DE3537172A1 - Verfahren zum bearbeiten einer bohrung sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Bohrung mit einem Werkzeug, insbesondere zum Bearbeiten von Zylinderlaufflächen von Hubkolbenmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim gattungsgemäßen Bearbeiten von Bohrungen, insbesondere beim Rei­ ben oder Honen von Zylinderlaufflächen für Hobkolbenmaschinen besteht die Gefahr eines zu heftigen Einwirkens der Bearbeitungsleisten (im weiteren als Reibleisten bezeichnet) auf die zu bearbeitende Lauf­ fläche, so daß unerwünschte Materialverquetschungen, Oberflächenver­ dichtungen etc. auftreten können. In neuerer Zeit (vgl. DE-PS 31 19 847) ist auch bereits ein Reibplattieren nachfolgend einer elektro­ chemischen Bearbeitung der Zylinderlaufflächen vorgeschlagen worden, wobei hier mit stark verringertem Anpreßdruck der Reibleisten gear­ beitet wird. Neben anderen Parametern ist somit der Anpreßdruck der Reibleisten ein wichtiges Kriterium zur Erzielung gleichbleibender, qualitativ hochwertiger Oberflächen.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen wird der Anpreßdruck der Reibleisten des Reibwerkzeuges hydraulisch gesteuert, in dem zumeist ein mit Hy­ draulikfluid beaufschlagtes Stellteil auf den unmittelbar an den Reibleisten angreifenden Aufweitkonus wirkt. Der Aufweistkonus kann auch einstückig mit dem Stellteil ausgebildet sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren aufzu­ zeigen, mit dem der Anpreßdruck der Reibleisten mit hoher Genauigkeit definiert steuerbar ist, wodurch Materialverquetschungen vermieden und Oberflächen hoher struktureller und geometrischer Genauigkeit herstellbar sind. Ferner soll eine geeignete Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens aufgezeigt werden.

Die verfahrensgemäße Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentan­ spruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird also die auf den Aufweitkonus ausgeübte Kraft der hydraulischen Steuerung gemessen und durch Modi­ fikation des hydraulischen Druckes auf definierte Werte eingestellt. Dadurch kann insbesondere ein sanftes Angreifen der Reibleisten bei beginnender Bearbeitung als auch ein definierter Kraftverlauf über den gesamten Bearbeitungszyklus genau eingehalten werden. Es wird vermieden, daß durch Schwergängigkeiten in der Hydraulikeinrichtung, durch Reibungsverluste durch Dichtungen, durch Übertragungsverluste etc. eine nicht genau definierte Anpressung der Reibleisten erfolgt, wobei sich diese Verhältnisse durch Verschleiß, Temperaturänderungen etc. auch noch ständig verändern können. Ferner wird das heftige, ab­ rupte Einsetzen bzw. Angreifen der Reibleisten bei beginnender Bear­ beitung eliminiert.

Insbesondere beim Reibplattieren von Zylinderlaufflächen für Hubkol­ benmaschinen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Anpreß­ druck der Reibleisten nach einem definierten Kraftverlauf am Aufweit­ konus erfolgt. Dieser Kraftverlauf kann in einem Kennfeld über der Zeit abgespeichert werden, so daß die zunächst empirisch ermittelten Werte ständig reproduzierbar sind.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 3 angeführt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem hydraulisch beaufschlag­ ten Stellteil und dem Aufweitkonus ein Kraftmeßglied eingeschaltet, welches über ein Regelgerät den hydraulischen Druck modifiziert. Über das Kraftmeßglied, welches beispielsweise durch Dehnungsmeßstreifen oder bevorzugt gemäß Anspruch 5 eine Piezo-Kraftmeßzelle sein kann, erfolgt ein feed-back des eingestellten, hydraulischen Druckes bzw. der Reaktionskraft am Aufweitkonus, wobei die gemessenen Ist-Werte dem Regelgerät zugeführt werden, in dem sie mit eingegebenen Soll- Werten verglichen werden. Über das Regelgerät erfolgt dann eine Re­ gelung bzw. Modifizierung der Hydraulikeinrichtung.

Vorteilhaft kann zwischen dem Kraftmeßglied und dem hydraulischen Stellteil als Übertragungselement ein elastisches Glied, insbesondere eine Feder eingeschaltet sein. Dadurch kann ein feinfühliger Kraftan­ stieg nit niedrigem Druckgradienten sowie gegebenenfalls ein nicht linearer, z. B. degressiver Kraftverlauf bei guter Regelbarkeit ver­ wirklicht werden. Zweckmäßig kann eine zweite Feder gemäß Anspruch 6 vorgesehen sein, die den Aufweitkonus sicher in seine Ausgangslage zurückführt. Die Vorrichtung kann gemäß den Merkmalen des Anspruches 7 ausgeführt sein. Das Regelgerät kann einen programmierbaren Spei­ cher enthalten, in dem die gewünschten Soll-Werte eingeschrieben sind. Dieses steuert dann durch Vergleich mit den gemessenen lst-Wer­ ten, wobei diese Werte über einen Verstärker aufbereitet werden, die Hydraulikeinrichtung im Sinne einer Druck-Absenkung oder -Anhebung an.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zum Bearbei­ ten von Zylinderlaufflächen von Hubkolbenma­ schinen und

Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Werkzeug mit Reibleisten im Querschnitt.

Das Blockschaltbild zeigt angedeutet eine Honmaschine 2, mit einer Hydraulikeinrichtung 4, einem in einem Zylinder 6 geführten Stellteil 8 und einem in der Honmaschine 2 aufgenommenen Werkzeug 10. Das Werk­ zeug 10 wird durch die Honmaschine 2 in bekannter Weise angetrieben (rotatorisch und translatorisch); die Reibleisten des Werkzeuges 10 werden über das hydraulische Stellteil 8 radial verstellt und an eine zu bearbeitende Zylinderlauffläche angepreßt, wobei der Zylinder 6 - wie mit Pfeilen angedeutet - mehr oder weniger über die Hydrau­ likeinrichtung 4 mit Hydraulikfluid gefüllt oder entleert wird. Der Hydraulikdruck wird von einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe er­ zeugt.

Zum Aufbau des Werkzeuges 10 wird auf die Fig. 2 Bezug genommen. Das Werkzeug 10 setzt sich im wesentlichen aus einem zylindrischen Kopf­ teil 12, einem in einer zentralen Bohrung 14 verschiebbar geführten Aufweitkonus 16, einer Antriebsspindel 18 und mehreren Leistenträgern 20 mit Reibleisten 22 zusammen. Der Aufweitkonus 16 ist mit zwei Ko­ nusabschnitten 24, 26 versehen, welche mit schrägen Flächen 28, 30 an den Leistenträgern 20 korrespondieren derart, daß bei einem Verschie­ ben des Aufweitkonuses 16 in Richtung der Werkzeug-Drehachse eine ra­ diale Verstellung der Reibleisten 20 erfolgt.

Es versteht sich, daß die Leistenträger 20 in entsprechenden, radia­ len Schlitzen 32 des Kopfes 12 geführt sind. Zwei an den Leistenträ­ gern 20 angreifende Ringfedern 34, 36 sorgen für ein ständiges Anlie­ gen der Leistenträger 20 am Aufweitkonus 16. Die zentrale Bohrung 14 ist einerseits durch die hohle Antriebsspindel 18 und andererseits mittels eines Verschlußstopfens 38 verschlossen.

In der hohlen Antriebsspindel 18 ist das hydraulische Stellteil 8 verschiebbar gelagert und endseitig mit einer Druckplatte 40 verse­ hen. Auch an den Aufweitkonus 16 ist eine Druckplatte 42 angeformt, von welcher in Richtung des Stellteiles 8 ein Führungszapfen 44 ab­ ragt. Die beiden Druckplatten 40, 42 sind in einem im Durchmesser vergrößerten Bohrungsabschnitt 46 des Kopfes 12 aufgenommen. An der Druckplatte 42 des Aufweitkonuses 16 liegt eine Piezo-Kraftmeßzelle 48 an, welche auf dem Zapfen 44 geführt ist. Zwischen der Kraftmeß­ zelle 48 und der Druckplatte 40 des hydraulischen Stellteiles 8 ist eine Schraubendruckfeder 50 eingeschaltet. Eine zweite, schwächere Schraubendruckfeder 52 ist am Verschlußstopfen 38 abgestützt und wirkt in entgegengesetzter Richtung auf die freie Stirnseite 54 des Aufweitkonuses 16.

Die Piezo-Kraftmeßzelle 48, die bekannter Bauart sein kann, ist über einen Verstärker 56 mit einem elektronischen Regelgerät 58 verbunden. Das Regelgerät 58 steuert wiederum im Sinne einer Druckanhebung oder -verringerung die Hydraulikeinheit 4 der Honmaschine 10 an.

Beim Bearbeiten von Zylinderlaufflächen (nicht dargestellt) von Hub­ kolbenmaschinen wird nach dem Einfahren des Werkzeuges 10 durch die Hydraulikeinrichtung 4 ein hydraulischer Druck erzeugt, welcher hin­ sichtlich des Anfangsdruckes und des Druckverlaufes einer herkömm­ lichen oder einer gewünschten Bearbeitung entsprechen kann. Dieser Druck bewirkt ein Verschieben des hydraulischen Stellteiles 8 auf der Zeichnung nach unten, wobei über den Aufweitkonus 16 die Reibleisten 22 an die Zylinderlauffläche angepreßt werden. Dabei wird zunächst die Schraubendruckfeder 50 mehr oder minder komprimiert, wobei der von der Schraubendruckfeder 50 auf die Piezo-Kraftmeßzelle 48 ausge­ übte Druck in elektrische Ist-Werte umgewandelt wird. Diese Ist-Werte werden über den Verstärker 56 dem Regelgerät 58 zugeführt.

Im Regelgerät 58 werden die Ist-Werte der Kraftmeßzelle 48, welche der unmittelbar auf den Aufweitkonus 16 einwirkenden Kraft und damit dem genauen Anpreßdruck der Reibleisten 22 entsprechen, mit in einen Speicher des Regelgerätes eingeschriebenen Soll-Werten nach einer de­ finierten Kennlinie verglichen und nunmehr über das Regelgerät 58 über dessen Ausgangsstufe der auf das Stellteil 8 wirkende hydrau­ lische Druck der Hydraulikeinrichtung 4 modifiziert bzw. geregelt. Beispielsweise wird bei einem zu hohen Anpreßdruck an den Reibleisten 22 der Hydraulikdruck der Hydraulikeinrichtung vermindert und umge­ kehrt bei zu niedrigem Anpreßdruck der Hydraulikdruck erhöht.

Durch die Zwischenschaltung der Schraubendruckfeder 50 kann sowohl ein sanfter Kraftanstieg an den Reibleisten 22 verwirklicht als auch ein zum eingesteuerten Hydraulikdruck nichtlinearer Kraftverlauf bzw. Anpreßdruck erzielt werden. Der Kraftverlauf am Aufweitkonus 16 kann durch ständiges Auswerten der Ist-Werte im Regelgerät und Vergleichen mit den Soll-Werten ständig nachgeregelt und damit genauestens einge­ stellt werden.

Nach durchgeführter Bearbeitung der Zylinderlauffläche wird das Stell­ teil 8 durch Zurücknehmen des Hydraulikdruckes zurückgefahren, wobei nunmehr aufgrund der in der eingefahrenen Stellung des Stellteiles 8 überwiegenden Kraft der Schraubendruckfeder 52 der Aufweitkonus in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Dies führt gleichbedeutend zu einer radialen Zurückstellung der Leistenträger 20 und Reibleisten 22.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel be­ schränkt. Beispielsweise kann das hydraulische Stellteil 8 auch un­ mittelbar auf die Piezo-Kraftmeßzelle 48 wirken. Anstelle der darge­ stellten Kraftmeßzelle könnten auch bekannte Dehnungsmeßstreifen An­ wendung finden. Die Schraubendruckfedern 50, 52 können, wie in der Fig. 2 dargestellt, an den Druckplatten 40, 42 bzw. an der Stirnseite 54 und gegebenenfalls auch am Verschlußstopfen 38 radial unverschieb­ lich geführt bzw. gehalten sein.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bearbeiten einer Bohrung mit einem Werkzeug, insbe­ sondere zum Bearbeiten von Zylinderlaufflächen von Hubkolbenma­ schinen, wobei das Werkzeug über seinen Umfang verteilte Bearbei­ tungsleisten aufweist, die mittels eines axial verschieblichen Aufweitkonuses radial an die Bohrung anpreßbar sind und der Auf­ weitkonus hydraulisch über eine steuerbare Hydraulikeinrichtung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf den Aufweitkonus (16) ausgeübte Kraft ge­ messen und durch Modifikation des hydraulischen Druckes auf de­ finierte Werte eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der hydraulische Druck geregelt wird nach Maßgabe eines definierten Kraftverlaufes (Kennfeldes) am Auf­ weitkonus.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem hydraulisch be­ aufschlagten Stellteil (8) und dem Aufweitkonus (16) ein Kraftmeß­ glied (48) eingeschaltet ist, welches über ein Regelgerät (58) den hydraulischen Druck modifiziert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Kraftmeßglied (48) und dem hydraulischen Stellteil (8) eine Feder (50) eingeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kraftmeßglied eine Piezo-Kraftmeß­ zelle (48) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine den Aufweitkonus (16) in Kraftrichtung entgegen der ersten Feder (50) vorspannende zweite Feder (52), welche bei drucklosem hydraulischen System die Kraft der ersten Feder (50) überwiegt und den Aufweitkonus (16) zurückstellt.

7. Vorrichtung nach Anspurch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kraftmeßglied (48) über einen Ver­ stärker (56) das Regelgerät (58) ansteuert, wobei im Regelgerät (58) die gemessenen Ist-Werte mit eingespeicherten Soll-Werten verglichen werden und das Regelgerät (58) bei einer Abweichung die Hydraulikeinrichtung (4) ansteuert.