DE60312790T2

DE60312790T2 - Vorrichtung zum Prägen von Einformungen auf der Oberfläche eines Teiles

Info

Publication number: DE60312790T2
Application number: DE60312790T
Authority: DE
Inventors: Christophe Heslon; Emmanuel Bourreau
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: FR2845301A1; DE60312790D1; FR2845301B1; EP1405689B1; EP1405689A1; ES2283730T3; ATE357991T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen von Vertiefungen mit geringer Tiefe auf einer Fläche eines Bauteils (siehe zum Beispiel EP 0415215 ), wie beispielsweise eine Bohrung einer Zylinderbüchse eines Verbrennungsmotors.
Autokonstrukteure versuchen immer mehr, die Schadstoffemissionen der Kraftfahrzeuge zu reduzieren und die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Ein Forschungsbereich auf diesem Gebiet besteht darin, einerseits den Verbrauch im Stadtverkehr und andererseits die mechanischen Verluste zu reduzieren, die auf die Reibung der Kolben an der Wand der Zylinderbohrungen zurückzuführen sind.
Studien haben gezeigt, dass es neben dem klassischen Einfahren durch die Ausführung von Vertiefungen auf diesen Wänden ermöglicht wird, diese Aufgaben zu erfüllen. Die so ausgebildeten Vertiefungen weisen Abmessungen mit präzisen und auf der Fläche verteilten Formen in festgelegter Weise auf.
Diese Techniken weisen jedoch Nachteile auf, denn für sie ist eine beträchtliche Infrastruktur erforderlich, und aus diesem Grund sind sie komplex umzusetzen, was eine beträchtliche Kostenerhöhung für eine derartige maschinelle Fertigung nach sich zieht.
Ziel dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, indem eine Vorrichtung zum Formen von Vertiefungen mit geringer Tiefe vorgeschlagen wird, die sich einfach, mit geringeren Kosten und in leistungsstarken und mit der Serienherstellung von Motoren kompatiblen Taktzeiten umsetzen lässt.
Gegenstand der Erfindung ist deshalb eine Vorrichtung zum Formen von Vertiefungen mit geringer Tiefe auf einer Fläche eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein von einem Körper gebildetes zylindrisches Werkzeug umfasst, das aufweist:

– einen Bezugszylinder, der dazu bestimmt ist, auf die Fläche aufgebracht zu werden,
– einen zum Zylinder koaxialen Kranz, der auf seiner Außenseite mit einer Reihe von vorstehenden Elementen versehen ist, die jeweils einen aktiven Teil mit einer zu den Vertiefungen komplementären Form aufweisen, und
– ein Verbindungsorgan mit Mitteln zur Verschiebung des Werkzeugs entlang der Fläche, mit Mitteln für den Drehantrieb dieses Werkzeugs und mit Mitteln zur senkrechten Verschiebung des Werkzeugs.

Die Erfindung weist die folgenden weiteren Merkmale auf:

– der Kranz ist fest mit dem Körper des Werkzeugs verbunden,
– der Kranz ist vom Körper unabhängig und ist frei drehbar an dem Körper angebracht,
– die vorstehenden Elemente bilden mit dem Kranz ein einstückiges Bauteil,
– die vorstehenden Elemente werden von Plättchen gebildet, die vom Kranz lösbar und unabhängig und jeweils in einem in dem Kranz ausgebildeten Sitz angeordnet sind,
– jedes Plättchen ist mittels eines Regelsystems in dem entsprechenden Sitz radial verschiebbar,
– die vorstehenden Elemente sind an der Außenseite des Kranzes zum Beispiel durch Schweißen oder Löten befestigt,
– der Kranz ist mit Hilfe eines Mechanismus radial dehnbar, der einen zum Kranz konzentrischen und vertikal über ein Schraube/Mutter-System verschiebbaren Konus aufweist,
– die vorstehenden Elemente sind über den Umfang des Kranzes gleichmäßig verteilt,
– der Kranz und/oder die vorstehenden Elemente sind aus Schnellstahl oder aus Wolframkarbid oder aus Keramikmaterial oder aus Bornitrid oder aus Diamant hergestellt,
– die Verschiebungs- und Drehantriebsmittel des Werkzeugs weisen eine Spindel einer Werkzeugmaschine auf, die mit dem Verbindungsorgan des Körpers dieses Werkzeugs verbunden ist,
– die Fläche des Bauteils wird von einer Bohrung einer Zylinderbüchse eines Verbrennungsmotors gebildet,
– die von dem aktiven Teil der vorstehenden Elemente geformten Vertiefungen weisen eine Tiefe auf, die zwischen 10 und 15 Mikron ± 10% liegt.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Lauf der folgenden beispielhaften Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang ersichtlich, in denen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines Werkzeugs einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist,
2 eine schematische und vergrößerte Perspektivansicht von mehreren vorstehenden Elementen des Werkzeugs von 1 ist,
3 eine schematische Perspektivansicht einer ersten Variante des Werkzeugs der Vorrichtung ist,
4 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Variante des Werkzeugs der Vorrichtung ist,
5 eine schematische Darstellung, welche die Verschiebungen des Werkzeugs der Vorrichtung zeigt ist,
6A und 6B schematische Darstellungen von zwei Verteilungsbeispielen für die Vertiefungen auf einer Fläche sind, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Formen ausgeführt worden sind.
In 1 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und dazu bestimmt ist, Vertiefungen 2 mit geringer Tiefe auf einer Fläche 3 eines Bauteils 1 auszubilden.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Fläche 3 von einer Innenfläche eines Zylinders gebildet, wie beispielsweise einer Bohrung einer Zylinderbüchse eines Verbrennungsmotors.
Allgemein ist die Vorrichtung zum Formen 10 dazu bestimmt, die Vertiefungen mit geringer Tiefe auf jedem Typ von Bauteil mit beliebiger Form auszubilden, wie zum Beispiel zylindrisch oder eben oder in verschiedenen Materialien ausgeführt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Vorrichtung 10 ein Werkzeug 11, das durch einen Körper 12 gebildet wird, der einerseits einen Bezugszylinder 13 und andererseits einen Kranz 14 trägt, der zum Zylinder koaxial ist.
Der Bezugszylinder 13 ist dazu bestimmt, an die Fläche 3 des Bauteils 1 wie in 1 dargestellt angelegt zu werden, und der Kranz 14 ist an seiner Außenseite mit einer Reihe von vorstehenden Elementen 15 versehen, die jeweils eine aktive Fläche 15a haben, welche eine komplementäre Form zu den Vertiefungen 2 aufweist, die auf der Fläche 3 ausgeführt werden sollen.
Der Körper 12 umfasst des Weiteren ein Verbindungsorgan 16 mit Mitteln zum Verschieben des Werkzeugs 11 entlang der Fläche 3, Mitteln für den Drehantrieb dieses Werkzeugs und Mitteln zum vertikalen Verschieben dieses Werkzeugs.
Vorzugsweise werden die Mittel zum Verschieben des Werkzeugs 11 und für den Drehantrieb dieses Werkzeugs 11 von einer Spindel 30 einer Werkzeugmaschine gebildet, die mit dem Verbindungsorgan 16 in Eingriff kommt.
Der Kranz 14 ist mit dem Körper 12 des Werkzeugs 11 fest verbunden, und in diesem Fall wird dieser Kranz 14 bei der Drehung über die Spindel 30 mit dem Körper 12 mitgenommen, oder er ist unabhängig von diesem Körper 12 und frei drehbar auf diesem angebracht. In diesem Fall ist ein nicht dargestelltes Lager zwischen dem Körper 12 und dem Kranz 14 so gut befestigt, dass dieser durch die Reibung zwischen den vorstehenden Elementen 15 und der Fläche 3 in Drehung mitgenommen wird.
Gemäß einer ersten in 2 dargestellten Ausführungsweise sind die vorstehenden Elemente 15 mit dem Kranz 14 einstückig gebildet. Dazu wird die Außenseite des Kranzes 14 maschinell so bearbeitet, dass die aktiven Teile 15a der vorstehenden Elemente 15 ein Relief bilden, das zu den Vertiefungen 2, die auf der Fläche 3 des Bauteils 1 erhalten werden sollen, umgekehrt ist.
Die Härte des Materials des Kranzes 14 ist ausreichend, um die Vertiefungen 2 in die Fläche 3 ohne Beschädigung einzudrücken.
Gemäß einer zweiten in 3 dargestellten Ausführungsweise werden die vorstehenden Elemente 15 durch Plättchen 17 ausgebildet, die lösbar und von dem Kranz 14 unabhängig sind und die jeweils einen aktiven Teil 15a mit einem zu den Vertiefungen 2, die auf der Fläche 3 erhalten werden sollen, umgekehrtem Relief umfassen.
Jedes Plättchen 17 ist in einem Sitz 18 angeordnet, der in dem Kranz 14 ausgespart ist, und jeder Sitz 18 ist mit einem (nicht dargestellten) Reguliersystem versehen, welches gestattet, das entsprechende Plättchen 17 radial so zu verschieben, dass die Abnutzung des aktiven Teils 15a ausgeglichen wird.
Das Reguliersystem wird zum Beispiel von einem Schraubsystem des klassischen Typs gebildet.
Gemäß einer dritten in 4 dargestellten Ausführungsweise sind die vorstehenden Elemente 15 an dem Kranz 14 beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten befestigt, und dieser Kranz ist mit Hilfe eines zweckdienlichen Mechanismus radial dehnbar.
Dazu ist der Kranz 14 aus einem Material gebildet, das seine radiale Ausdehnung erlaubt, und er enthält Aussparungen 14a.
Der Mechanismus zur radialen Ausdehnung des Kranzes 14 enthält einen Konus 19, der konzentrisch zum Kranz 14 und der vertikal über ein Schraube/Mutter-System, mit dem allgemeinen Bezugszeichen 20 bezeichnet, verschiebbar ist.
Die Drehung des Schraube/Mutter-Mechanismus 20 gestattet es, den Konus 19 vertikal zu verschieben und dadurch eine Ausdehnung des Kranzes 14 zu erhalten, die für die radiale Regulierung der vorstehenden Elemente 15 erforderlich ist, um die Tiefe der auf der Fläche 3 ausgeführten Vertiefungen 2 zu beherrschen. Tatsächlich erfordert eine Abnutzung des aktiven Teils 15a der vorstehenden Elemente einen Schleifvorgang. Daraus ergibt sich eine Wegnahme von Material, die durch eine Vergrößerung des ursprünglichen Durchmessers des Kranzes 14 ausgeglichen werden muss.
In dem Fall, in dem der Kranz 14 und die vorstehenden Elemente 15 ein einzelnes einstückiges Bauteil bilden, wird diese Einheit zum Beispiel aus Schnellstahl oder aus Wolframkarbid oder aus Keramikmaterial oder aus Bornitrid oder aus Diamant ausgeführt. In dem Fall, in dem die vorstehenden Elemente 15 von dem Kranz 14 unabhängig sind, werden sie aus einem dieser Materialien ausgeführt. Diese Materialien können auch in einem Vakuum-Beschichtungsverfahren zum Beispiel mit einem härteren Material und/oder einem Material beschichtet werden, das einen anderen Reibungskoeffizienten besitzt.
Der Bezugszylinder 13 wird maschinell präzisionsgefertigt und hat zwei Funktionen. Die erste Funktion ergibt sich aus der Tatsache, dass er als Bezug für die Durchmesserregelung des Kranzes 14 dient. Tatsächlich wird das Außenrelief des Kranzes 14 in dem Fall eines einstückigen Bauteils maschinell bearbeitet bzw. im Fall der vom Kranz 14 unabhängigen vorstehenden Elemente 15 in Bezug auf diesen Zylinder 13 radial reguliert.
Die zweite Funktion ergibt sich aus der Tatsache, dass dieser Zylinder 13 als Bezug für den Durchlauf des Werkzeugs 11 auf der Fläche des Bauteils 1 dient. Obwohl diese Fläche 3 geometrisch nicht vollkommen ist und auch die Verschiebung der Spindel der Werkzeugmaschine dies nicht ist, muss die Tiefe der auszuführenden Vertiefungen in der Größenordnung von einigen Mikrometern tatsächlich präzise sein. Somit befindet sich der Zylinder 13 während der verschiedenen kombinierten Bewegungen des Werkzeugs 11 immer in Anlage auf der Fläche 3. Die geometrischen Fehlstellen dieser Fläche 3 und/oder die Regulierungsfehler der Werkzeugmaschine, welche die Spindel 30 trägt, werden durch die Durchfederung der Einheit, die von dem Werkzeug 11 und der Werkzeugmaschine ausgebildet wird, absorbiert.
Da die vorstehenden Elemente 15 des Kranzes 14 in Bezug auf den Bezugszylinder 13 geregelt werden, der immer auf der Fläche 3 anliegt, wird die Präzision der Vertiefungen 2 damit sichergestellt.
Wie in der schematischen Darstellung von 5 gezeigt, dreht sich das Werkzeug 11 um sich selbst gemäß dem Pfeil "a" und seine Achse, die parallel zur Fläche 3 verläuft, beschreibt ebenfalls einen Kreis gemäß Pfeil "b". Die Kombination dieser zwei Verschiebungen "a" und "b", die sich aus der Kombination von zwei Bewegungen der Spindel 30 der Werkzeugmaschine ergibt, gestattet es, die Vertiefungen 2 unter Druck der aktiven Teile 15a der vorstehenden Elemente 15 des Kranzes 14 auszuführen. Die Verbindung der Bewegungen "a" und "b" stellt eine lineare Geschwindigkeit Null am Kontaktpunkt zwischen dem Werkzeug 11 und der Fläche 3 des Bauteils 1 sicher.
Das Werkzeug 11 ist ferner einer dritten Bewegung entsprechend verschiebbar, die durch den Pfeil "c" in 1 angegeben ist und die im Fall einer ebenen Fläche parallel zur Ebene der Fläche 3 verläuft oder die im Fall einer zylindrischen Fläche 3 parallel zur Achse des Zylinders verläuft.
Die Kombination der Bewegungen "a" und "b" gestattet es, wie in 6A dargestellt, eine Abfolge von Vertiefungsebenen 2 mit einer vertikalen Verschiebung des Werkzeugs 11 zwischen jeder Ebene auszuführen, um parallele Riefen zu erhalten.
Die Kombination der Bewegungen "a", "b" und "c" gestattet es, wie in 6B dargestellt, Vertiefungen 2 auszuführen, die den parallelen und spiralförmigen Riefen entsprechend verteilt sind.
Vorzugsweise sind die vorstehenden Elemente 15 gleichmäßig auf der Außenfläche des Kranzes 14 verteilt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie leicht umgesetzt werden kann und damit die Kosten reduziert werden, wobei leistungsstarke Taktzeiten erhalten werden, die mit einer Serienfertigung von Bauteilen kompatibel sind.

Claims

Vorrichtung zum Formen von Vertiefungen (2) geringer Tiefe auf einer Fläche (3) eines Bauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein von einem Körper (12) gebildetes zylindrisches Werkzeug (11) aufweist, das enthält: – einen Bezugszylinder (13), der dazu bestimmt ist, auf die Fläche (3) aufgebracht zu werden, – einen zum Zylinder (13) koaxialen Kranz (14), der auf seiner Außenseite mit einer Reihe von vorstehenden Elementen (15) versehen ist, die jeweils einen aktiven Teil (15a) mit einer zu den Vertiefungen (2) komplementären Form aufweisen, und – ein Verbindungsorgan (16) mit Mitteln zur Verschiebung des Werkzeugs (11) entlang der Fläche (3), mit Mitteln für den Drehantrieb dieses Werkzeugs (11) und mit Mitteln zur senkrechten Verschiebung des Werkzeugs (11).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (14) fest mit dem Körper (12) des Werkzeugs (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (14) vom Körper (12) des Werkzeugs (11) unabhängig und frei drehend an dem Körper (12) montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Elemente (15) mit dem Kranz (14) ein einstückiges Bauteil bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Elemente (15) von Plättchen (17) gebildet werden, die vom Kranz (14) lösbar und unabhängig und jeweils in einem in dem Kranz (14) ausgebildeten Sitz (18) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Plättchen (17) mittels eines Regelsystems in dem entsprechenden Sitz (18) radial verschiebbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Elemente (15) an der Außenseite des Kranzes (14) zum Beispiel durch Schweißen oder Löten befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (14) mit Hilfe eines Mechanismus radial dehnbar ist, der einen zum Kranz (14) konzentrischen und senkrecht über ein Schraube/Mutter-System verschiebbaren Konus (19) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Elemente (15) am Umfang des Kranzes (14) gleichmäßig verteilt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (14) und/oder die vorstehenden Elemente (15) aus Schnellstahl oder aus Wolframkarbid oder aus Keramikmaterial oder aus Bornitrid oder aus Diamant hergestellt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungs- und Drehantriebsmittel des Werkzeugs (11) eine Spindel (30) einer Werkzeugmaschine aufweisen, die mit dem Verbindungsorgan (16) des Körpers (12) dieses Werkzeugs (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (3) des Bauteils (1) von einer Bohrung einer Zylinderbüchse eines Verbrennungsmotors gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem aktiven Teil (15a) der vorstehenden Elemente (15) geformten Vertiefungen (2) eine Tiefe zwischen 10 und 15 Mikron ± 10% haben.