DE3114485C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren rohrförmiger Gegen­ stände nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2. Es sei jedoch angemerkt, daß, obwohl die Erfindung in Ver­ bindung mit dem Kalibrieren von Laufbuchsen von Zylin­ dern von inneren Verbrennungskraftmaschinen als von be­ sonderem Wert betrachtet wird, das allgemeine Anwen­ dungsgebiet wesentlich breiter ist und alle derartig hergestellten rohrförmigen Gegenstände abdeckt.

Es ist Stand der Technik, rohrförmige Gegenstände der oben beschriebenen Art, einschließlich Zylinderlauf­ buchsen, in der Weise zu kalibrieren, daß die Buchse um einen zylindrischen Dorn herum angeordnet ist. Selbst­ verständlich ist es dann notwendig, daß der Innendurch­ messer der Buchse den Durchmesser des Dorns um einen Betrag übersteigt, der für eine bequeme Montage der Buchse auf dem Dorn ausreicht. Der Kalibriervorgang bringt es mit sich, daß die Buchse radial nach innen wirkenden Kräften unterworfen wird, die die Innenfläche der Buchse in innigen und genauen Kontakt mit der Zy­ linderfläche des Dorns bringen sollen. Es versteht sich, daß dies bedeutet, daß der Innendurchmesser der Buchse um einen Betrag verringert werden muß, der dem Anfangsspiel zwischen dem Dorn und der Buchse entspricht. Diese unter Druck stattfindende Deformation der Buchse erzeugt in deren Material Reaktionskräfte in Form von Spannungen, die der Deformation entgegenwirken. Das fühlbare Ergebnis des Vorhandenseins solcher inneren Spannungen im Material kann in zwei verschiedenen Formen auftreten, die einzeln oder in Kombination vorhanden sein können.

Eine noch nicht kalibrierte Zylinderbuchse besitzt im allgemeinen wesentliche Unregelmäßigkeiten bezüglich Wanddicke, Durchmesser und Kreisform. Übersteigt deren Innendurchmesser den Durchmesser des Dorns wesentlich, so kann die Buchse nicht in einen innigen Kontakt mit dem Dorn um dessen ganzen Umfang herum deformiert werden. Statt dessen wird ein größerer oder kleinerer Abschnitt der Buchse sich vom Dorn weg ausbeulen oder, anders aus­ gedrückt, es wird eine "Falte" gebildet. Ist zusätzlich noch eine oder beide der anderen beiden oben genannten Unregelmäßigkeiten vorhanden, dann wird diese uner­ wünschte Deformation bzw. Verformung verstärkt. Ist die Wandstärke der Buchse an einer Stelle in Umfangsrichtung klein, so bedeutet dies ein Anzeichen für die Bildung einer Falte in diesem Bereich. Entsprechendes gilt dann, wenn der Buchsenrohling beim Einbringen in die Kali­ brierpresse von der wahren Kreisform abweicht; diese Abweichung wird dann, wenn das Spiel zwischen dem Dorn und der Buchse, wie oben erwähnt, zu groß ist, verstärkt. Es sei auch bemerkt, daß der Buchsenrohling auch solche Veränderungen in Richtung seiner Längsachse besitzt, die örtliche Faltenbildungen in unterschiedlichen Höhen hervorrufen können, oder alternativ dazu, daß solche Falten in verschiedenen Höhen sich unterschiedlich äußern bzw. hervortreten.

Es hat sich herausgestellt, daß auch in solchen Fällen, in denen die Unregelmäßigkeiten des Buchsenrohlings nicht genügend groß sind, um die Bildung von Falten zu bewirken, wenn die Buchse den Dorn umgibt, sie dennoch groß genug sein können, innere Materialspannungen aufzu­ stauen, die sich in einem späteren Stadium zeigen, wenn die Buchse von Druckkräften, die innerhalb der Presse wirken, entlastet und vom Dorn entfernt worden ist. In jedem der obengenannten Fälle ist es offensichtlich notwendig, die kalibierte Buchse auch einer mechani­ schen Bearbeitung zu unterziehen, um sicherzustellen, daß ihre Endabmessungen innerhalb der Toleranzgrenzen liegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren rohrförmiger Gegen­ stände, insbesondere von Zylinderlaufbuchsen für innere Verbrennungskraftmaschinen der eingangs genannten Art derart zu schaffen, das bzw. die die Gefahr der Bildung oder des weiteren Vorhandenseins von Unregelmäßigkeiten der beschriebenen Art weitgehend verringert. Dabei sei zur Vervollständigung und zur Vermeidung von Mißverständ­ nissen hinzugefügt, daß der Ausdruck "Falte" hier nicht wörtlich genommen werden darf. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung spezifiziert dieser Ausdruck nur, daß innerhalb eines bestimmten Bereichs des Umfangs der Buchse keine vollständige Berührung zwischen den Flächen von Buchse und Dorn vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vor­ richtung der eingangs genannten Art durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung basiert also auf der Erkenntnis, daß dann, wenn der herkömmliche Kalibriervorgang, der beinhaltet, daß das rohrförmige Werkstück einer radial nach innen wirkenden Druckkraft ausschließlich unter­ worfen wird, durch zusätzliche Kräfte, die in Richtung der Längsachse des Dorns wirken, unterstützt bzw. ergänzt wird, die Genauigkeit der Kalibrierung wesentlich ver­ bessert wird, so daß das Durchführen einer mechanischen Bearbeitung, d. h. ein Schleifen oder Honen oder beides, um das Toleranzerfordernis zu erfüllen, in der Regel überflüssig ist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt, jedoch durch eine bekannte Vorrich­ tung, mit der ein Kalibrierverfahren durchführbar ist, bei welchem das rohrförmige Werkstück nur einem radialen und nicht auch einem axialen Druck unterworfen ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zum Kalibrieren von Auskleidungen bzw. Laufbuchsen von Zylindern für innere Verbrennungskraftmaschinen. Eine zu kalibrierende Zylinderlaufbuchse 1 wurde so befestigt, daß sie einen festen Kalibrierdorn 2 umgibt, der aus Stahl hergestellt ist und dessen Außenfläche zu einer Spiegel­ fläche feinbearbeitet worden ist. Die Außenwand der Auskleidung bzw. Buchse 1 ist von einer Gummihülse 3 umgeben, die innerhalb eines dickwandigen Druckmantels 4 angeordnet ist, dessen Druckkammer derart geformt ist, daß zwischen seiner Innenwand und der Gummihülse 3 ein definierter Raum ringförmigen Querschnitts definiert ist, der ein hydraulisches Druckfluid 5 aufnimmt. Das Druckfluid bzw. die Druckflüssigkeit wird über eine Bohrung 6 durch die Mantelwand hindurch zur Pressen- bzw. Druckkammer geleitet und von einer nicht darge­ stellten, geeigneten Druckquelle geliefert.

Ist die Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt, so drückt der entsprechende Druck die Zylinderbuchse 1 über die Gummihülse 3 in innigen Kontakt mit dem Dorn 2. Die Bestandteile der Vorrichtung sind, soweit sie bisher beschrieben worden sind, Stand der Technik. Der bedeut­ same Unterschied zwischen dem Stand der Technik und dem Prinzip vorliegender Erfindung ist folgender: Bei der bekannten Vorrichtung ist der Dorn mit dem Druck­ mantel an dessen bodenseitigem Ende im wesentlichen einstückig. Auch ist, wenn die Zylinderbuchse innerhalb der Kalibrierpresse montiert ist, die Öffnung über dem oberen Ende des Dorns 2 durch einen Stopfen verschlos­ sen, der mit dem Mantel starr verbunden ist. Im Gegen­ satz hierzu durchdringen beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung kolben­ artige Elemente 7 und 8 den Mantel 4 von beiden Enden des Dorns 2 her. Der untere Kolben 8 wird von einem Stempel 9 gehalten, während die obere Fläche des oberen Kolbens 7 am Boden eines Stößels 10 anliegt, der vorzugs­ weise mit Hilfe eines Hydraulikzylinders axial bewegbar ist. An seinem in axialer Richtung gesehenen inneren Ende besitzt jeder Kolben 7 und 8 einen Ringflansch 7 a bzw. 8 a, dessen Innen- und Außendurchmesser den betref­ fenden Abmessungen der Auskleidung bzw. Buchse 1 im wesentlichen entsprechen. Zwischen dem Kolben 8 und dem Dorn 2 ist eine Druckfeder 13 angeordnet. Die Außen­ flächen der Flansche 7 a und 8 a werden von Dichtringen 11, 12 umgeben, die in entsprechenden Nuten in der Gummi­ hülse 3 gehalten sind. Der Druckmantel 4 ist in an sich bekannter Weise von einem Bündel von auf Zug vorge­ spannter Stahldrähte bzw. -seile umgeben.

Die folgende Beschreibung der Wirkungsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ist gleichzeitig eine Darstel­ lung, wie das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung durchgeführt werden kann.

Als erstes werden der Stößel 10 und der Kolben 7 in solchen Positionen gehalten, daß sie das Einführen bzw. Einlegen der zu kalibrierenden Buchse 1 in die Vorrich­ tung erlauben. Der untere Rand der Buchse 1 liegt dann an der oberen Fläche des Flansches 8 a. Dann werden der Stößel 10 und der Kolben 7 abgesenkt, so daß der bodenseitige Rand des Flansches 7 a am oberen Rand der Buchse 1 anliegt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die horizontalen Endflächen der Flansche 7 a und 8 a um ein wesentliches Stück jenseits der betreffenden End­ flächen des Dorns 2 angeordnet.

Als zweites wird das Fluid 5 in der Druckkammer der Vorrichtung unter Druck gesetzt. Dadurch entsteht ein radial nach innen wirkender Druck, der die Buchse 1 in engen Kontakt mit der polierten zylindrischen Ober­ fläche des Dorns 2 drängt. Dann wird der Arbeitszylinder des Stößels 10 unter Druck gesetzt, wodurch eine Kraft aufgebaut wird, die den Kolben 7 nach unten verschiebt. Es versteht sich, daß dies bedeutet, daß die Buchse 1 in axialer Richtung relativ zum Dorn 2 verschoben wird, wobei die entsprechende Bewegung des Kolbens 8 durch die Feder 13 angepaßt ist. Es sei insbesondere bemerkt, daß der Beginn der soeben genannten axialen Bewegung ent­ weder vor oder nach Vollendung des eben beschriebenen radialen Kompressionsschrittes sein kann.

Als drittes wird dann der radiale Druck auf einen höheren Wert gesteigert oder bei diesem höheren Wert nochmals angewendet.

Die wahrscheinliche theoretische Erklärung für die vor­ teilhaften Kalibrierergebnisse, die man beim Ausführen der vorliegenden Erfindung erhält, ist folgende: Wenn während des Anfangsstadiums des radialen Kompressions­ vorganges innerhalb eines Bereiches des Umfanges ein kleines Spiel zwischen dem Dorn und der Buchse verbleibt oder entsteht, so wird die axiale Verschiebung den Ein­ griff zwischen dem Dorn und dem Rest der Buchse lockern, worauf der erhöhte radiale Druck, der während der zwei­ ten Stufe der radialen Kompression angewendet wird, die Buchse an den Dorn einheitlich um dessen ganzen Umfang herum anlegt, wodurch im Hinblick auf die Kreisform eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist.

Der Unterschied zwischen dem Stand der Technik und dem Prinzip gemäß vorliegender Erfindung ergibt sich auch aus dem Vergleich der Fig. 3 und 2. In Fig. 3, die den Stand der Technik zeigt, ist, wobei zu Darstellungs­ zwecken übertrieben wurde, eine Falte oder Beule bzw. Ausbauchung dargestellt, deren winklige Ausdehnung mit "v" gekennzeichnet ist. Der Winkel v kann im Bereich von beispielsweise 20-30° liegen. Da während des An­ fangsschritts des radialen Kompressionsvorganges der Rest der Buchse 1, d. h. der Bereich außerhalb des eben genannten Sektors zuerst mit dem Dorn in Berührung ge­ bracht ist, tendiert er dazu, die Durchmesservergrößerung durch Expansion in anderen Richtungen einschließlich der Umfangsrichtungen zu kompensieren. Auf diese Weise ergibt sich innerhalb des Sektors v eine tangential gerichtete Kraft, die aufgrund des Vorhandenseins der Ausbauchung auch eine radial nach außen gerichtete Komponente enthält. Das Ergebnis davon ist, daß die radial nach innen wirken­ den Kompressionskräfte überhaupt nicht oder jedenfalls nicht dauerhaft die Ausbauchung mit dem Dorn in Berührung bringen bzw. dahin deformieren. Wird jedoch gemäß vorlie­ gender Erfindung die radiale Kompressionskraft entweder unterbrochen oder durch die axiale Kraft unterstützt bzw. ergänzt, und wird die volle Kompressionskraft nicht an­ gelegt, bevor nicht eine axiale Relativbewegung stattge­ funden hat, dann ergibt sich ein Endergebnis, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Größe der angewendeten Drücke ändert sich je nach den Abmessungen und der Materialzusammensetzung der zu behandelnden Gegenstände. Da solche Änderungen einen breiten Bereich abdecken können, ist eine Zahlenangabe von 5 Kilobar bezüglich der Größenordnung des verwendeten radialen Druckes nur kennzeichnend. Auch was die baulichen Bestandteile der Vorrichtung anbetrifft, so sind viele Variationen innerhalb des Rahmens der Ansprüche möglich.

Claims (5)

1. Verfahren zum Kalibrieren rohrförmiger Gegenstände, insbesondere von Zylinderlaufbuchsen aus einem fein­ pulvrigen metallischen Material, welches einem isosta­ tischen Preß- und darauffolgendem Sintervorgang unter­ zogen worden ist, bei dem der Gegenstand um einen zentralen Dorn in einer isostatischen Presse angeordnet und einer radial nach innen wirkenden Druckkraft unter­ worfen, wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand nach der radial nach innen wirken­ den Druckkraft einer axial gerichteten Kraft, die den Gegenstand in axialer Richtung relativ zum Dorn ver­ schiebt, und danach wiederum einer radial nach innen gerichteten Kraft, die größer als die Anfangskraft ist, unterworfen wird.

2. Vorrichtung zum Kalibrieren rohrförmiger Gegenstände, insbesondere von Zylinderlaufbuchsen, aus einem feinpulvrigen metallischen Material, welches einem isostatischen Preß- und nachfolgendem Sintervorgang unterzogen worden ist, mit einem mittigen Aufnahme­ dorn für den Gegenstand und Elementen zum Erzeugen einer radial nach innen zum Dorn hin wirkenden Druck­ kraft, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine isostatische Presse aufweist, die Kolbenelemente (7, 8) besitzt, die während des Kalibriervorganges eine axial gerichtete, relative Bewegung zwischen dem Gegenstand (1) und dem Dorn (2) bewirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kolbenelemente (7, 8) einen ringförmigen Flansch (7 a, 8 a) besitzt, der vom inneren Ende des betreffenden Kolbenelementes aus sich axial erstreckt und mit seiner Innenwand den Dorn (2) berührt und eine axial gerichtete Bewegung relativ zum Dorn (2) ausführen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Federelement (13) zwischen dem Dorn (2) und zumindest einem der Kolbenelemente (7, 8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das druckerzeugende Fluid (5) der Presse in einer Kammer angeordnet ist, deren Außenwand die Form eines rohrförmigen Mantels (4) aufweist, der in an sich bekannter Weise von einem Bündel aus auf Zug vorgespannter Stahldrähte bzw. -seile umgeben ist.