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Läppwerkzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur Läppbearbeitung von
Bohrungen und von Innenflächen zylindrischer Buchsen und Rohre, insbesondere Zylinder
rohre von Flubkolbenbrennkraftmaschinen, bestehend aus einer radial aufweitbaren
Läpphülse, die vorzugsweise eine genutete Arbeitsfläche aufweist, und einer Aufnahmevorrichtuny,
die mit einer Spindel einer Werkzeugmaschine verbindbar ist.
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Bei bekannten Läppwerkzeugen obengenannter Gattung ist die Läpphülse
mit einem Innenkonus versehen. Die Aufnahmevorrichtung der Hülse ist entsprechend
konisch gearbeitet und wird deshalb auch allgemein als Läppdorn bezeichnet. Zwecks
radialer Aufweitung ist die Läpphülse in Längsrichtung geschlitzt ausgeführt und
kann durch die Hubbewegung der Spindel der Bohrungsläppmaschine auf den Läppdorn
aufgetrieben werden, indem die Läpphülse auf einen unter dem eingespannten Werkstück
vorgesehenen Amboß aufschlägt. Somit ist immer eine direkte Abhängigkeit zwischen
Hubbewegung der Maschinenspindel und Aufweitbarkeit der Läpphülse gegeben, wodurch
eine getrennte schnelle Veränderung von z.B. Anpreß- bzw. Bearbeitungedruck der
Hülse bei gleichbleibender Bearbeitungsgeschwindigkeit während der Werkstiickbearbeitung
unmöglich ist. Ferner sind die bekannten Läppwerkzeuge aufgrund ihrer Gestaltung
nur mit einem hohen Aufwand herzustellen und haben insbesondere wegen des verschleißintensiven
Aufweitvorganges eine niedrige Standzeit.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes
Werkzeug zur Läppbearbeitung derart weiterzubilden, daß die Läpphülse unabhängig
von der Hubbewegung der Maschinenspindel während der Bearbeitung auf einfache Weise
verschiedenen Bearbeitungsbedingungen angepaßt werden kann. Darüberhinaus soll eine
höhere Standzeit des Werkzeuges bei gleichzeitig einfacher Herstellung der Läpphülse
gewährleistet sein. Weiterhin soll eine Einrichtung gefunden werden, mit der die
Läppbearbeitung rationell und steuerbar erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Läpphülse
zweistückig ausgebildet ist, daß die Läpphülse mittels einer lösbaren Verbindung
drehfest und axial arretiert mit der Aufnahmevorrichtung verbunden ist und daß die
Läpphülse durch in der Aufnahmevorrichtung bewegbar angeordnete Betätigungselemente
radial aufweitbar ist.
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Durch die erfindungsgemäBen Merkmale des Läppwerkzeuges kann eine
jeweils optimale Anpassung an ein zu bearbeitendes Werkstück im Hinblick auf ein
gefordertes Bearbeitungsergebnis unter Zugrundelegung der physikalischen Erkenntnisse
des Läppprozesses und unter Einbeziehung optimaler Wirtschaftlichkeit erfolgen.
So ist es beispielsweise möglich, den Anpreßdruck der Läpphülse an die zu bearbeitende
Werkstückfläche bei gleichbleibender Hubbewegung und gleichbleibender erkzeuggeschwindigkeit
schnell und einfach zu verändern oder aber die Werkzeuggeschwindigkeit ohne Erhöhung
des Verschleißrisikos zu steigern. Somit kann auch das verwendete Läppmittelkorn
als Prozeßparameter unmittelbar während der Bearbeitung berücksichtigt werden, womit
eine optimale Steuerung des Bearbeitungszieles, insbesondere im Hinblick auf Abtrag
und geforderte Rauhtiefe, auf einfache und verschleißschonende Weise möglich ist.
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Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird das Werkzeug für viele Sonderbearbeitungsfälle
vorteilhaft einsetzbar, insbesondere für rationelles Läppen von Zylinder rohren
von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, bei denen neben einem hohen Flächentraganteil
der bearbeiteten Werkstückfläche auch eine relativ große und insbesondere gleichmäßige
Rauhigkeit gefordert ist, um einerseits eine ausreichend hohe Schmierstoffhaftfähigkeit
sicherzustellen aber andererseits den Schmierölverbrauch der Brennkraftmaschine
niedrig zu halten.
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Die Aufnahmevorrichtung des Läppwerkzeuges ist vorzugsweise zylindrisch
ausgebildet und weist in der Mantelfläche mehrere oeffnungen, insbesondere Längsnuten,
Radialnuten und/oder Bohrungen, auf, in denen die Betätigungselemente geführt sind.
Hierbei sind naturgemäß die Betätigungselemente der Geometrie der Öffnungen angepaßt.
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Ferner weist die Aufnahmevorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung
eine Druckmittelleitung auf, die an die Offnungen derart anschließbar ist, daß die
Betätigungselemente hydraulisch oder pneumatisch zustellbar sind. Eine hydraulische
oder pneumatische Aufweitung der Läpphülse ermöglicht einerseits eine optimale Steuerung
und andererseits ist sie mit einfachen und bekannten Mitteln realisierbar. Ferner
ist ein derartiges Läppwerkzeug einfach und kostengünstig herzustellen, ermöglicht
ein einfaches, verschleißbedingtes Nachstellen der Läpphülse, womit die Standzeit
des Werkzeuges erheblich erhöht wird. Neben der hydraulichen oder pneumatischen
Zustellung ist selbstverständlich auch eine andere Zustellung der Betätigungselemente,
z.B. elektromagnetisch, denkbar. Hierbei ist seitlich der Öffnungen jeweils eine
elektrisch ansteuerbare Spule vorzusehen, die mit einem an den Betätigungselementen
vorgesehenen Ankersitz zusammenwirkt.
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Alternativ zur direkten hydraulischen bzw. pneumatischen Zustellung
der Betätigungselemente sieht eine andere Weiterbildung der Erfindung vor, daß die
Aufnahmevorrichtung hohlzylindrisch ausgeführt ist, daß innerhalb der Aufnahmevorrichtung
ein in Längsrichtung der Aufnahmevorrichtung bewegbar angeordnetes, mit konisch
ausgebildeten Aufweitelementen versehenes Zustellwerkzeug vorgesehen ist, das mit
an den Betätigungselementen angeordneten, konisch ausgebildeten Ansätzen oder mit
in den Öffnungen bewegbar geführten, einerseits konisch und andererseits plan ausgeführten
Stiften zwecks radialer Aufweitung der Läpphülse in Wirkverbindung steht. Hierbei
kann das Zustellwerkzeug auf hydraulischem bzw. pneumatischem Wege in die zur Aufweitung
notwendige Längsbewegung versetzt werden, beispielsweise über eine an der Werkzeugmaschine
vorgesehene Arbeitshydraulik, die über ein besonderes Gestänge mit dem Zustellwerkzeug
verbunden ist. Bei dieser Lösung entfallen die Druckmittelanschlüsse und somit die
zwangsläufig vorzusehenen Dichtmittel am Läppwerkzeug selbst. Die schon beschriebenen
Vorteile der erfindungsgemäßen Zustellung gelten uneingeschränkt.
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Die Betätigungselemente sind zweckmäßigerweise mit gleichem Abstand
voneinander in der Aufnahmevorrichtung vorgesehen. Eine besondere Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, daß zwei Betätigungselemente auf die Trennfugen der zweistückigen
Läpphülse ausgerichtet sind, wobei diese beiden Betätigungselemente lageversetzt
in ihren Öffnungen angeordnet sind und in Achsrichtung der Trennfugen jeweils eine
Nut zur Aufnahme eines Dichtmittels aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, daß
das Läppmittel nicht durch die Trennfugen in das Läppwerkzeug eindringt und die
einwandfreie Steuerung der Betätigungselemente durch Fest-
setzen
von Läppmittelkorn beeinträchtigt. Eine andere Möglichkeit der Abdichtung der Trennfugen
besteht darin, in die Trennfugen direkt ein elastisches Dichtmittel einzubringen,
wobei insbesondere Silikonkautschuk zu bevorzugen ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß als lösbare Verbindung zumindest
eine Paßfeder vorgesehen ist, die mit der Läpphülse verschraubt ist und in einer
in einem Betätigungselement oder der Aufnahmevorrichtung vorgesehenen Ausnehmung
formschlüssig geführt ist. Die Ausnehmung ist dabei zweckmäßigerweise nutenförmig
gestaltet und weist eine derartige Fertigungstoleranz auf, daß die radiale Aufweitung
der Läpphülse sicher durchgeführt werden kann und die drehfeste und axial arretierte
Verbindung der Läpphülse mit der Aufnahmevorrichtung sichergestellt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Läpphülse
in der der Aufnahmevorrichtung zugewandten Seite Nuten aufweist. Dies ist insbesondere
dann zweckmäßig, wenn die Läpphülse aufgrund der Bearbeitungsbedingungen und ihres
Werkstoffes dünnwandig ausgeführt werden muß, um eine optimale Anpassung an die
Werkstückgeometrie sicherzustellen.
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Um die Läpphülse und die Betätigungselemente nach einem Bearbeitungsvorgang
wieder in die Nullpositionen zurückstellen zu können, wird in Weiterbildung der
Erfindung vorgeschlagen, daß die Aufnahmevorrichtung und die Läpphülse zumindest
eine Ringnut zur Aufnahme einer Schlauchfeder aufweisen.
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Ferner kann die Läpphülse gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
an ihren Stirnseiten flüssigkeits-
dicht - ggfs. unter Zuhilfenahme
eines Dichtmittels - verschlossen sein, wobei in einfacher Weise Deckel auf die
Hülse aufgeschraubt werden. Hierdurch erhält man ein vollständig abgekapseltes Werkzeug,
womit eine einwandfreie und verschleißsichere Zustellung der Läpphülse auf lange
Zeit hin gewährleistet ist.
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Eine Einrichtung zur Läppbearbeitung von Bohrungen und Innenflächen
zylindrischer Buchsen und Rohre, insbesondere Zylinderrohre von Hubkolbenbrennkraftmaschinen,
die mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug ausgerüstet ist und mittels einer eine Arbeitshydraulik
aufweisenden Werkzeugmaschine das Werkzeug in eine oszillierende Hub- und Drehbewegung
versetzt und ferner eine Läppmittelpumpe aufweist, die über eine Zulaufleitung dem
Werkstück/Werkzeug das Läppmittel zuführt, kennzeichnet sich dadurch, daß die Zulaufleitung
und/oder die Läppmittelpumpe mit einer Schaltelektronik in Wirkverbindung steht,
die den Läppmittelzufluß in Abhängigkeit vorgebbarer Bearbeitungskennwerte steuert.
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Hierbei ist neben der zeitlichen Steuerung der Läppmittelzuführung
auch daran gedacht, verschiedene Läppmittel bzw.
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verschiedenes Läppsittelkorn während der Bearbeitung unter Zwischenschaltung
eines Spülvorganges nacheinander zu verwenden.
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Die zeitliche Steuerung der Läppmittelzuführung kann gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung derart gestaltet sein, daß die Zulaufleitung ein verstellbares Schwenkrohr
aufweist, daß die Schaltelektronik ein Magnetventil beherrscht, das einen die Verstellung
des Schwenkrohrs bewirkenden Druckzylinder steuert. Um verschiedene Läppmittel zur
Bearbeitung verwenden zu können, wird vorgeschlagen, daß die Ansaugleitung der Läppmittelpumpe
an zwei oder mehrere Vorratsbehälter, die mit verschiedenem Läpp-
mittel
und/oder Spülflüssigkeit füllbar sind, anschlieDbar ausgebildet ist, wobei die Verbindung
zwischen Vorratsbehälter und Läppmittelpumpe durch von der Schaltelektronik ansteuerbare
Ventile, insbesondere Magnetventile, herstellbar ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen,
in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen: Fig.
1 einen Querschnitt des erfindungsgema#ßen Läppwerkzeuges; Fig. 2 eine' teilweise
geschnittene Frontansicht des erfindungsgemäßen Werkzeuges gemäß der Linien II-II
in Fig. 1; Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 schematisch eine Einrichtung zur Läppbearbeitung mit dem erfindungsgemäßen
Werkzeug.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Läppwerkzeuges
1. Das Läppwerkzeug 1 besteht aus einer zweistückig ausgeführten, innen und außen
genuteten Läpphülse 2a, 2b und einer zylindrischen Aufnahmevorrichtung 3. In der
Mantelfläche der Aufnahmevorrichtung 3 sind mit gleichem Abstand voneinander mehrere
längsnutenförmigen Öffnungen 4 vorgesehen, in denen Betätigungselemente 5, 5a, 5b
zur radialen Aufweitung der Läpphülse 2a, 2b geführt sind.
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Die Öffnungen 4 sind an eine mit nicht dargestellten Steuerungsreglern
versehene Drucknittelleitung 6 angeschlossen, so daß die Zustellung der Betätigungselemente
hydraulisch oder pneumatisch erfolgen kann. Die Aufnahme vorrichtung 3 weist zwei
nutenförmige Ausnehmungen 7 auf, in denen jeweils eine mit der Läpphülse verschraubte
Paß
feder 8 formschlüssig geführt ist. Die Ausnehmungen 7 sind
dabei mit einer derartigen Fertigungstoleranz gearbeitet, daß einerseits eine drehfeste
und axial arretierte Verbindung der Läpphülse 2a, 2b mit der Aufnahmevorrichtung
3 sichergestellt ist und andererseits die Aufweitung der Läpphülse 2a, 2b problemlos
durchgeführt werden kann. Zwei Betätigungselemente 5b sind in Richtung der Trennfugen
9 der Läpphülse 2a, 2b ausgerichtet und radial nach innen versetzt in ihren Uffllungen
4 angeordnet, so daß diese Betätigungselemente 5b mit dem gleichen Druckmittel beaufschlagt
werden können wie die Betätigungselemente 5, 5a, aber ein Aufweiten ohne Deformation
der Lupphülse gewährleistet ist. Ferner weisen die Betätigungselemente 5b in Achsrichtung
der Trennfugen 9 jeweils eine Nut 10 auf, in die jeweils ein Gummischlauch 11 zur
Abdichtung der Läpphülse 2a, 2b eingesetzt ist.
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Fig. 2 verdeutlicht in einer Frontansicht gemäß der Linien II-II in
Fig. 1 das erfindungsgemäße Läppwerkzeug 1. Die Läpphülse 2a, 2b ist durch zwei
Deckel 2c vollständig verschlossen. Ferner weisen die Läpphülse 2a, 2b und die Aufnahmevorrichtung
3 jeweils zwei Ringnuten 12 zur Aufnahme von Schlauchfedern 13 auf, so daß ein sicheres
Zurückstellen in die jeweiligen Nullpositionen möglich ist. Ferner ist in dieser
Abbildung schematisch eine Maschinenspindel 14 einer Werkzeugmaschine angedeutet,
die das Läppwerkzeug 1 in eine oszillierende Hub- und Drehbewegung versetzt.
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Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines alternativen Ausführungsbeispieles.
Hierbei ist die Aufnahmevorrichtung 3 hohlzylindrisch ausgeführt, und die Betätigungselemente
5, 5a, Sb sind mit konisch ausgebildeten Ansätzen 15 versehen. Innerhalb der Aufnahmevorrichtung
ist ein Zustell-
werkzeug 16 geführt, das konisch ausgebildete
Aufweitelemente 17 aufweist, die mit den Ansätzen 15 der Betätigungselemente 5,
5a 5b zwecks radialer Aufweitung der Läpphülse 2a, 2b in Wirkverbindung stehen.
Das Zustellwerkzeug 16 wird über ein nicht näher dargestelltes besonderes Gestänge,
das parallel zur Maschinenspindel 14 angeordnet sein kann und mit einer nicht dargestellten
Arbeitshydraulik verbunden ist, in Längsrichtung bewegt.
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Ferner sind in diesem Ausführungsbeispiel die Nuten 7 zur Aufnahme
der Paßfedern 8 in den Betätigungselementen 5a vorgesehen.
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Fig. 4 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Läppbearbeitung von
Zylinder rohren 18 von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, die mit dem erfindungsgemäßen
Läppwerkzeug 1 ausgerüstet ist. Das Läppwerkzeug 1 ist mittels der Spindel 14 mit
einer nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine verbunden. Die Werkzeugmaschine
weist eine Arbeitshydraulik auf, die über Steuerungsregler in Abhängigkeit vorgebbarer
Bearbeitungskennwerte die Druckmittelleitung 6 des Läppwerkzeugs 1 mit Öl beaufschlagt.
Ferner ist eine Läppmittelpumpe 19 vorgesehen, die das Läppmittel aus einem nicht
näher dargestellten Vorratsbehälter über eine Zulaufleitung 20 zu der zu bearbeitenden
Werkstückfläche fördert.
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Die Zulaufleitung 20 weist ein verstellbares Schwenkrohr 21 auf, das
während des Läppvorganges das Läppmittel zum Werkstück 18 und nach Beendigung des
Läppprozesses über einen Auffangtrichter 22 zurück zum Vorratsbehälter leitet. Zur
Verstellung des Schwenkrohres 22 ist ein Pneumatikzylinder 23 vorgesehen, der von
einem von einer Schaltelektronik 24 beherrschten Magnetventil 25 gesteuert wird.
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