DE60025371T2

DE60025371T2 - Verfahren zur bearbeitung einer kurbelwelle mit originaler ausgleichregelung und verwendete vorrichtung

Info

Publication number: DE60025371T2
Application number: DE60025371T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Assie
Original assignee: Renault Automation Comau SA
Current assignee: Renault Automation Comau SA
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: EP1144877A1; US6698095B1; JP2003506638A; FR2797314A1; WO2001009528A1; AU7008100A; ES2258016T3; ATE315181T1; EP1144877B1; DE60025371D1; FR2797314B1

Description

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Bearbeitung und insbesondere Anpassungen, die es ermöglichen, die komplette Bearbeitung einer Kurbelwelle unter den bestmöglichen Bedingungen zu gewährleisten. Ein Verfahren zur Bearbeitung einer Kurbelwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist in US 5408745 beschrieben.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Kurbelwellen sind mechanische Teile, die in Form von wellen vorliegen, die für die Umwandlung der abwechselnden geradlinigen Bewegung der Einheit Kolben-Pleuel eines Verbrennungsmotors in eine Drehbewegung sorgen. Diese Teile werden herkömmlicherweise durch Schmieden oder Formen gebildet, bevor sie präzise bearbeitet werden.
In dem Beispiel eines Verbrennungsmotors mit vier Zylindern umfasst die Kurbelwelle fünf Lager, mit denen sie in Schwenkverbindung mit dem Gehäuse ist, vier Zapfen, die parallel zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet sind und dazu dienen, die vier Pleuel und vier Ausgleichsgewichte anzutreiben, die für ein Gleichgewicht der Massen der Kurbelwelle in Bezug auf ihre Drehachse mit den vier Zapfen und acht Armen sorgen, die sie von der Drehachse der Kurbelwelle verschieben.
Herkömmlicherweise umfasst der Beginn der Herstellungskette der Kurbelwelle durch Abheben von Material die folgenden Vorgänge:

– Bestimmung der Anfangspunkte,
– Bearbeitung der Enden,
– Bearbeitung der Lager,
– Bearbeitung der Zapfen und
– Bildung der Ölbohrungen,

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Verbesserungen bei der Bestimmung der Anfangspunkte durch Zentrieren der Kurbelwelle, wie sie im französischen Patent Nr. 2761129 beschrieben sind, veranlassten den Anmelder dazu, eine andere Abfolge der Vorgänge im herkömmlichen Verfahren zur Bearbeitung einer Kurbelwelle zu studieren und anzuwenden.
Da die Bearbeitungsvorgänge teuer sind, ist es wesentlich, ihre Anzahl und ihre Dauer zu senken und dabei gleichzeitig die von den Automobilherstellern definierten geometrischen und dynamischen Vorgaben zu beachten.
Diese Studien führten zur Konzeption eines neuen Bearbeitungsverfahrens, das es ermöglicht, die Herstellung der Kurbelwellen zu optimieren.
Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung ist das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Vorgänge der dynamischen Messung der Massen und des Abhebens von Material zu Auswuchtungszwecken vor den Endbearbeitungsvorgängen durchzuführen.
Dieses Merkmal ist insofern besonders vorteilhaft, als es ermöglicht, die Auswuchtung der Kurbelwelle vor den Vorgängen zu gewährleisten, in denen es keine großen Entwicklungen bezüglich der Unwucht und des Abhebens von Material mehr gibt. Tatsächlich wird bei den sogenannten Endbearbeitungs- und Schwingschleifvorgängen, wie ihr Name sagt, nicht viel Material abgehoben, wodurch sie die Unwucht der Kurbelwelle nicht signifikant beeinflussen. In allen Fällen ist das Abheben von Material bei solchen Vorgängen parametrierbar.
Diese neuartige Anordnung des Auswuchtungsvorgangs im erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung einer Kurbelwelle hat daher mehrere Vorteile. Einerseits ermöglicht sie es, den Auswuchtungsvorgang durch Durchbohren der Kurbelwellen am Ende ihrer Herstellungskette durch Abheben von Material wegzulassen, und andererseits gewährleistet sie eine dynamische Messung der Massen bei einem Vorgang, der sich besonders nahe am Vorgang der Bestimmung der Anfangspunkte befindet, was für eine einfachere und raschere Korrektur sorgt, wenn die Definition der Anfangspunkte Referenzoberflächen definiert hat, die ein zu umfangreiches Abheben von Material bei den nachfolgenden Vorgängen verlangen.
Der Vorgang und die Vorrichtung zur dynamischen Messung der Massen sind nicht neu, doch die Ausführung dieses Vorgangs zu diesem Zeitpunkt der Herstellungskette einer Kurbelwelle durch Abheben von Material ist besonders neu und erfinderisch. Diese Konzeptänderung bei der Herstellung einer Kurbelwelle konnte nur durch die jüngsten Fortschritte bei der guten Bestimmung der Anfangspunkte an den zu bearbeitenden Kurbelwellen erreicht werden.
Tatsächlich bestand das Konzept der Verfahren des Stands der Technik darin, die Messung und Auswuchtung einer Kurbelwelle erst durchzuführen, nachdem die Letztgenannte alle Phasen des Abhebens von Material, sei es nun die Halbfertigung oder Endfertigung, durchlaufen hatte. So war es möglich, dass in der gesamten Bearbeitungskette eine schlechte Bearbeitung einer Kurbelwelle ausgeführt wurde, zum Beispiel auf Grund schlecht definierter Anfangspunkte, ohne dass diese schlechte Kurbelwelle vor dem Ende der Herstellungskette, d.h. dem Vorgang der Endauswuchtung, erkannt werden konnte. Daher beseitigt das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur diesen Nachteil der späten Erkennung einer schlechten Kurbelwelle, sondern ermöglicht es auch, diesen zu korrigieren.
Die grundlegenden Konzepte der Erfindung wurden oben in ihrer elementarsten Form dargelegt, weitere Einzelheiten und Merkmale werden klarer ersichtlich bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, die als nicht erschöpfendes Beispiel eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bearbeitung einer Kurbelwelle mit neuartiger Anordnung des Auswuchtungsvorgangs gemäß der Erfindung präsentiert.
Um die folgende Beschreibung besser zu veranschaulichen, wird unten ein nicht erschöpfendes Beispiel einer Kurbelwellen-Bearbeitungskette beschrieben.

Vorgang 1: Bildung der Anfangspunkte durch geometrisches und/oder dynamisches Zentrieren.
Vorgang 2: Bildung der Enden der Kurbelwelle durch Drehen und/oder Drehen-Schaben.
Vorgang 3: Bildung der Lager durch Drehen, Schaben, Drehen-Schaben und/oder Fräsen-Drehen.
Vorgang 4: Bildung der Zapfen durch Drehen, Schaben, Drehen-Schaben und/oder Fräsen-Drehen.
Vorgang 5: Bildung der Ölbohrungen durch Bohren und/oder Lochen.
Vorgang 6: Spülen.
Vorgang 7: Wärmebehandlung und Anlassen.
Vorgang 8: Glattwalzen.
Vorgang 9: Endbearbeitung der Lager.
Vorgang 10: Endbearbeitung der Zapfen.
Vorgang 11: Endbearbeitung der Befestigungen der Enden durch Bohren, Gewinden, Bohren-Fräsen.
Vorgang 12: Bildung der Lager und des Anschlags durch Drehen.
Vorgang 13: Endbearbeitung des Flansches der Kurbelwelle.
Vorgang 14: Endbearbeitung des Stummels der Kurbelwelle.
Vorgang 15: Durchführung des dynamischen Ausgleichs durch Auswuchten und Bohren.
Vorgang 16: Sogenannte Schwingschleifphase.
Vorgang 17: Montage der Zubehörteile durch Verbinden im warmen Zustand.
Vorgang 18: Spülen.
Vorgang 19: Endkontrolle.

Angesichts einer solchen Aufeinanderfolge von Vorgängen können mehrere Einheiten von Vorgängen definiert werden:

– eine erste Einheit von sogenannten Bearbeitungsvorgängen mit umfassendem Abheben von Material, die durch die Vorgänge 2 bis 5 gebildet wird,
– eine zweite Einheit von sogenannten Endbearbeitungsvorgängen, die durch die Vorgänge 9 bis 14 gebildet wird.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, zwischen die Vorgänge der Bearbeitung der Enden, Lager und Zapfen der Kurbelwelle und jenem der Bildung der Ölbohrungen in der Kurbelwelle einen Vorgang der dynamischen Messung der Massen der bearbeiteten Kurbelwelle einzufügen.
Die Durchführung einer dynamischen Messung in diesem Stadium der Bearbeitungskette der Kurbelwelle ist insofern besonders vorteilhaft, als sie zwischen dem letzten Vorgang mit konsequentem Abheben von Material, d.h. der Bildung der Ölbohrungen, und dem vorletzten Vorgang, d.h. jenem der Bildung der Zapfen, angeordnet ist. Tatsächlich kommen nach dem Vorgang der Bildung der Ölbohrungen die Vorgänge des Spülens, der Wärmebehandlung und des Glattwalzens und sodann die Endbearbeitungsvorgänge, bei denen das Abheben von Material minimal oder zumindest parametrierbar ist.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Merkmal der vom Anmelder entwickelten Erfindung besteht das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren darin, den Vorgang des Abhebens von Material zu Auswuchtungszwecken während des Vorgangs der Bildung der Ölbohrungen an der Kurbelwelle durchzuführen. Auf diese Weise hilft das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur den Mängeln der Verfahren des Stands der Technik ab, sondern es vermeidet auch den Einsatz einer zusätzlichen Werkzeugmaschine zur Durchführung der Auswuchtung. Daher wird keine Maschine, wie sie für den Vorgang 15 vorgesehen ist, zwischen die Vorrichtung zur dynamischen Messung der Massen und der Bildung der Ölbohrungen geschaltet, sondern eine einzige Maschine führt das Abheben von Material zur Bildung der Ölbohrungen und der Bohrungen zum Auswuchten aus.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem der Vorgang des Abhebens von Material zu Auswuchtungszwecken an der Kurbelwelle ausgeführt wurde, die Letztgenannte einem Vorgang der dynamischen Messung der Massen unterzogen wird. Auf diese Weise sieht der Anmelder eine dynamische Messung der Massen nach dem Abheben von Material zu Zwecken der Bearbeitung und des Bohrens der Ölbohrungen vor. Diese Phase ermöglicht es, die Qualität der durchgeführten Auswuchtung zu überprüfen. Angesichts der Nähe eines anderen Vorgangs zur dynamischen Messung der Massen in der Aufeinanderfolge der Vorgänge des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich desjenigen, der nach den Vorgängen zur Bearbeitung der Lager, Zapfen und Enden der Kurbelwelle vorgesehen ist, kann die Vorrichtung, die die Durchführung einer solchen Messung ermöglicht, sowohl vor als auch nach dem Vorgang des Abhebens von Material und des Bohrens der Ölbohrungen zur dynamischen Messung der Massen genutzt werden.
Wenn, wie dies in der Bearbeitungskette der Fall ist, die als nicht erschöpfendes Beispiel vorgeschlagen wurde, das Bearbeitungsverfahren von dem Typ ist, bei dem die Bestimmung der Anfangspunkte durch Bohren der vorbearbeiteten Enden der Kurbelwelle ausgeführt wird und bei dem während dieser Bohrung die Kurbelwelle auf digitalisierten Auflagen in der Höhe ihrer vorbearbeiteten Oberflächen positioniert wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Unwucht der Kurbelwelle nach den Vorgängen der Bearbeitung der Lager, Zapfen und Enden dynamisch zu messen und die Messwerte dieser Unwucht zu übermitteln: einerseits an die Vorrichtung zum Abheben von Material zu Auswuchtungszwecken im Fall, dass die gemessene Kurbelwelle ausgewuchtet werden kann, und andererseits an die Vorrichtung zum Halten der Kurbelwelle beim Bohren der Anfangspunkte, um die Lokalisierung des geometrischen Zentrums zu korrigieren, so dass die Unwucht der folgenden Kurbelwellen am Ende der Bearbeitung ausgeglichen werden kann.
Der Anmelder dachte auch daran, für diesen Vorgang ein Verfahren des Typs anzuwenden, das unter dem Handelsnamen „Digital Way" bekannt ist und das es ermöglicht, den Steuerteil der Werkzeugmaschine über den Moment zu informieren, in dem das Werkzeug das zu bearbeitende Werkstück berührt, was es ermöglicht, einen sehr präzisen Bearbeitungshub zu gewährleisten.
Um das Merkmal des Verfahrens anzuwenden, das darin besteht, einen Vorgang der dynamischen Messung der Massen nach der Ausführung des Vorgangs des Abhebens von Material zum Zweck der Auswuchtung und des Bohrens der Ölbohrungen durchzuführen, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise ein Transfermodul, das für die aufeinanderfolgenden Bewegungen der Kurbelwellen zwischen der Vorrichtung zur dynamischen Messung der Unwucht der Kurbelwelle und der Werkzeugmaschine sorgt. Dieses Transfermodul sorgt folglich für die eventuellen Hin- und Herbewegungen, die für eine gute Auswuchtung der Kurbelwelle vor den Vorgängen notwendig sind, die auf jene des Bohrens der Ölbohrungen folgen. Ein anderer Vorteil dieses Transfermoduls ist es, nicht bis zu einer eventuellen Messung oder Überprüfung der Auswuchtung der Kurbelwelle am Ende der Kette zu warten, um zu erkennen, dass die Kurbelwelle eine zu große Unwucht aufweist.
Darüber hinaus kann dieses Transfermodul von dem Typ, der für das Ergreifen des Werkstücks in der Messvorrichtung und das Ablegen des Letztgenannten in der Bearbeitungsanordnung der Werkzeugmaschine und umgekehrt sorgt, die Funktion haben, die punktuelle Verbindung zwischen einer Kurbelwellenbearbeitungskette und einer Werkzeugmaschine vom oben beschriebenen Typ zu bilden, die in eine andere Herstellungskette integriert werden kann. Diese Verbindungsfunktion zwischen zwei Bearbeitungsketten ist besonders geeignet bei der Herstellung kleiner Serien von Kurbelwellen. Daher haben das Verfahren zur Bearbeitung der Kurbelwelle und die Vorrichtung, die dessen Einsatz ermöglicht, nicht nur den Vorteil, eine einzige Werkzeugmaschine zur Ausführung der Materialabhebevorgänge zu Auswuchtungszwecken und zum Bohren der Ölbohrungen zu nutzen, sondern sie bieten auch die Möglichkeit, eine Werkzeugmaschine zu nutzen, die außerhalb der Kette zur Bearbeitung der Kurbelwelle angeordnet ist oder zumindest nicht ausschließlich für diese Bearbeitungskette bestimmt ist.
Selbstverständlich können verschiedene Anpassungen, Änderungen und Verbesserungen an dem obigen Beispiel vorgenommen werden, ohne deswegen den Rahmen der Erfindung zu verlassen, so wie er durch die Ansprüche definiert ist.
So kann zum Beispiel, um die Qualität der Auswuchtung zu kontrollieren, in gewissen Fällen am Ende der Bearbeitungskette ein Vorgang zur dynamischen Messung der Massen und nicht ein Vorgang der Auswuchtung durch Messung und Abheben von Material wie in den herkömmlichen Kurbelwellenbearbeitungsketten vorgesehen werden.
Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, ist auch vorgesehen, dass die Vorrichtung zur dynamischen Messung der Massen als Bearbeitungsanordnung genutzt werden kann, die an die Werkzeugmaschine angepasst ist, die das Abheben von Material zum Zweck der Auswuchtung und des Bohrens der Ölbohrungen ausführt.

Claims

Verfahren zur Bearbeitung einer Kurbelwelle von dem Typ, das die folgenden Hauptvorgänge umfasst: – Bestimmung der Anfangspunkte, – Bearbeitung der Enden, Lager und Zapfen, – Bildung der Ölbohrungen, – Endbearbeitung der Enden, Lager und Zapfen, – dynamische Messung und eventuelles Abheben von Material zu Auswuchtungszwecken, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Vorgänge der dynamischen Messung der Massen und des Abhebens von Material zu Auswuchtungszwecken vor den Endbearbeitungsvorgängen durchzuführen.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, zwischen die Vorgänge der Bearbeitung der Enden, Lager und Zapfen der Kurbelwelle und jenem der Bildung der Ölbohrungen in der Kurbelwelle einen Vorgang der dynamischen Messung der Massen der bearbeiteten Kurbelwelle einzufügen.
Bearbeitungsverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den Vorgang des Abhebens von Material zu Auswuchtungszwecken während des Vorgang der Bildung der Ölbohrungen an der Kurbelwelle durchzuführen.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 2 von dem Typ, bei dem die Definition der Anfangspunkte durch Bohren der vorbearbeiteten Enden der Kurbelwelle ausgeführt wird und bei dem während dieser Bohrung die Kurbelwelle auf digitalisierten Auflagen in der Höhe ihrer vorbearbeiteten Oberflächen positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Unwucht der Kurbelwelle nach den Vorgängen der Bearbeitung der Lager, Zapfen und Enden dynamisch zu messen und die Messwerte dieser Unwucht zu übermitteln: einerseits an die Vorrichtung zum Abheben von Material zu Auswuchtungszwecken im Fall, dass die gemessene Kurbelwelle ausgewuchtet werden kann, und an die Vorrichtung zum Halten der Kurbelwelle beim Bohren der Anfangspunkte, um die Lokalisierung des geometrischen Zentrums zu korrigieren, so dass die Unwucht der folgenden Kurbelwellen am Ende der Bearbeitung ausgeglichen werden kann.
Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem der Vorgang des Abhebens von Material zu Auswuchtungszwecken an der Kurbelwelle ausgeführt wurde, die Letztgenannte einem Vorgang der dynamischen Messung der Massen unterzogen wird.