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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Trennen einer Buchse, insbesondere von einer Zylinderlaufbuchse,
von einem Rohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie in einem
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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In der
DE 196 15 522 A1 wird eine
Vorrichtung beschrieben, die zum Abtrennen von Abfallstücken von
einem Rohr geeignet ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um
dünnwandige
Abgaskrümmer mit
vergleichsweise geringem Durchmesser. Die
DE 82126 C beschreibt eine
Vorrichtung zum Abtrennen eines Rohres unter Tage. Hierbei werden
Schneidrolle, stützend
durch einen Dorn um das Rohr gefahren und das Rohr so abgetrennt.
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Die Vorrichtung ist jedoch nicht
geeignet, Zylinderlaufbuchsen mit hohem Durchmesser und vergleichsweise
dicken Wandungen, bestehend aus verhältnismäßig spröden Material, zu trennen. Bei
der Herstellung von Zylinderlaufbuchsen kann es zudem bisweilen
nötig sein,
Konturen herauszuschneiden, wobei abwechseln ein konturierter und
gerader Schnitt geführt
werden muss.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die die
genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden.
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Die Lösung der Aufgabe besteht in
einer Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie in einem Verfahren nach
Anspruch 5.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch
1 weist ein rotationssymmetrisches Schneidewerkzeug auf, das auf
einer Welle drehbar gelagert ist. Das Schneidewerkzeug mit der Welle
ist in einem Rohr angeordnet, so dass ein Abtrennen einer Buchse
von Innen nach Außen
erfolgt. Von einer Außenseite
her ist das Rohr in eine Matrize eingespannt.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, dass die Welle während
des Trennvorgangs einerseits in Richtung der Rohrmittelachse bewegbar
ist. Hierdurch ist die Vorrichtung dazu geeignet, eine taumelnde
Schnittbewegung zu führen.
Gleichzeitig kann in einem darauffolgenden Schnitt die Vorrichtung
derart gesteuert werden, dass eine andersartige Konturierung oder
gerader Schnitt möglich
ist.
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Zu dem genannten Merkmal weist das Schneidewerkzeug
einen Durchmesser auf, der weniger als die Hälfte des Rohrinnendurchmessers
beträgt.
Der Anpressdruck wird somit punktuell erhöht. Zur Trennung eines spröden, vergleichsweise
dickwandigen Rohrs (Wandstärke
zwischen 2 mm und 5 mm) wird ein hoher, punktueller Druck benötigt.
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Der Schwenkwinkel der Welle bezüglich der Rohrmittelachse
beträgt üblicherweise
zwischen 5° und
45°. Dieser
Winkel liegt demnach auch nach dem Trennvorgang an einer Trennfläche der
Buchse an. Dies wirkt sich positiv beim Eingießen der Buchse in ein Zylinderkurbelgehäuse aus,
da das Fließverhalten
einer Aluminiumschmelze in vorteilhafter Weise beeinflusst wird.
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Zur Unterstützung des Trennvorgangs kann eine
axiale und/oder radiale am Rohr anliegende Kraft zweckmäßig sein.
Dieser Kraft oder diesen Kräften
kann noch zusätzlich
eine Schwingung überlagert
sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsform
ist die Welle mit dem Schneidewerkzeug gegenüber der Rohrmittelachse schwenkbar,
d. h. winklig anstellbar.
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Die Matrix kann an einem Spannbacken
eine Erhöhung
aufweisen, die im eingespannten Zustand im Rohr eine Vorspannung
induziert. Die Vorspannung umfasst eine axiale Kraftkomponente,
die zur Unterstützung
der Trennung beiträgt.
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Ein weiterer Bestandteil der Erfindung
ist ein Verfahren zum Trennen einer Buchse von einem Rohr unter
Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1. Dieses Verfahren zeichnet
sich dadurch aus, dass durch das Schneidewerkzeug entlang einer
Trennlinie eine Taumelbewegung beschrieben wird. Diese Taumelbewegung
kann beispielsweise in Form einer Sinuskurve erfolgen. Grundsätzlich sind so
eine Vielzahl von Konturen in eine Stirnseite der Buchse einzubringen.
Zudem kann bei jedem Trennvorgang eine andere Konturierung erfolgen.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn abwechselnd eine gerade
und eine konturierte Trennung erfolgen soll.
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Ein vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung wird in den folgenden Figuren näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit
einem Rohr, eingespannt in eine Matrize,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Rohrs mit einem Schneidewerkzeug auf einer Welle, das an einer
sinusförmigen
Trennlinie anliegt,
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3 eine
weitere vergrößerte Darstellung der 2 im Bereich einer Trennlinie
und
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4 eine
vergrößerte Darstellung
einer Matrix.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach 1, im Folgenden Trennvorrichtung
genannt, umfasst einen Exzenter 2, der in y- und z-Richtung bewegbar
ist. Am Exzenter 2 ist ein Schwenkarm 4 angebracht,
der in einer x-z-Ebene schwenkbar ist. Dieser Schwenkarm 4 umfasst
wiederum eine drehbare Welle 6 mit einem Schneidwerkzeug 8.
Weiterhin ist der Exzenter 2 während eines Trennvorgangs in x-Richtung,
d. h. parallel zu der Rohrmittelachse 10 bewegbar. Die
Bewegungen der Trennvorrichtung ist durch eine programmierbare zentrale
Steuerung steuerbar.
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Ein Rohr 12, von dem eine
Zylinderlaufbuchse 14 abzutrennen ist, ist in eine Matrize 16 mit
zwei Spannbacken 18, 20, die ebenfalls Bestandteil
der Trennvorrichtung sind, eingespannt. Zwischen den Spannbacken
verläuft
die zu trennende Linie 22 (Trennlinie). Die Trennlinie 22 ist
in den 1 und 2 sinusförmig ausgestaltet. Die Sinusform
entsteht durch die gezielte Bewegung der Trennvorrichtung in x-Richtung
während
des Trennvorgangs.
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In 2 ist
ein vergrößerter Ausschnitt
des Rohrs 12, der Matrize 16 und der Welle 6 mit
dem Schneidewerkzeug 8 dargestellt. Zur vereinfachten Darstellung
wurde in 2 auf die weitere
Abbildung des Exzenters 2 und des Schwenkarms 4 verzichtet.
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Eine detaillierte Beschreibung des
Trennvorgangs, der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt wird,
wird im folgenden Beispiel gegeben.
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Die Welle 6 ist bezüglich der
Rohrmittelachse 10 im Winkel α, hier etwa 45°, angestellt.
Entsprechend beträgt
der Neigungswinkel β (3) einer Trennfläche 24 zur
Rohrmittelachse 10 90°-α. Der Winkel β beträgt somit
in diesem Beispiel wiederum 45°.
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Das Schneidewerkzeug 8 wird
durch die Welle 6 mit einer Drehzahl zwischen 50 1/min
und 500 1/min angetrieben. Während
des Trennvorgangs führt
die Trennvorrichtung das Schneidewerkzeug 8 entlang einer
Trennlinie 22. Dabei dringt das Schneidewerkzeug 8 bis
zu einer kritischen Schnitttiefe 26 (3) in den Rand 28 des Rohrs
ein. Bei Erreichen der kritischen Schnitttiefe 26 setzt
eine Sprödbruch 32 ein.
Die Bruchrichtung 30 wird durch die Stellung (α) des Schneidewerkzeugs 8 bzw.
der Welle 6 bestimmt.
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Die kritische Tiefe 26 ist
von der Sprödigkeit und
vom Bruchverhalten des zu trennenden Materials abhängig. Weitere
Parameter, die die kritische Schnitttiefe 26 mitbestimmen,
sind die Kräfte
Fx und/oder Fz (2). Diese Kräfte werden
zur Unterstützung
des Trennvorgangs durch eine nicht dargestellte Vorrichtung angelegt.
Zudem erzeugt das Schneidewerkzeug 8 eine Kraft Fs (3)
mit einer Komponente in x-Richtung, die ebenfalls zum Auslösen des
Sprödbruches 32 beiträgt. Diese
Kraft ist wiederum von der Geometrie des Schneidewerkzeugs im Schnittbereich
abhängig.
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Ein besonders wichtiger Geometriefaktor des
Schneidewerkzeugs 8 ist dessen Durchmesser. Hiervon ist
der, durch das Schneidewerkzeug 8 aufgebrachte Druck an
der Trennlinie 22 abhängig.
Je größer die
Differenz zwischen einem Rohrdurchmesser und dem Durchmesser des
Schneidwerkzeugs 8 ist, um so kürzer ist eine Berührungslinie
von Schneidwerkzeug 8 und einer Rohrinnenwand 27.
Je kürzer
diese Berührungslinie
beziehungsweise zweidimensional betrachtet die Berührungsfläche ist,
desto größer wird
der durch eine Anpresskraft aufgebrachte Druck. Der Druck steigt
hyperbolisch mit der Durchmesserdifferenz an.
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Bei dem in diesem Beispiel zu trennenden Rohrmaterial,
einer übereutektischen
Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Si- Anteil von 24 % liegt die kritische
Tiefe 26 bei 10 % der Dicke des Rohrrandes 28.
Das Schneidewerkzeug 8 besteht bevorzugt aus Hartmetall
oder Keramik, beispielsweise Siliziumnitride oder Zirkonoxid.
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Grundsätzlich sind alle spröden Werkstoffe durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung
trennbar, dies gilt insbesondere neben der erwähnten übereutektischen Al-Si-Legierung
auch für
Grauguss.
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Durch den Sprödbruch 32 wird eine
relativ raue Trennfläche
erzeugt, was wiederum bei einem Eingießen der Zylinderlaufbuchse 14 in
ein Zylinderkurbelgehäuse
vorteilhaft ist. Die raue Oberfläche (Trennfläche 24)
wirkt haftvermittelnd zu einer Aluminiumschmelze, durch die das
Zylinderkurbelgehäuse gebildet
wird.
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Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugte
Trennfläche 24 weist
keinen Grat an einer inneren Schnittkante 25 auf. Es ist
in der Regel keine Nachbearbeiten der Trennfläche 24 erforderlich.
Die Trennfläche 29 unterteilt
sich in eine Schnittfläche, die
durch das Schneidewerkzeug erzeugt wird und in eine Bruchfläche. Da
die Schnittfläche
einen nur geringen Teil der Trennfläche betrifft und die Trennung durch
Sprödbruch 32 praktisch
ausschließlich
elastisch erfolgt, ist die abgetrennte Buchse 14 im Bereich
der Trennfläche 24 nahezu
frei von plastischen Verformungen. Dies bewirkt eine hohe Maßgenauigkeit
und eine hohe Prozesssicherheit bei der Herstellung des Zylinderkurbelgehäuses.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der
Erfindung ist in 4 dargestellt.
Hierbei wird durch die Matrize 16 eine zusätzlich Vorspannung
auf das Rohr aufgebracht, die in der Umgebung der Trennlinie 22 eine
elastische Verformung 35 bewirkt. Durch die elastische
Verformung 35 wird eine axiale Kraftkomponente in das Rohr
eingeleitet. Die elastische Ver formung bewirkt eine Kerbspannung
im Bereich der Trennlinie 22 und begünstigt die Auslösung des
Sprödbruchs 32.
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Die elastische Verformung 35 erfolgt
beispielsweise flächig,
hervorgerufen durch eine hervorstehende Nase 36 an dem
Spannbacken 38 der Matrize 16. Der Schnitt erfolgt
entsprechend im elastisch verformten Bereich 35.
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Die elastische Verformung kann auch
linienförmig,
beispielsweise durch einen zumindest teilweise umlaufenden Keils
erzeugt werden.