-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Honbearbeitung einer Innenfläche
einer Bohrung in einem Werkstück.
Die Erfindung betrifft außerdem
eine Honvorrichtung zur Honbearbeitung einer Innenfläche einer
Bohrung in einem Werkstück
mit einer Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Honwerkzeugs entlang
einer Werkzeugachse und einer Werkstückhalteeinrichtung zur Halterung
des Werkstücks.
-
Bei einer Gleitlagerung eines Zapfens
oder Bolzens in einer Bohrung sollte die Lagerung derart ausgebildet
sein, dass bei allen Betriebsbedingungen unter Last eine weitgehend
gleichmäßige Flächenpressung
zwischen Zapfen und Bohrung gegeben ist, um die auf die Lagerung
wirkenden äußeren Kräfte gleichmäßig übertragen
zu können
und den Verschleiß der
Lagerung zu minimieren. Unter Last kommt es in der Regel zu einer
Verformung der Bohrungsinnenwand und des Zapfens. Bei den gängigen Bohrungen
mit zylindrischer Kontur führt
dies dazu, dass sich Bohrungsinnenwand und Zapfen unterschiedlich
stark verformen und eine gleichmäßige Flächenpressung
unter Last nicht mehr gewährleistet ist.
Es kann vielmehr zu einem lokal erhöhten Festkörperkontaktdruck zwischen Zapfen
und Bohrung kommen.
-
Es ist bekannt, dass der maximale
Festkörperkontaktdruck
Einfluss auf den Verschleiß der
Lagerung hat. Untersuchungen von Knoll et al, dargestellt in Fahrzeugtechnik
62/1ff (Tagungsbericht), haben ergeben, dass sich der Festkörperkontaktdruck durch
eine Breitenkonturierung der Lagerbohrung, beispielsweise einer
Bohrung an einem kleinen Pleuelauge eines Pleuels, beeinflussen
lässt.
Eine Breitenkonturierung der Lagerbohrung ergibt sich beispielsweise
dadurch, dass die Innenflächen
der Bohrung „ballig", d.h. konvex zur
Bohrungachse gewölbt, ausgebildet
werden. Bei einer optimalen Abstimmung zwischen Lagersteifigkeit
und Breitenkontur lässt
sich der unter Last auftretende maximale Festkörperkontaktdruck verringern.
Dadurch wird eine erhöhte
Verschleißsicherheit
der Lagerung erreicht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Honbearbeitung einer Innenfläche einer
Bohrung zu schaffen, die eine weitgehend gleichmäßige Flächenpressung und somit hohe
Verschleißsicherheit
gewährleisten,
falls die Bohrung beispielsweise als Teil einer Lagerung aus Lagerbohrung
und Zapfen eingesetzt wird.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind
in den abhängigen
Ansprüchen
dargestellt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass zunächst
ein Honwerkzeug, das eine Werkzeugachse aufweist, in eine Ausgangsposition
positioniert wird, so dass es in die eine Bohrungsachse aufweisende
Bohrung des Werkstücks
eingefahren werden kann. Danach erfolgt ein Einführen des Honwerkzeugs in die
Bohrung von einer Einführseite
des Werkstücks.
Danach wird die Innenfläche
der Bohrung feinbearbeitet, wobei die Werkzeugachse und die Bohrungsachse
zumindest zeitweise gegeneinander verkippt sind und das Werkzeug
derart bewegt wird, dass ein Umfangsabschnitt an einem einführseitigen
Endbereich der Bohrung und ein an einem entgegengesetzten ausführseitigen
Endbereich diagonal gegenüberliegender Umfangsabschnitt
feinbearbeitet werden.
-
Bei den aus dem Stand der Technik
bekannten Honverfahren führt
das Honwerkzeug, das beispielsweise an einer Honspindel einer Honmaschine angebracht
ist, eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse und gleichzeitig
eine axiale Hin- und Herbewegung in der zu bearbeitenden Werkstückbohrung
aus. Dabei wird die Rotations- bzw. Werkzeugachse möglichst
parallel zu einer Bohrungsachse der Bohrung ausgerichtet, so dass
die Innenfläche der
Bohrung im wesentlichen gleichmäßig feinbearbeitet
und eine durchgehend zylindrische Bohrungsform erzielt wird.
-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren
hingegen werden die Werkzeugachse und die Bohrungsachse relativ
zueinander verkippt, so dass die Innenfläche der Bohrung nicht gleichmäßig feinbearbeitet wird.
Es werden Endbereiche bzw. Randbereiche der Bohrung intensiv feinbearbeitet,
während
Bereiche in einem Mittelabschnitt der Bohrung nur schwach bearbeitet
oder weitgehend unbearbeitet bleiben können. Dadurch kann eine charakteristische
Kontur der Bohrungsinnenfläche
bzw. -wandung erzeugt werden, beispielsweise in der Art, dass der
Bohrungsdurchmesser in den Endbereichen größer ist als im Mittelabschnitt
der Bohrung. Die feinbearbeiteten Endbereiche können sich ggf. bis zur Bohrungsmitte erstrecken,
so dass beispielsweise eine konvex zur Bohrungsachse gewölbte Innenfläche der
Bohrung erzeugt werden kann. Eine derartig hergestellte Kontur,
von der Zylinderform abweicht, kann beispielsweise vorteilhaft zur
Bildung einer Lagerschale einer elastisch verformbaren Gleitlagerung
von Zapfen und Bohrung eingesetzt werden. Unter Last kann es zu einer
Schmiegung von Zapfen und Bohrung kommen, wobei die Konturierung
eine gleichmäßige Flächenpressung
zwischen Zapfen und Bohrung gewährleistet.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung
wird das Werkstück
verkippt, während
die Werkzeugachse im wesentlichen winkelstabil bzw. unverkippt bleiben
kann. Es ist beispielsweise möglich,
dass das Werkstück
und damit die Bohrungsachse um einen bestimmten, vorher festgelegten
Winkel verkippt wird und in dieser Winkellage bei einem ersten Bearbeitungsschritt
des Honwerkzeugs verbleibt. Durch die Schrägstellung des Werkstückes in
Bezug auf die Werkzeugachse kommt es dabei insbesondere zunächst an
zwei Bereichen der Bohrung zu einem intensiven Bearbeitungskontakt
zwischen dem Honwerkzeug und der Innenfläche der Bohrung, nämlich an
einem einführseitigen
Endbereich und diagonal gegenüberliegend
an einem entgegengesetzten ausführseitigen
Endbereich. Diese Bereiche werden zunächst feinbearbeitet. Es können beispielsweise
in einem ersten Bearbeitungsschritt Umfangsabschnitte bearbeitet
werden, die jeweils annähernd
der Hälfte des
Bohrungsumfangs entsprechen, es kann also insbesondere im wesentlichen
ein Halbkreis feinbearbeitet werden. Nach Beendigung des ersten
Bearbeitungsschrittes kann das Honwerkzeug wieder aus der Bohrung
herausgefahren werden und das Werkstück in seine Ausgangslage zurückgekippt
werden. Zur Durchführung
des zweiten Bearbeitungsschrittes kann das Werkstück wiederum
um einen bestimmten Winkel in entgegengesetzter Richtung ausgekippt werden.
Dadurch kann das Honwerkzeug an den verbliebenen unbearbeiteten
Umfangsabschnitten zur Anlage kommen, um diese zu bearbeiten.
-
Es ist auch möglich, das Honwerkzeug zu verkippen,
während
das Werkstück
im wesentlichen in einer winkelstabilen Lage lagefest verbleibt.
Die Änderung
der Winkellage des Honwerkzeuges kann dabei aktiv beispielsweise
mittels einer Steuerung und einem am Honwerkzeug befindlichen Stellantrieb
erzielt werden. Das Honwerkzeug kann beispielsweise um ein bestimmtes
Winkelmaß verkippt schräg in die
Bohrung einfahren. Dadurch lassen sich in analoger Weise zur Verkippung
des Werkstückes zunächst zwei
sich diagonal gegenüberliegende
endbereichseitige Umfangsabschnitte bearbeiten. Das Werkzeug kann
danach wieder ausfahren und in entgegengesetzter Richtung vorzugsweise
um dasselbe Winkelmaß verkippt
werden, so dass die verbliebenen unbearbeiteten Umfangsabschnitte
feinbearbeitet werden.
-
Es ist auch möglich, dass das Honwerkzeug in
der Bohrung nach einer bestimmten Kontaktzeit mit zwei sich diagonal
gegenüberliegenden
Endbereichen seine Winkellage gegenüber der Bohrungsachse ändert, so
dass die restlichen Endbereiche feinbearbeitet werden. Vorzugsweise
wird mehrmals zwischen den Endbereichs-Paaren gewechselt.
-
Es ist möglich, dass das Werkstück durch eine
auf die Innenfläche
der Bohrung einwirkende Schnittkraft des Honwerkzeugs verkippt wird.
Das Werkstück
kann also passiv durch Einwirken des Honwerkzeuges verkippt werden.
Ein separater Antrieb zur Werkstück-Verkippung
ist in diesem Fall nicht nötig.
Beispielsweise kann die passive Verkippung derart erfolgen, dass
das Werkstück
durch die Schnittkraft des Honwerkzeuges um einen bestimmten Winkel
auskippt und in dieser Winkellage bei der Honbearbeitung verbleibt.
Die Honbearbeitung kann dann beispielsweise in zwei Bearbeitungsschritten
in analoger Weise zur aktiven Verkippung des Werkstückes durchgeführt werden.
-
Das Honwerkzeug führt vorzugsweise in der Bohrung
Werkzeugbewegungen in Form von Hüben in
entgegengesetzten Richtungen aus. Be sonders bevorzugt ist, wenn
das Werkstück
gegenüber
dem Honwerkzeug bei einem ersten Hub in eine erste Richtung und
beim entgegengesetzten zweiten Hub in die entgegengesetzte zweite
Richtung verkippt wird. Bevorzugt wird das Werkstück dabei
durch die Schnittkraft des Honwerkzeuges hin und her gekippt. Alternativ
ist es möglich,
dass das Werkstück
beispielsweise mittels einer Steuerung samt Stellantrieb mit den
Hüben des
Honwerkzeugs synchron oder asynchron mitgekippt wird. Allerdings
ist hierfür
wieder ein eigener Antrieb zur Werkstück-Verkippung notwendig.
-
Das Werkstück kann an einer Werkstückhalteeinrichtung
gehaltert werden. Die Werkstückhalteeinrichtung
besitzt bevorzugt eine Kippachse, die im wesentlichen senkrecht
zu den Werkzeugbewegungen des Honwerkzeuges in der Bohrung des Werkstückes ausgerichtet
ist. Die Werkstückhalteeinrichtung
kann beispielsweise als Wippe ausgebildet sein, die je nachdem,
ob ein Hub in die eine oder in die andere Richtung erfolgt, mit
den Hüben
mitwippt. Die Werkstückhalteeinrichtung
kann beispielsweise mittels eines Lagerbocks, durch den die Kippachse
verläuft,
kippbar bzw. schwenkbar gelagert werden. Es ist auch möglich, die
Werkstückhalteeinrichtung
auf einer elastischen Unterlage, beispielsweise aus Schaumstoff,
zu lagern. Die elastische Unterlage kann einzelne Bereiche mit unterschiedlicher
Härte aufweisen.
Beispielsweise ist es möglich,
die Unterlage derart auszubilden, dass deren Randbereiche weicher
und damit nachgiebiger ausgebildet sind als deren Mittelbereiche,
so das bei Druckbeaufschlagung oder Zugbeaufschlagung der elastischen
Unterlage die Randbereiche stärker
nachgeben und das Werkstück
somit in eine verkippte Schräglage kommt.
-
Bei einer Weiterbildung der Erfindung
wird die Verkippung des Werkstücks
und/oder des Honwerkzeuges begrenzt. Es kann beispielsweise wenigstens
ein Anschlagelement vorgesehen sein, an das das Werkstück oder
die Werkstückhalteeinrichtung
beim Verkippen anstößt. Es ist auch
möglich,
die Schrägstellung
des Honwerkzeuges zu begrenzen, beispielsweise mittels eines Anschlages
oder eines Steuerprogramms, das einen Sollwert für die Winkelstellung des Honwerkzeuges
vorgibt. Besonders bevorzugt werden zwei in gleichem Abstand von
der Kippachse angeordnete Anschlagelemente eingesetzt, an die das
Werkstück
bzw. die Werkstückhalteeinrichtung
bei den Auf- und Abwärtshüben des
Honwerkzeuges in der Bohrung wechselweise anstößt.
-
Durch die Begrenzung der Verkippung
ist es möglich,
eine bestimmte Breite des zu bearbeitenden Endbereiches einzustellen.
Bei einer größeren Verkippung
des Werkstückes
oder des Honwerkzeuges, d.h. bei einem größeren Winkel zwischen der Bohrungsachse
und der Werkzeugachse, wird dementsprechend ein größerer Endbereich
feinbearbeitet.
-
Die Werkstückhalteeinrichtung kann eine schwimmende
Lagerung für
das Werkstück
aufweisen, so dass sich das Werkstück quer zu den Werkzeugbewegungen
des Honwerkzeuges in der Bohrung des Werkstücks ausrichten kann. Dadurch
kann eine Fehlstellung zwischen der Bohrung und dem Honwerkzeug
ausgeglichen werden.
-
Ferner umfasst die Erfindung eine
Honvorrichtung zur Honbearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem
Werkstück
mit einer Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Honwerkzeugs entlang
einer Werkzeugachse und einer Werkstückhalteeinrichtung zur Halterung
des Werkstücks.
Dabei sind die Bewegungseinrichtung und die Werkstückhalteeinrichtung
derart ausgebildet, dass die Werkzeugachse und eine Bohrungsachse
der Bohrung eines von der Werkstückhalteeinrichtung
gehaltenen Werkstücks
zumindest zeitweise derart gegeneinander verkippbar sind, dass ein
Umfangsabschnitt an einem einführseitigen
Endbereich der Bohrung und ein an einem entgegengesetzten ausfürseitigen
Endbereich diagonal gegenüberliegender
Umfangsabschnitt feinbearbeitet wird.
-
Bezüglich Details zur Ausbildung
von Ausführungsformen
der Honvorrichtung wird auf die vorstehende Beschreibung und die
nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen verwiesen.
-
Die vorstehenden und weitere Merkmale
gehen außer
aus den Ansprüchen
aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können.
Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften
beschränkt
die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer allgemeinen Gültigkeit.
-
Ausführungsbeispiele der Endung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
-
1 zeigt
schematisch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Honvorrichtung mit
einer Werkstückhalteeinrichtung
zur Erzeugung einer Breitenkonturierung einer Werkstückbohrung;
-
2 zeigt
schematisch eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Honvorrichtung mit
einer Werkstück-Spannvorrichtung
zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts;
-
3 zeigt
schematisch eine ersten Verfahrensschritt eines erfindungsgemäßen Verfahren
zur Erzeugung einer Breitenkonturierung einer Werkstückbohrung;
-
4 zeigt
schematisch einen zweiten Verfahrensschritt des Verfahren zur Erzeugung
einer Breitenkonturierung einer Werkstückbohrung;
-
5 zeigt
schematisch einen dritten Verfahrensschritt des Verfahren zur Erzeugung
einer Breitenkonturierung einer Werkstückbohrung;
-
6 zeigt
schematisch einen Ausgangszustand eines Werkstücks vor der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts;
-
7 zeigt
schematisch einen ersten Verfahrensschritt des Verfahrens zur Erzeugung
eines ovalen Bohrungsquerschnitts;
-
8 zeigt
schematisch einen zweiten Verfahrensschritt des Verfahrens zur Erzeugung
eines ovalen Bohrungsquerschnitts;
-
9 zeigt
schematisch einen Endzustand des Werkstücks nach Beendigung des Verfahrens zur
Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts.
-
Honvorrichtung
-
Die 1 zeigt
eine Werkstückhalteeinrichtung 12 als
wesentliches Elemente einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Honvorrichtung 11.
Mit der Werkstückhalteeinrichtung 12 läßt sich
das Verfahren zur Erzeugung einer Breitenkonturierung der Bohrung
durchführen.
-
Die Werkstückhalteeinrichtung 12 dient
als Halterung für
ein zu bearbeitendes Werkstück 13, beispielsweise
eines Pleuels. Die Werkstückhalteeinrichtung 12 hat
eine Grundplatte 25, Anschlagelemente 26, einen
Lagerbock 27 und eine kippbar bzw. schwenkbar am Lagerbock 27 gelagerte
Wippe 28. Die Anschlagelemente 26 sind in gleichen
Abständen beidseits
des Lagerbocks 27 an der Grundplatte 25 befestigt.
Sie dienen zur Begrenzung des Kippwegs beim Auskippen der Wippe 28.
Durch die Anordnung der Anschlagelemente 26 im gleichen
Abstand vom Lagerbock 27 wird erreicht, dass die Wippe
auf beiden Seiten gleich weit auskippt. Der Lagerbock 27 ist mittig
an der Grundplatte 25 befestigt und umgreift die Wippe 28 beidseitig.
Wie in 9 dargestellt, können am
Lagerbock 27 Stifte 29 vorgesehen sein, die in
eine Aufnahme 29 an der Wippe 28 eingreifen und
um die sich die Wippe 28 drehen kann. Es wird also eine
Kipplagerung mit einer Kippachse 30 für die Wippe 28 gebildet.
Die Wippe 28 kann als ebene Platte ausgebildet sein. Das
zu bearbeitende Werkstück
kann auf der Wippe 28 mittels nicht näher dargestellten Befestigungs-
bzw. Halteelementen lösbar befestigt
werden. Die Wippe 28 besitzt an ihrer Oberseite eine Ausnehmung 47, über der
das kleine Pleuelauge 17 befestigt wird, so dass das Honwerkzeug 16 beim
Abwärtshub
durch die Bohrung 15 hindurch- und am ausführseitigen
Endbereich 43 zumindest teilweise ausfahren kann. Die Wippe 28 kann
beim Honbearbeiten der Bohrung 15 des Werkstücks 13 in einer
nachfolgend näher
beschriebenen Weise Kippbewegungen bzw. Schwenk bewegungen um die
Kippachse 30 ausführen,
die durch die Anschlagelemente 26 begrenzt werden.
-
Das in 1 dargestellte,
zu bearbeitende Werkstück 13 besitzt
wenigstens eine Bohrung 15, die durch ein Honwerkzeug 16 bei
einem Honvorgang feinbearbeitet wird. Die Bohrung 15 besitzt
in ihrem Ausgangszustand einen im wesentlichen kreisrunden Bohrungsquerschnitt.
Die Bohrung 15 weist eine Bohrungsachse 40 und
eine vorbearbeitete weitgehend zylindrische Innenfläche 22 auf.
Das Honwerkzeug 16 wird über einen einführseitigen Endbereich 42 der
Bohrung 15 eingeführt
und kann an einem ausführseitigen
Endbereich 43 zumindest teilweise wieder austreten. Zu
beiden Seiten der Bohrungsachse 40 befinden sich im einführseitigen
Endbereich 42 Umfangsabschnitte 44a, 44b und
im ausführseitigen
Endbereich 43 weitere Umfangsabschnitte 44c, 44d,
die, wie nachfolgend näher
beschrieben, durch das Honwerkzeug 16 intensiv bearbeitet
werden. Das Werkstück 13 kann
beispielsweise, wie in den 1 bis 9 dargestellt, ein Pleuel
sein. Das Pleuel besteht im wesentlichen aus einem kleinen Pleuelauge 17,
einem großen
Pleuelauge 18 und einer Pleuelstange 19, die das
kleine und das große Pleuelauge 17, 18 miteinander
verbindet. Das große Pleuelauge 18,
auch Pleuelfuß genannt,
ist dafür
vorgesehen, mit einer Kurbelwelle eines Motors verbunden zu werden.
In die Bohrung 15 des kleinen Pleuelauges, auch Pleuelkopf
genannt, wird beispielsweise ein Kolbenbolzen eines Kolbens aufgenommen. Der
Kolbenbolzen ist vorzugsweise mittels einer Gleitlagerung in der
Bohrung 15 gelagert. Wie insbesondere in den 1 bis 3 dargestellt, besitzt das kleine Pleuelauge 17 eine
der Pleuelstange 19 abgewandte Belastungsseite 20,
die im Betriebszustand des Pleuels oberhalb des Kolbenbolzens angeordnet ist
und auf die beim Kolbenbetrieb infolge des Gasdrucks auf den Kolben
große
Druckkräfte
wirken. Die Gegenseite 21 ist im Betriebszustand unterhalb
des Kolbenbolzens angeordnet und der Pleuelstange 19 bzw.
dem Pleuelschaft zugewandt.
-
Das Honwerkzeug 16 ist zur
Feinbearbeitung der Innenfläche 22 der
Bohrung 15 vorgesehen. Das Honwerkzeug 16 kann
mit einer nicht dargestellten Honspindel einer Honmaschine verbunden
sein. Es besitzt mehrere vorzugsweise in regelmäßigen Abständen am Werkzeug-Umfang angeordnete
Honsteine 23. Die Honsteine 23 können durch
einen nicht dargestellten, am Honwerkzeug 16 befindlichen Stellmechanismus
von einer eingefahrenen Ruheposition radial in eine ausgefahrene
Bearbeitungsposition zugestellt werden, so dass sie mit der zu bearbeitenden
Innenfläche 22 der
Bohrung 15 mit geeignetem Anpreßdruck in Kontakt kommen. Im
Betriebszustand führt
das Honwerkzeug 16 einen Rotationsbewegung um seine Werkzeugachse 24 aus
und gleichzeitig Auf- und Abwärtsbewegung
axial zur Werkzeugachse 24. Die Innenfläche 22 der Bohrung 15 wird
also durch eine kombinierte Rotationsbewegung und Auf- und Abwärtsbewegung
feinbearbeitet.
-
Die 2 zeigt
eine Werkstückspannvorrichtung 14 als
wesentliches Element einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Honvorrichtung.
Mit der Werkstückspannvorrichtung 14 läßt sich das
Verfahren zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts durchführen. Die
Werkstückspannvorrichtung 14 besteht
im wesentlichen aus einem Hubzylinder 31 mit ein- und ausfahrbarer
Kolbenstange 32 und einer Zwinge 33. Zur Befestigung des
Hubzylinders 31 der Werkstück-Spannvorrichtung 14 kann beispielsweise
die Werkstückhalteeinrichtung 12 verwendet
werden. Er kann auf der Grundplatte 25 oder auf der Wippe 28 befestigt
werden. Bei einer Befestigung auf der Wippe 28 wird diese
vorzugsweise derart gelagert, dass sie nicht mehr schwenkbeweglich
ist. An der Wippe 28 kann ein Vorsprung 38 zur
Aufnahme des Hubzylinders 31 ausgebildet sein.
-
Der Hubzylinder 31 wird
vorzugsweise pneumatisch betrieben. Es ist jedoch auch eine hydraulische
Wirkungsweise möglich.
Die Kolbenstange 32 ist mittels einer Druckluftbeaufschlagung
des nicht dargestellten Kolbens aus dem Hubzylinder 31 ausfahrbar.
Sie weist an ihrem hubzylinderfernen Ende eine Anlageplatte 34 zur
Anlage an das zu bearbeitende Werkstück 13 auf. Die gabelförmige Zwinge 33 besitzt
einen Mittelabschnitt 35, der beidseitig mit jeweils einer
Zinke 36, 37 einstückig verbunden ist. Die hubzylinderseitige
Zinke 36 ist am Hubzylinder 31 befestigt. Die
hubzylinderferne Zinke 37 bildet ein Anlageelement, an
das das Werkstück 13 beim
Spannvorgang anstoßen
kann. Das Werkstück 13 kann
also zwischen der Anlageplatte 34 an der Kolbenstange 32 und
der Zinke 37 an der Zwinge 33 eingespannt werden.
Die Werkstück-Spannvorrichtung 14 kann auch
als eine Art pneumatisch betriebene „Schraubzwinge" bezeichnet werden.
Das zu bearbeitende Pleuel-Werkstück 13 wird
im Bereich seines kleinen Pleuelauges 17 in die Werkstück-Spannvorrichtung 14 eingespannt.
Um eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 13 und einer Auflage
des Werkstücks beim
Spannvorgang zu ermöglichen,
beispielsweise wenn die Anlageplatte 34 an das Werkstück 13 stößt, kann
eine nicht näher
dargestellte Drehlagerung am Pleuelfuß bzw. großen Pleuelauge 18 vorgesehen sein.
Die Dreh- bzw. Schwenklagerung kann eine Schwenkachse 39 aufweisen,
um die das Werkstück 14 schwenkbar
ist.
-
Wie in 2 dargestellt,
können
die Werkstückhalteeinrichtung 12 und
die Werkstück-Spannvorrichtung 14 in
einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Honvorrichtung 11 kombiniert
werden, so dass mit dieser Ausführungsform
der Honvorrichtung sowohl das Verfahren zur Erzeugung einer Breitenkonturierung
der Bohrung als auch das Verfahren zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts
durchgeführt
werden können.
-
Verfahren
zur Erzeugung einer Breitenkonturierung der Bohrung
-
Die 3 bis 5 zeigen anhand von drei
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Honbearbeitung der Innenfläche 22 der
Bohrung 15 eines Pleuel-Werkstücks 13.
Das Verfahren wird mit der in 1 dargestellten
Werkstückhalteeinrichtung 12 durchgeführt.
-
Bei der gezeigten Variante befindet
sich das Honwerkzeug 16 zunächst in seiner Werkzeug-Ausgangsposition 41 oberhalb
der Werkstück-Bohrung 15.
Die Honsteine 23 des Honwerkzeugs 16 können in
dieser Werkzeug-Ausgangsposition 41 bereits ausgestellt
in ihrer Funktionsposition sein. Alternativ ist es möglich, die
Honsteine 23 erst nach dem Einfahren in die Bohrung 15 zuzustellen.
-
Das Werkstück, insbesondere das Pleuel, wird
zunächst
auf der Wippe 28 der Werkstück-Halteeinrichtung 12 befestigt.
Ein Pleuel wird derart positioniert, dass die Bohrung 15 am
kleinen Pleuelauge 17 oberhalb der Ausnehmung 47 an
der Wippe 28 angeordnet ist.
-
Das Honwerkzeug 16 wird über die
Honspindel in Rotation versetzt und durch einen langen Abwärtshub in
die Bohrung 15 eingefahren. Falls die Honsteine 23 bereits
zugestellt sind, kommen diese mit dem einführseitigen Endbereich 42 der
Bohrung 15 in Kontakt und drücken das Werkstück 13 samt Wippe 28 nach
unten. Falls die Honsteine 23 noch nicht zugestellt sind,
fährt das
Honwerkzeug 16 zunächst
ungefähr
bis zur Mitte der Bohrung 15, ohne dass die Wippe 28 bewegt
wird. Der Zustellvorgang der Honsteine 23 erfolgt dann
nach dem Einfahren des Honwerkzeugs 16. Das Werkstück 13 befindet sich
in seiner in 3 dargestellten
Werkstück-Ausgangsposition 48,
wobei die Wippe 28 im wesentlichen horizontal ausgerichtet
ist.
-
Wie in der 4 dargestellt, wird die Wippe 28 samt
Werkstück 13 beim
Abwärtshub
des Honwerkzeugs 16 mit ausgestellten Honsteinen 23 durch deren
auf die Bohrungs-Innenfläche
ausgeübte Schnittkraft
um die Kippachse 30 am Lagerbock 27 nach unten
gekippt. Während
die Werkzeugachse 24 in ihrer in 3 dargestellten Position winkelstabil verbleibt,
wird die Bohrungsachse 40 um den Winkel α gegenüber der
Werkzeugachse 24 verkippt. Dadurch tritt die Situation
auf, dass die Honsteine 23 an zwei diagonal gegenüberliegenden
Umfangsabschnitten 44b, 44c in den Endbereichen 42, 43 der Bohrung 15 in
Kontakt kommen und diese Bereiche intensiv feinbearbeiten. Ein intensiv
bearbeiteter Umfangsabschnitt 44b befindet sich am einführseitigen Endbereich 42 und
ein anderer intensiv bearbeiteter Umfangsabschnitt 19c am
ausführseitigen
Endbereich 43 der Bohrung 15. Im Falle eines Pleuel-Werkstücks 13 wird
also zunächst
der einführseitige
Umfangsabschnitt 44b an der Belastungsseite 20 und der
ausführseitige
Umfangsabschnitt 44c an der Gegenseite 21 des
kleinen Pleuelauges 17 feinbearbeitet. Durch den Honvorgang
werden an dem Umfangsabschnitten 44b, 44c Krümmungen
erzeugt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert dargestellt
sind. Die Auskippung der Wippe 28 samt Werkstück 13 beim
Abwärtshub,
repräsentiert
durch den Winkel α,
wird durch das in
-
1 dargestellte
Anschlagelement 26 begrenzt. Der Winkel α kann somit
durch eine Veränderung
des Abstandes zwischen Anschlagelement 26 und Kippachse 30 verkleinert
oder vergrößert werden.
Alternativ könnte
auch die Höhe
des Anschlagelementes 26 verändert werden. Die Anschlagelemente 26 können auch
steuerbar ausgeführt
werden. Beispielsweise könnten
die Anschlagelemente am Anfang des Verfahrens so eingestellt werden,
dass der Winkel und ein beim Aufwärtshub auftretender Winkel
relativ klein sind und während
des Verfahrens vergrößert werden.
Vor Beendigung des Verfahrens könnten
die Anschlagelemente derart eingestellt werden, dass die Winkel α und β ungefähr gleich
Null sind, so dass ein zylindrischer Bereich im Bohrungsinnern erzeugt
wird. Die Anschlagelemente könnten dazu
als Stellschrauben ausgebildet sein, deren Höhe variabel einstellbar ist.
-
In der 5 ist
ein Aufwärtshub
des Honwerkzeugs 16 dargestellt, der sich unmittelbar an
den Abwärtshub
anschließt.
Die Wippe 28 samt Werkstück 14 wird dabei durch
die Schnittkraft der Honsteine 23 nach oben gezogen und
damit gekippt. Die Bohrungsachse 40 ist dabei um den Winkel
gegenüber
der im wesentlichen winkelstabilen Werkzeugachse 24 verkippt.
In der Regel ist die Verkippung beim Abwärtshub und beim Aufwärtshub gleich groß, so dass
die Winkel α und β betragsmäßig gleich groß sind.
Die Auskippung beim Aufwärtshub,
repräsentiert
durch den Winkel β,
kann ebenfalls durch ein Anschlagelement 26 begrenzt werden.
Beim Aufwärtshub
werden die beiden bisher unbearbeiteten Umfangsabschnitte 44a bzw. 44d am
einführseitigen Endbereich 42 bzw.
am ausführseitigen
Endbereich 43 in analoger Weise zu dem in 4 dargestellten Verfahrensschritt feinbearbeitet.
Nach einem Durchgang, der aus einem Abwärts- und einem Aufwärtshub bestehen
kann, ist also bereits eine charakteristische Kontur der Innenfläche 22 der
Bohrung 15 erzeugbar. Die Bohrungskontur könnte beispielsweise derart
aussehen, dass der Bohrungsdurchmesser in den Endbereichen 42, 43 größer ist,
als an einem Mittelabschnitt 45 der Bohrung 15.
Durch eine stärkere Schrägstellung
des Werkstücks 14 gegenüber dem im
wesentlichen winkelstabilen Honwerkzeug 16, also einer
Vergrößerung der
Kippwinkel α und β, lassen
sich dementsprechend größere Endbereiche 42, 43,
die sich ggf. weiter zum Mittelabschnitt 45 (5) hin erstrecken, intensiv
feinbearbeiten. Bei größeren Kippwinkeln α und β haben die
Umfangsabschnitte 44a, 44b, 44c und 44d eine
größere Erstreckung
in einer Richtung parallel zur Bohrungsachse 40 und ggf.
in einer Richtung senkrecht zur Bohrungsachse 40 als bei
kleineren Kippwinkeln α und β. Es ist
beispielsweise eine Bohrungskontur erzeugbar, bei der sich der Bohrungsdurchmesser
der Bohrung 15 parallel zur Bohrungsachse 40 stetig ändert. Die
Innenfläche 22 der
Bohrung 15 kann auf diese Weise „ballig" ausgebildet werden, d.h. die Innenfläche 22 könnte sich
konvex zur Bohrungsachse 40 hin wölben.
-
Ein Pleuel-Werkstück 14 mit einer derartig ausgebildeten
Bohrung 15 am kleinen Pleuelauge 17 kann vorteilhaft
als Teil einer Gleitlagerung eines Kolbenbolzens in einer Bohrung
eingesetzt werden. Im Betriebszustand kann dadurch erreicht werden,
dass die Innenfläche 22 der
Bohrung 15 unter Last, bei den herrschenden Druckkräften zwischen
dem Kolbenbolzen und der Bohrungswandung in Richtung der Pleuel-Längsachse 46, verformt
wird, und zwar insbesondere entgegengesetzt zu der an der Belastungsseite 20 des
kleinen Pleuelauges ausgebildeten Wölbung. Dadurch kann erreicht
werden, dass die Bohrung 15 während des Betriebs wieder weitgehend
zylindrisch wird, so dass eine weitgehend gleichmäßige Flächenpressung
zwischen dem Kolbenbolzen und der Bohrung 15 gewährleistet
ist. Dadurch können
Bohrungsbereiche mit erhöhtem
Festkörperkontaktdruck
zwischen Kolbenbolzen und Bohrungswandung vermieden werden, was
zu einer Erhöhung
der Verschleißsicherheit
der Lagerung führt.
Um Fehlstellungen zwischen dem Honwerkzeug 16 und dem Werkstück 13 zu
vermeiden, kann die Werkstückhalteeinrichtung 12 schwimmend
gelagert sein, beispielsweise in der Art, dass sie horizontal in
x- und in y-Richtung verfahrbar ist.
-
Verfahren
zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts
-
In den 6 bis 9 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines ovalen Bohrungsquerschnitts beschrieben. Das
Verfahren wird mittels der in 2 dargestellten
Werkstück-Spannvorrichtung
durchgeführt.
Analog zum vorstehend beschriebenen Verfahren wird auch dieses Verfahren
anhand eines Pleuel-Werkstücks 13 beschrieben.
-
Wie in 2 dargestellt,
wird das Werkstück 13 derart
befestigt, dass es sich im Spannbereich der Werkstück-Spannvorrichtung 14 befindet.
Bei einem Pleuel-Werkstück 13 befindet
sich das kleine Pleuelauge 17 im Spannbereich der Werkstück-Spannvorrichtung 14.
Gemäß 6, befindet sich die Bohrung 15 zunächst in
einem Ausgangszustand, wobei der Bohrungsquerschnitt im wesentlichen
kreisrund ist und allenfalls durch Fertigungstoleranzen um wenige tausendstel
Millimeter von der Kreisrundheit abweichen kann. Der in 2 dargestellte Hubzylinder 31 wird
mit Druckluft beaufschlagt, so dass die Kolbenstange 32 ausfährt und
an das Werkstück 13 im
Bereich der Bohrung 15 stößt. Das Werkstück 13 wird einen
bestimmten Weg in Ausfahrrichtung der Kolbenstange mitgeschoben,
bis es an die hubzylinderferne Zinke 37 der Zwinge 33 der
Werkstückspannvorrichtung 14 anstößt. Bei
einem Pleuel-Werkstück 14 wird
das kleine Pleuelauge 17 also durch die am großen Pleuelauge 18 vorgesehene
Schwenkachse 39 verschwenkt.
-
Wie in 7 dargestellt,
wird die Bohrung 15 anschließend durch die Spannkraft,
die vom Hubzylinder 31 bereitgestellt wird, zwischen der
hubzylinderfernen Zinke 37 und der Anlageplatte 34 an
der Kolbenstange 32 so weit zusammengedrückt, dass der
Bohrungsquerschnitt oval bzw. elliptisch wird. Bei dieser elastischen
Verformung wird ein ovaler Übergangszustand
der Bohrung 15 erreicht. Bei dem in 2 gezeigten Pleuel-Werkstück 13 erfolgt
die Verformung in Spannrichtung 49 senkrecht zur Pleuellängsachse 46.
Es entsteht also eine Ellipse mit einer langen Achse in Richtung
der Pleuellängsachse 46 und
einer senkrecht dazu ausgerichteten kurzen Achse in Spannrichtung.
Die Ovalität,
die als Maß für die Abweichung
des Bohrungsquerschnitts von einer exakt kreisrunden Ausbildung
definiert werden kann, kann hierbei als die Hälfte der Differenz zwischen
der langen Achse und der kurzen Achse angegeben werden. Die Ovalität liegt
vorzugsweise im Bereich weniger, beispielsweise ein bis zwei hundertstel
Millimeter bis zwei hundertstel Millimeter. Das Verformen der Bohrung 15 erfolgt
vor zugsweise mit einer über
den gesamten Spannvorgang konstanten Spannkraft. Alternativ kann
die Spannkraft jedoch auch von einem Ausgangswert am Anfang des
Spannvorgangs auf einen Endwert gesteigert werden. Die Größe der einzuleitenden
Spannkraft hängt
von den Werkstoffeigenschaften des Werkstückes 13 ab. Für gängige Stahlwerkstoffe
kann die Spannkraft im Bereich von 0,7 kN bis 1 kN liegen. Die Spannkraft
ist so zu wählen,
dass eine weitgehend elastische Verformung des Werkstücks im Bohrungsbereich
bewirkt wird.
-
Wie in 8 dargestellt,
wird im nächsten Verfahrensschritt
ein Honwerkzeug 16 in die Bohrung 15 eingefahren
und die Innenfläche 22 der
Bohrung 15 feinbearbeitet. Gehont wird, während die
Spannkraft aufrechterhalten wird, d.h. die hubzylinderferne Zinke 37 und
die Anlageplatte 34 der Werkstück-Spannvorrichtung 14 unter
Druck am Werkstück 13 anliegen.
Durch die Honsteine 23 des Honwerkzeugs 16 wird
die Innenfläche 22 der
Bohrung 15 derart feinbearbeitet, dass aus dem ovalen Bohrungsquerschnitt
wieder ein im wesentlichen kreisrunder Bohrungsquerschnitt erzeugt
wird. Die Bohrung 15 wird von ihrem ovalen Übergangszustand
in einen kreisrunden Übergangszustand
feinbearbeitet.
-
In 9 ist
der Endzustand des Werkstücks dargestellt.
Nach Beendigung der Bearbeitung wird die Spannkraft weggenommen,
so dass das Werkstück
im Bereich seiner Bohrung 15 druckentlastet wird. Dabei
entspannt sich das elastisch verformte Pleuel-Werkstück 13 in
Spannrichtung, also senkrecht zur Pleuel-Längsachse 46. Aus dem
in 8 gezeigten kreisrunden
Bohrungsquerschnitt wird wieder ein ovaler Bohrungsquerschnitt.
Im Gegensatz zu dem in 7 gezeigten
ovalen Bohrungsquerschnitt befindet sich die lange Achse der entstandenen
Bohrungsellipse in Spannrichtung 49 und die kurze Achse
in Richtung der Pleuel-Längsachse 46.
-
Ein Pleuel-Werkstück 13 mit einem im
unbelasteten Zustand ovalen Bohrungsquerschnitt, bei dem der größere Durchmesser
quer zur Belastungsrichtung im Betrieb, nämlich in Richtung der Pleuel-Längsachse 46, ausgerichtet
ist, kann vorteilhaft als Teil einer Lagerung aus Kolbenbolzen und
Bohrung eingesetzt werden. Unter Last, beispielsweise wenn die Kolbenkräfte auf
das Pleuel übertragen werden,
können
auf das Pleuel Zugkräfte
parallel zur Pleuel-Längsachse 46 wirken,
so dass wieder ein im wesentlichen kreisrunder Bohrungsquerschnitt
entsteht. Dadurch ist eine gleichmäßige Flächenpressung zwischen einem
in der Bohrung 15 befindlichen Kolbenbolzen und der Bohrung 15 gewährleistet.
-
Das Verfahren zur Erzeugung einer
Breitenkonturierung der Bohrung kann in einer ersten Ausführungsform
der Honvorrichtung 11 durchgeführt werden, die eine Werkstückhalteeinrichtung 12 aufweist.
Das Verfahren zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts kann
in einer zweiten Ausführungsform
der Honvorrichtung 11 durchgeführt werden, die eine Werkstück-Spannvorrichtung 14 aufweist.
Die beiden Verfahren können
auch gemeinsam in einer dritten Ausführungsform der Honvorrichtung
mit Werkstückhalteeinrichtung 12 und
Werkstück-Spannvorrichtung 14 durchgeführt werden. Das
Verfahren zur Erzeugung eines ovalen Bohrungsquerschnitts kann nach
dem Verfahren zur Erzeugung einer Breitenkonturierung der Bohrung durchgeführt werden
oder umgekehrt. Es können also
Bohrungen erzeugt werden, die einen ovalen Bohrungsquerschnitt und
zugleich eine Breitenkonturierung besitzen.