Drehachse (X) des Fräskopfes (12) gekippt angeordnet ist.
  5. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (12) zur Bildung der Freiform (46) Abschnitte (30, 32, 34, 36, 38) mit verschiedenen Bearbeitungsradien und Anstellwinkeln aufweist.
  6. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (42) an einer Lagerwange (14) ausgebildet ist und das Bauteil (15) ein Kurbelgehäuse (16) ist, wobei der Drehwinkel um die Schwenkachse (Y) zwischen 120° und 270° beträgt und die Schwenkachse (Y) der Kurbelwellenachse (50) entspricht.
  7. Vorrichtung zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (12) entlang eines Kreisbogens (48, 54) in der Ebene, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) und senkrecht zur Schwenkachse (Y) sich erstreckenden Vektor (Z) aufgespannt ist, verfahrbar ist, wobei die Drehachse (X) zur Grundfläche (29) des Kurbelgehäuses (16) um einen Winkel von mindestens 10° und maximal 30° gekippt angeordnet ist.
  8. Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fräsvorgangs der Fräskopf (12) um die Schwenkachse (Y) entlang der Oberfläche (42) des Bauteils (15) und/oder das Bauteil (15) um die Schwenkachse (Y) entlang des Fräskopfes (12) gedreht wird, die zur Drehachse (X) des Fräskopfes (12) senkrecht gerichtet ist, wobei Radienmittelpunkte (52) der konzentrischen Radien der Freiform (46) auf der Schwenkachse (Y) ausgebildet werden.
  9. Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) nach Anspruch 8 mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (15) zum Fräskopf (12) oder der Fräskopf (12) zum Bauteil (15) derart gekippt ausgerichtet wird, dass das Fräswerkzeug (10) am zum Fräskopf (12) entgegengesetzten Ende keinen Kontakt zum Bauteil (15) aufweist, und auch ein freies Ende (40) des Fräskopfes (12) gerade noch keinen Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche (42) aufweist, der Fräsvorgang gestartet wird, der Fräskopf (12) relativ zur Oberfläche (42) entlang eines Kreisbogens (48), dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche (42) entspricht, und zu den Radienmittelpunkten (52) der Freiform (46) in der Kontur bewegt wird, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) sich erstreckenden Vektor (Z) gebildet wird, mit Erreichen der Radienmittelpunkte (52) der Freiform (46) durch die Drehachse (X) des Fräskopfes (12) die Bewegung in der Kontur, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) sich erstreckenden Vektor (Z) gebildet wird, gestoppt wird, der Fräskopf (12) um die Schwenkachse (Y) entlang der Oberfläche (42) des Bauteils (15) und/oder das Bauteil (15) um die Schwenkachse (Y) entlang des Fräskopfes (12) gedreht wird bis der Maximaldrehwinkel erreicht ist und noch kein Kontakt zwischen dem Bauteil (15) und dem Fräswerkzeug (10) vorliegt, das Drehen um die Schwenkachse (Y) gestoppt wird, der Fräskopf (12) relativ zur Oberfläche (42) entlang eines Kreisbogens (54), dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche (42) entspricht, und sich entfernend von den Radienmittelpunkten (52) der Freiform (46) in der Kontur bewegt wird, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) sich erstreckenden Vektor (Z) gebildet wird, bis auch kein Kontakt mehr zur zu bearbeitenden Oberfläche (42) am freien Ende des Fräskopfes (12) vorliegt, woraufhin der Fräsvorgang gestoppt wird.
  10. Verfahren zur mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche (42) eines Bauteils (15) nach Anspruch 8 mit einer Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräskopf (12) in Entfernung zur Kurbelwellenachse (50) angeordnet wird, wobei das Kurbelgehäuse (16) zum Fräskopf (12) oder der Fräskopf (12) zum Kurbelgehäuse (16) derart gekippt ausgerichtet wird, dass das Fräswerkzeug (10) am zum Fräskopf (12) entgegengesetzten Ende keinen Kontakt zu einer ersten Kurbelgehäuseaußenwand (24) aufweist, und das freie Ende des Fräskopfes (12) gerade noch keinen Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche (42) der Lagerwange (14) aufweist, der Fräsvorgang gestartet wird, der Fräskopf (12) relativ zur Lagerwange (14) entlang eines Kreisbogens (48), dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche (42) entspricht, und zur Kurbelwellenachse (50) in der Ebene bewegt wird, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) und senkrecht zur Schwenkachse (Y) sich erstreckenden Vektor (Z) aufgespannt ist, mit Erreichen der Kurbelwellenachse (50) durch die Drehachse (X) des Fräskopfes (12) die Bewegung in der Ebene, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) und senkrecht zur Schwenkachse (Y) sich erstreckenden Vektor (Z) aufgespannt ist, gestoppt wird, der Fräskopf (12) um die Schwenkachse (Y) entlang der Oberfläche (42) der Lagerwange (14) und/oder das Kurbelgehäuse (16) um die Schwenkachse (Y) entlang des Fräskopfes (12) gedreht wird bis der Maximaldrehwinkel erreicht ist und noch kein Kontakt zwischen einer zur ersten Kurbelgehäuseaußenwand (24) gegenüberliegenden zweiten Kurbelgehäuseaußenwand (26) und dem Fräswerkzeug (10) vorliegt, das Drehen um die Schwenkachse (Y) gestoppt wird, der Fräskopf (12) relativ zur Oberfläche (42) entlang eines Kreisbogens (54), dessen Radius im Wesentlichen dem Außenradius der zu bearbeitenden Oberfläche (42) entspricht, und sich entfernend von der Kurbelwellenachse (50) in der Ebene bewegt wird, die durch die Drehachse (X) und einen senkrecht zur Drehachse (X) und senkrecht zur Schwenkachse (Y) sich erstreckenden Vektor (Z) aufgespannt ist, bis auch kein Kontakt mehr zur Lagerwange (14) am freien Ende (40) des Fräskopfes (12) vorliegt, woraufhin der Fräsvorgang gestoppt wird.
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