EP2750826A1 - Verfahren und einrichtung zum einbringen einer lagerbuchse - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum einbringen einer lagerbuchse

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Publication number
EP2750826A1
EP2750826A1 EP12790815.0A EP12790815A EP2750826A1 EP 2750826 A1 EP2750826 A1 EP 2750826A1 EP 12790815 A EP12790815 A EP 12790815A EP 2750826 A1 EP2750826 A1 EP 2750826A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing bush
bearing
eye
rolling
centering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12790815.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang RÖMPP
Siegfried Gruhler
Joachim Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH filed Critical Mauser Werke Oberndorf Maschinenbau GmbH
Publication of EP2750826A1 publication Critical patent/EP2750826A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • B23P11/005—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by expanding or crimping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
    • B23P9/02—Treating or finishing by applying pressure, e.g. knurling
    • B23P9/025—Treating or finishing by applying pressure, e.g. knurling to inner walls of holes by using axially moving tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C5/00—Crossheads; Constructions of connecting-rod heads or piston-rod connections rigid with crossheads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/04—Connecting rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/14—Stamping, deep-drawing or punching, e.g. die sets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for introducing a bearing bush in a bearing eye according to the preamble of patent claim 1, a device for
  • the invention has the object, a method for introducing a bearing bush in a bearing eye, a device for carrying out the To provide method and a manufactured according to such a method or such a workpiece, which allows easy insertion of a bearing bush in a bearing eye.
  • a bushing is first inserted into a bearing eye, this insertion can be done either with clearance or with a small interference fit, this surface compression is significantly lower than a press fit, which would be required to the bushing in operation against rotation secure in the bearing eye.
  • the "loose" used bearing bush is processed by plastic forming, so that their
  • the interference fit is produced by a forming step, which is carried out after inserting the bearing bush in the bearing eye. This has the
  • the bushing can be prefabricated with much lower dimensional accuracy than in the conventional method, with lower requirements than in the prior art are also made in terms of surface finish and surface coating and on the bearing bush material.
  • the inner circumference is brought to a predetermined level, which still does not have to be the final nominal size of the bearing bush inner diameter.
  • the plastic forming by means of a rotating rolling tool, so that the bearing bush is rolled into the bearing eye.
  • the rolling tool preferably has a plurality of circumferentially distributed rollers which are adjustably mounted in the radial direction. The security against rotation is further increased if a structuring is formed on the inner circumference of the bearing eye, as described, for example, in DE 103 25 910 B4 of the Applicant.
  • the roughness of this structure is preferably in the range between 3 to 10 ⁇ , preferably between 5 to 7 ⁇ .
  • the holding force can be further increased if at least one micro-recess is provided on the inner circumference of the bearing eye, in which material of the bearing bush is rolled during plastic forming.
  • the bearing bush can - as indicated above - be used either with play or with a relatively small interference fit.
  • the procedural effort is particularly low when the insertion of the bearing bush takes place by means of the rolling tool described.
  • the method may include the following steps.
  • the rolling tool dips into a bearing bush to be processed, wherein the enveloping circle diameter of the rolling tool is less than the inner diameter of the bearing bush.
  • the rolling tool is adjusted radially, so that the bearing bush is held on the rolling tool.
  • the rolling tool is radially adjusted to first produce a Reibhaftung between the bearing bush and the bearing eye and then einwalzen the bearing bush by a plastic deformation in a further radial adjustment.
  • the rolling tool is returned in the radial direction and moved out of the bearing eye out.
  • the bearing bush and accordingly also the bearing eye can be designed with axially longer and shorter peripheral portions. It can be advantageous, the rolling tool in the region of the shorter in the axial direction
  • Finishing of the bearing bush done for example by spindling or smooth rolling.
  • This finishing can be done on the same processing station or an additional processing station.
  • a centering of the bearing eye is required.
  • this centering was carried out by means of a precision boring machine, so that the relevant workpiece is aligned with the fine boring spindles.
  • this centering takes place without an external station by means of the
  • Centering mandrel done which dips during the rolling process in the other bearing eye, for example, the large bearing eye of the connecting rod.
  • the centering can be done after rolling, for example.
  • the large bearing eye is executed, can then be centered in the large connecting rod
  • Centering be introduced with a 2-point centering, which fixes the connecting rod transversely to the connecting rod direction.
  • the rolling tool is inserted into the small connecting rod eye. Since the rolling tool rests along the inner circumference, there is also a centering of the small bearing eye in the direction of the connecting rod.
  • the 2-point centering also fixes the workpiece during rolling.
  • This further processing can be done in all the described embodiments on a processing station, for example an inverse machine, on the example, bushingless connecting rods and connecting rods provided with bushings in small Connecting rod eye can be edited.
  • a processing station for example an inverse machine
  • bushingless connecting rods and connecting rods provided with bushings in small Connecting rod eye can be edited.
  • smoothing / rolling in the inverse concept takes place via a multi-spindle rolling head.
  • a multi-spindle rolling unit is then used instead of the multi-spindle rolling head.
  • Socket wall thickness on the narrower side is slightly smaller than that on the wider side of the small connecting rod eye. This leads to the fact that the entire connecting rod is asymmetrical in the longitudinal direction. This asymmetry is then compensated in the above-described post-processing.
  • a four-point centering can be used, by means of which the large connecting rod eye is fixed in position both in the connecting rod direction and transversely thereto.
  • the centering of the small connecting rod eye is similar to the previous one
  • Socket wall thickness is present.
  • the above-described 2-point or 4-point support can of course also be made in other workpieces, which are designed with a provided with a bushing bearing eye and with another, effective as a centering recess.
  • the insertion of the bearing bush and rolling is done with different tools;
  • Rolling and centering are carried out on a processing unit, for example an inverse machine, on which the subsequent processing, for example, the unwinding is then carried out;
  • a separate centering unit can be dispensed with - in the case of an inverse machine this is then designed with a multi-spindle rolling head and a centering multi-spindle head;
  • the smooth rolling can be carried out by means of a tool, as described for example in DE 10 201 1 000 618 of the applicant.
  • the device for carrying out the method has at least one station for inserting a bearing bush into a bearing eye and for plastic deformation of the bearing bush, so that it is received in the bearing eye with a predetermined interference fit.
  • This insertion and reshaping can be done in a single station.
  • the insertion of the bearing bush in the bearing eye can be done in a station of a first processing unit, which also has a break separation station. The plastic forming / rolling of the bearing bush in the bearing eye is then carried out with a further processing unit.
  • the centering of the workpiece to be machined can, as explained, take place via its own centering unit or else via the rolling tool itself.
  • further centering means may be present, which dive into a further bearing eye or a corresponding recess of the workpiece in order to center the workpiece and to secure against rotation even during rolling of the bearing bush.
  • Centering can be done with 2-point centering or 4-point centering be.
  • the Zentriernnittel is designed so that it allows centering and clamping.
  • the plastic forming / rolling can be carried out by means of a rotating rolling tool having a plurality of circumferentially distributed rollers which are adjustably mounted in the radial direction.
  • the device may be designed with a torque support.
  • a connecting rod then preferably a connecting rod is supported against rotation.
  • the workpiece according to the invention is preferably a connecting rod of an internal combustion engine.
  • the bearing bush can be made from a sheet metal blank. Since a pressing in with high pressing forces in the bearing eye is not required, the bearing bush can be made uncoated. In conventional solutions, a coating, for example a zinc layer, has been provided to prevent damage to the bearing bush during the pressing.
  • bearing bush can be understood to mean a component which is suitable for absorbing the radial and axial forces occurring in the bearing and is furthermore optimized with regard to optimum lubrication / tribology
  • bearing bush and components are construed, which are designed only with a view to reducing friction and the optimization of lubrication properties - the absorption of forces can in such bushings - also called bearing sleeves - done by the device in which these bushings used are. That is, the "bearing bushing” is then optimized in terms of tribology - the actual bearing forces are essentially absorbed by the peripheral wall supporting the bearing bush.
  • Figure 1 is a partial view of a connecting rod with a bearing bush according to the invention
  • Figure 2 shows the bearing bush according to Figure 1 in a sectional view and a plan view
  • FIG 3 shows the bearing bush of Figure 1 in its Blechabwicklung
  • FIG. 4 shows a head of a rolling tool for rolling in the bearing bush according to FIGS. 2 and 3;
  • Figure 5 is a schematic diagram of a method with 2-point centering
  • Figure 6 is a schematic diagram of a method with 4-point centering
  • FIG. 7a to 7e a schematic representation of the method steps during rolling of the bearing bush in the bearing eye of the connecting rod according to FIG. 1
  • FIG. 1 shows a sectioned partial view of a connecting rod 1 of an internal combustion engine, wherein only a small connecting rod 2 and a part of a rod 4 are shown.
  • the connecting rod 2 is designed as a Henkel basket connecting rod, in which the piston rod side peripheral portion of the connecting rod 2 is designed with a larger axial length L than the peripheral portion removed therefrom, which has an axial length I (see Figures 1 and 2).
  • the transition between the regions with an axial length L and I takes place continuously.
  • a bearing eye 6 of the small connecting rod 2 a bearing bush 8 is inserted, the contour of the
  • FIG. 2a shows a section through the bearing bush 8
  • Figure 2b is a plan view of the Bushing in Figure 1.
  • FIG. 3 shows a development of the bearing bush 8.
  • the bearing bush 8 is likewise designed with a section of maximum axial length L and a section of minimum axial length I corresponding to the geometry of the small connecting-rod eye 2, the "axial length" being in the direction of the axis 10 of the small connecting rod 2 is indicated.
  • the bearing bush 8 is cylindrical.
  • the bearing bush is rolled out of a sheet metal blank with the geometry shown in Figure 3a and then inserted into the bearing eye 6 (connecting rod bore). This insertion or pressing takes place in a variant of the invention with a comparatively low interference fit, wherein the press-fit produced at the given operating conditions is not sufficient to secure the bushing 8 sufficiently against rotation.
  • the bushing 8 is made of a sheet metal blank having the thickness d ( Figure 3b) and then rolled around, the two end edges 18, 20, as indicated in Figure 2, along a joint 21 ( Figure 2a) are flush with each other - a welding or cohesive bonding does not take place.
  • the sheet metal blank is preferably not provided with a protective layer, such as a zinc layer - as explained above, conventional bushings must be protected by a suitable surface finish against damage due to the large effective during pressing forces. This is not required in the bushing 8 according to the invention - of course, but this can also be used with a
  • rolled round bushing 8 is inserted with a slight press fit into the small connecting rod 6 and then rolled by means of a rolling tool 22 shown in Figure 4 in the bearing eye 6.
  • This only partially illustrated rolling tool 22 has a tool head with a stop 24, which during the rolling process on an end face portion 26 of the Pleuelauges 2 shown schematically in Figure 4 is seated and rotatably supported.
  • An unillustrated shaft of the rolling tool 22 may be selected depending on the clamping systems of the respective processing unit.
  • This rolling head 28 has a plurality of rollers 30 distributed around its circumference, which are held in position in a roller cage 32.
  • the rollers 30 are tapered and are supported in the radial direction inside (not shown in Figure 4) on a cone located in the axis of the tool, which is in communication with the tool shank.
  • the roller cage 32 with the rollers 30 is rotatable relative to the cone and axially displaceable by a limited amount.
  • the rollers 30 and the cone are coordinated so that the rollers 30 form a cylindrical enveloping circle, so that the tool diameter measured over the rollers 30 over the entire length of the roller is the same.
  • rollers 30 With a displacement of the roller cage 32 upwards, the rollers 30 are displaced on the axial cone, the diameter of which increases in an upward direction, so that correspondingly the enveloping circle diameter of the rolling head is increased.
  • a spring housed in the above-mentioned circuit pushes down the roller cage 32, so that the enveloping circle diameter is minimum in the rest position of the rolling tool 22.
  • the stop 24 can either with the plane end face portion 26 of the connecting rod 2 or even with a reference surface of a workpiece clamping device
  • the rotating rolling tool 22 is inserted into the bearing bush 8 already used.
  • the stop 24 is adjusted so that the rolling head 28 over the entire length of the rollers 30 in the collapsed state, d. h., Is retracted at the smallest Hüll Vietnamese bemesser in the connecting rod 2 when the stop 24 rests on the end face portion 26. Further displacement of the roller cage 32 in the axial direction is then no longer possible.
  • Rolling tool 22 retracted at rapid traverse. In a first phase of the retraction, the rolling tool 22 collapses again to the smallest diameter (enveloping circle diameter minimum) and can then be pulled out of the bearing bush.
  • End edges 18, 20 are flush with each other, tangential compressive residual stresses are built up in the order of the yield strength of the bushing material. These lead to the technically maximum possible joint pressure between bush and connecting rod.
  • the socket can assume the negative shape of the opposite surface roughness profile in the peripheral surface of the bearing eye 6 in this state. Depending on the characteristics of this profile, this can result in a micro-form fit, which significantly increases the static friction under the above-described joint pressure.
  • Pleuelauge there is the possibility to optimize the adhesive force or the adhesive torque.
  • the adhesive force can for example be increased by the fact that in the
  • Lagerauge predetermined structures for example by mechanical processing (honing, spindles) or by laser energy are introduced.
  • Another or additional possibility is to form a micro-groove or the like in the circumferential wall of the bearing eye 6.
  • a problem with the Henkel basket connecting rod described is that due to the different axial lengths of the bearing bushing 8, the rolling tool 22 in its entirety rests with its rollers 30 on the bearing bush 8 in some areas, while at the shorter peripheral portions of length I carries only a portion of the rollers 30. This can lead to the bushing 8 being deformed more strongly in the narrower region than in the wider region, since the surface pressure in the narrower region is correspondingly greater. If such non-uniform deformation is problematic, support elements can be provided which radially supports the rolling tool 22 or more precisely its rollers 30 in the narrower regions. This support is indicated in Figure 4 with the two arrows F.
  • the jack wall thickness in the narrower area I is less than the jack wall thickness in the wider area L.
  • Figure 5 shows a side view and a plan view of a connecting rod 1 with a large connecting rod 34 and the small connecting rod 2, in the bearing eye 6 the
  • the small connecting rod 2 is designed as Henkelkorb- connecting rod with a narrow side and a wider side.
  • the bushing 8 is then according to one of the strategies described either via its own Einpresstechnikmaschine or via the rolling tool 22 in the small
  • Connecting rod eye 2 pressed or inserted.
  • the centering of the small connecting rod 2 in the X and Y direction by the rolling tool 22.
  • the connecting rod 1 is first centered, in which in the large connecting rod 34, a 4-point centering 38 is inserted, which then at the
  • Peripheral wall of the large connecting rod eye 34 is lightly applied. Similar to the embodiment described above, after the press-fitting or insertion of the bearing bush 8, the small connecting rod eye 2 is centered by means of the rolling tool 22, which also easily on the inner peripheral wall of the not yet rolled
  • the large connecting rod eye 34 is then tensioned via the 4-point centering 38 and the bearing bush 8 is rolled over the rolling tool 22.
  • the rolling tool 22 returns to its receiving position for receiving a new bearing bush 8 and the 4-point centering 38 is relaxed, so that the still centered connecting rod 1 can be fed to a next processing step.
  • the workpiece holder is moved out with the applied and centered connecting rods and guided to the next processing station.
  • the above-described system causes with respect to the centering of the connecting rod 1 in the Y direction over-centering, which due to the exact support in Pleuellhursplatz the bushing wall thicknesses S1 and S2 after rolling in
  • the loading of the rolling unit can be done by its own loading device or, in the inverse concept via a tensioning device, which is in principle also formed by the rolling tool 22 and the 4-point centering described, wherein, as mentioned above, for receiving the unprocessed connecting rods, the rolling tool can be moved in a receiving position.
  • the bearing bush 8 is first pressed in a station “loose” and rolled in a further station in the bearing eye 6.
  • a single station of a processing unit could be provided to perform the pressing and rolling.
  • the centering, rolling in and also further processing can take place on a single processing unit, for example an inverse machine, on which also busheless connecting rods can be processed.
  • the centering is then carried out via a Zentrieriolospindel köpf, while the rolling is done for the processing of several connecting rods via a multi-spindle roller unit.
  • This is preferably located at that position of the inverse machine to which a multi-spindle rolling head is seated in a busheless connecting rod.
  • the rolling-in process could take place on a subsequent processing unit, for example an inverse processing unit with four spindles, so that correspondingly four connecting rods are processed simultaneously.
  • a subsequent processing unit for example an inverse processing unit with four spindles, so that correspondingly four connecting rods are processed simultaneously.
  • rolling tool 22 and such a processing unit can be in principle, also use connecting rods without bushes, in which case via the rolling tool 22, a smoothing or rolling of the small bearing eye takes place.
  • the bearing bush 8 is also inserted into the bearing eye 6 via the rolling tool 22.
  • Figure 7a) shows the initial state.
  • the bushing 8 with the inner diameter dßi and the
  • Outer diameter D B i is provided in a suitable magazine.
  • the rolling tool 22 is aligned via the control of the processing unit in the axial and radial direction to the provided bearing bush 8 and the cone retracted so far that the rollers 30 of the rolling head 28 are set to the minimum enveloping circle diameter D W E.
  • the rolling tool 22 according to FIG 7b) is then moved in the Z direction until the rolling head 28 enters the bearing bush 8, wherein the enveloping circle diameter D W E smaller than the inner diameter dßi the
  • Bearing bush 8 is. When immersing the rolling head 28 of the indicated stop 24 runs on a front side region of the bearing bush 8. As a result, the
  • Bearing bush 8 rolled in the manner described above. As already explained above, it is advantageous if after setting the maximum enveloping circle diameter D W w, the rolling tool 22 still performs a few turns, so that the forming process is made uniform.
  • the bearing bush 8 is then rolled into the bearing eye 2, wherein the diameter of the bearing eye D P then corresponds approximately to the outer diameter D B 2 of the bearing bush 8, wherein the explained
  • rollers 30 are retracted again, so that the minimum enveloping circle diameter D W E results - the rolling tool 22 or more precisely whose rolling head 28 can then be moved out of the small connecting rod eye 2 without collision.
  • the insertion and rolling of the bearing bush 8 takes place at a single station of a processing unit.
  • This can for example also be designed with a break separation station and / or a laser station.
  • a suitable torque support can be provided in order to avoid a rotation of the bearing bush 8.
  • the inner diameter of the bearing bush can then be finely machined. This finishing can be done for example by smooth rolling (rolling) or spindles.
  • the peripheral wall of the bearing eye 6 is machined with a predetermined roughness of, for example, 5 to 7 ⁇ .
  • a structure by honing, spindles and / or laser structuring can also be introduced to improve the adhesion by micro-toothing.

Landscapes

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Abstract

Offenbart sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Einbringen einer Lagerbuchse (8) in ein Lagerauge (6) sowie eine Werkstück, das nach einem derartigen Verfahren oder mit einer derartigen Einrichtung hergestellt ist. Erfindungsgemäß wird die Lagerbuchse (8) in das Lagerauge (6) eingewalzt.

Description

Verfahren und Einrichtung zum Einbringen einer Lagerbuchse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Lagerbuchse in ein Lagerauge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine Einrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens und ein nach diesem Verfahren und/oder mit dieser Einrichtung hergestelltes Werkstück.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in ein Lagerauge, beispielsweise in ein kleines Pleuelauge, eine Lagerbuchse einzupressen. Zum Kalibrieren des Buchseninnendurchmessers können Kalibriersegmente vorgesehen werden, die an einer Stange entlang ihrer Längsachse versetzt angeordnet sind und in Einpressrichtung betrachtet einen geringfügig zunehmenden Durchmesser haben.
Problematisch ist die Verwendung derartiger Kalibrierwerkzeuge beispielsweise bei sogenannten Henkelkorbpleueln, bei denen die Umfangswandung des Pleuelauges mit unterschiedlicher Axiallänge ausgeführt ist.
In der nachveröffentlichten DE 10 201 1 001 492.6 ist ein Verfahren offenbart, bei dem zwei Kalibriersegmente axial beabstandet vorgesehen sind, wobei dieser Axialabstand so gewählt ist, dass ein Kalibriersegment in Anlage an den Umfangsbereich mit größerer Axiallänge und das andere Kalibriersegment in Anlage an den Umfangsbereich mit geringerer Axiallänge bringbar ist.
Nachteilig bei den vorbeschriebenen Lösungen ist, dass der Kalibriervorgang mit vergleichsweise großem Aufwand einhergeht und dass darüber hinaus die Lagerbuchse mit hoher Präzision gefertigt werden muss, so dass sie einerseits mit der erforderlichen Presspassung in das Lagerauge eingesetzt werden kann und andererseits mit den
Kalibrierwerkzeugen kalibrierbar ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einbringen einer Lagerbuchse in ein Lagerauge, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein nach einem derartigen Verfahren oder einer derartigen Einrichtung hergestelltes Werkstück zu schaffen, das ein einfaches Einsetzen einer Lagerbuchse in ein Lagerauge ermöglicht.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 , im Hinblick auf die Einrichtung durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 13 und durch ein Werkstück nach dem nebengeordneten
Patentanspruch 20 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Lagerbuchse zunächst in ein Lagerauge eingesetzt, wobei dieses Einsetzen entweder mit Spiel oder mit einer geringen Presspassung erfolgen kann, wobei diese Flächenverpressung deutlich geringer als bei einer Presspassung ist, die erforderlich wäre, um die Lagerbuchse in Betrieb gegen ein Verdrehen im Lagerauge zu sichern. In einem nächsten Verfahrensschritt wird die„lose" eingesetzte Lagerbuchse durch plastisches Umformen bearbeitet, so dass deren
Außenumfang mit der im bestimmungsgemäßen Gebrauch erforderlichen Presspassung an einer Umfangswandung des Lagerauges anliegt und dabei der Innenumfang auf ein vorbestimmtes Maß gebracht wird. D. h., im Unterschied zu dem herkömmlichen
Verfahren wird die Presspassung durch einen Umformschritt hergestellt, der nach dem Einsetzen der Lagerbuchse in das Lagerauge durchgeführt wird. Dies hat den
wesentlichen Vorteil, dass die Lagerbuchse mit wesentlich geringerer Maßhaltigkeit als bei dem herkömmlichen Verfahren vorgefertigt werden kann, wobei auch im Hinblick auf die Oberflächengüte und Oberflächenbeschichtung sowie auf das Lagerbuchsenmaterial geringere Anforderungen als beim Stand der Technik gestellt werden. Wie gesagt, wird der Innenumfang auf ein vorbestimmtes Maß gebracht, wobei dieses noch nicht das endgültige Sollmaß des Lagerbuchseninnendurchmessers sein muss.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das plastische Umformen mittels eines rotierenden Walzwerkzeuges, so dass die Lagerbuchse in das Lagerauge eingewalzt wird. Das Walzwerkzeug hat vorzugsweise eine Vielzahl von am Umfang verteilten Rollen, die in Radialrichtung verstellbar gelagert sind. Die Verdrehsicherheit wird weiter erhöht, wenn am Innenumfang des Lagerauges eine Strukturierung ausgebildet ist, wie sie beispielsweise in der DE 103 25 910 B4 der Anmelderin beschrieben ist.
Die Rauhtiefe dieser Struktur liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 3 bis 10 μιτι, vorzugsweise zwischen 5 bis 7 μιτι.
Die Haltekraft lässt sich weiter erhöhen, wenn am Innenumfang des Lagerauges zumindest ein Mikroeinstich vorgesehen wird, in den beim plastischen Umformen Material der Lagerbuchse eingewalzt wird.
Die Lagerbuchse kann - wie oben angedeutet - entweder mit Spiel oder mit einer vergleichsweise geringen Presspassung eingesetzt werden.
Der verfahrenstechnische Aufwand ist besonders gering, wenn das Einsetzen der Lagerbuchse mittels des beschriebenen Walzwerkzeuges erfolgt.
Dabei kann das Verfahren folgende Schritte aufweisen. In einem ersten Schritt taucht das Walzwerkzeug in eine zu verarbeitende Lagerbuchse ein, wobei der Hüllkreisdurchmesser des Walzwerkzeuges geringer als der Innendurchmesser der Lagerbuchse ist. In einem nächsten Schritt wird das Walzwerkzeug radial verstellt, so dass die Lagerbuchse am Walzwerkzeug gehalten ist. In einem weiteren Schritt fährt dann das Walzwerkzeug mit der daran gehaltenen Lagerbuchse in das Lagerauge ein. Nach einer Axial- und ggf. Radialpositionierung der Lagerbuchse innerhalb des Lagerauges wird das Walzwerkzeug radial verstellt, um zunächst eine Reibhaftung zwischen der Lagerbuchse und dem Lagerauge herzustellen und dann bei einer weiteren Radialverstellung die Lagerbuchse durch plastisches Umformen einzuwalzen. Nach dem Einwalzen wird das Walzwerkzeug in Radialrichtung zurückgestellt und aus dem Lagerauge heraus gefahren.
Wie erwähnt, kann die Lagerbuchse und entsprechend auch das Lagerauge mit in Axialrichtung längeren und kürzeren Umfangsabschnitten ausgeführt sein. Dabei kann es vorteilhaft sein, das Walzwerkzeug im Bereich der in Axialrichtung kürzeren
Umfangsabschnitte abzustützen, um eine gleichmäßige Flächenpressung zu erzielen.
Nach dem Einwalzen der Lagerbuchse in das Lagerauge kann noch eine
Fertigbearbeitung der Lagerbuchse, beispielsweise durch Ausspindeln oder Glattwalzen erfolgen.
Diese Fertigbearbeitung kann auf der gleichen Bearbeitungsstation oder einer zusätzlichen Bearbeitungsstation erfolgen. Zu dieser Fertigbearbeitung, beispielsweise zum Ausspindeln ist eine Zentrierung des Lagerauges erforderlich. Bei herkömmlichen Lösungen erfolgte diese Zentrierung mittels einer Feinbohrmaschine, so dass das betreffende Werkstück zu den Feinbohrspindeln ausgerichtet ist. Bei einer erfindungsgemäßen Lösung erfolgt diese Zentrierung ohne externe Station mittels des
Walzwerkzeuges. In dem Fall, in dem ein weiteres Lagerauge, wie beispielsweise bei einem Pleuel, vorhanden ist, kann die Zentrierung dieses Bereiches über einen
Zentrierdorn erfolgen, der beim Walzvorgang in das andere Lagerauge, beispielsweise das große Lagerauge des Pleuel eintaucht.
Das Zentrieren kann beispielsweise nach dem Walzen erfolgen. In dem Fall, in dem das Werkstück mit einem zweiten Lagerauge, beispielsweise bei einem Pleuel das große Lagerauge, ausgeführt ist, kann dann zum Zentrieren in das große Pleuelauge ein
Zentrierelement mit einer 2-Punkt-Zentrierung eingeführt werden, die das Pleuel quer zur Pleuelstangenrichtung lagefixiert. Zur Zentrierung in Pleuelstangenlängs-richtung wird das Walzwerkzeug in das kleine Pleuelauge eingeführt. Da das Walzwerkzeug entlang des Innenumfangs anliegt, erfolgt auch eine Zentrierung des kleinen Lagerauges in der Richtung zur Pleuelstange. Über die 2-Punkt-Zentrierung wird das Werkstück auch beim Walzen fixiert.
Nach dieser Zentrierung wird das Werkstück gespannt und weiter bearbeitet.
Diese Weiterbearbeitung kann bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen auf einer Bearbeitungsstation, beispielsweise einer Inversmaschine erfolgen, auf der beispielsweise buchsenlose Pleuel und mit Buchsen versehene Pleuel im kleinen Pleuelauge bearbeitet werden. Bei der Bearbeitung eines buchsenlosen Pleuels erfolgt das Glätten/Rollieren beim Inverskonzept über einen mehrspindligen Rollierkopf. Bei der alternativen Bearbeitung eines Pleuels mit Buchse wird dann anstelle des mehrspindligen Rollierkopfs eine mehrspindlige Walzeinheit eingesetzt.
Bei der vorbeschriebenen Bearbeitung mit einer 2-Punkt-Zentrierung im großen Pleuelauge und bei der Ausbildung des kleinen Pleuelauges als Henkelkorbpleuelauge kann es beim Walzen dazu kommen, dass die schmale Seite des kleinen Pleuelauges deutlich mehr komprimiert wird als die in Axialrichtung breitere Seite, so dass die
Buchsenwandstärke auf der schmaleren Seite etwas geringer ist als diejenige auf der breiteren Seite des kleinen Pleuelauges. Dies führt dazu, dass das ganze Pleuel in Längsrichtung unsymmetrisch ist. Diese Unsymmetrie wird dann beim vorbeschriebenen Nachbearbeiten ausgeglichen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann anstelle der beschriebenen 2-Punkt-Zentrierung eine 4-Punkt-Zentrierung verwendet werden, durch die das große Pleuelauge sowohl in Pleuelstangenrichtung als auch quer dazu lagefixiert ist. Die Zentrierung des kleinen Pleuelauges erfolgt ähnlich wie bei der zuvor
beschriebenen Lösung über das Walzwerkzeug. Nach dieser Zentrierung wird das Werkstück gespannt und die Buchse eingewalzt. Aufgrund der 4-Punkt-Zentrierung des großen Pleuelauges kann die vorbeschriebene Unsymmetrie vermieden oder zumindest stark verringert werden, so dass nach dem Walzen eine gleichmäßige
Buchsenwandstärke vorliegt.
Die vorbeschriebene 2-Punkt- oder 4-Punkt-Abstützung kann selbstverständlich auch bei anderen Werkstücken erfolgen, die mit einem mit einer Buchse versehenen Lagerauge und mit einer sonstigen, als Zentrierbasis wirksamen Ausnehmung ausgeführt sind.
Unter anderem sind nach dem erfindungsgemäßen Konzept somit folgende Strategien für die Zentrierung und das Einwalzen möglich:
Das Einsetzen der Lagerbuchse und Einwalzen erfolgt mit jeweils unterschiedlichen Werkzeugen; Das Einsetzen und Einwalzen erfolgt mittels eines Werkzeugs, im
vorliegenden Fall des Walzwerkzeuges;
Walzen und Zentrieren erfolgen auf einer Bearbeitungseinheit, beispielsweise einer Inversmaschine, auf der dann auch die nachfolgende Bearbeitung, beispielsweise das Ausspindeln durchgeführt wird;
Falls die Einheit so ausgebildet ist, dass darauf auch zentriert werden kann, kann auch eine separate Zentriereinheit entfallen - im Falle einer Inversmaschine ist diese dann mit einem Walzmehrspindelkopf und einem Zentriermehrspindelkopf ausgeführt;
Durch eine 4-Punkt-Zentrierung eines weiteren Lagerauges, beispielsweise des großen Pleuelauges wird das Werkstück abgestützt, so dass beim
Einwalzen eine gleichmäßige Buchsenwandstärke erzielbar ist.
Das Glattwalzen kann mittels eines Werkzeugs durchgeführt werden, wie es beispielsweise in der DE 10 201 1 000 618 der Anmelderin beschrieben ist.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat zumindest eine Station zum Einsetzen einer Lagerbuchse in ein Lagerauge und zum plastischen Umformen der Lagerbuchse, so dass diese mit einer vorbestimmten Presspassung in dem Lagerauge aufgenommen ist.
Dieses Einsetzen und Umformen kann in einer einzigen Station erfolgen. Bei einer alternativen Lösung kann das Einsetzen der Lagerbuchse in das Lagerauge in einer Station einer ersten Bearbeitungseinheit erfolgen, die auch eine Bruchtrennstation aufweist. Das plastische Umformen/Einwalzen der Lagerbuchse in das Lagerauge erfolgt dann mit einer weiteren Bearbeitungseinheit.
Die Zentrierung des zu bearbeitenden Werkstücks kann, wie erläutert, über eine eigene Zentriereinheit oder aber auch über das Walzwerkzeug selbst erfolgen. Zusätzlich können weitere Zentriermittel vorhanden sein, die in ein weiteres Lagerauge oder eine entsprechende Ausnehmung des Werkstücks eintauchen, um das Werkstück zu zentrieren und auch beim Einwalzen der Lagerbuchse gegen Verdrehen zu sichern. Dieses
Zentriermittel kann mit der 2-Punkt-Zentrierung oder der 4-Punkt-Zentrierung ausgeführt sein. Vorzugsweise ist das Zentriernnittel so ausgeführt, dass es eine Zentrierung und ein Spannen ermöglicht.
Das plastische Umformen/Einwalzen kann mittels eines rotierenden Walzwerkzeugs durchgeführt werden, das eine Vielzahl von am Umfang verteilten Rollen hat, die in Radialrichtung verstellbar gelagert sind.
Um während der Umformung ein Verdrehen des Lagerauges oder des Werkstücks, in dem das Lagerauge ausgebildet ist zu vermeiden, kann die Einrichtung mit einer Drehmomentabstützung ausgeführt sein. Bei einem Pleuel wird dann vorzugsweise eine Pleuelstange gegen Verdrehung abgestützt.
Das erfindungsgemäße Werkstück ist vorzugsweise ein Pleuel eines Verbrennungsmotors.
Die Lagerbuchse kann aus einem Blechzuschnitt hergestellt sein. Da ein Einpressen mit hohen Presskräften in das Lagerauge nicht erforderlich ist, kann die Lagerbuchse unbeschichtet ausgeführt sein. Bei herkömmlichen Lösungen wurde zur Vermeidung einer Beschädigung der Lagerbuchse beim Einpressen eine Beschichtung, beispielsweise eine Zinkschicht vorgesehen werden.
Üblicherweise kann unter dem Begriff„Lagerbuchse" ein Bauelement verstanden werden, das dazu geeignet ist, die in der Lagerung auftretenden Radial- und Axialkräfte aufzunehmen und des Weiteren im Hinblick auf eine optimale Schmierung/Tribologie optimiert ist. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sollen unter dem Begriff „Lagerbuchse" auch Bauelemente aufgefasst werden, die lediglich im Hinblick auf die Verringerung der Reibung und der Optimierung der Schmiereigenschaften ausgelegt sind - die Aufnahme der Kräfte kann bei derartigen Lagerbuchsen - auch Lagerhülsen bezeichnet - durch das Bauelement erfolgen, in das diese Lagerbuchsen eingesetzt sind. Das heißt, die„Lagerbuchse" ist dann im Hinblick auf die Tribologie optimiert - die eigentlichen Lagerkräfte werden im Wesentlichen durch die Lagerbuchse abstützende Umfangswandung aufgenommen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Teildarstellung eines Pleuels mit einer erfindungsgemäßen Lagerbuchse;
Figur 2 die Lagerbuchse gemäß Figur 1 in einer Schnittdarstellung und einer Draufsicht;
Figur 3 die Lagerbuchse aus Figur 1 in ihrer Blechabwicklung;
Figur 4 einen Kopf eines Walzwerkzeuges zum Einwalzen der Lagerbuchse gemäß den Figuren 2 und 3;
Figur 5 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens mit 2-Punkt-Zentrierung und
Figur 6 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens mit 4-Punkt-Zentrierung;
Figur 7a bis 7e eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte beim Einwalzen der Lagerbuchse in das Lagerauge des Pleuels gemäß Figur 1 .
Figur 1 zeigt eine geschnittene Teildarstellung eines Pleuels 1 eines Verbrennungsmotors, wobei lediglich ein kleines Pleuelauge 2 und ein Teil einer Stange 4 dargestellt sind. Das Pleuelauge 2 ist als Henkelkorb-Pleuelauge ausgeführt, bei dem der kolbenstangenseitige Umfangsabschnitt des Pleuelauges 2 mit einer größeren Axiallänge L als der davon entfernte Umfangsabschnitt ausgeführt ist, der eine Axiallänge I (siehe Figuren 1 und 2) hat. Gemäß der Schnittdarstellung in Figur 1 erfolgt der Übergang zwischen den Bereichen mit einer Axiallänge L und I kontinuierlich. In ein Lagerauge 6 des kleinen Pleuelauges 2 ist eine Lagerbuchse 8 eingesetzt, deren Kontur an die
Henkelkorbgeometrie des Pleuelauges 2 angepasst ist.
Der Aufbau der Lagerbuchse 8 wird anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. Figur 2a zeigt dabei einen Schnitt durch die Lagerbuchse 8 und Figur 2b eine Draufsicht auf die Lagerbuchse in Figur 1 . Figur 3 zeigt eine Abwicklung der Lagerbuchse 8. Gemäß der Schnittdarstellung in Figur 2a ist die Lagerbuchse 8 entsprechend der Geometrie des kleinen Pleuelauges 2 ebenfalls mit einem Abschnitt maximaler Axiallänge L und einem Abschnitt minimaler Axiallänge I ausgeführt, wobei die„Axiallänge" in Richtung der Achse 10 des kleinen Pleuelauges 2 angegeben ist.
In der Draufsicht (Figur 2b) ist die Lagerbuchse 8 zylinderförmig ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Lagerbuchse aus einem Blechzuschnitt mit der in Figur 3a dargestellten Geometrie rund gewalzt und dann in das Lagerauge 6 (Pleuelbohrung) eingesetzt. Dieses Einsetzen oder Einpressen erfolgt bei einer Variante der Erfindung mit vergleichsweise geringer Presspassung, wobei der erzeugte Pressverbund bei den vorgegebenen Betriebsbedingungen nicht ausreicht, um die Lagerbuchse 8 ausreichend gegen Verdrehen zu sichern.
Die Abwicklung der Lagerbuchse 8 gemäß Figur 3 zeigt den mit der größeren Axiallänge L ausgeführten langen Bereich 12 der Lagerbuchse 8 und die zwei mit geringer Axiallänge I ausgeführten Bereiche 14, 16, wobei letztere jeweils in einer Stirnkante 18 bzw. 20 auslaufen. Wie erwähnt, wird die Lagerbuchse 8 aus einem Blechzuschnitt mit der Dicke d (Figur 3b) hergestellt und dann rund gewalzt, wobei die beiden Stirnkanten 18, 20, wie in Figur 2 angedeutet, entlang eines Stoßes 21 (Figur 2a) bündig aneinander liegen - ein Verschweißen oder stoffschlüssiges Verbinden erfolgt nicht. Der Blechzuschnitt ist vorzugweise nicht mit einer Schutzschicht, beispielsweise einer Zinkschicht versehen - wie eingangs erläutert, müssen herkömmliche Lagerbuchsen aufgrund der großen beim Einpressen wirksamen Kräfte durch eine geeignete Oberflächenvergütung gegen eine Beschädigung geschützt sein. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Lagerbuchse 8 nicht erforderlich - selbstverständlich kann diese jedoch auch bei Bedarf mit einer
Oberflächenschicht versehen werden oder die Oberfläche entsprechend vergütet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die wie vorbeschrieben rund gewalzte Lagerbuchse 8 mit leichter Presspassung in das kleine Pleuelauge 6 eingesetzt und dann mittels eines in Figur 4 gezeigten Walzwerkzeuges 22 in das Lagerauge 6 eingewalzt. Dieses nur teilweise dargestellte Walzwerkzeug 22 hat einen Werkzeugkopf mit einem Anschlag 24, der während des Walzvorganges auf einen Stirnflächenabschnitt 26 des in Figur 4 schematisch dargestellten Pleuelauges 2 aufsitzt und drehbar gelagert ist. Ein nicht dargestellter Schaft des Walzwerkzeuges 22 kann in Abhängigkeit von den Spannsystemen der jeweiligen Bearbeitungseinheit gewählt sein. Zwischen dem
dargestellten Werkzeugkopf und dem nicht dargestellten Schaft findet sich eine Steuerung und Schaltung zur Einstellung und Begrenzung des wirksamen Durchmessers
(Hüllkreisdurchmesser) eines Walzkopfs 28, der das Lagerauge 2 durchsetzt. Dieser Walzkopf 28 hat eine Vielzahl von an seinem Umfang verteilten Rollen 30, die in einem Rollenkäfig 32 in Position gehalten werden. Die Rollen 30 sind konisch ausgeführt und stützen sich in Radialrichtung innen (in Figur 4 nicht dargestellt) auf einem in der Achse des Werkzeugs befindlichen Kegel ab, der mit dem Werkzeugschaft in Verbindung steht. Der Rollenkäfig 32 mit den Rollen 30 ist gegenüber dem Kegel drehbar und um einen begrenzten Betrag axial verschiebbar gelagert. Die Rollen 30 und der Kegel sind so aufeinander abgestimmt, dass die Rollen 30 einen zylindrischen Hüllkreis bilden, so dass der Werkzeugdurchmesser über die Rollen 30 gemessen über die gesamte Rollenlänge gleich ist. Bei einer Verschiebung des Rollenkäfigs 32 nach oben werden die Rollen 30 auf dem axialen Kegel verschoben, dessen Durchmesser sich nach oben hin vergrößert, so dass entsprechend der Hüllkreisdurchmesser des Walzkopfs vergrößert wird. Eine in der oben benannten Schaltung untergebrachte Feder drückt den Rollenkäfig 32 nach unten, so dass der Hüllkreisdurchmesser in der Ruheposition des Walzwerkzeugs 22 minimal ist. Der Anschlag 24 kann entweder mit dem planen Stirnflächenabschnitt 26 des Pleuelauges 2 oder aber auch mit einer Referenzfläche einer Werkstückspannvorrichtung
zusammenarbeiten.
Bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das rotierende Walzwerkzeug 22 in die bereits eingesetzte Lagerbuchse 8 eingeführt. Der Anschlag 24 ist so eingestellt, dass der Walzkopf 28 über die gesamte Länge der Rollen 30 im kollabierten Zustand, d. h., bei kleinstem Hüllkreisdurchmesser in das Pleuelauge 2 eingefahren ist, wenn der Anschlag 24 auf dem Stirnflächenabschnitt 26 aufliegt. Ein weiteres Verschieben des Rollenkäfigs 32 in axialer Richtung ist dann nicht mehr möglich. Der weitere
Spindelvorschub führt zur Verschiebung des Kegels gegenüber den Rollen 30 und damit zu einer Vergrößerung des Hüllkreisdurchmessers. D. h., die Rollen 30 werden an den Innenumfang der Lagerbuchse 8 gepresst, so dass deren Umformung beginnt. Durch den Stopp des Werkzeugvorschubs wird auch die Vergrößerung des Hüllkreisdurchmessers und damit die Umformung der Lagerbuchse 2 beendet. Das bedeutet, dass der Umformgrad und damit der Innendurchmesser der Buchse nach dem Einwalzen durch den Maschinenvorschub gesteuert werden kann. Vorzugsweise werden nach dem Stillstand des Vorschubs noch einige Werkzeugumdrehungen durchgeführt und dann das
Walzwerkzeug 22 im Eilgang zurückgezogen. In einer ersten Phase des Rückzugs kollabiert das Walzwerkzeug 22 wieder auf den kleinsten Durchmesser (Hüllkreisdurchmesser minimal) und kann dann aus der Lagerbuchse herausgezogen werden.
Durch die Umformung werden in Umfangsrichtung Druckspannungen in die
Lagerbuchse 8 eingebracht, die zu einer plastischen Dehnung in Umfangsrichtung führen. Wenn der vorbeschriebene Stoß 21 spielfrei ausgeführt ist, d. h., wenn die beiden
Stirnkanten 18, 20 bündig aneinander liegen, werden tangentiale Druckeigenspannungen in der Größenordnung der Streckgrenze des Buchsenmaterials aufgebaut. Diese führen zu der technisch maximal möglichen Fugenpressung zwischen Buchse und Pleuel.
Während des Umformvorgangs unterliegt der gesamte Buchsenquerschnitt einer über der Streckgrenze liegenden Druckspannung. In diesem Zustand ist auch der
Außendurchmesser der Lagerbuchse 8 plastisch verformbar. Die Buchse kann in diesem Zustand die Negativform des gegenüberliegenden Rautiefenprofils in der Umfangsfläche des Lagerauges 6 annehmen. Entsprechend der Ausprägung dieses Profils kann dadurch ein Mikro-Formschluss entstehen, der unter der oben beschriebenen Fugenpressung die Haftreibung deutlich erhöht. Durch eine geeignete Wahl des Rautiefenprofils im
Pleuelauge besteht die Möglichkeit zur Optimierung der Haftkraft bzw. des Haftmoments.
Die Haftkraft kann beispielsweise dadurch vergrößert werden, dass in das
Lagerauge vorbestimmte Strukturen, beispielsweise durch mechanische Bearbeitung (Honen, Spindeln) oder durch Laserenergie eingebracht werden. Eine weitere oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin, in der Umfangswandung des Lagerauges 6 einen Mikroeinstich oder dergleichen auszubilden.
Ein Problem bei dem beschriebenen Henkelkorb-Pleuel besteht darin, dass aufgrund der unterschiedlichen Axiallängen der Lagerbuchse 8 das Walzwerkzeug 22 in einigen Bereichen vollflächig mit seinen Rollen 30 an der Lagerbuchse 8 anliegt, während an den kürzeren Umfangsabschnitten mit der Länge I lediglich ein Teil der Rollen 30 trägt. Dies kann dazu führen, dass die Lagerbuchse 8 im schmaleren Bereich stärker umgeformt wird als im breiteren Bereich, da die Flächenpressung in dem schmaleren Bereich entsprechend größer ist. Falls eine derartige ungleichmäßige Umformung problematisch ist, können Stützelemente vorgesehen werden, die das Walzwerkzeug 22 oder genauer gesagt deren Rollen 30 in den schmaleren Bereichen radial abstützt. Diese Abstützung ist in Figur 4 mit den beiden Pfeilen F angedeutet.
Aufgrund der ungleichmäßigen Flächenpressung kann es, wie vorstehend ausgeführt, bei Henkelkorb-Pleueln dazu kommen, dass die Buchsenwandstärke im schmaleren Bereich I geringer ist als die Buchsenwandstärke im breiteren Bereich L.
Diese unterschiedlichen Buchsenwandstärken sind in der Darstellung gemäß Figur 5 mit S1 und S2 eingezeichnet, wobei dann entsprechend S2 < S1 ist. Bei einer in Figur 5 dargestellten Verfahrensstrategie wird diese unsymmetrische Ausgestaltung des Pleuels erwartet und dann beim nachfolgenden Bearbeiten ausgeglichen.
Figur 5 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf ein Pleuel 1 mit einem großen Pleuelauge 34 und dem kleinen Pleuelauge 2, in dessen Lagerauge 6 die
Lagerbuchse 8 eingewalzt werden soll. Das kleine Pleuelauge 2 ist als Henkelkorb- Pleuelauge mit einer Schmalseite und einer breiteren Seite ausgeführt. Vor dem
Einwalzen der Lagerbuchse 8 wird zunächst eine 2-Punkt-Zentrierung 36 in das große Pleuelauge 34 eingeführt, so dass dieses in X-Richtung lagezentriert ist.
Die Lagerbuchse 8 wird dann nach einer der beschriebenen Strategien entweder über ein eigenes Einpresswerkzeug oder über das Walzwerkzeug 22 in das kleine
Pleuelauge 2 eingepresst oder eingesetzt. Je nach Strategie erfolgt dann die Zentrierung des kleinen Pleuelauges 2 in X- und Y-Richtung (siehe Koordinatensystem in Figur 5) durch das Walzwerkzeug 22. Nach dieser Zentrierung erfolgt das Spannen des Pleuels 1 und das Einwalzen der Lagerbuchse 8 in der vorbeschriebenen Weise, wobei das Pleuel 1 dann über die 2-Punkt-Zentrierung 36 gegen Verdrehen abgestützt ist. Aufgrund der vorbeschriebenen unterschiedlichen Flächenpressungen und der damit einhergehenden größeren Komprimierung des Materials im Bereich des schmalen Teils des kleinen Pleuelauges ist entsprechend die Wandstärke S2 kleiner als die Wandstärke S1 im in Axialrichtung breiteren Teil des kleinen Pleuelauges.
Bei der nachfolgenden Bearbeitung, beispielsweise dem Ausspindeln oder Glätten wird diese Asymmetrie dann ausgeglichen, wobei vor dem Bearbeiten eine Zentrierung erfolgt, in dem das Walzelement in das kleine Lagerauge 2 eintaucht und dieses in X- und Y-Richtung zentriert, während die 2-Punkt-Zentrierung 36 im großen Lagerauge 34 die Ausrichtung X-Richtung festlegt. Nach dieser Zentrierung erfolgt dann das weitere Bearbeiten des Pleuels 1 .
Anhand Figur 6 wird ein Verfahren erläutert, bei dem die Asymmetrie des Pleuels 1 oder genauer gesagt, die ungleiche Buchsenwandstärke verhindert oder zumindest verringert wird.
Bei dieser Variante wird das Pleuel 1 zunächst zentriert, in dem in das große Pleuelauge 34 eine 4-Punkt-Zentrierung 38 eingeführt wird, die dann an der
Umfangswandung des großen Pleuelauges 34 leicht anliegt. Ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nach dem Einpressen oder Einsetzen der Lagerbuchse 8 das kleine Pleuelauge 2 mittels des Walzwerkzeugs 22 zentriert, wobei dieses ebenfalls leicht an der Innenumfangswandung der noch nicht gewalzten
Lagerbuchse 8 anliegt.
Zum Walzen wird dann über die 4-Punkt-Zentrierung 38 das große Pleuelauge 34 gespannt und über das Walzwerkzeug 22 die Lagerbuchse 8 eingewalzt. Nach dem Walzvorgang fährt das Walzwerkzeug 22 in seine Aufnahmestellung zum Aufnehmen einer neuen Lagerbuchse 8 zurück und die 4-Punkt-Zentrierung 38 wird entspannt, so dass das immer noch zentrierte Pleuel 1 einem nächsten Bearbeitungsschritt zugeführt werden kann.
Bei einer Inversmaschine fährt dann beispielsweise ein eine Vielzahl von Pleueln tragender Werkstückhalter zum nächsten Bearbeitungswerkzeug. Bei getrennten
Bearbeitungseinheiten wird der Werkstückhalter mit den aufgelegten und zentrierten Pleueln herausgefahren und zur nächsten Bearbeitungsstation geführt. Das vorbeschriebene System bewirkt im Hinblick auf die Zentrierung des Pleuels 1 in Y-Richtung ein überbestimmtes Zentrieren, wobei aufgrund der exakten Abstützung in Pleuellängsrichtung die Buchsenwandstärken S1 und S2 nach dem Walzen im
Wesentlichen weitestgehend gleich sind.
Das Beladen der Walzeinheit kann durch eine eigene Beladeeinrichtung oder, beim Inverskonzept über eine Spannvorrichtung erfolgen, die im Prinzip auch durch das Walzwerkzeug 22 und die beschriebene 4-Punkt-Zentrierung gebildet ist, wobei, wie vorstehend erwähnt, zum Aufnehmen der unbearbeiteten Pleueln das Walzwerkzeug in eine Aufnahmestellung verfahrbar ist.
Bei den zuvor erläuterten Verfahren wird zunächst die Lagerbuchse 8 in einer Station„lose" eingepresst und in einer weiteren Station in das Lagerauge 6 eingewalzt.
Prinzipiell könnte jedoch auch eine einzige Station einer Bearbeitungseinheit vorgesehen werden, um das Einpressen und Einwalzen durchzuführen.
Wie erläutert, kann das Zentrieren, Einwalzen und auch das Weiterbearbeiten auf einer einzigen Bearbeitungseinheit, beispielsweise einer Inversmaschine erfolgen, auf der auch buchsenlose Pleuel bearbeitbar sind. Die Zentrierung erfolgt dann über einen Zentriermehrspindel köpf, während das Walzen zur Bearbeitung von mehreren Pleueln über eine mehrspindelige Walzeinheit erfolgt. Diese sitzt vorzugsweise an derjenigen Position der Inversmaschine, an der bei einem buchsenlosen Pleuel ein mehrspindeliger Rollierkopf sitzt. Wie erwähnt, kann jedoch auch das Zentrieren auf einer eigenen
Zentrierstation erfolgen.
Die vorbeschriebene 4-Punkt-Zentrierung kann bei allen in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Bei einer alternativen Variante könnte der Einwalzprozess auf einer nachfolgenden Bearbeitungseinheit, beispielsweise einer inversen Bearbeitungseinheit mit vier Spindeln erfolgen, so dass entsprechend vier Pleuel gleichzeitig bearbeitet werden. Mit dem vorbeschriebenen Walzwerkzeug 22 und einer derartigen Bearbeitungseinheit lassen sich prinzipiell auch Pleuel ohne Buchsen verwenden, wobei dann über das Walzwerkzeug 22 ein Glätten oder Rollieren des kleinen Lagerauges erfolgt.
Anhand Figur 7 wird eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Bei dem anhand Figur 7 erläuterten Ausführungsbeispiel wird über das Walzwerkzeug 22 auch die Lagerbuchse 8 in das Lagerauge 6 eingeführt. Figur 7a) zeigt den Ausgangszustand. Die Lagerbuchse 8 mit dem Innendurchmesser dßi und dem
Außendurchmesser DBi wird in einem geeigneten Magazin bereitgestellt. Das Walzwerkzeug 22 wird über die Steuerung der Bearbeitungseinheit in Axial- und Radialrichtung zu der bereitgestellten Lagerbuchse 8 ausgerichtet und der Kegel soweit zurückgefahren, dass die Rollen 30 des Walzkopfs 28 auf den minimalen Hüllkreisdurchmesser DWE eingestellt sind. In einem nächsten Arbeitsschritt wird dann das Walzwerkzeug 22 gemäß Figur 7b) in Z-Richtung verfahren, bis der Walzkopf 28 in die Lagerbuchse 8 einfährt, wobei der Hüllkreisdurchmesser DWE kleiner als der Innendurchmesser dßi der
Lagerbuchse 8 ist. Bei dem Eintauchen des Walzkopfs 28 läuft der angedeutete Anschlag 24 auf einen Stirnseitenbereich der Lagerbuchse 8 auf. In der Folge wird der
Hüllkreisdurchmesser etwas vergrößert, so dass sich ein Haltedurchmesser DWH ergibt, der in etwa dem Innendurchmesser dßi der Lagerbuchse 8 entspricht, so dass diese am Walzwerkzeug 22 gehalten wird. Das Walzwerkzeug 22 wird dann mit der Lagerbuchse 8 gemäß Figur 7c) in das Lagerauge 6 des kleinen Pleuelauges eingefahren. Der
Außendurchmesser DBi der Lagerbuchse 8 ist so gewählt, dass er etwas kleiner oder in etwa gleich groß wie der Durchmesser DP des Lagerauges 6 ist - die Lagerbuchse 8 sitzt mit Spiel im Lagerauge 2. Nach dem vollständigen Einfahren und Justieren der
Lagerbuchse 8 mit Bezug zum Pleuelauge 2 werden die Rollen 30 des Walzkopfs 28 etwas ausgefahren, so dass sich gemäß Figur 7d) zunächst ein Hüllkreisdurchmesser DWK ergibt. Bei diesem Hüllkreisdurchmesser wird der Außenumfang der Lagerbuchse 8 reibhaftend gegen die Innenumfangsfläche des Lagerauges 6 gepresst. Anschließend wird durch weitere Vergrößerung des Hüllkreisdurchmessers auf das Endmaß DWw die
Lagerbuchse 8 in der vorbeschriebenen Weise eingewalzt. Wie bereits vorstehend erläutert, ist es vorteilhaft, wenn nach Einstellung des maximalen Hüllkreisdurchmessers DWw das Walzwerkzeug 22 noch einige Umdrehungen durchführt, so dass der Umformvorgang vergleichmäßigt wird. Die Lagerbuchse 8 ist dann in das Lagerauge 2 eingewalzt, wobei der Durchmesser des Lagerauges DP dann in etwa dem Außendurchmesser DB2 der Lagerbuchse 8 entspricht, wobei der erläuterte
Mikroformschluss vorliegt und der Stoß 21 gemäß Figur 7e) vollständig geschlossen ist.
Nach diesem Einwalzen werden die Rollen 30 wieder eingefahren, so dass sich der minimale Hüllkreisdurchmesser DWE ergibt - das Walzwerkzeug 22 oder genauer gesagt dessen Walzkopf 28 kann dann kollisionsfrei aus dem kleinen Pleuelauge 2 herausbewegt werden.
Bei dieser Variante erfolgt somit das Einsetzen und Einwalzen der Lagerbuche 8 an einer einzigen Station einer Bearbeitungseinheit. Diese kann beispielsweise auch mit einer Bruchtrennstation und/oder einer Laserstation ausgeführt sein.
Wie bereits erwähnt, kann zum Vermeiden einer Relativverdrehung von Lagerbuchse 8 und Lagerauge 6 während des Umformvorganges eine geeignete Drehmomentstütze vorgesehen werden, um ein Verdrehen der Lagerbuchse 8 zu vermeiden.
Je nach Bedarf kann der Innendurchmesser der Lagerbuchse dann noch fein bearbeitet werden. Diese Feinbearbeitung kann beispielsweise durch Glattwalzen (Rollieren) oder Ausspindeln erfolgen.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Umfangswandung des Lagerauges 6 mit einer vorbestimmten Rauhtiefe von beispielsweise 5 bis 7 μιτι bearbeitet. Wie erwähnt, kann auch eine Struktur durch Honen, Spindeln und/oder Laserstrukturieren zur Verbesserung der Haftung durch Mikroverzahnung eingebracht sein.
Offenbart sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Einbringen einer Lagerbuchse in ein Lagerauge sowie eine Werkstück, das nach einem derartigen Verfahren oder mit einer derartigen Einrichtung hergestellt ist. Erfindungsgemäß wird die Lagerbuchse in das Lagerauge eingewalzt. Bezuqszeichenliste:
1 Pleuel
2 Pleuelauge
4 Stange
6 Lagerauge
8 Lagerbuchse
10 Pleuelaugenachse
12 Bereich L
14 Bereich I
16 Bereich I
18 Stirnkante
20 Stirnkante
21 Stoß
22 Walzwerkzeug 24 Anschlag
26 Stirnflächenabschnitt
28 Walzkopf
30 Rolle
32 Rollenkäfig
34 großes Pleuelauge
36 2-Punkt-Zentrierung
38 4-Punkt-Zentrierung

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Einbringen einer Lagerbuchse (8) in ein Lagerauge (6), wobei die Lagerbuchse (8) in das Lagerauge (6) eingesetzt und fertig bearbeitet wird, mit den Schritten:
Einsetzen der Lagerbuchse (8) in das Lagerauge (2) und
plastisches Umformen der Lagerbuchse (8) derart, dass deren Außenumfang mit einer derartigen Presspassung an der Umfangswandung des Lagerauges
(6) anliegt, dass beim bestimmungsgemäßen Gebrauch einer Verdrehung der Lagerbuchse (8) gegenüber dem Lagerauge (6) vorgebeugt ist und ein
Innenumfang (dß2) der Lagerbuchse (8) auf ein vorbestimmtes Maß gebracht wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei das Umformen durch Einwalzen mittels eines rotierenden Walzwerkzeugs (22) erfolgt, das eine Vielzahl von am Umfang verteilten Rollen (30) hat, die in Radialrichtung verstellbar gelagert sind.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei am Innenumfang des Lagerauges (6) eine Struktur ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei die Struktur eine Rauhtiefe mit Rz von 3 bis 10 μιτι, vorzugsweise 5 bis 7 μιτι hat.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Mikroeinstich an einer Umfangsflache des Lagerauges oder der Lagerbuchse.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Lagerbuchse (8) vor dem Umformen eingepresst wird.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei die Lagerbuchse (8) vor dem Umformen mit Spiel in das Lagerauge (6) eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei die Lagerbuchse (8) mittels des Walzwerkzeuges (22) eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Patentanspruch 8 mit den Schritten:
Einfahren des Walzwerkzeuges (22) in die Lagerbuchse (8);
Radiales Verstellen des Walzwerkzeuges 22, so dass die Lagerbuchse (8) am Walzwerkzeug (22) gehalten wird;
Einfahren des Walzwerkzeugs (22) mit der Lagerbuchse (8) in das Lagerauge (6);
Radiales Verstellen des Walzwerkzeuges zum Reibhalten und zum Einwalzen der Lagerbuchse (8) und
Radiales Zurückstellen und Herausfahren des Walzwerkzeuges aus der Lagerbuchse (8).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Schritt zur Fertigbearbeitung der Lagerbuchse (8).
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Einwalzen und Zentrieren des Lagerauges (6) bzw. der Lagerbuchse (8) in einer Arbeitsstellung durch den Walzvorgang erfolgt, wobei gegebenenfalls ein zweites Lagerauge mittels eines Zentriermittels, beispielsweise eines Zentrierdorns zentriert und / oder abgestützt und/oder gespannt wird.
12. Verfahren nach Patentanspruch 1 1 , wobei das Zentriermittel eine 2-Punkt- Zentrierung (36) oder eine 4-Punkt-Zentrierung (38) ermöglicht.
13. Verfahren nach Patentanspruch 1 1 oder 12, wobei eine Zentrierung des Lagerauges (6) mittels des Walzwerkzeuges (22) erfolgt.
14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit zumindest einer Station zum Einsetzen der Lagerbuchse (8) in ein Lagerauge (6) und einer Station zum Umformen der Lagerbuchse (8) derart, dass deren Außenumfang mit Presspassung an einer Umfangswandung des Lagerauges (6) derart anliegt, dass bei bestimmungsgemäßem Gebrauch einem Verdrehen der
Lagerbuchse (8) gegenüber dem Lagerauge (6) vorgebeugt ist.
15. Einrichtung nach Patentanspruch 14, mit einer Zentriereinheit, die vorzugsweise als 2-Punkt- oder 4-Punkt-Zentrierung (36, 38) ausgeführt ist, die
vorzugsweise auch als Spannvorrichtung wirkt.
16. Einrichtung nach Patentanspruch 15, wobei das Einsetzen, Umformen und ein Zentrieren in einer einzigen Station erfolgt.
17. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 14 oder 15, wobei das
Einsetzen der Lagerbuchse (8) in einer Station einer ersten Bearbeitungseinheit erfolgt die vorzugsweise auch eine Bruchtrennstation aufweist und mit einer weiteren
Bearbeitungseinheit zum Einwalzen der Lagerbuchse (8) in das Lagerauge (6).
18. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 14 bis 17, mit einem rotierenden Walzwerkzeug (22), das eine Vielzahl von am Umfang verteilten Rollen (30) hat, die in Radialrichtung verstellbar gelagert sind.
19. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 14 bis 18, mit einer 2-Punkt- oder 4-Punkt-Zentrierung für ein weiteres Lagerauge oder desgleichen.
20. Werkstück hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 12.
21 . Werkstück nach Patentanspruch 20, wobei die Lagerbuchse (8) aus einem Blechzuschnitt hergestellt ist.
22. Werkstück nach Patentanspruch 20 oder 21 , wobei die Lagerbuchse (8) unbeschichtet ist.
23. Werkstück nach Patentanspruch 20, 21 oder 22, wobei dieses ein Pleuel (1 ) ist.
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