DE3817259C2

DE3817259C2 -

Info

Publication number: DE3817259C2
Application number: DE19883817259
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt De Lindner; Hans-Joachim Dr.-Ing. 3300 Braunschweig De Oberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1992-07-23
Also published as: DE3817259A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bearbeiten von im Querschnitt ovalen Zylinderlaufbahnen an Werkstücken in Form von Zylinderblöcken von Hubkolbenmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. nach dem Patentanspruch 2.

Für Zylinderblöcke von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, ovale Zylinderlaufbahnen und Kolben zu verwenden. Die Zylinderlaufbahnen werden bei der Fertigung wie üblich zunächst vorbearbeitet (z. B. ausgespindelt) und anschließend mechanisch gehont. Während die Vorbearbeitung aufgrund der numerischen Steuerung bzw. Bahnsteuerung heutiger Werkzeugmaschinen keine Probleme bereitet, können beim anschließenden Honen maßliche und geometrische Ungenauigkeiten auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem geometrisch und maßlich genaue Laufbahnen an Zylinderblöcken von Hubkolbenmaschinen herstellbar sind. Ferner wird eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für größere Fertigungslose vorgeschlagen.

Die verfahrensgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, die Laufbahn nach deren an sich bekannter Vorbearbeitung zu schleifen, anschließend elektrochemisch zu bearbeiten und schließlich mechanisch reibzuplattieren. Es versteht sich, daß der elektrochemische Abtrag und das Reibplattieren ggf. mehrfach hintereinander ausgeführt werden können, um ggf. die Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Das Schleifen stellt dabei eine Art Feinbearbeitung dar, die insbesondere zur Erzielung der geometrischen Genauigkeit der Laufbahn, im geringeren Umfange jedoch auch zu deren Maßhaltigkeit, entscheidend mit beiträgt.

Der elektrochemische Abtrag und das anschließende Reibplattieren dient insbesondere zur Herstellung einer tribologisch günstigen Oberfläche, die aus tragenden Plateaus einerseits und aus mikrofeinen Grübchen zur Einlagerung von Schmiermittel andererseits zusammengesetzt ist.

Durch die EP 65 645 B1 ist es an sich schon bekannt, kreiszylindrische Zylinderlaufbahnen nach deren Vorbearbeitung elektrochemisch zu honen und anschließend mechanisch zu reibplattieren. Durch dieses Verfahren wird eine tribologisch günstige, geometrisch und maßlich genaue Lauffläche erzielt. Zu den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen gibt diese Veröffentlichung jedoch keine Hinweise.

Der Patentanspruch 2 beschreibt eine vorteilhafte Vorrichtung zur serienmäßigen Fertigung von Zylinderblöcken für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, nach dem Verfahren. Dabei werden Werkzeugmaschinen mit Bahnsteuerung, eine elektrochemische Abtragstation und ggf. eine Waschstation über ein Transportband zur taktgesteuerten Bearbeitung verknüpft.

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

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Zylinderblöcken von Hubkolben-Brennkraftmaschinen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen zu bearbeitenden Zylinder bei dem Verfahrensschritt Schleifen;

Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch einen Zylinder und eine Elektrode beim elektrochemischen Werkstoffabtrag, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit eingefahrenem Reibplattierwerkzeug beim Reibplattieren der Zylinderlauf flächen.

Die Fig. 1 zeigt eine industrielle Vorrichtung zum Bearbeiten von ova len Zylinderlaufflächen 10 in Zylinderblöcken 12 von Hubkolben-Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge. Die Zylinderblöcke 12 werden auf einem Transportband 14 zu einer ersten Werkzeugmaschine, einer Drehspindelmaschine 16, befördert und dort einer groben Vorbearbei tung (Ausspindeln mittels eines rotierenden Drehstahles) unterzogen, wobei die Werkzeugspindel 18 entsprechend der Kontur des Zylinders (vgl. Fig. 2 und 3) bahngesteuert ist; d. h., die Kontur wird nume risch entlang ihrem mathematisch definierten Verlauf abgefahren. Der artige Bahnsteuerungen sind bei Werkzeugmaschinen bekannt und deshalb hier nicht näher erläutert. Die Funktion ist mit dem Oval 20 schema tisch angedeutet.

Nach Beendigung der Vorbearbeitung werden die Zylinderblöcke 12 takt gesteuert der zweiten Werkzeugmaschine, einer Innenkontur-Schleifma schine 22 zugeführt, mit der die Zylinderlaufflächen 10 wiederum bahngesteuert eine Feinbearbeitung erfahren. Als Werkzeug dient dabei ein mit hoher Drehzahl rotierender und translatorisch bewegter, walzen förmiger Schleifkörper 24, (vgl. Fig. 2) der in einer Werkzeugspin del 26 aufgenommen entlang dem Oval 20 gesteuert ist und bei hoher geometrischer Genauigkeit die Ausgangs-Laufflächenqualtität für den nachfolgenden elektrochemischen Abtrag und das Reibplattieren schafft.

Anschließend werden die Zylinderblöcke 12 einer elektrochemischen Abtragstation 28 zugeführt, in der ein oder mehrere Zylinder gleich zeitig elektrochemisch bearbeiten werden (vgl. Fig. 3). Die in die Zylinder 10 einfahrende Elektrode 30 ist konform oval gestaltet, so daß um die Elektrode 30 herum ein gleichmäßiger geringer Arbeitsspalt s für das Abströmen des Elektrolyten (z. B. NaNO₃) verbleibt. Der Elek trolyt wird in bekannter Weise der kathodisch geschalteten Elektrode 30 über eine zentrale Bohrung 32 in der Arbeitsspindel 36 und der Elektrode 30 zugeführt und strömt über einen umlaufenden Spalt 34 in den Arbeitsspalt s ein. Unter Zuführung von Strom wird dabei an der anodisch ge schalteten Zylinderlauffläche 10 ein gezielter Materialabtrag be wirkt. Die Elektrode 30 wird translatorisch im Zylinderblock 12 verfahren.

Nach dem elektrochemischen Abtrag durchlaufen die Zylinderblöcke 12 weiterbefördert mittels des Transportbandes 14 eine Waschstation 38, in der die flüssigen Elektrolytrückstände beseitigt werden. Dem nachgeschaltet erfolgt der Transport zur einer Reibplattier-Werkzeugma schine 40, in deren Antriebsspindel 42 ein rotationssymetrisches, walzenförmiges Reibplattierwerkzeug 44 radial starr eingespannt ist.

Die Reibplattier-Werkzeugmaschine 40 weist eine Prozeßsteuerung 46 auf, die über Leitungen 45, 50 mit der Steuerung der Reibplattier- Werkzeugmaschine einerseits und der Steuerung der elektrochemischen Ab tragstation andererseits verbunden ist und die nach Maßgabe vorgege bener Parameter wie Maßhaltigkeit, Oberflächenstruktur ect. gegebenen falls ein mehrmaliges elektrochemisches Abtragen mit anschließendem Reibplattieren steuert.

Über die Antriebsspindel 42 der Werkzeugmaschine 40 wird das Reib plattierwerkzeug 44 rotatorisch und translatorisch angetrieben bzw. bewegt. Ferner ist eine Bahnsteuerung (oval 20) vorgesehen, über die das Reibplattierwerkzeug entlang der Kontur der Zylinderlaufflächen 10 verfahren werden kann. Das Reibplattierwerkzeug (vgl. Fig. 4) ist mit am Außenumfang dicht aneinander angeordneten Reibplattierleis ten 52 aus gesintertem Hartmetall oder Keramik mit auf der Arbeits fläche kreuzförmig scharfkantigen Nuten 54 ausgerüstet, wobei die Länge der Reibplattierleisten ca. 50 bis 60% der Länge der Zylinderlaufbahnen 10 beträgt. Die Reibplattier leisten sind auswechselbar und radial einstellbar am Körper 56 des Reibplattierwerkzeuges 44 befestigt. Der Radius des Reibplattier- Werkzeuges 44 ist geringfügig kleiner als der kleinste Krümmungsra dius an den Zylinderlauflächen 10.

Das Reibplattierwerkzeug 44 wird beim Bearbeiten mit einem definier ten Druck P (Pfeil 58) gegen den momentan zu bearbeitenden Zylinder laufflächenabschnitt angepreßt und dabei unter gleichzeitiger Ausfüh rung einer rotatorischen und translatorischen Bewegung entlang der ovalen Kontur der Zylinder mittels der Bahnsteuerung 20 verfahren.

Claims

1. Verfahren zum Bearbeiten von im Querschnitt ovalen Zylinderlaufbahnen an Werkstücken in Form von Zylinderblöcken von Hubkolbenmaschinen, bei dem die Laufbahn mittels eines bahngesteuerten Werkzeuges oder des bahngesteuerten Werkstückes durch Dreh-, Bohr- oder Fräsbearbeitung vorbearbeitet und anschließend nachbearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Laufbahn nach der Vorbearbeitung bahngesteuert geschliffen,
b) anschließend elektrochemisch bearbeitet und
c) schließlich mechanisch reibplattiert wird, wobei das Reibplattieren mittels eines radial starr aufgespannten Werkzeuges ebenfalls bahngesteuert ausgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer ersten Werkzeugmaschine (16) mit Bahnsteuerung zur Dreh-, Bohr- oder Fräßbearbeitung der Laufbahnen (10), einer weiteren nachgeschalteten Werkzeugmaschine (22) mit Bahnsteuerung zum Schleifen der Laufbahnen, einer Abtragstation (28) zum elektrochemischen Bearbeiten der Laufbahnen, ggf. unter Zwischenschaltung einer Waschstation (38) einer weiteren Werkzeugmaschine (40) mit Bahnsteuerung zum Reibplattieren der Laufbahnen und mit einem Transportband (14) zum taktgesteuerten Transportieren der Zylinderblöcke (12) zu den genannten Maschinen.