EP1321229A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bohrung und Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP1321229A1
EP1321229A1 EP01130399A EP01130399A EP1321229A1 EP 1321229 A1 EP1321229 A1 EP 1321229A1 EP 01130399 A EP01130399 A EP 01130399A EP 01130399 A EP01130399 A EP 01130399A EP 1321229 A1 EP1321229 A1 EP 1321229A1
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honing
bore
shape
deformation
determined
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Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/08—Honing tools
    • B24B33/088—Honing tools for holes having a shape other than cylindrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/02—Honing machines or devices; Accessories therefor designed for working internal surfaces of revolution, e.g. of cylindrical or conical shapes

Definitions

  • the invention relates to a method in the preamble of Claim 1 specified genus and a honing machine for Execution of the procedure.
  • JP 11267960 which Hole when processing with original expansion screws and To tighten original torques as in the operating state.
  • these processes involve a great deal of effort in the production of the bore through the required devices. This processing involves high costs. Because of the relatively long heating-up time to temperatures of approx. 80 ° C to 140 ° C, the required safety devices, the seal wear and the required temperature control this procedure only for the one-off production of high quality Motors used. The actual state of deformation in the Operation is also only by the devices mentioned insufficiently simulated.
  • the invention has for its object a method of Generic type to create that the manufacture of Bores with a deformed in the operating state ideal shape with little effort. Furthermore the object of the invention is to provide a honing machine To carry out the procedure.
  • This task is accomplished by a process with the characteristics of Claim 1 and by a honing machine with the features of Claim 13 is released.
  • the method provides for the deformation for a specific bore to determine in the operating state and from the deformation the initial form, i.e. the shape to be made, the shape prior to installation. Determining the Deformation and the initial shape must depend on the bore geometry and Operating state only be carried out once. In particular for the production of series components the effort versus tensing and heating everyone Drilling considerably during processing. Because the state of deformation are not present on the processing machine itself must, this can be determined much more precisely, so that the manufacture of bores that are actually in working condition have a given geometry is made possible.
  • the target shape i.e. the shape under operating conditions
  • cylindrical is another embodiment variant
  • the Initial shape is cylindrical.
  • Target form is provided that the initial form is theoretical is determined.
  • the deformation is expediently determined experimentally. In particular is the deformation by static pressing and Measurement of the geometry achieved. To be special However, obtaining accurate deformation data can be advantageous be that the deformation by dynamic measurement in Operation is determined. The deformation can also be theoretical can be determined, in particular by computer simulation.
  • the initial form by time and locally varied processing parameters is produced.
  • the starting form can be followed by a process defined cutting edge, grinding, spark erosion or honing produce.
  • the machining process is special a honing process, the tool being a honing tool that is arranged on a spindle and the at least one Honstein includes, which with a delivery pressure on the wall of the Hole is pressed. It is intended that the delivery pressure at least one honing stone during the processing time is varied.
  • the delivery pressure is particularly dependent the rotational position of the spindle varies. This can different bore radii in the circumferential direction of the bore be achieved.
  • the delivery pressure in Dependence of the stroke position of the spindle varies, which means seen differently in the axial direction of the bore Borehole radii result.
  • a honing machine for performing the method includes a up to four honing stones, the delivery pressure for each honing stone can be controlled separately.
  • the separate control of the delivery pressure allows different bore radii for each honing stone over small areas of the bore circumference.
  • the Length of the honing stones in the direction of the bore is particular less than or equal to the length of individual bore sections approximately the same geometry. Due to the short length of the Honing stones can be different in the axial direction of the bore Realize inner bore diameter.
  • the first in FIGS. 1 and 2 shown initial shape 2 of the hole 1 determined.
  • the Initial shape 2 is the shape of hole 1 before installation.
  • the Initial shape 2 is largely in an upper area 5 cylindrical and elliptical in a lower region 7.
  • the Representation of the deviation of the elliptical from the cylindrical 1 and 2 are not to scale, but shown greatly enlarged. In fact it is Deviation in the range of approx. 8 to 60 ⁇ m.
  • the middle one Area 6 represents a transition area from the cylindrical Cross-sectional shape 8 to the elliptical cross-sectional shape 9.
  • the cylindrical cross-sectional shape 8 is shown in FIG. 3 and the elliptical cross-sectional shape 9 in FIG. 4.
  • the deformation of the Target shape 3 determined in the operating state.
  • the deformation can be determined experimentally by static bracing.
  • a bore in particular the cylinder bore of an engine block, in target shape 3, in particular in cylindrical Shape.
  • the hole is expediently through Honing edited.
  • the hole is then exposed to the loads that occur in the operating state. This can be done, for example the cylinder bore through the cylinder head be braced, using the expansion screws used for fixation with the torques intended for operation tightened using the original seals. ever depending on the operating condition and required accuracy additionally or alternatively, the component at operating temperature be heated and / or pressurized with pressures prevailing in the operating state.
  • the Shape deviations thus created are determined by form tester measurements determined.
  • the deformation can also be caused by dynamic measurement the change in shape in the operating state can be determined.
  • the dynamic measurement is particularly important for cylinder bores made during the firing.
  • the deformation can also theoretically, especially by computer simulation be determined.
  • the computer simulation is simulated the deformation during fired operation with everyone measurable influencing factors. The method is useful with which the deformation is determined, depending on the required Accuracy and the necessary for the determination Effort selected.
  • the Initial form 2 determined theoretically.
  • the original form 2 is then by means of a machining process, in particular by means of a honing process.
  • the honing machine for Machining the hole involves one to four honing stones.
  • the Delivery pressure with which each honing stone is attached to the wall of the Hole 1 is pressed is separate for each honing stone controllable.
  • the honing tool performs an oscillating movement in the direction of the axis 4 of the bore 1 and a rotary movement around axis 4 off.
  • To edit the upper area 5 of the Hole 1 will be all honing stones with the same feed pressure pressed against the wall of hole 1.
  • the delivery print is not varied over the processing time.
  • FIG. 5 Contour represent the initial shape and stand out the load-bearing bore shape that in FIGS. 1 and 2 have shown contour, which then represents the target shape.

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Abstract

Bohrungen, insbesondere Zylinderbohrungen einer Hubkolbenmaschine, sind im Betriebszustand verformt. Ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung (1), die in unbelastetem Zustand eine Ausgangsform (2) aufweist und im Betriebszustand eine von der Ausgangsform (2) abweichende Sollform (3), umfaßt die Ermittlung der Verformung einer Bohrung (1) mit Sollform (3) im Betriebszustand. Mittels der Sollform (3) und der ermittelten Verformung wird die Ausgangsform (2) ermittelt und die Bohrung (1) wird durch ein Bearbeitungsverfahren in die Ausgangsform (2) gebracht. Die nach dem Verfahren hergestellte Ausgangsform (2) nimmt im Betriebszustand die gewünschte Sollform (3) an. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und eine Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
Insbesondere bei Zylinderbohrungen von Hubkolbenmaschinen wie Verbrennungsmotoren oder Kompressoren wird versucht, durch ein gleichmäßiges und geringes Spiel zwischen Kolben und Zylinder gute tribologische Bedingungen zu erhalten. Da sich die Zylinderbohrung aufgrund der Belastungen wie Spannungen und Temperatur im Betriebszustand verformt, weicht die Form einer in unbelastetem Zustand zylindrischen Bohrung im Betrieb von der zylindrischen Form ab.
Um im Betriebszustand eine zylindrische Bohrung zu erhalten, wird in der Druckschrift JP 11267960 vorgeschlagen, die Bohrung bei der Bearbeitung mit Originaldehnschrauben und Originaldrehmomenten wie im Betriebszustand zu verspannen. Um zusätzlich die Verformung durch Temperatureinwirkung zu simulieren, ist bekannt, das Werkstück mittels heißem Honöl aufzuheizen. Diese Verfahren verursachen jedoch einen großen Aufwand bei der Herstellung der Bohrung durch die benötigten Vorrichtungen. Diese Bearbeitung verursacht hohe Kosten. Wegen der verhältnismäßig langen Aufheizzeit auf Temperaturen von ca. 80°C bis 140°C, den benötigten Sicherheitseinrichtungen, dem Dichtungsverschleiß und der benötigten Temperierung wird dieses Verfahren nur für die Einzelfertigung von hochwertigen Motoren eingesetzt. Der tatsächliche Verformungszustand im Betrieb wird außerdem durch die genannten Vorrichtungen nur unzureichend simuliert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das die Herstellung von Bohrungen mit einer im Betriebszustand unter Verformung idealen Form mit geringem Aufwand ermöglicht. Des weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Honmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Das Verfahren sieht vor, für eine bestimmte Bohrung die Verformung im Betriebszustand zu ermitteln und aus der Verformung die Ausgangsform, d.h. die herzustellende Form, die der Form vor dem Einbau entspricht, zu ermitteln. Die Ermittlung der Verformung und der Ausgangsform muß je Bohrungsgeometrie und Betriebszustand lediglich einmal durchgeführt werden. Insbesondere für die Herstellung von Serienbauteilen sinkt dadurch der Aufwand gegenüber dem Verspannen und Erhitzen jeder Bohrung bei der Bearbeitung erheblich. Da der Verformungszustand nicht an der Bearbeitungsmaschine selbst vorliegen muß, kann dieser wesentlich genauer ermittelt werden, so daß die Fertigung von Bohrungen, die im Betriebszustand tatsächlich eine vorgegebene Geometrie haben, ermöglicht ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sollform, d.h. die Form unter Betriebsbedingungen, zylindrisch ist. Eine andere Ausgestaltungsvariante sieht vor, daß die Ausgangsform zylindrisch ist. Insbesondere bei zylindrischer Sollform ist vorgesehen, daß die Ausgangsform theoretisch ermittelt wird.
Zweckmäßig wird die Verformung experimentell ermittelt. Insbesondere wird die Verformung durch statisches Verpressen und Vermessen der erzielten Geometrie ermittelt. Um besonders genaue Verformungsdaten zu erhalten, kann es jedoch vorteilhaft sein, daß die Verformung durch dynamisches Vermessen im Betrieb ermittelt wird. Die Verformung kann auch theoretisch ermittelt werden, insbesondere durch Rechnersimulation.
Es ist vorgesehen, daß die Ausgangsform durch zeitlich und örtlich variierte Bearbeitungsparameter hergestellt wird. Grundsätzlich läßt sich die Ausgangsform durch Verfahren mit definierter Schneide, Schleifen, Funkenerosion oder Honen herstellen. Das Bearbeitungsverfahren ist jedoch insbesondere ein Honverfahren, wobei das Werkzeug ein Honwerkzeug ist, das an einer Spindel angeordnet ist und das mindestens einen Honstein umfaßt, der mit einem Zustelldruck an die Wandung der Bohrung gedrückt wird. Es ist vorgesehen, daß der Zustelldruck mindestens eines Honsteins während der Bearbeitungszeit variiert wird. Der Zustelldruck wird insbesondere in Abhängigkeit der Drehposition der Spindel variiert. Hierdurch können in Umfangsrichtung der Bohrung unterschiedliche Bohrungsinnenradien erzielt werden. Zweckmäßig wird der Zustelldruck in Abhängigkeit der Hubposition der Spindel variiert, wodurch sich in Achsrichtung der Bohrung gesehen unterschiedliche Bohrungsinnenradien ergeben.
Eine Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens umfaßt ein bis vier Honsteine, wobei der Zustelldruck für jeden Honstein separat steuerbar ist. Die separate Steuerung des Zustelldrucks für jeden Honstein ermöglicht unterschiedliche Bohrungsinnenradien über kleine Bereiche des Bohrungsumfangs. Die Länge der Honsteine in Richtung der Bohrung ist insbesondere kleiner oder gleich der Länge einzelner Bohrungsabschnitte mit annähernd gleicher Geometrie. Durch die geringe Länge der Honsteine lassen sich in Achsrichtung der Bohrung unterschiedliche Bohrungsinnendurchmesser realisieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch eine Bohrung mit Ausgangsform,
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3
eine schematische Darstellung eines Schnitts entlang der Linie III-III oder III'-III' in Fig. 1,
Fig. 4
eine schematische Darstellung eines Schnitts entlang der Linie IV-IV oder IV'-IV' in Fig. 1,
Fig. 5
einen Schnitt durch eine Bohrung in Sollform (Betriebsform).
Zur Herstellung einer Bohrung 1 mit der in Fig. 5 dargestellten zylindrischen Sollform 3, die sich durch Verformungen im Betriebszustand ergibt, wird zunächst die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausgangsform 2 der Bohrung 1 ermittelt. Die Ausgangsform 2 ist die Form der Bohrung 1 vor dem Einbau. Die Ausgangsform 2 ist in einem oberen Bereich 5 weitgehend zylindrisch und in einem unteren Bereich 7 elliptisch. Die Darstellung der Abweichung der elliptischen von der zylindrischen Form ist in den Fig. 1 und 2 nicht maßstabsgetreu, sondern stark vergrößert dargestellt. Tatsächlich liegt die Abweichung im Bereich von ca. 8 bis 60 µm. Der mittlere Bereich 6 stellt einen Übergangsbereich von der zylindrischen Querschnittsform 8 auf die elliptische Querschnittsform 9 dar. Die zylindrische Querschnittsform 8 ist in Fig. 3 dargestellt und die elliptische Querschnittsform 9 in Fig. 4.
Zur Ermittlung der Ausgangsform 2 wird die Verformung der Sollform 3 im Betriebszustand ermittelt. Die Verformung kann experimentell durch statisches Verspannen ermittelt werden. Hierzu wird eine Bohrung, insbesondere die Zylinderbohrung eines Motorblocks, in Sollform 3, insbesondere in zylindrischer Form, hergestellt. Zweckmäßig wird die Bohrung durch Honen bearbeitet. Die Bohrung wird dann den Belastungen ausgesetzt, die im Betriebszustand auftreten. Hierzu kann beispielsweise die Zylinderbohrung durch den Zylinderkopf verspannt werden, wobei die zur Fixierung verwendeten Dehnschrauben mit den für den Betrieb vorgesehenen Drehmomenten unter Verwendung der Originaldichtungen angezogen werden. Je nach Betriebszustand und erforderlicher Genauigkeit kann zusätzlich oder alternativ dazu das Bauteil auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden und/oder eine Druckbeaufschlagung mit im Betriebszustand vorherrschenden Drücken erfolgen. Die so entstandenen Formerweichungen werden durch Formtestermessungen ermittelt.
Die Verformung kann jedoch auch durch die dynamische Vermessung der Formänderung im Betriebszustand ermittelt werden. Die dynamische Vermessung wird bei Zylinderbohrungen insbesondere während der Befeuerung vorgenommen. Die Verformung kann auch theoretisch, insbesondere durch eine Rechnersimulation ermittelt werden. Die Rechnersimulation simuliert die Verformung während des befeuerten Betriebs mit allen erfassbaren Einflussgrößen. Zweckmäßig wird das Verfahren, mit dem die Verformung ermittelt wird, in Abhängigkeit der benötigten Genauigkeit und des für die Ermittlung notwendigen Aufwands ausgewählt.
Aus der ermittelten Verformung und der Sollform 3 wird die Ausgangsform 2 theoretisch ermittelt. Die Ausgangsform 2 wird dann mittels eines Bearbeitungsverfahrens, insbesondere mittels eines Honverfahrens, hergestellt. Die Honmaschine zur Bearbeitung der Bohrung umfaßt ein bis vier Honsteine. Der Zustelldruck, mit dem jeder Honstein an die Wandung der Bohrung 1 gedrückt wird, ist für jeden Honstein separat steuerbar. Das Honwerkzeug führt eine oszillierende Bewegung in Richtung der Achse 4 der Bohrung 1 und eine Drehbewegung um die Achse 4 aus. Zur Bearbeitung des oberen Bereichs 5 der Bohrung 1 werden alle Honsteine mit dem gleichen Zustelldruck gegen die Wandung der Bohrung 1 gedrückt. Der Zustelldruck wird über die Bearbeitungsdauer nicht variiert. Dadurch entsteht die in Fig. 3 dargestellte zylindrische Querschnittsform 8. Zur Herstellung der elliptischen Querschnittsform 9, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Zustelldruck auf die Honsteine in Richtung der X-Achse vergrößert und in Richtung der Y-Achse vermindert. Im mittleren Bereich 6 wird der Zustelldruck zusätzlich in Abhängigkeit der Hubposition der Spindel, an der das Honwerkzeug fixiert ist, gesteuert. Da sich die Bohrungsgeometrie im mittleren Bereich 6 kontinuierlich ändert, kommen Honsteine mit sehr geringer axialer Streckung zum Einsatz. Zur Erzielung einer größeren Genauigkeit weist das Werkzeug eine untere und/oder eine obere Führung auf.
Werden Bohrungen benötigt, die eine von der zylindrischen Form abweichende Innenkontur aufweisen, kann die in Fig. 5 dargestellte Kontur die Ausgangsform darstellen und die sich durch die Belastung ergebende Bohrungsform die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kontur haben, die dann die Sollform darstellt.
Grundsätzlich können auch andere Fertigungsverfahren, die die Herstellung einer von der Zylinderform abweichenden Innenkontur erlauben, bei der Herstellung einer Bohrung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommen.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Bohrung, insbesondere der Zylinderbohrung einer Hubkolbenmaschine, wobei die Bohrung (1) in unbelastetem Zustand eine Ausgangsform (2) aufweist und im Betriebszustand eine von der Ausgangsform (2) abweichende Sollform (3),
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung einer Bohrung (1) zur Sollform (3) im Betriebszustand ermittelt wird, mittels der Sollform (3) und der Verformung die Ausgangsform (2) ermittelt wird und die Bohrung (1) mit einem Bearbeitungsverfahren in die Ausgangsform (2) gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Sollform (3) oder die Ausgangsform (2) zylindrisch ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsform (2) theoretisch ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung experimentell ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung durch statisches Verpressen und Vermessen der erzielten Geometrie ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung durch dynamisches Vermessen im Betrieb ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung theoretisch ermittelt wird, insbesondere durch Rechnersimulation.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsform (2) durch zeitlich und örtlich variierte Bearbeitungsparameter hergestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsverfahren ein Honverfahren ist, wobei das Werkzeug ein Honwerkzeug ist, das an einer Spindel angeordnet ist und das mindestens einen Honstein umfaßt, der mit einem Zustelldruck an die Wandung der Bohrung (1) gedrückt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zustelldruck mindestens eines Honsteins während der Bearbeitungszeit variiert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zustelldruck in Abhängigkeit der Drehposition der Spindel variiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zustelldruck in Abhängigkeit der Hubposition der Spindel variiert wird.
  13. Honmaschine zur Durchführung des Verfahrens zur Bearbeitung einer Bohrung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Honmaschine ein bis vier Honsteine umfaßt, wobei der Zustelldruck für jeden Honstein separat steuerbar ist.
  14. Honmaschine nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Honsteine in Richtung der Achse (4) der Bohrung (1) kleiner oder gleich der Länge einzelner Bohrungsabschnitte mit annähernd gleicher Geometrie ist.
  15. Honmaschine nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Honwerkzeug eine untere und/oder obere Führung aufweist.
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