DE19621869A1

DE19621869A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Strahlen von Werkstückoberflächen mit einer Druckflüssigkeit

Info

Publication number: DE19621869A1
Application number: DE1996121869
Authority: DE
Inventors: Arno Kern
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strahlen von Werkstückoberflächen mit einer Druckflüssigkeit, insbesondere von Kolbenlaufbahnen von Kraft- und Arbeitsma schinen, nach einer Bearbeitung der Oberflächen, insbesondere einer Feinbearbeitung, wie Honen.

Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, bei denen derartige Werkstückoberflächen nach dem Honen einer Flüssig keitsbehandlung unterzogen werden. So ist es aus der EP 0 169 984 B bekanntgeworden, nach dem elektrochemischen Honen das Werkstück einer Behandlung mit einer Flüssigkeit zu unterziehen, wobei Drücke von über 400 bar angewendet werden. Dieses Hochdruckstrahlen wird mit einer Abstrahlvorrichtung durchgeführt, die einen Düsenkopf trägt, an dem Rundstrahl düsen umfangsmäßig verteilt angeordnet sind.

Aus der DE 37 19 796 C ist bekanntgeworden, eine Werkstück oberfläche zur Beseitigung des beim Honen an den Honspuren entstandenen Blechmantels durch Hochdruckstrahlen zu behandeln, wobei gleichzeitig eine Bearbeitung mit Bürsten statt findet.

Aus der DE 44 40 713 A ist die Bearbeitung von Gleitflächen an Gußeisen-Bauteilen bekanntgeworden, bei der anschließend an eine mechanische Bearbeitung ein Strahlen mit einer chemisch und elektrochemisch inaktiven Flüssigkeit erfolgt. Danach ist Reibplattieren vorgesehen.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren und die Vorrich tung der eingangs erwähnten Art in Richtung auf eine Ver besserung des Reinigungsergebnisses bei gleichzeitiger Erweiterung der Behandlungsmöglichkeiten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 9 gelöst.

Dadurch, daß die auf die Werkstückoberfläche gerichteten Strahlen während der Strahlbearbeitung wechselnde Richtungen haben, wird ein mehrfacher Effekt erzielt. Zum einen wird die Reinigungsmöglichkeit verbessert, weil durch die von ver schiedenen Richtungen her auftreffenden Strahlen auch fest sitzende Verunreinigungen oder Bearbeitungsrückstände leich ter entfernt werden. Zum anderen werden auch durch die Bearbeitung freigelegte und durch eine Blechmantelbildung zugeschmierte Graphitlamellen, insbesondere bei Gußeisen werkstücken, freigelegt. Durch die Hon-Vorbearbeitung werden metallische Schuppen erzeugt, die diese für die Ölhaltung und die Gleiteigenschaften des Werkstückes wichtigen Graphit lamellen zugedeckt. Durch die von mehreren Richtungen ein wirkenden Strahlen können diese auch ohne Anwendung zu hoher Drücke entfernt werden. Dabei wird auch dafür gesorgt, daß die Graphitlamellen selbst nicht ausgespült werden. Ferner hat es sich erwiesen, daß durch diese Maßnahme auch von der Bearbeitung herrührende Grate entfernt werden können. Auch bei einer Honbearbeitung entstehen an den Enden der bear beiteten Flächen feinste Grate, die z. B. beim Zusammenwirken mit Kolbenringen zu Schäden in der Lauffläche führen können. Um diese gatentfernende Wirkung der Erfindung voll nutzbar zu machen, sollte die Bearbeitung auch auf die Randbereiche bzw. Bereiche von Unterbrechungen in der Werkstückoberfläche ausgedehnt werden.

Bei der Vorrichtung kann ein eine oder mehrere Strahldüsen enthaltender Strahlkopf vorzugsweise, z. B. in einem Winkel von etwas unter 180°, hin und her geschwenkt werden, so daß er auch bei weitgehend in Achsrichtung verlaufenden Riefen diese von unterschiedlichen Richtungen her freispülen kann. Besonders bevorzugt ist daher die Ausführung, bei der zur Bearbeitung einer Werkstückbohrung die Strahlen abwechselnd unter verschiedenen Winkeln zur Umfangsrichtung und/oder, besonders bevorzugt in unterschiedlichen Richtungen, zur Achsrichtung gerichtet sind. Dabei entstehen in jedem Flä chenabschnitt der Werkstückoberfläche Druckflüssigkeitsströ mungen, die jeweils abwechselnd rechts und links sowie aufwärts und abwärts gerichtet sind. Sie entfernen durch Hin- und Her-Biegen die zungenartigen Randgrate, die an jeder kleinsten Unterbrechung der Werkstückfläche, also beispiels weise am Rand von Graphitnestern in Gußeisen, durch die Honbearbeitung gebildet werden.

Die hin- und herschwenkende Anordnung des Strahlkopfes hat ferner den Vorteil, daß die Druckflüssigkeitszuführung ohne Rotierübertrager, z. B. durch einen flexiblen Schlauch, vorgenommen werden kann. Da bevorzugt der Strahlkopf auch Düsen hat, die, bezogen auf die Achsrichtung, unter einem Winkel von unter 20°, vorzugsweise 5° bis 10° abwechselnd aufwärts und abwärts gerichtet sind und auch die Randbereiche der Werkstückoberfläche zum Zwecke der Entgratung behandelt werden sollen, könnte die Tendenz bestehen, daß Druckflüssig keit, von der Werkstückoberfläche abgelenkt oder in direktem Strahl, in die Umgebung spritzt. Es ist daher vorteilhaft, wenn dem Strahlkopf ein vorzugsweise als eine auf einer den Strahlkopf tragenden Spindel längs verschiebbare Glocke ausgebildetes Abdeckelement zugeordnet ist, das bei oder kurz bevor der Strahlkopf die Werkstückoberfläche erreicht, aus seiner diesen abdeckenden Position verschiebbar ist, z. B. durch Anlage an dem Werkstück.

Das Strahlen erfolgt nach einer Bearbeitung, die jedoch nicht die Schlußbearbeitung der Oberfläche sein muß. Nach dem Strahlen kann z. B. noch eine Nachbearbeitung, z. B. durch ein als "Gleithonen" bezeichnetes Feinbearbeitungsverfahren erfolgen, so daß das Strahlen ein Zwischen-Arbeitsschritt sein kann.

Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung können also zum Reinigen von durch Honen bearbeiteten Werkstückflächen dienen, insbesondere von Kolbenlaufbahnen von Hubkolben- Kraft- und Arbeitsmaschinen sowie zur Entfernung von Graten und durch die Bearbeitung entstandenen Schuppen von Material, die erwünschte Graphitlamellen verschließen könnten.

Dazu ist vorzugsweise eine Bearbeitung durch Strahlen mit einer chemisch inaktiven Druckflüssigkeit im Druckbereich zwischen 50 und 200 bar vorgesehen, bei der die Strahlen zur Achsrichtung und/oder Radialrichtung schräggerichtet sind, und zwar am Strahlkopf jeweils abwechselnd nach unten und oben bzw. in oder entgegen der jeweiligen Drehrichtung. Ein Schwenkantrieb sorgt für eine Hin- und Herschwenkung des Strahlkopfes, was ebenfalls zu einer erwünscht ungleichmäßi gen Anströmung jedes einzelnen Flächenabschnitte führt.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausfüh rungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbescbreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt:
einen schematischen Teillängsschnitt durch die Vorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in der Zeichnung gezeigte Strahlvorrichtung 11 ist eine ähnlich einer Honmaschine aufgebaute Station, die meist anschließend an eine Honstation, z. B. in einer Transfer straße, angeordnet ist. Sie hat eine Werkzeugaufnahmeplatte 12 mit einer schematisch angedeuteten Spannvorrichtung 13 und, an einer Säule 14 vertikal geführt, einen als horizon taler Ausleger ausgebildeten Arm oder Spindelkasten 17. Dieser ist mittels einer beliebigen, hier als von einem Motor 15 angetriebener Kettenantrieb dargestellten Vertikal-Antriebseinrichtung 16 auf- und abbeweglich.

In dem Spindelkasten 17 ist in Lagern 18 eine vertikale Spindel 19 drehbar gelagert. Sie wird von einem Schwenkan trieb 20 bewegt, der einen an der Spindel befestigten Kur belarm 21 mit einer Kurbel und Kugelkopflagerung 22 aufweist, mit der eine Schubstange 23 über ein weiteres Schwenklager 24 mit einer umlaufenden Kurbel 25 verbunden ist, die von einem Getriebemotor 26 im Spindelkasten angetrieben wird.

Die Spindel hat eine innere Bohrung 27, mit der Druckflüssig keit zu einem Spülkopf 28 am unteren freien Ende der Spindel 19 geleitet wird. Die Druckflüssigkeit wird über eine flexible Leitung, beispielsweise einen Spiralschlauch 29 am oberen Ende der Spindel zugeleitet. Der Strahlkopf 28 hat zwei oder mehr Strahldüsen 30, die, wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, jeweils abwechselnd unter einem Winkel bis 20° nach oben und unten gerichtet sind. Sie haben einen Abstand von der Innenwandung 31 des Werkstücks 32, beispielsweise eines Arbeitszylinders einer Verbrennungskraftmaschine. Dieser ist mittels der Spannvorrichtung 13 auf der Grundplat te 12 der Vorrichtung aufgespannt.

Auf der Spindel 27 ist verschiebbar und ggf. auch drehbar ein Abdeckelement 33 gelagert, das die Form einer nach unten offenen Glocke hat, die in ihrer unteren Position den Strahl kopf 28 überdeckt, so daß die Strahlen 34 aus den Düsen 30 in die Glocke treffen, wenn diese sich in der unteren Position befindet.

Funktion

Nach der Honbearbeitung wird die meist noch durch ein Gemisch von Honöl bzw. -emulsion, zerspantem Material und Honsteinab rieb an seiner Werkstückoberfläche 31 verschmutzte Werkstück 32 in die Strahlstation 11 transportiert und dort aufgenom men. Der Arm 17 ist in seiner oberen Position, und der Strahlkopf 28 befindet sich in der Glocke 33. Danach wird der Strahlkopf durch Betätigung des Vertikalantriebs 15 in die Werkstückbohrung eingefahren, wobei die Glocke 33 auf der oberen Werkstückkante aufsitzt und sich nach oben schiebt, während der Strahlkopf in die Werkstückbohrung eintaucht.

Schon bevor dies geschieht, wird Druckflüssigkeit über die Leitung 29 und die Bohrung 27 dem Strahlkopf zugeleitet und tritt in meist mehreren (zwei bis acht) Strahlen, ggf. auch gepulst, aus. Als Druckflüssigkeit eignen sich viele Flüssig keiten, meist auf Wasserbasis, ggf. mit Rostschutz- oder Reinigungsmittelzusätzen in gelöster oder emulgierter Form. Es eignen sich auch relativ dünnflüssige Honemulsionen oder Honöle. Als Drücke sind 50 bis 200 bar vorgesehen, wobei 100 bar ein gutes Ergebnis erzielte.

Während der Abwärtsbewegung wird der Schwenkantrieb 26 in Betrieb genommen und schwenkt die Spindel vor und zurück. Beim dargestellten Beispiel ist nur ein Winkel unter 180° vorgesehen, es könnte jedoch auch ein Winkel nahe an 180° oder darüber vorgesehen werden, wenn eine andere Schwenkvor richtung, beispielsweise über Zahnrad und Zahnstange oder dgl. vorgesehen wird. Auch eine umlaufende Drehung wäre möglich. Anfänglich (und auch am Bearbeitungsende) werden die Strahlen 34 von der Glocke abgefangen, so daß die Strahlen schon vor dem völligen Einlaufen des Strahlkopfes in die Bohrung eingeschaltet werden können, ohne die Umgegend zu besprühen. Die Flüssigkeit läuft aus der Glocke durch die Bohrung und eine Öffnung 40 in der Basisplatte 12 ab, auch bei der nachfolgenden Strahlbearbeitung der Werkstückoberflä che 31.

Der Strahlkopf 28 bewegt sich also hin- und herdrehend langsam abwärts, wobei jeder einzelne Oberflächenabschnitt abwech selnd von schräg nach unten und schräg nach oben gerichteten Strahlen getroffen wird. Dadurch werden auch festsitzende Verunreinigungen und insbesondere auch während des Honvorgan ges durch Materialverformungen entstandene Grate, Schuppen oder Zungen, insbesondere an Unterbrechungen, wie beispiels weise den Kanten 35, oder auch Mikro-Unterbrechungen, wie aufgeschnittenen Graphitlamellen, vorhandene Partikel jeweils abwechselnd von zwei Seiten getroffen und durch Hin- und Herschütteln oder -biegen gelöst und weggespült. Außerdem werden auch evtl. vorhandene Rillen oder Löcher in der Werkstückoberfläche, wie beispielsweise Steuerschlitze, an ihren Innenrändern gut gereinigt und entgratet. Der Strahl kopf 32 wird ein- oder mehrmals über die ganze Werkstück fläche, und vorzugsweise auch nach unten darüber hinaus, hin- und zurückgefahren.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Düsen auch in Um fangsrichtung unterschiedliche Ausrichtungen haben, d. h. jeweils leicht in bzw. entgegen der jeweiligen Drehrichtung gerichtet sind. Dabei werden z. B. an Steuerschlitzen auch an vertikalen Kanten vorhandene Grate durch wechselseitiges Abbiegen unter dem Strömungsdruck gut entfernt. Dazu trägt auch die oszillierende Drehbewegung des Strahlkopfes bei.

Claims

1. Verfahren zum Strahlen von Werkstückoberflächen (31) mit einer Druckflüssigkeit, insbesondere von Kolbenlaufbah nen von Kraft- und Arbeitsmaschinen, nach einer Bearbei tung der Oberflächen (31), insbesondere einer Feinbear beitung, wie Honen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Werkstückoberfläche (31) gerichtete Strahlen (34) während der Strahlbearbeitung wechselnde Richtungen haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen (34) wechselnde Richtung auch bzw., bevor zugt, auf Kanten (35) bzw. Unterbrechungen in der Werk stückoberfläche (31) gerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Strahlen (34) hin- und hergeschwenkt werden, vorzugsweise in einem Winkel etwas unter 180°.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bearbeitung einer Werkstückbohrung (31) die Strahlen (34) unter verschie denen Winkeln zur Umfangsrichtung und/oder, bevorzugt, zur Achsrichtung gerichtet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen (34) gegenüber einer Radialebene unter einem Winkel bis 20°, vorzugs weise 5° bis 10°, aufwärts und abwärts gerichtet sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen (34) gepulst werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahldruck 50 bis 200 bar, bevorzugt ca. 100 bar, beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeit eine chemisch zur Werkstückoberfläche im wesentlichen inak tive Flüssigkeit, wie Wasser, Honöl, ggf. mit Zusätzen, und/oder in Mischung und Emulsionen miteinander ist.

9. Vorrichtung zum Strahlen von Werkstückoberflächen (31) mit einer Druckflüssigkeit, insbesondere von Kolbenlauf bahnen von Kraft- und Arbeitsmaschinen, nach einer Bear beitung der Oberflächen (31), insbesondere einer Feinbe arbeitung, wie Honen, mit einem Strahldüsen (30) enthal tenen Strahlkopf (28), der in Umfangsrichtung und in Achsrichtung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (30) in unterschiedlicher Ausrichtung zur Radial- und/oder, bevorzugt, zur Achsrichtung des Strahlkopfes (28) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkopf (28) einen Schwenkantrieb (20) zum Hin- und Herschwenken, vorzugsweise in einem Winkelbereich unter 180°, aufweist, wobei vorzugsweise eine Zuleitung für die Druckflüssigkeit zum Strahlkopf (28) einen flexiblen Schlauch (29) enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Strahlkopf (28) ein vorzugsweise als eine auf einer den Strahlkopf (28) tragenden Spindel (19) längsverschiebbare Glocke (33) ausgebildetes Abdeckelement zugeordnet ist, das bei oder kurz bevor der Strahlkopf (28) die Werkstückoberfläche (31) er reicht, aus seiner Abdeckposition verschiebbar ist, vorzugsweise durch Anlage des Abdeckelementes (33) am Werkstück (32).