DE3741855A1 - Verfahren zur spanabhebenden bearbeitung eines bauteiles sowie spannteil zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur span­ abhebenden Bearbeitung eines Bauteiles. Weiterhin be­ trifft die Erfindung ein Spannteil zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur spanabhebenden Bearbeitung eines Bauteiles wird dieses üblicherweise mittels einer Spannvorrichtung auf den Tisch einer Werkzeugmaschine oder in ihr Spannfutter gespannt. Dabei wird sorgfältig darauf geachtet, daß das Bauteil ausreichend fest gespannt ist, so daß es sich während der Bearbeitung nicht bewegen kann, was zu Bear­ beitungsungenauigkeiten führen würde. Bei weniger stei­ fen Bauteilen ist weiterhin darauf zu achten, daß sich diese nicht durch die Spannkräfte elastisch verformen, weil das Bauteil dann nach dem Entspannen nicht die durch die spanabhebende Bearbeitung erzeugte Form bei­ behält.

Bei Werkstücken, welche innere Spannungen aufweisen, ist es auch bekannt, durch eine Erwärmung vor der Bearbei­ tung Eigenspannungen abzubauen, damit die Werkstücke sich nicht nach der Bearbeitung durch das Freiwerden solcher Spannungen verformen. Wie in der DE-OS 22 31 601 erläutert ist, kann man bei einem Zylinderkopf für einen Hubkolbenmotor vor der Endbearbeitung die im Betrieb des Hubkolbenmotors thermisch am höchsten beanpruchten Stel­ len des Zylinderkopfes örtlich wenigstens bis zur maxi­ mal möglichen Betriebstemperatur erwärmen, so daß wäh­ rend des Betriebes keine noch vorhandenen Eigenspannun­ gen abgebaut werden können, was zu unerwünschten Verfor­ mungen, insbesondere der Ventilsitze, führen würde.

Hochbeanspruchte Bauteile von Maschinen sind oftmals im Einbauzustand zwecks Erzeugung einer Vorspannung defor­ miert. Oftmals treten auch während des Arbeitens von Maschinen Kräfte auf, die Ursache für eine Deformation von Bauteilen sind. Solche Deformationen können nach­ teilig sein, beispielsweise dann, wenn dadurch Ventil­ sitze unrund werden und deshalb nicht mehr voll zu dichten vermögen oder wenn infolge von Deformationen Lagerflächen sich verziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Bauteils zu ent­ wickeln, bei dem eine Deformation des bearbeiteten Bau­ teils im Einbauzustand keine nachteiligen Auswirkungen hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bauteil zum Zwecke der Bearbeitung durch Spannmittel im gleichen Maße verspannt auf ein Spannteil aufgespannt wird, wie im montierten Zustand des Bauteils aufgrund der dann vorhandenen Belastungen.

Gemäß diesem Verfahren wird bei der spanabhebenden Bear­ beitung die Verformung des Bauteils im späteren Einbau­ zustand vorweggenommen. Dadurch erhält das Bauteil im in der Werkzeugmaschine aufgespannten Zustand genau diejeni­ gen Abmessungen und diejenige Form, die es im montierten Zustand aufweist. Das bearbeitete Bauteil hat nach dem Ausspannen nicht exakt diejenige Form, welche es im Ein­ bauzustand hat. Es nimmt die richtige Form erst dann wieder an, wenn es im Einbauzustand kraftbeansprucht ist, also genau dann, wenn es auf die richtige Form an­ kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren steht genau im Widerspruch zur bisherigen Praxis, spanabhebend zu bear­ beitende Bauteile so aufzuspannen, daß sie sich durch die Spannkräfte nicht verformen. Dank der Erfindung ent­ steht die volle Funktionstüchtigkeit des spanabhebend erzeugten Zustandes im montierten Zustand, also erst dann, wenn sie erforderlich ist. Es kommt im Betrieb zu keinen nachteiligen Verspannungen des Bauteils.

Für die spanabhebende Bearbeitung eines Zylinderkopfes eines Hubkolbenmotors ist es vorteilhaft, wenn ein Spann­ teil mit einer Auflagefläche für den Zylinderkopf ver­ wendet wird, die entsprechend der oberen Abschlußfläche eines den Zylinderkopf aufnehmenden Zylinderblockes gestaltet ist. Hierdurch lassen sich auf sehr einfache Weise die im montierten Zustand des Zylinderkopfes auf­ tretenden Verformungen des Zylinderkopfes bei der Bear­ beitung vorwegnehmen. Mit einem solchen Verfahren lassen sich Zylinderköpfe erzeugen, welche besonders gut auf dem Zylinderblock dichten und bei denen die Ventile im Betrieb sehr dicht zu schließen vermögen. Das ist vor allem bei Dieselmotoren vorteilhaft. Durch die einwand­ freie Aufrechterhaltung der Kompression wird das Kalt­ startverhalten solcher Dieselmotoren ganz wesentlich verbessert. Schädliche Abgase werden reduziert. Dank der Erfindung kann die Zylinderkopfdichtung auf eine bessere Funktionsfähigkeit ausgelegt werden, da die spanabhe­ bende Bearbeitung des Zylinderkopfes unter Berücksich­ tigung der im Montagezustand auftretenden Deformationen erfolgt.

Falls Zylinderkopfdichtungen mit einem Verbrennungsraum- Dichtbördel verwendet werden, dann ist es zur Verformung des Zylinderkopfes während der spanabhebenden Bearbei­ tung vorteilhaft, wenn am Spannteil koaxial zu den Zylin­ derbohrungen zur Simulation der Verbrennungsraum-Dicht­ bördel ringförmige Erhebungen vorgesehen werden.

Eine einfache Möglichkeit des Aufspannens eines Zylinder­ kopfes unter Erzeugung der gewünschten Verspannung er­ gibt sich, wenn zum Aufspannen des Zylinderkopfes mit den erforderlichen Spannkräften am Zylinderkopf Ansätze zum Aufsetzen von Spannpratzen vorgesehen werden.

Eine alternative Möglichkeit des Erzeugens der erfor­ derlichen Spannkräfte besteht darin, daß zum Aufspannen des Zylinderkopfes innerhalb der Durchgangslöcher für die Zylinderkopfschrauben jeweils ein Gewinde vorgesehen wird und das Aufspannen durch von unten her in diese Gewinde eingreifende Spannschrauben erfolgt.

Die Ventilsitzkegel können mit sehr hoher Genauigkeit fluchtend zu den Führungsbohrungen im Zylinderkopf er­ zeugt werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbil­ dung des Verfahrens die Bearbeitung der Ventilsitzkegel mittels Fräswerkzeugen erfolgt, die jeweils kardanisch mit einer Fräswelle verbunden werden und einen Führungs­ schaft aufweisen, welcher jeweils in die Führungsbohrung des entsprechenden Ventilschaftes eingeschoben wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Bearbeitung der Ventil­ sitzkegel gleichzeitig mit einer spanabhebenden Bearbei­ tung der Oberseite des Zylinderkopfes erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, daß auch die Nockenwellenlagerung im montierten Zustand des Zylinderkopfes verzugsfrei ausgebildet ist.

Die zweitgenannte Aufgabe, nämlich die Schaffung eines Spannteils zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Spannteil zum Verspannen des Bauteils örtlich gegen das Bauteil anliegende Vorsprünge hat. Ein solches Spannteil ist sehr einfach gestaltet, erlaubt es jedoch, das Bau­ teil während der spanabhebenden Bearbeitung im gleichen Maße zu verspannen wie im montierten Zustand.

Für die Bearbeitung eines Zylinderkopfes für einen Hub­ kolbenmotor werden die erforderlichen Verspannungen auf besonders einfache Weise simuliert, wenn die Vorsprünge koaxial zu den Zylinderbohrungen verlaufende, ringför­ mige Erhebungen sind.

Falls daß Spannteil für Zylinderköpfe mit unterschied­ lichen Zylinderkopfdichtungen verwendet werden soll, dann ist es zur Anpassung an unterschiedliche Dichtbör­ del vorteilhaft, wenn die ringförmigen Erhebungen auf einem auswechselbar im Spannteil angeordneten Einsatz vorgesehen sind.

Zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens und des Spannteiles wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt in Fig. 1 einen Schnitt durch einen zur Bearbeitung auf ein Spannteil aufgespannten Zylinderkopf und drei im Einsatz befindliche Bearbeitungswerk­ zeuge,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Darstel­ lung eines in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Bereiches einer geänderten Ausführungsform eines Spannteiles,

Fig. 3 eine für das erfindungsgemäße Verfahren ange­ paßte Ausführungsform eines Zylinderkopfes in perspektivischer Darstellung mit einer ihn spannenden Spannvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Spanntisch 1, auf dem ein Spannteil 2 aufliegt. Dieses Spannteil 2 hat eine Oberseite 3, die entsprechend der Oberseite eines Zylinderblockes einer Hubkolbenmaschine geformt ist und ringförmige Erhebungen 4 aufweist, die dort vorlaufen, wo bei einem Zylinderblock die Dichtbördel einer Zylin­ derkopfdichtung aufliegen.

Auf dem Spannteil 2 ist ein Zylinderkopf 5 aufgespannt. Hierzu sind die üblichen Durchgangslöcher 6, 7 jeweils mit einem Innengewinde 8, 9 versehen, so daß durch den Spanntisch 1 und das Spannteil 2 geführte Spannschrauben 10, 11 den Zylinderkopf 5 auf das Spannteil 2 und das Spannteil 2 auf den Spanntisch 1 zu spannen vermögen. In­ folge der Erhebungen 4 in der Oberseite 3 des Spanntei­ les 2 kommt es dabei zu einer Verformung des Zylinder­ kopfes 5, die genau derjenigen entspricht, die sie im auf einem Zylinderblock montierten Zustand annimmt.

Im Zylinderkopf 5 sind übliche Führungsbohrungen 12, 13 vorgesehen, in die im montierten Zustand jeweils ein Ventilschaft geführt ist. Zur Erzeugung der Ventilsitze greift in jede der Führungsbohrungen ein Führungsschaft 14, 15 eines Fräswerkzeugs 16, 17, welches jeweils mit­ tels eines Kardangelenkes 18, 19 mit einer Fräswelle 20, 21 verbunden ist, die ihrerseits jeweils ein weiteres Kardangelenk 22, 23 aufweist.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin einen Stirnfräser 24, mit dem gleichzeitig mit der Bearbeitung der Ventilsitze des Zylinderkopfes 5 seine Oberseite bearbeitet wird.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Spannteil 2 ist die ring­ förmige Erhebung 4 in einem auswechselbaren Einsatz 25 vorgesehen. Dadurch ist eine Anpassung an unterschied­ lich gestaltete Zylinderkopfdichtungen möglich.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Zylinderkopf 5 weisen die Durchgangslöcher 6, 7 bzw. die übrigen vier nicht posi­ tionierten Durchgangslöcher kein Innengewinde auf. Zum Spannen des Zylinderkopfes auf einen in Fig. 3 nicht gezeigten Spanntisch sind außenseitig am Zylinderkopf 5 Ansätze 26, 27, 28 angeformt, auf denen jeweils eine Spannpratze 29 aufliegt, welche mittels einer Spann­ schraube 30 den Zylinderkopf 5 spannt. Die Bearbeitung dieses Zylinderkopfes 5 erfolgt genau wie bei dem zuvor beschriebenen Zylinderkopf 5 gleichzeitig durch den Stirnfräser 24 und die in Fig. 3 nicht dargestellten Fräswerkzeuge zum Bearbeiten der Ventilsitze.

Claims (10)

1. Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines Bau­ teiles, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zum Zwecke der Bearbeitung durch Spannmittel im gleichen Maße verspannt auf ein Spannteil aufgespannt wird, wie im montierten Zustand des Bauteils aufgrund der dann vorhandenen Belastungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur spanabhebenden Bearbei­ tung eines Zylinderkopfes eines Hubkolbenmotors, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannteil mit einer Auflageflä­ che für den Zylinderkopf verwendet wird, die entspre­ chend der oberen Abschlußfläche eines den Zylinderkopf aufnehmenden Zylinderblockes gestaltet ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Spannteil koaxial zu den Zylinder­ bohrungen zur Simulation der Verbrennungsraum-Dichtbör­ del ringförmige Erhebungen vorgesehen werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufspannen des Zylinderkopfes mit den erforderlichen Spannkräften am Zylinderkopf Ansätze zum Aufsetzen von Spannpratzen vorgesehen herden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufspannen des Zylinderkopfes innerhalb der Durchgangslöcher für die Zylinderkopfschrauben jeweils ein Gewinde vorgesehen wird und das Aufspannen durch von unten her in diese Ge­ winde eingreifende Spannschrauben erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der Ventilsitzkegel mittels Fräswerkzeugen erfolgt, die jeweils kardanisch mit einer Fräswelle verbunden werden und einen Führungsschaft aufweisen, welcher jeweils in die Führungsbohrung des entsprechenden Ventilschaftes eingeschoben wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der Ventilsitzkegel gleichzeitig mit einer spanabheben­ den Bearbeitung der Oberseite des Zylinderkopfes er­ folgt.

8. Spannteil zum Aufspannen eines spanabhebend zu bear­ beitenden Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannteil (2) zum Verspannen des Bauteils (Zylinderkopf 5) örtlich gegen das Bauteil (Zylinderkopf 5) anliegende Erhebungen (4) hat.

9. Spannteil nach Anspruch 9 zum Aufspannen eines Zylin­ derkopfes eines Hubkolbenmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) koaxial zu den Zylinderbohrungen verlaufende ringförmige Erhebungen sind.

10. Spannteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Erhebungen (4) auf einem auswechsel­ bar im Spannteil (2) angeordneten Einsatz (25) vorge­ sehen sind.