DE2756878C2 - Verfahren zur Herstellung der Bohrung in einem Kolben zur Aufnahme eines Kolbenbolzens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der Bohrung in einem Kolben zur Aufnahme eines Kolbenbolzens, wobei die Bohrung einem Prägerollpoliervorgang unterworfen und dabei im Wesentlichen gleichzeitig geglättet, verdichtet und im Längsquerschnitt verformt wird.

Aus der DE-AS 21 52 462 ist ein Kolben für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, dessen Bohrungen in den Kolbenaugen zu den Bohrungsenden hin aufgeweitet verlaufen.

Hierdurch wird die Spannung in den Kolbenaugen bei maximaler Belastung über die gesamte Auflagelänge des Bolzens weitgehend gleichmäßig verteilt.

In der vorgenannten Druckschrift ist nichts über das Herstellungsverfahren dieser aufgeweiteten Bohrungen ausgesagt, es ist aber bekannt, bei der Herstellung solcher Bohrungen das Prägerollpolieren anzuwenden.

Bei den bisherigen Verfahren war es jedoch erforderlich, die Bohrung nach dem Prägerollpolieren nachzubohren oder zu räumen.

Aus der Literaturstelle »Klepzig Fachberichte 80 (1972), Seite 91« ist es bekannt, PKW-Bremstrommeln glattzuwalzen bei einer Taktzeit von 15—20 see. Hier erfolgt aber keine Verformung der Bohrung im Längsquerschnitt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, Bohrungen in Kolben, die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens dienen, in einem Verfahrensschritt zu glätten, zu verdichten und im Längsquerschnitt zu verformen, ohne daß ein Nachbohren oder Nachräumen erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die beim Prägerollpolieren gegeneinander gedrückten Flächen mit einer relativen Oberflächengeschwindigkeit von etwa 910 cm/min bis etwa 1520 cm/min, insbesondere 915 cm/min bis 1025 cm/min versetzt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in Anspruch 2 angegeben.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Querschnitt einen Kolben mit Kolbenbohrung und Kolbenbolzen zeigt.

F i g. 2 zeigt im Schnitt einen Teil des Kolbens nach F i g. 1, zusammen mit einem Prägerollpolierwerkzeug.

F i g. 3 zeigt vergrößert im Schnitt eine fertige Kol

benbolzenbohrung.

In F i g. 1 ist eine Kolbenanordnung 10 für eine Dieselbrennkraftmaschine mit einem aus Gußaluminium hergestellten Kolben 12 gezeigt. Der Kolben 12 weist eine Längsachse 13 auf, gegenüber der der Kolben allgemein symmetrisch ausgebildet ist. Der Kolben 12 hat einen Kolbenkopf 15.

Ein zylindrischer Mantel 18 ist einstückig an dem Kolbenkopf 15 angegossen. Der Kolben weist einen hohlen mittleren Bereich 21 unterhalb des Kolbenkopfes 15 und innerhalb des Mantels 18 auf, zur Aufnahme einer Kolbenstange 28.

Die äußere Umfangsfläche 19 des Kolbens ist mit mehreren ringförmigen Nuten versehen, welche jede einen Kolbenring 22 aufnimmt

Zwei sich diametral gegenüber liegende Lageraugen 25 ragen von dem Kolbenkopf 15 nach unten und sind einstückig mit diesem und dem Mantel 18 gegossen. Jedes Lagerauge 25 erstreckt sich vom Mantel aus um eine Länge gleich etwa einem Drittel des Kolbendurchmessers.

Eine Kolbenbolzenbohrung 30 ist in jedem Lagerauge 25 eingegossen. Die Bohrungen 30 sind koaxial angeordnet und haben eine gemeinsame Achse 31, welche die Längsachse 13 des Kolbens unter einem rechten Winkel schneidet. Nach dem Gießen wird jede Bohrung 30 innerhalb einer vorbestimmten Toleranz durch übliche Bohrmethoden auf Größe aufgebohrt.

Jede Bohrung 30 ist so ausgebildet, daß sie das eine Ende eines Kolbenbolzens 26 aufnimmt und festhält. Der Kolbenbolzen 26 ist zylindrisch. Eine Kolbenstange 28 ist an einem Ende auf dem Kolbenbolzen 26 im Bereich 21 zwischen den Lageraugen 25 gelagert. Das andere Ende der Kolbenstange ist auf einer nicht dargestellten Kurbelwelle in üblicher Weise gelagert.

Anhand von F i g. 2 wird das Rollprägepolierverfahren zum Fertigstellen der Innenfläche der Kolbenbolzenbohrungen 30 erläutert. Das Rollprägepolierwerkzeug 40 hat einen Dorn mit kegelstumpfförmigen Ende 42, auf dem eine Rollenkäfiganordnung 44 montiert ist, die einen Haltekäfig 46 aufweist, der mehrere feinpolierte und gehärtete Rollen 48 aufnimmt. Die Rollen 48 weisen eine Durchmesseranderung entsprechend dem Kegelwinkel des Endes 42 auf.

Die Fertigbearbeitungsstufe beim Herstellen der Kolbenbolzenbohrungen 30 wird dadurch eingeleitet, daß man im zusammengezogenen Zustand die Rollenkäfiganordnung 44 in die Bohrungen 30 hineinbewegt. Danach wird die Rollenkäfiganordnung 44 auf eine vorbestimmte Größe radial gedehnt.

Das Rollprägen ist ein Kaltbearbeitungsverfahren. Es setzt die Kornstruktur des Materials unter Druckspannung und glättet die Oberflächenunregelmäßigkeiten. Die Größe der Rollenkäfiganordnung 44 ist derart, daß die Rollen 48 innerhalb der Bohrungen 30 einen Druck entwickeln, der die Elastizuätsdehnungsgrenze des Kolbenmaterials überschreitet.

Dieses Rollprägepolieren bewirkt gleichzeitig ein Glätten der Innenfläche der Kolbenbolzenbohrung sowie eine Verdichtung des die Kolbenbolzenbohrung umgebenden Materials sowie eine vorbestimmte Verformung der Bohrung innerhalb vorbestimmter Grenzen, insbesondere nahe den Enden jeder Bohrung 30.
Die Verdichtung des die Bohrung 30 umgebenden Materials erfolgt in einer Schichttiefe von etwa 0,025 mm in den mittleren oder Zentrumsbereichen und von etwa 0,40 mm an den Endbereichen. Diese Verdichtung ermöglicht es, daß das Material höhere Spannun-

gen oder Belastungen pro Flächeneinheit ohne Auftreten von Fehlern oder Rissen aufnehmen kann.

Die Verformung der Bohrung 30 als Ergebnis des Rollprägepolierens ist deutlicher aus F i g. 3 ersichtlich. Die Bohrung 30 hat im axialen Abstand voneinander liegende Endabschnitte 32 und 33 sowie einen mittleren Abschnitt 35 zwischen den Endabschnittca. Nach Vollendung des Prägepolierens weist jeder der axial aufeinanderfolgenden Querschnitte der Bohrung 30 einen allgemein kreisförmigen Umfang auf, wobei die Mitten dieser Kreisflächen auf der Achse 31 der Bohrung liegen. Die Durchmesser der Endabschnitte 32 und 33 sind mit Dz bezeichnet Sie sind im wesentlichen einander gleich und liegen im Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,02 mm größer als der Durchmesser D\ des mittleren Bereiches 35.

Die Last auf die Kolbenbolzenbohrungen 30 kann gleichförmiger und über größere Flächenbereiche verteilt werden, so daß Spannungskonzentrationen wesentlich vermindert werden. Insbesondere ist kein zusätzliches Nachbohren oder Ausräumen der Bohrung 30 nach dem Prägerollpolieren notwendig.

Nachfolgend wird ein Beispiel für das Verfahren gegeben. Ein typischer, aus Gußaluminium hergestellter Kolben, der zur Verwendung in einer Dieselbrennkraftmaschine dient, weist einen Nenndurchrnesser von 102 mm auf. Er ist so gestaltet, daß er zur Aufnahme eines Kolbenbolzens mit einem Durchmesser von etwa 38,1 mm dient. Vor der Feinbearbeitung hat die Kolbenbolzenbohrung eine zylindrische Gestalt und einen Durchmesser von etwa 38,10 ± 0,005 mm sowie eine Oberflächenglätte zwischen etwa ²/iooo und ³/iooomm. Wenn das Rollprägepolierwerkzeug 40 mit einer Geschwindigkeit rotiert, welche einer linearen Oberflächengeschwindigkeit von etwa 12,1 m pro Minute entspricht, so reicht eine Haltezeit von etwa 15 Sekunden aus, um der Bohrung die gewünschte Kontur zu geben. Es wird bemerkt, daß Geschwindigkeiten zwischen etwa 9,1 und 15,2 m pro Minute eingesetzt werden können in Abhängigkeit vom Bohrungsdurchmesser und vom Ausmaß der Dichte und/oder Verformung, die erforderlich für bestimmte Anwendungsfälle sind. Nach dem Prägepolieren weist die Bohrung eine Glätte von etwa V10000 bis Viooo mm auf sowie einen Durchmesser im mittleren Bereich von etwa 38,125 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen der Bohrung in einem Kolben zur Aufnahme eines Kolbenbolzens, wobei die Bohrung einem Prägerollpoliervorgang unterworfen und dabei im wesentlichen gleichzeitig geglättet, verdichtet und im Längsquerschnitt verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Prägerollpolieren gegeneinander gedrückten Flächen mit einer relativen Oberflächengeschwindigkeit von etwa 910 cm/min bis etwa 1520 cm/min, insbesondere 915 cm/min bis 1025 cm/min versetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer relativen Oberflächengeschwindigkeit von 1210 cm/min das Prägero'lpolieren für die Dauer von etwa 15 seo beibehalten wird.