DE19521219A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand, insbesondere der Innenseite eines Zylinderrohres mit mindestens einem an einem Führungsrohr befestigten Werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand, insbesondere der Innenseite eines Zylinderrohres mit mindestens einem an einem Führungsrohr befestigten Werkzeug, wobei bei dem Verfahren ein Kühlschmierstoff zwischen die Bohrlochwandung und das mindestens eine Werkzeug gefördert wird.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand sind weit verbreitet und dienen vor allem dem Aufbohren, Schälen und Glattwalzen der Innenseiten von Zylinderrohren. Ein für das Verfahren einsetzbares Werkzeug ist beispielsweise das kombinierte Schäl- und Glattwalzwerkzeug nach der DE-PS 26 44 292, bei dem der Schälmesserkopf mittels einer hydrostatischen Führung in der Bohrung des Zylinderrohres geführt wird.

Beim Bearbeiten der Innenseite eines Zylinderrohres, wie beispielsweise beim kombinierten Schälen und Glattwalzen von Zylinderrohren, sind hohe Kühlmittelschmierstoffmengen erforderlich, um die beim Bearbeitungsprozeß anfallenden Späne aus dem Zylinderrohr auszutragen. Der dazu benötigte Kühlschmierstoff fließt dabei durch den Ringquerschnitt zwischen dem Führungsrohr und der Innenseite des bearbeiteten Zylinderrohres über den Rollkopf des Werkzeugs zum Schälkopf. Dort nimmt er die anfallenden Späne auf und trägt sie in Vorschubrichtung aus dem Rohr aus.

Um den Kühlschmierstoff in den Ringquerschnitt zwischen Führungsrohr und der Innenseite des Zylinderrohres einzubringen, ist ein Bohrölzuführapparat vorgesehen, der im weiteren mit dem in der Fachwelt bekannten Begriff BOZA abgekürzt wird. Ein BOZA ist - vor allem wenn er für Maschinen mit rotierendem Werkstück hergestellt ist - sehr kompliziert in seinem Aufbau und dadurch auch sehr teuer in seiner Herstellung. Ein BOZA besteht aus folgenden Hauptkomponenten: Bohrrohrdichtung, Gehäuse mit Kühlmitteleinlaß, drehbarem Zentrierflansch, dem Axiallager für diesen Flansch, einer Gleitringdichtung und der Führungsbuchse. Schon diese Aufzählung der Hauptkomponenten zeigt, daß auch ein BOZA in seiner einfachsten Ausführungsform eine stör- und wartungsanfällige Vorrichtung ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es ermöglichen eine zylindrische Innenwand, insbesondere die Innenseite eines Zylinderrohres ohne die Verwendung eines BOZA zu bearbeiten.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß der Kühlschmierstoff im Führungsrohr und durch Öffnungen im Führungsrohr in den Bereich zwischen dem Werkzeug und der einen zylindrischen Innenwand geführt wird.

Das auch bei konventionellen Anlagen zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand verwendete Führungsrohr, das häufig auch als Bohrrohr bezeichnet wird, dient beim erfindungsgemäßen Verfahren als Leitung für den Kühlschmierstoff. Der Kühlschmierstoff wird an der dem Werkzeug gegenüberliegenden Seite des Führungsrohres in das Führungsrohr geführt, fließt durch das Führungsrohr in Richtung Werkzeug und tritt spätestens vor dem spanabhebenden Werkzeug aus dem Führungsrohr aus, um im Bereich zwischen dem mindestens einen Werkzeug und der Innenseite des Zylinderrohres für Kühlung zu sorgen und um die dort anfallenden Späne auszutragen. Die Leitung des Kühlschmierstoffs im Führungsrohr bringt somit den Vorteil, daß vollständig auf den BOZA verzichtet werden kann. Zur Abstützung von Werkstück und Werkzeug tritt an die Stelle des BOZA eine einfache Führung und Lagerung.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand, insbesondere der Innenseiten eines Zylinderrohrs mit mindestens einem an einem Zylinderrohr befestigten Werkzeug so weitergebildet wird, daß das Führungsrohr mindestens eine Öffnung aufweist, durch die Kühlschmierstoff aus dem Führungsrohr in den Bereich zwischen dem Werkzeug und der zylindrischen Innenwand förderbar ist.

Das einfache Vorsehen einer speziellen Öffnung am Führungsrohr ermöglicht somit eine neue Art der Kühlschmierstofförderung, die es erlaubt, auf einen BOZA zu verzichten.

Die Zuführung des Kühlschmierstoffes durch das Führungsrohr hat jedoch den weiteren Vorteil, daß eine einfache Abdichtung zwischen dem bearbeiteten Zylinderrohr und dem Führungsrohr ermöglicht wird.

Das Fördern des Kühlschmierstoffs im Führungsrohr bringt darüber hinaus den Vorteil, daß das Führungsrohr mit Einrichtungen versehen werden kann, um es innerhalb und außerhalb des Werkstückes zu stabilisieren. Die Stabilisierung des Führungsrohres ermöglicht eine höhere Leistung der Vorrichtung und eine bessere Qualität der bearbeiteten Zylinderrohre, da eine Ausbiegung des Führungsrohres zwangsläufig zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Werkzeugs führt.

Vorteilhaft ist es, wenn das Führungsrohr bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung stationär angeordnet ist und die zylindrische Innenwand relativ dazu drehbar ist. Dadurch ist eine Relativbewegung zwischen dem am Führungsrohr befestigten Werkzeug und dem Werkstück zu erzielen, ohne daß das Führungsrohr gedreht werden muß. Somit ist es besonders einfach, den Kühlschmierstoff an dem dem Werkzeug gegenüberliegenden Ende des Führungsrohrs in das Führungsrohr zu leiten. Auch das Abstützen des Führungsrohrs gegen radiale Auslenkung wird dadurch erleichtert.

Nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verjüngt sich das Führungsrohr in einem Bereich zum Werkzeug hin und in diesem Bereich weist es die mindestens eine Öffnung auf. Gerade diese Ausführungsform verbindet eine einfache konstruktive Gestaltung mit der funktionalen Forderung, daß der Kühlschmierstoff aus dem Führungsrohr in den Bereich zwischen dem Werkzeug und der zylindrischen Innenwand gefördert werden muß.

Um eine gleichmäßige Versorgung des Werkzeugs mit Kühlschmierstoff zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, am Umfang des Führungsrohres gleichmäßig beabstandet mehrere Öffnungen vorzusehen. Diese Öffnungen sollten so am Führungsrohr angebracht sein, daß einerseits die Stabilität des Führungsrohrs nicht beeinträchtigt wird und andererseits sich zwischen dem Werkzeug und der zylindrischen Innenwand eine kontinuierliche Strömung einstellt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, am Umfang des Führungsrohres radial vorstehende Verdickungen, wie Rippen oder Scheiben vorzusehen. Diese Verdickungen dienen innerhalb der zylindrischen Innenwand als Abstützung des Führungsrohres und sorgen somit für eine ruhige Lagerung des Werkzeugs. Sie können aber auch außerhalb der zylindrischen Innenwand mit axial beweglichen Stützen wie etwa Lünetten zusammenwirken, um das lange Führungsrohr zu stabilisieren. Die erfindungsgemäße Führung des Schmiermittels erlaubt es, daß beim Vorschub des Werkzeugs die radialen Verdickungen, die anfänglich das Führungsrohr außerhalb der zylindrischen Innenwand abgestützt haben, in das Werkstück eingeführt werden und dort das Führungsrohr am Werkstück weiter abstützen. Am Umfang der Verdickungen sollten diese in einem gleitfähigen Werkstoff ausgeführt sein.

Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Vorrichtung ein Schäl- und ein Glattwalzwerkzeug, ein kombiniertes Aufbohr-, Schäl- und Glattwalzwerkzeug oder ein Aufbohrwerkzeug aufweist. Die Kombination von verschiedenen Werkzeugen erlaubt es, die zylindrische Innenwand in einem Arbeitsgang vollständig zu bearbeiten.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung ein Spannfutter zum Halten eines Werkstücks mit einer zylindrischen Innenwand aufweist, wobei das Spannfutter mindestens eine axial angeordnete Eintrittsöffnung und mindestens eine radial angeordnete Austrittsöffnung für den Kühlschmierstoff aufweist. Ein so ausgebildetes Spannfutter erlaubt es, den aus dem Werkstück austretenden Kühlschmierstoff aufzunehmen, radial abzuleiten und zur Wiederverwendung beispielsweise in einem Ringraum aufzufangen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das Führungsrohr vom Werkzeug aus gesehen hinter der mindestens einen Öffnung mit mindestens einem Dichtring zu versehen, der zwischen der zylindrischen Innenwand und dem Führungsrohr positionierbar ist. Ein derartiger Dichtring verhindert, daß ein wesentlicher Anteil des Kühlschmierstoffs aus dem Werkstück austritt, ohne den Bereich zwischen dem Werkzeug und der zylindrischen Innenwand zu passieren. Dieser Dichtring hat einerseits die Funktion, für die richtige Fließrichtung des Kühlschmierstoffs zu sorgen und andererseits wird das Führungsrohr über den Dichtring im Werkstück positioniert und gehalten. Anstelle einer Dichtung können daher auch mehrere Dichtungen verwendet werden, die jeweils so ausgelegt sind, daß sie den Ringraum rotierend abdichten können.

Von Vorteil ist es, wenn der Dichtring zwischen der zylindrischen Innenwand und dem Führungsrohr einen Drosselspalt bildet. Ein derartiger Drosselspalt mit einem sehr geringen Querschnitt hat zur Folge, daß eine kleine Leckagemenge in Richtung Führungsrohr entweicht. Dies ergibt ideale Gleitbedingungen mit wenig Reibung und Verschleiß.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß sie einen Reitstock mit einer integrierten Führungsbuchse aufweist, die so bemessen und gelagert ist, daß der mindestens eine Dichtring bereits zwischen der zylindrischen Innenwand und dem Führungsrohr positioniert ist, wenn das Werkzeug am Anfang der zylindrischen Innenwand mit der Bearbeitung beginnt. Diese Ausgestaltung des Reitstocks erlaubt es, das Werkzeug von Anfang an mit Kühlschmierstoff zu versorgen und gewährleistet eine erfindungsgemäße Förderung des Kühlschmierstoffs auch in dem Moment, in dem mit der Bearbeitung des Werkstücks begonnen wird.

Ein Ausführungsbeispiel zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung zum Bearbeiten der Innenseite eines Zylinderrohres und

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht der Führung des Führungsrohres außerhalb des Zylinderrohres.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus dem Führungsrohr 2, dem Werkzeug 3, dem Spannfutter 4 und dem Reitstock 5. Das Werkstück 6 ist im Spannfutter 4 aufgenommen und am gegenüberliegenden Ende über den Reitstock 5 abgestützt. Am vorderen Ende 7 des Führungsrohrs 2 ist ein Kopf 8 befestigt, an dem in axialer Richtung das Werkzeug 3 befestigt ist. Das Werkzeug 3 besteht aus einem Glattwalzwerkzeug 9, einem Stabilisator 10 und einem Schälwerkzeug 11, die in dieser Reihenfolge an das Führungsrohr anschließend angeordnet sind.

Der am Führungsrohr 2 befestigte Kopf 8 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Teil, der an seiner einen Seite mit dem Führungsrohr verschraubt und auf seiner anderen Seite zum Werkzeug hin leicht konisch ausgeführt ist. Im zylindrischen Bereich des Kopfes 8 sind in axialer Richtung hintereinander zwei ringförmige Dichtungen 12 und 13 in Nuten in Kopf 8 vorgesehen, die beim Einführen des Kopfes in das Zylinderrohr 6 gegen die Innenseite 14 des Zylinderrohrs 6 abdichten. Die Dichtungen 12 und 13 sind so konstruiert, daß sie einen Drosselspalt geringen Querschnitts mit der Innenseite 14 des Zylinderrohrs 6 bilden, so daß eine kleine Leckagemenge entweicht.

Im konischen Bereich des Kopfes sind radial gleichmäßig beabstandet mehrere Bohrungen 15, 16 vorgesehen.

Das Spannfutter 4 ist ein Dreibackenfutter, das eine axial angeordnete Eintrittsöffnung 17 aufweist und eine Laterne 18, die radiale Öffnungen 19, 20 enthält. Die Laterne 18 verbindet das Spannfutter 4 mit einer Maschinenspindel 7.

Der Reitstock 5 besteht im wesentlichen aus einem Zentrierflansch 21 mit integrierter Führungsbuchse 22, die in Lagern 23, 24 aufgenommen ist. Die Lager 23, 24 erlauben eine Rotation der Führungsbuchse 22 relativ zu dem Rest des Reitstocks 5.

Die Länge der Führungsbuchse ist so bemessen, daß die Dichtungen 12 und 13 bereits in Eingriff sind, wenn das Werkzeug 3 am Anfang des Zylinderrohrs mit der Bearbeitung beginnt. Aus diesem Grund ist die Führungsbuchse 22 weit länger ausgeführt als in Fig. 1 dargestellt.

Ein Abschnitt des Führungsrohres 2, das in Fig. 1 nur verkürzt dargestellt ist, ist in Fig. 2 zu sehen. Das Führungsrohr 2 weist in regelmäßigen Abständen Stabilisatoren 25 und 26 auf, die mit radial vorstehenden Rippen 27 versehen sind. Die Rippen 27 sind in regelmäßigen Abständen am Umfang des Führungsrohres 2 befestigt und dienen dazu, das Führungsrohr an Lünetten 28, 29 abzustützen. Da das Führungsrohr 2 in axialer Richtung bewegbar ist, sind auch die Lünetten 28, 29 axial verschiebbar angeordnet.

Bei der Verwendung der Vorrichtung wird das Zylinderrohr 6 zwischen dem Spannfutter 4 und dem Reitstock 5 eingespannt und mittels der Maschinenspindel 7, die über die Laterne 18 mit dem Spannfutter 4 in Verbindung steht, angetrieben.

Am Beginn der Bearbeitung wird das Werkzeug 3 in die Führungsbuchse 22 eingeführt bis die Dichtungen 12 und 13 zwischen der Führungsbuchse 22 und dem am Führungsrohr 2 befestigten Kopf 8 abdichten. Danach wird Kühlschmierstoff durch das Innere des Führungsrohres 2 zum Kopf 8 geleitet, der durch die Öffnungen 15, 16 am konischen Ende des Kopfes 8 aus dem Führungsrohr austritt und zwischen der Führungsbuchse 22 und dem Werkzeug 3 zum Zylinderrohr fließt. Der Kühlschmierstoff fließt im Zylinderrohr weiter zur Öffnung 17 im Spannfutter 4 und tritt dann durch die Öffnungen 19 und 20 aus der Laterne 18 in einen Ringraum 30 ein, aus dem er entnommen werden kann, um wiederverwendet zu werden.

Während der Bearbeitung des Zylinderrohres 6 durch das Werkzeug 3 wandert der Kopf 8 innerhalb der Führungsbuchse 22 zum Zylinderrohr 6 und auf der bearbeiteten Innenseite 14 des Zylinderrohres 6 in Bearbeitungsrichtung weiter.

Das außerhalb des Zylinderrohres und außerhalb der Führungsbuchse liegende Ende des Führungsrohres 2 wird währenddessen durch Stabilisatoren 25, 26, die in Lünetten 28, 29 eingespannt sind, abgestützt, wobei die Lünetten mit den Stabilisatoren entsprechend der Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 3 zur Führungsbuchse 22 wandern.

Beim weiteren Eindringen des Werkzeugs 3 in das Zylinderrohr 6 gleiten die Stabilisatoren 25, 26 nacheinander über die Führungsbuchse 22 und dann in das Zylinderrohr 6, um während der gesamten Bearbeitungsdauer das Führungsrohr zu stützen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand, insbesondere der Innenseite (14) eines Zylinderrohres (6) mit mindestens einem an einem Führungsrohr (2) befestigten Werkzeug (3), bei dem ein Kühlschmierstoff zwischen die zylindrische Innenwand (14) und das mindestens eine Werkzeug (3) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlschmierstoff im Führungsrohr (2) und durch Öffnungen (15, 16) im Führungsrohr (2) in den Bereich zwischen dem Werkzeug (3) und der zylindrischen Innenwand (14) gefördert wird.

2. Vorrichtung zum Bearbeiten einer zylindrischen Innenwand, insbesondere der Innenseite (14) eines Zylinderrohres (6) mit mindestens einem an einem Führungsrohr (2) befestigten Werkzeug (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (2) mindestens eine Öffnung (15, 16) aufweist, durch die Kühlschmierstoff aus dem Führungsrohr (2) in den Bereich zwischen dem Werkzeug (3) und der zylindrischen Innenwand (14) förderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (2) stationär und die zylindrische Innenwand (14) relativ dazu drehbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (2) sich in einem Bereich zum Werkzeug (3) hin konisch verjüngt und in diesem Bereich die mindestens eine Öffnung (15, 16) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Führungsrohres (2) gleichmäßig beabstandet mehrere Öffnungen (15, 16) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Führungsrohres (2) radial vorstehende Verdickungen, wie Rippen (27) oder Scheiben vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Schäl- und Glattwalzwerkzeug (9), ein kombiniertes Aufbohr-, Schäl- und Glattwalzwerkzeug oder ein Aufbohrwerkzeug aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Spannfutter (4) zum Halten eines Werkstücks mit einer zylindrischen Innenwand (6) aufweist, das mindestens eine axial angeordnete Eintrittsöffnung (17) und mindestens eine radial angeordnete Austrittsöffnung (19, 20) für den Kühlschmierstoff aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (2) vom Werkzeug aus gesehen hinter der mindestens einen Öffnung (15, 16) mindestens einen Dichtring (12, 13) aufweist, der zwischen der zylindrischen Innenwand (14) und dem Führungsrohr (2) positionierbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Dichtring (12, 13) zwischen der zylindrischen Innenwand (14) und dem Führungsrohr (2) einen Drosselspalt bildet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Reitstock (5) mit einer integrierten Führungsbuchse (22) aufweist, die so bemessen und gelagert ist, daß der mindestens eine Dichtring (12, 13) bereits zwischen der zylindrischen Innenwand (14) und dem Führungsrohr (2) positionierbar ist, wenn das Werkzeug am Anfang der zylindrischen Innenwand mit der Bearbeitung beginnt.