WO2006000463A1 - Verfahren zum bruchtrennen eines werkstücks und werkstück bruchtrennt durch dieses verfahren - Google Patents

Verfahren zum bruchtrennen eines werkstücks und werkstück bruchtrennt durch dieses verfahren Download PDF

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WO2006000463A1
WO2006000463A1 PCT/EP2005/007022 EP2005007022W WO2006000463A1 WO 2006000463 A1 WO2006000463 A1 WO 2006000463A1 EP 2005007022 W EP2005007022 W EP 2005007022W WO 2006000463 A1 WO2006000463 A1 WO 2006000463A1
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WO
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fracture separation
workpiece
bearing
fracture
longitudinal axis
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Application number
PCT/EP2005/007022
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Siegfried Gruhler
Original Assignee
Mauser-Werke Oberndorf Maschinenbau Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D31/00—Shearing machines or shearing devices covered by none or more than one of the groups B23D15/00 - B23D29/00; Combinations of shearing machines
    • B23D31/002—Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking
    • B23D31/003—Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking for rings
    • 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
    • F16C9/045—Connecting-rod bearings; Attachments thereof the bearing cap of the connecting rod being split by fracturing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fracture-separated workpiece according to the preamble of claim 1, to a processable by the method workpiece according to the preamble of claim 13 and a fracture-separated workpiece according to the preamble of claim 14.
  • a known method for fracture cutting a workpiece is known from US 5,208,979.
  • a bearing eye of a connecting rod by means of a laser beam two diametrically opposed line-like fracture separation notches are introduced, along which the workpiece is then break-breakable in a bearing base and a bearing cap.
  • fracture separation arise on the resulting fracture separation surfaces of the bearing base and the bearing cap micro and macro gears, which should allow a simple positioning of the fracture-separated workpiece during joining.
  • the object of the present invention is to provide a method for fracture separation by means of which a workpiece to be fractured is machined in such a manner that a subsequent precisely fitting joining of the fracture-separated workpiece is made possible. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a fracture-cutting workpiece, as well as a fracture-separated workpiece, which is accurate and easy to paste.
  • a laser beam for introducing diametrical fracture separation notches into the bearing eye or the workpiece is moved in such a way that at least one region which is engaged with the longitudinal axis of the respective fracture separation notch is produced for fracture separation of a bearing eye of a workpiece into a bearing base and a bearing cap.
  • the fracture separation notch is not formed straight but provided with a bulge (curved or angular).
  • the bearing floor for example, each elevation, and correspondingly formed in the forming fracture separation surface of the bearing cap a corresponding sink, which form a precentering during joining and thus an unwanted displacement of the storage floor and of the bearing cap in the axial direction (with respect to Bearing axis).
  • the bearing bottom and the bearing cap are precentered in the radial direction with a suitable design of the fracture separation notch, so that also a displacement in the radial direction is avoided.
  • the workpieces produced by this method show very shear-proof compared to the workpieces produced by a known method by the supporting action of the corresponding areas. Furthermore, the pre-centering also allows the abandonment of external facilities for guiding the bearing cap and bearing floor during joining.
  • Preferred workpieces for fracture cutting are metallic workpieces such as connecting rods, crankcases and universal joints.
  • a preferably produced by the method workpiece in the not yet fracture-separated state in the bearing eye on two diametrically mutually breaking rupture notches, each having at least one deflected region transverse to its longitudinal axis.
  • a workpiece according to the invention has a bearing base and a bearing cap with fracture separation surfaces, in each of which at least one corresponding region deflected transversely to the longitudinal axis of the fracture separation notch is provided in the region of its fracture separation notch.
  • the corresponding region expires in the radial direction away from the fracture separation notch, so that the Fracture separation surface changes from a bulged area to a flat area. Due to the radial leakage of the area according to the invention, the already mentioned above pre-centering takes place in the radial direction, so that can form only a predefined accurately fitting bearing seat by the interaction of the axial and radial guidance of the bearing bottom and the bearing cap.
  • the salaried area is preferably formed as a curvature with a rounded or soft curve, which is located approximately in the region of a screw hole passing through the break separation plane for receiving a joining screw.
  • the curvature is formed on one side transverse to the longitudinal axis.
  • the laser beam or the workpiece is repeatedly traversed transversely to the longitudinal axis, so that arise in the workpiece a plurality of bumps or circle segment trains.
  • the bulges give a waveform which extends approximately symmetrically on both sides transversely to the longitudinal axis and terminates in straight end sections.
  • a particularly harmonic waveform is a sine wave with a maximum amplitude of 1.1 mm.
  • the sinusoidal shape is particularly advantageous in bearing eyes, in which a roller bearing guide is used to guide a rotating component, since in such a course of the fracture separation notch the rolling of the rolling elements is improved and when crossing the fracture separation notch as in known straight Bruchtrennkerben in the respective rolling elements and thus introduced into the rolling bearing guide.
  • the required laser power for forming the fracture separation notches into the workpiece can be reduced by forming the fracture separation notch from a plurality of mutually spaced blind bores.
  • the formation of the fracture plane is favored by an inclination of the blind bores and by a finger-shaped training thereof.
  • Such a trained break separation notch has the further advantage that with limited pulse energy, a hardening layer of the bearing eye is securely severable, so that a clearly defined notch effect is present.
  • the blind bores extend through the hardening layer. It is also advantageous that, in particular when rolling bearing guides are used, residual scoreless funnels of the blind bores forming after the assembly of the bearing eye can act as micro-lubricating chambers with or without a composite.
  • FIG. 1 shows a section of a bearing eye in which a fracture separation notch according to the invention is introduced
  • FIG. 2 shows a fracture separation surface of the bearing eye from FIG. 1 after fracture separation
  • 3 shows a section of a bearing eye, in which an alternative fracture separation notch according to the invention is introduced
  • FIG. 4 shows a course of the fracture separation notch from FIG. 3
  • FIG. 5 shows a fracture separation surface of the bearing eye from FIG. 3 after fracture separation
  • FIG. 6 shows a further course of a fracture separation notch and FIG geometric representation of the waveform of Figure 6.
  • FIG. 1 shows a section of a bearing eye 2 of a connecting rod, on the inner circumferential surface 4 of which a fracture separation notch 6 according to the invention is provided, which extends in the axial direction.
  • a second fracture separation notch is provided in the inner peripheral surface 4 of the bearing eye 2, however, its consideration is omitted due to its identity with the fracture separation groove 6.
  • the fracture separation notch 6 defines the fracture separation plane 8 formed during fracture separation and indicated by dashed lines, along which the bearing eyelet 2 is fracture-separated into a bearing bottom 10 and a bearing cap 12.
  • the fracture separation notch 6 is provided with linear, axially parallel to the bearing axis end portions.
  • a unilateral curvature 14 which is deflected transversely to the longitudinal axis, is formed, as a result of which, after the fracture separation in the bearing base 10, a protrusion and in the bearing cover 12 a corresponding depression is formed.
  • the curvature 14 has a "soft" curve without sharp-edged tips. A spatial examination of the curvature 14 takes place under FIG. 2.
  • FIG. 2 A spatial examination of the curvature 14 takes place under FIG. 2.
  • FIG. 2 shows a plan view of a fracture separation surface 16 of the storage floor 10 after the fracture separation. From this view, it can be seen that the curvature 14 extends from the fracture separation notch 6 inwardly to a screw hole 18 for receiving a joining screw for joining the fracture-separated Lagerauges 2, the bearing base 10 and the bearing cap 12 perpendicular to the fracture separation surface 16 and the fracture separation plane 8 interspersed. Furthermore, it can be seen that the curvature 14 expires in the further course to the outer peripheral surface 20 of the bearing eye 2, so that the fracture separation surface 16 is then formed substantially as a flat surface. Of course, the fracture separation surface 16 still has the microcracking and macrocracking specific to fracture separation.
  • the radial leakage of the curvature 14 is relatively fast, so that the bearing eye 2 is only slightly pre-centered during joining substantially in the axial direction and in the radial direction. That is, by this pre-centering even a shift in the radial direction can be deliberately allowed during assembly.
  • Figure 3 shows a portion of a bearing eye 2 of a connecting rod, in the inner circumferential surface 4 in the axial direction, a slightly different designed Bruchtrennkerbe 22 is introduced.
  • the fracture separation notch 22 has a plurality of bulges 24 extending transversely to the longitudinal axis of the fracture separation notch 22 on either side to provide a corrugation with valleys and corrugations approximately symmetrical about the longitudinal axis, which preferably terminate in straight end portions.
  • the waveform is represented as a sine wave with a smooth waveform having a maximum amplitude of 0.8 mm.
  • the x-axis of the diagram corresponds to the longitudinal axis of the fracture separation notch 22 and the z-axis of the transverse dimension diagram of the fracture separation notch 22, showing a preferred maximum amplitude of 0.4 mm.
  • FIG. 1 For spatial illustration of the waveform reference is made to FIG.
  • FIG. 5 shows a plan view of a fracture separation surface 16 of a bearing floor 10 of the fracture-separated bearing eye 2.
  • the fracture separation notch 22 is corrugated according to FIG. 3, wherein at least one of the convexities 24 is arranged in the region of a screw hole 18 which penetrates the fracture separation surface 16 vertically.
  • the bulges 24 extend away from the fracture separation groove 6. This means that even those bulges 24 running in a radial direction away from the fracture splitting notch 22 and then go • into a flat, conventional breaking surface over. In this case, the bulges 24 run out later than in the previously described embodiment according to FIG. 2 and extend into the region of the screw bore 18 or beyond it. Owing to the large number of bulges 24, improved axial and radial pre-centering is possible.
  • the fracture separation notch 22 may also have only two oppositely extending cambers 24, so that a waveform is formed with a valley 26 and a mountain 28, each in shallow. Phase out end sections.
  • the valley 26 and the mountain 28 extends to about half of a screw hole, not shown, and end, in a flat, conventional fracture separation plane.
  • the waveform can also go beyond the screw hole extend and then leak.
  • the waveform leaks in the radial direction depends essentially on the geometry of the waveform.
  • the waveform can already pass before or after the blind hole drilling in a flat fracture separation plane.
  • the waveform is formed symmetrically to the longitudinal axis of the fracture separation notch 22 and has a sinusoidal shape, so that according to the figure, a left positive lintel 30 corresponds to a right negative lintel 32.
  • the waveform has a period whereby the radial pre-centering is improved over multiple periodic re waveforms.
  • the term "sinusoidal curve" can be understood both as a sinusoid in the mathematical sense and as a sinusoidal curve.
  • the waveform described here by way of example in FIGS. 6 and 7 corresponds to a sinusoidal curve which is composed of a multiplicity of arcs 34, 36, 38, 40 and a straight line 42 connecting the arcs 34, 36.
  • Such a shape is easier and faster to program with respect to CNC machines than a mathematical sine curve.
  • the illustrated curve has an amplitude A of about 1.1 mm and a respective radius R of about 1.5 mm in the vertex-related arcs 34, 36 of the valley 26 or mountain 28, which are connected to each other via the straight line 42.
  • the arches 38, 40 have a radius R of about 1.5mm in the transitional areas of the valley 26 and the mountain 28, respectively, in their respective flat end portions.
  • the geometry of the waveform depends among other things on the size of the workpiece to be fractured. So, the waveform z. B. in a connecting rod for a motorcycle engine have a different geometry than a connecting rod for a truck engine.
  • the introduction of the fracture separation notches 6, 22 can take place via a corresponding movement of the connecting rod or a laser beam transversely to the longitudinal axis of the fracture separation notches 6, 22.
  • the connecting rod can be arranged on a 3-axis unit or the laser beam can be moved over the 3-axis unit.
  • an optical system for dividing the laser beam into at least two laser beams may be provided, so that two diametrical fracture separation notches 6, 22 can simultaneously be introduced into a bearing eye 2 via a laser.
  • the blind holes are made obliquely to each other and finger-shaped.
  • Such a perforated design of the fracture separation notch 6, 22 has been found to be advantageous due to the reduced energy input into the workpiece, especially when fracture separation of bearing eyes 2 with a hardened inner peripheral surface 4.
  • the depth of the blind holes is greater than the radial extent, ie, the thickness, to select the hardening layer, so that the blind holes extend through the hardening layer radially therethrough.
  • Bearing lugs 2 with a hardened inner peripheral surface 4 are primarily used when the male component, with connecting rods, for example, a crankshaft, is rotatably mounted in the bearing eye 2 via a rolling bearing.
  • the rolling bearing comprises a plurality of rolling elements, which roll along the inner peripheral surface 4, wherein by the hardening of the inner peripheral surface 4, an improved rolling behavior can be achieved.
  • an improved rolling behavior can be achieved due to the sinusoidal design of the fracture separation notch 6, 22 prevented from being introduced into the rolling elements when crossing the fracture separation notch 6, 22 strokes or shocks as in conventional straight fracture separation notches, whereby the rolling behavior of the rolling elements or the storage of the component to be stored yet is further improved.
  • the blind bores form remnants forming funnels after the joining, in which a lubricant can be taken up, so that the residual notch funnels act as micro-lubricating chambers for the rolling bearing.
  • the pre-centering is particularly advantageous if the joining process in a Vorversehrauben, ie screwing a first screw, and an end screwing, ie screwing a second screw, is subdivided, wherein the first screw when pre-screwing up to preceded a predetermined contact of the bearing base 10 with the bearing cap 12 and then the second screw is screwed predetermined at Endverschrauben.
  • the corresponding bulges 14, 24 of the fracture separation surfaces 16 can slip against each other so that the storage floor 10 and the bearing cap 12 axially and radially align with the bulges 14, 24 until the tight fit bearing seat, which corresponds to the bearing seat before the fracture separation of the workpiece is reached.
  • the break-separated bearing eye 2 can also be joined by means of a contact impact method, in which, for example, via a vibration sensor, the touching fracture separation surfaces are subjected to the joining with short oscillation or impact pulses.
  • a contact impact method in which, for example, via a vibration sensor, the touching fracture separation surfaces are subjected to the joining with short oscillation or impact pulses.
  • a method for fracture separation of a workpiece in a bearing cap and a bearing base which are formed by a movement of the workpiece or a laser beam for introducing diametral fracture separation notches with an employee employed transversely to its longitudinal direction, as well as a workpiece with such Bruch.trennkerben before Breaking fracture and a workpiece with such fracture separation notches after fracture separation.

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Bruchtrennen eines Werkstücks in einen Lagerdeckel und einen Lagerboden, wobei durch eine Bewegung des Werkstücks oder eines Laserstrahls zum Einbringen diametraler Bruchtrennkerben diese mit einem quer zu ihrer Längsrichtung angestellten Bereich ausgebildet werden, sowie ein Werkstück mit derartigen Bruchtrennkerben vor dem Bruchtrennen und ein Werkstück mit derartigen Bruchtrennkerben nach dem Bruchtrennen.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM BRUCHTRENNEN EINESWERKSTÜCKS UNDWERKSTÜCK BRUCHTRENNT DURCH DIESESVERFAHREN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines bruchgetrennten Werkstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein nach, dem Verfahren herstellbares Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13 und ein bruchgetrenntes Werkstück nach den Oberbegriff des Anspruchs 14.
Ein bekanntes Verfahren zum Bruchtrennen eines Werkstücks ist aus der US 5,208,979 bekannt. In dieser ist beschrieben, dass in ein Lagerauge eines Pleuel mittels eines Laserstrahls zwei diametral zueinander verlaufende linienartige Bruchtrennkerben eingebracht werden, entlang denen das Werkstück anschließend in einen Lagerboden und einen Lagerdeckel bruchtrennbar ist. Beim Bruchtrennen ergeben sich auf den entstehenden Bruchtrennflächen des Lagerbodens und des Lagerdeckels Mikro- und Makroverzahnungen, die beim Fügen eine einfache Positionierung des bruchgetrenntes Werkstücks erlauben sollen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der Mikro- und Makroverzahnungen der Lagerboden und der Lagerdeckel beim Fügen relativ zueinander verrutschen können, so dass sich ein passungenauer Lagersitz ausbildet. Das Verrutschen kann darauf beruhen,- dass der Lagerboden und der Lagerdeckel in der zu fügenden Position nur schwer zugänglich sind, so dass eine genaue Relativausrichtung zueinander nur bedingt möglich ist. Zum anderen basiert das Verrutschen auf während des Betriebs auftretenden Querkräften, die zu einem seitlichen Versatz der Bruchflächen führen können. Weiterhin weisen z.B. Sinter- Werkstücke oder Werkstücke aus hochfesten Materialien relativ glatte Bruchflächen auf, so dass der passgenaue Lagersitz nur schwierig erreichbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bruchtrennen zu schaffen, mittels dem ein zu bruchtrennendes Werkstück derart bearbeitet wird, dass eine anschließende passgenaue Fügung des bruchgetrennten Werkstücks ermöglicht wird. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein bruchzutrennendes Werkstück, sowie ein bruchgetrenntes Werkstück zu schaffen, das passgenau und einfach zu fügen ist.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zum Bruchtrennen mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 und durch ein Werkstück mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 13 bzw. 14.
Erfindungsgemäß wird zum Bruchtrennen eines Lagerauges eines Werkstücks in einen Lagerboden und einen Lagerdeckel ein Laserstrahl zum Einbringen diametraler Bruchtrennkerben in das Lagerauge oder das Werkstück derart verfahren, dass mindestens ein zur Längsachse der jeweiligen Bruchtrennkerbe angestellter Bereich hergestellt wird. Mit anderen Worten gesagt, die Bruchtrennkerbe wird nicht gerade ausgebildet sondern mit einer Auswölbung (gekrümmt oder eckig) versehen.
An der erfindungsgemäßen Lösung ist vorteilhaft, dass in der sich ausbildenden Bruchtrennfläche beispielsweise des Lagerbodens z.B. jeweils eine Erhebung, und entsprechend in der sich ausbildenden Bruchtrennfläche des Lagerdeckels jeweils eine korrespondierende Senke ausbildet, die beim Fügen eine Vorzentrierung bilden und somit eine ungewollte Verschiebung des Lagerbodens und des Lagerdeckels in axialer Richtung (mit Bezug zur Lagerachse) vermeiden. Gleichzeitig werden bei geeigneter Ausbildung der Bruchtrennkerbe der Lagerboden und der Lagerdeckel auch in radialer Richtung vorzentriert, so dass ebenfalls eine Verschiebung in radialer Richtung vermieden wird.
Ferner zeigen sich die mit diesem Verfahren hergestellten Werkstücke im Vergleich zu den mit einem bekannten Verfahren hergestellten Werkstücken durch die Stützwirkung der korrespondierenden Bereiche sehr schubsicher. Ferner erlaubt die Vorzentrierung ebenfalls den Verzicht externer Einrichtungen zum Führen des Lagerdeckels und Lagerbodens beim Fügen.
Bevorzugte Werkstücke zum Bruchtrennen sind metallische Werkstücke wie zum Beispiel Pleuel, Kurbelgehäuse und Kreuzgelenke.
Ein vorzugsweise mit dem Verfahren hergestelltes Werkstück weist im noch nicht bruchgetrennten Zustand im Lagerauge zwei diametral zueinander verlaufende Bruchtrennkerben auf, die jeweils quer zu ihrer Längsachse zumindest einen ausgelenkten Bereich aufweisen.
Nach dem Bruchtrennen weist ein erfindungsgemäßes Werkstück einen Lagerboden und ein Lagerdeckel mit Bruchtrennflächen auf, in denen jeweils im Bereich ihrer Bruchtrennkerbe zumindest ein quer zur Längsachse der Bruchtrennkerbe ausgelenkter korrespondierender Bereich vorgesehen ist, der sich in radialer Richtung weg von der Bruchtrennkerbe ausläuft, so dass die Bruchtrennfläche von einem ausgewölbten Bereich in einen flachen Bereich übergeht. Durch das radiale Auslaufen des erfindungsgemäßen Bereichs erfolgt die bereits oben erwähnte Vorzentrierung auch in radialer Richtung, so dass durch das Zusammenwirken der axialen und radialen Führung der Lagerboden und der Lagerdeckel nur einen vordefinierten passgenauen Lagersitz bilden können.
Zur Vermeidung eines unkontrollierten Bruchverlaufs wird der angestellte Bereich bevorzugterweise als eine Wölbung mit abgerundeten bzw. weichen Kurvenverlauf ausgebildet, die sich etwa im Bereich einer die Bruchtrennebene durchsetzende Schraubbohrung zur Aufnahme von einer Fügeschraube befindet.
Bei einer Ausführungsform wird die Wölbung einseitig quer zur Längsachse ausgebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform wird der Laserstrahl oder das Werkstück wiederholend quer zur Längsachse verfahren, so dass sich in dem Werkstück eine Vielzahl von Wölbungen bzw. Kreisegmentenzügen ergeben. Vorteilhafterweise ergeben die Wölbungen eine Wellenform, die sich beidseitig etwa symmetrisch quer zur Längsachse erstreckt und in geraden Endabschnitten ausläuft. Eine besonders harmonische Wellenform ist eine Sinuswelle mit einer maximalen Amplitude von 1,1 mm.
Die Sinusform ist besonders bei Lageraugen vorteilhaft, in die eine Wälzlagerführung zur Führung eines rotierenden Bauteils eingesetzt ist, da bei einem derartigen Verlauf der Bruchtrennkerbe die Rollabwälzung der Walzkörper verbessert ist und beim Überqueren der Bruchtrennkerbe kein Schlag wie bei bekannten gerade verlaufenden Bruchtrennkerben in den jeweiligen Wälzkörper und somit in die Wälzlagerführung eingeleitet wird. Die erforderliche Laserleistung zum Ausbilden der Bruchtrennkerben, in das Werkstück lässt sich dadurch verringern, dass die Bruchtrennkerbe aus einer Vielzahl von zueinander beabstan.deten Sacklochbohrungen ausgebildet wird. Dabei wird die Ausbildung der Bruchebene durch eine Schrägstellung der Sacklochbohrungen und durch eine fingerförmige Ausbildung derselben begünstigt. Eine derartig ausgebildete Bruchtrennkerbe hat des Weiteren den Vorteil, dass mit begrenzter Impulsenergie eine Härteschicht des Lagerauges sicher durchtrennbar ist, so dass eine eindeutig definierte Kerbwirkung vorhanden ist. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Sacklochbohrungen durch die Härteschicht hindurch. Weiterhin ist vorteilhaft, dass insbesondere bei eingesetzten Wälzlagerführungen sich nach dem Zusammenfügen des Lagerauges ausbildende Restkerbtrichter der Sacklochbohrungen als Mikroschmierkammern mit oder ohne Verbund wirken können.
Beim Fügen hat sich gezeigt, dass die Vorzentrierung durch ein hintereinander geschaltetes Verschrauben der Fügeschrauben begünstigt wird, da auf diese Art und Weise die Wölbungen leicht ineinander rutschen können.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden erfolgt eine ausführliche Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand schematischer Darstellungen. Es zeigen Figur 1 einen Abschnitt eines Lagerauges, in dem eine erfindungsgeraäße Bruchtrennkerbe eingebracht ist, Figur 2 eine Bruchtrennfläche des Lagerauges aus Figur 1 nach dem Bruchtrennen, Figur 3 einen Abschnitt eines Lagerauges , in dem eine alternative erfindungsgemäße Bruchtrennkerbe eingebracht ist, Figur 4 einen Verlauf der Bruchtrennkerbe aus Figur 3, Figur 5 eine Bruchtrennfläche des Lagerauges aus Figur 3 nach dem Bruchtrennen, Figur 6 einen weiteren Verlauf einer Bruchtrennkerbe und Figur 7 eine geometrische Darstellung der Wellenform aus Figur 6.
Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines Lagerauges 2 eines Pleuels, an dessen Innenumfangsflache 4 eine sich in axialer Richtung erstreckende erfindungsgemäße Bruchtrennkerbe 6 eingebracht ist. Diametral zu dieser Bruchtrennkerbe 6 ist eine zweite Bruchtrennkerbe in der Innenumfangsflache 4 des Lagerauges 2 vorgesehen, auf dessen Betrachtung jedoch aufgrund ihrer Identität mit der Bruchtrennkerbe 6 verzichtet wird.
Die Bruchtrennkerbe 6 definiert die beim Bruchtrennen sich ausbildende und gestrichelt angedeutete Bruchtrennebene 8, entlang der das Lagerauge 2 in einen Lagerboden 10 und einen Lagerdeckel 12 bruchgetrennt wird. Die Bruchtrennkerbe 6 ist mit linienförmigen, zur Lagerachse achsparallelen Endabschnitten versehen. In ihrem Mittelabschnitt ist eine einseitige, sich quer zur Längsachse ausgelenkte Wölbung 14 ausgebildet, wodurch sich nach dem Bruchtrennen in dem Lagerboden 10 eine Erhebung und in dem Lagerdeckel 12 eine korrespondierende Senke ausbildet. Zur Vermeidung von Spannungsspitzen weist die Wölbung 14 einen "weichen" Kurvenverlauf ohne scharfkantige Spitzen auf . Eine räumliche Betrachtung der Wölbung 14 erfolgt unter Figur 2. Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Bruchtrennfläche 16 des Lagerbodens 10 nach dem Bruchtrennen. Aus dieser Ansicht ist erkennbar, dass sich die Wölbung 14 von der Bruchtrennkerbe 6 nach innen hin zu einer Schraubbohrung 18 zur Aufnahme einer Fügeschraube zum Fügen des bruchgetrennten Lagerauges 2 erstreckt, die den Lagerboden 10 und den Lagerdeckel 12 senkrecht zur Bruchtrennfläche 16 bzw. zur Bruchtrennebene 8 durchsetzt. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Wölbung 14 im weiteren Verlauf zur Außenumfangsfläche 20 des Lagerauges 2 ausläuft, so dass die Bruchtrennfläche 16 dann im wesentlichen als eine ebene Fläche ausgebildet ist. Selbstverständlich weist die Bruchtrennfläche 16 dennoch die für das Bruchtrennen spezifischen Mikro- und Makroverzahnungen auf. Das radiale Auslaufen der Wölbung 14 erfolgt relativ schnell, so dass das Lagerauge 2 beim Fügen im wesentlichen in axialer Richtung und in radialer Richtung nur geringfügig vorzentriert ist. D.h., durch diese Vorzentrierung kann bei der Montage noch ein Versatz in Radialrichtung bewusst zugelassen werden.
Figur 3 zeigt einen Abschnitt eines Lagerauges 2 eines Pleuels, in dessen Innenumfangsflache 4 in axialer Richtung eine etwas anders gestaltete Bruchtrennkerbe 22 eingebracht ist.
Die Bruchtrennkerbe 22 hat eine Vielzahl von Wölbungen 24, die sich beidseitig quer zur Längsachse der Bruchtrennkerbe 22 erstrecken, so dass sich eine Wellenforrα mit etwa symmetrisch zur Längsachse ausgebildeten Tälern und Wellen ergibt, die vorzugsweise in geraden Endabschnitten auslaufen. Vorzugsweise ist die Wellenform als eine Sinuswelle mit weichen Kurvenverlauf mit einer maximalen Amplitude von 0,8 mm dargestellt. Zur Verdeutlichung der Wellenform quer zur Längsachse sei auf Figur 4 verwiesen. Dabei entspricht die x-Achse des Diagramms der Längsachse der Bruchtrennkerbe 22 und die z-Achse des Diagramms der Quererstreckung der Bruchtrennkerbe 22 , wobei eine bevorzugte maximale Amplitude von 0,4 mm gezeigt ist. Zur räumlichen Verdeutlichung der Wellenform wird auf Figur 5 verwiesen.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Bruchtrennfläche 16 eines Lagerbodens 10 des bruchgetrennten Lagerauges 2. Die Bruchtrennkerbe 22 ist gemäß der Figur 3 wellenförmig ausgebildet, wobei zumindest eine der Wölbungen 24 im Bereich einer Schraubbohrung 18 angeordnet ist, die die Bruchtrennfläche 16 senkrecht durchsetzt.
Ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Wölbungen 24 von der Bruchtrennkerbe 6 weg. D.h. auch diese Wölbungen 24 laufen in radialer Richtung weg von der Bruchtrennkerbe 22 aus und gehen • dann in eine flache, herkömmliche Bruchtrennfläche über. Dabei laufen die Wölbungen 24 später als beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 aus und erstrecken sich bis in den Bereich der Schraubbohrung 18 oder über diese hinaus.. Aufgrund der Vielzahl der Wölbungen 24 ist eine verbesserte axiale und radiale Vorzentrierung möglich.
Gemäß Figur 6 kann die Bruchtrennkerbe 22 auch nur zwei entgegengesetzt verlaufende Wölbungen 24 haben, so dass eine Wellenform mit einem Tal 26 und einem Berg 28 ausgebildet ist, die jeweils in flachen. Endabschnitten auslaufen. In Radialrichtung erstreckt sich das Tal 26 und der Berg 28 etwa bis zur Hälfte einer nicht dargestellte Schraubbohrung hinaus und enden, in einer flachen, herkömmlichen Bruchtrennebene. Die Wellenform kann sich jedoch auch über die Schraubbohrung hinaus erstrecken und dann auslaufen. Wann die Wellenform in radialer Richtung ausläuft, richtet sich im Wesentlichen nach der Geometrie der Wellenform. So kann die Wellenform auch bereits vor oder erst nach der Sacklochbohrung in eine flache Bruchtrennebene übergehen. Die Wellenform ist symmetrisch zur Längsachse der Bruchtrennkerbe 22 ausgebildet und hat einen sinusförmigen Verlauf, so dass gemäß Figur eine linke positive Sturzfläche 30 einer rechten negativen Sturzfläche 32 entspricht. Vorzugsweise hat die Wellenform eine Periode, wodurch die radiale Vorzentrierung gegenüber mehrperiodenartigen nochmals Wellenformen verbessert ist.
Die Formulierung "sinusförmiger Verlauf" kann sowohl als eine Sinuskurve im mathematischen Sinn verstanden werden als auch als eine sinusartige Kurve. Die hier in den Figuren 6 und 7 beispielhaft beschriebene Wellenform entspricht einer sinusartigen Kurve, die sich aus einer Vielzahl von Bögen 34, 36, 38, 40 und einer die Bögen 34, 36 verbindenden Geraden 42 zusammensetzt. Eine derartige Form ist im Hinblick auf CNC-Maschinen einfacher und schneller zu programmieren als eine mathematische Sinuskurve. Die dargestellte Kurve hat eine Amplitude A von etwa 1,1mm und einen jeweiligen Radius R von etwa 1,5mm in den scheitelpunktbezogenen Bögen 34, 36 des Tals 26 bzw. Bergs 28, die über die Gerade 42 miteinander verbunden sind. Ebenfalls weisen die Bögen 38, 40 in den Übergangsbereichen von dem Tal 26 bzw. dem Berg 28 in ihren jeweiligen flachen Endabschnitt einen Radius R von etwa 1, 5mm auf.
Die Geometrie der Wellenform, beispielsweise die Amplitude, richtet sich unter Anderem nach der Größe des zu bruchtrennenden Werkstücks. So kann, die Wellenform z . B. bei einem Pleuel für einen Motorradmotor eine andere Geometrie als ein Pleuel für einen LKW-Motor haben. Die Einbringung der Bruchtrennkerben 6, 22 kann über eine entsprechende Bewegung des Pleuels oder eines Laserstrahls quer zur Längsachse der Bruchtrennkerben 6, 22 erfolgen. Dabei kann das Pleuel auf einer 3- Achseinheit angeordnet sein bzw. der Laserstrahl kann über die 3-Achseinheit verfahren werden. Des Weiteren kann eine Optik zur Teilung des Laserstrahls in zumindest zwei Laserstrahle vorgesehen sein, so dass zeitgleich über einen Laser zwei diametrale Bruchtrennkerben 6, 22 in ein Lagerauge 2 eingebracht werden können. Zur Ausführung einer derartigen Vorrichtung wird auf die deutsche Anmeldung DE 103 25 910 Al und das europäische Patent EP 0 808 228 Bl der Anmelderin verwiesen.
Zur Reduzierung der Energieeinbringung beim Ausbilden der Bruchtrennkerben 6, 22 in das Pleuel werden diese als eine Vielzahl zueinander beabstandeter Sacklochbohrungen ausgebildet. Idealerweise sind die Sacklochbohrungen schräg zueinander angestellt und fingerförmig ausgebildet. Eine ausführliche Erläuterung der Einbringung und Ausbildung der Sacklochbohrungen ist dem europäischen Patent EP 0 808 228 Bl der Anmelderin zu entnehmen.
Eine derartig perforierte Ausbildung der Bruchtrennkerbe 6, 22 hat sich aufgrund des reduzierten Energieeintrags in das Werkstück insbesondere beim Bruchtrennen von Lageraugen 2 mit einer gehärteten Innenumfangsfläche 4 als vorteilhaft herausgestellt. Dabei ist die Tiefe der Sacklochbohrungen größer als die radiale Erstreckung, d.h., die Dicke, der Härteschicht zu wählen, so dass sich die Sacklochbohrungen durch die Härteschicht radial hindurch erstrecken. Lageraugen 2 mit einer gehärteten Innenumfangsfläche 4 werden vorrangig dann eingesetzt, wenn das aufzunehmende Bauteil, bei Pleueln zum Beispiel eine Kurbelwelle, über eine Wälzlagerung in dem Lagerauge 2 drehbar gelagert ist. Die Wälzlagerung umfasst ein Vielzahl von Wälzkörpern, die entlang der Innenumfangsfläche 4 rollen, wobei durch die Härtung der Innenumfangsfläche 4 ein verbessertes Rollverhalten erzielbar ist. Dabei wird aufgrund der sinusförmigen Ausbildung der Bruchtrennkerbe 6, 22 verhindert, dass in die Wälzkörper beim Überqueren der Bruchtrennkerbe 6, 22 Schläge bzw. Stöße wie bei herkömmlichen geraden Bruchtrennkerben eingeleitet werden, wodurch das Rollverhalten der Wälzkörper bzw. die Lagerung des zu lagernden Bauteil noch weiter verbessert ist.
Weiterhin ist an der perforierten Ausbildung der Bruchtrennkerben 6, 22 vorteilhaft, dass in Kombination mit der Wälzlagerung die Sacklochbohrungen nach dem Fügen Restkerbtrichter bilden, in denen ein Schmiermittel aufgenommen werden kann, so dass die Restkerbtrichter als Mikroschmierkammern für die Wälzlagerung wirken.
Beim Fügen des bruchgetrennten Lagerauges 2 wirkt sich die Vorzentrierung besonders vorteilhaft aus, wenn der Fügevorgang in ein Vorversehrauben, d.h. ein Verschrauben einer ersten Fügeschraube, und ein Endverschrauben, d.h. ein Verschrauben einer zweiten Fügeschraube, untergliedert wird, wobei beim Vorverschrauben die erste Fügeschraube bis zu einem vorbestimmten Kontakt des Lagerbodens 10 mit dem Lagerdeckel 12 voreilt und anschließend beim Endverschrauben die zweite Fügeschraube vorbestimmt eingedreht wird. Durch diese Art des Fügens können die korrespondierenden Wölbungen 14, 24 der Bruchtrennflächen 16 so gegeneinander verrutschen, dass sich der Lagerboden 10 und der Lagerdeckel 12 axial und radial an den Wölbungen 14, 24 ausrichten, bis der passgenaue Lagersitz, der dem Lagersitz vor dem Bruchtrennen des Werkstücks entspricht, erreicht ist.
Alternativ kann das bruchgetrennte Lagerauge 2 auch mittels einem Kontaktstoßverfahren gefügt werden, bei dem zum Beispiel über einen Schwingungsgeber die sich berührenden Bruchtrennflächen beim Fügen mit kurzen Schwing- bzw. Schlagimpulsen beaufschlagt werden. Detaillierte Ausführungen zum Kontaktstoßverfahren sind der deutsche Anmeldung DE 101 61 817 Al der Anmelderin zu entnehmen.
Auch wenn in den vorliegenden Ausführungsformen unter den Figuren 1 bis 5 nur die Einbringung der Bruchtrennkerben im Bezug auf ein Pleuel dargestellt ist, so sind eine Vielzahl von anderen Werkstücken wie- zum Beispiel Kurbelwellengehäuse und Kreuzgelenke möglich. Grundsätzlich lässt sich das Verfahren bei den Werkstücken besonders vorteilhaft einsetzen, die vornehmlich ohne externe Führung einen passgenauen Lagersitz auszubilden haben.
Offenbart ist ein Verfahren zum Bruchtrennen eines Werkstücks in einen Lagerdeckel und einen Lagerboden, wobei durch eine Bewegung des Werkstücks oder eines Laserstrahls zum Einbringen diametraler Bruchtrennkerben diese mit einem quer zu ihrer Längsrichtung angestellten Bereich ausgebildet werden, sowie ein Werkstück mit derartigen Bruch.trennkerben vor dem Bruchtrennen und ein Werkstück mit derartigen Bruchtrennkerben nach dem Bruchtrennen. Bezugszeichenliste
2 Lagerauge 4 Innenumfangsfläche 6 Bruchtrennkerbe 8 Bruchtrennebene 10 Lagerboden 12 Lagerdeckel 14 Wölbung 16 Bruchtrennfläche 18 Sehraubbohrung 20 Außenumfangsfläche 24 Wölbung 26 Tal • 28 Berg 30 positive Sturzfläche 32 negative Sturzfläche 34 Bogen 36 Bogen 38 Bogen 40 Bogen 42 Gerade

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bruchtrennen eines Lagerauges (2) eines Werkstücks, insbesondere aus Metall, mit einem Laserstrahl, das zwei diametral gegenüberliegende Bruchtrennkerben (6; 22) aufweist, entlang denen das Werkstück in einen Lagerboden (10) und einen Lagerdeckel (12) bruchgetrennt wird und die bei einem sich anschließenden Fügeschritt gemeinsam wieder das Werkstück bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl oder das Werkstück quer zur Längsachse jeder Bruchtrennkerbe (6; 22) verfahren wird, so dass eine Bruchtrennkerbe (6; 22) mit zumindest einem zur Längsachse ausgelenkten Bereich (14; 24) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich (14; 24) als eine Wölbung mit weichem Kurvenverlauf ausgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Wölbung (14; 24) etwa im Bereich einer die Bruchtrennebene (8) durchsetzenden Schraubbohrung (18) ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Laserstrahl oder das Werkstück wiederholend quer zur Längsachse der Bruchtrennkerbe (6; 22) verfahren wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bruchtrennkerbe (22) beidseitig zur Längsachse ausgelenkt wird, so dass sich eine zur Längsachse etwa symmetrische Wellenform bildet .
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bruchtrennkerbe so ausgelenkt wird, dass sich gerade Endabschnitte ergeben.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Wölbungen (24) sinusförmig ausgebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, wobei die Bruchtrennkerbe (6; 22) um weniger als 1,1 mm quer zur Längsachse verfahren wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bruchtrennkerbe (6; 22) als eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Sacklochbohrungen ausgebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Sacklochbohrungen schräg angestellt und fingerförmig ausgebildet werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Sacklochbohrungen bei einer gehärteten Innenumfangsflache (4) des Lagerbodens (10) und des Lagerdeckels (12) durch eine Härteschicht hindurch erstreckend eingebracht werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Fügen Fügeschrauben nacheinander bis zum jeweiligen vorbestimmten Kontakt des Lagerbodens (10) mit dem Lagerdeckel (12) eingedreht werden.
13. Werkstück, insbesondere aus Metall, das ein Lagerauge (2) mit zwei diametral gegenüberliegenden Bruchtrennkerben (6; 22) aufweist, entlang denen das Werkstück in einen Lagerboden (10) und einen Lagerdeckel (12) bruchtrennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bruchtrennkerbe (6; 22) einen quer zu ihrer Längsachse ausgelenkten Bereich (14; 24) aufweist.
14. Werkstück, insbesondere aus Metall, das ein Lagerauge (2) mit zwei diametral gegenüberliegenden Bruchtrennkerben (6; 22) aufweist, entlang denen das Werkstück in einen Lagerboden (10) und einen Lagerdeckel (12) mit korrespondierenden Bruchtrennflächen (16) bruchgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchtrennflächen (16) jeweils im Bereich, ihrer Bruchtrennkerbe (6; 22) mit einem quer zur Längsachse der Bruchtrennkerbe (6; 22) ausgelenkten Bereich (14; 24) versehen sind, der in radialer Richtung weg von der Bruchtrennkerbe (6; 22) ausläuft.
15. Werkstück nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Bereich (14; 24) als eine Wölbung mit einem weichen Kurvenverlauf, vorzugsweise im Bereich einer Schraubbohrung (18) , ausgebildet ist.
16. Werkstück nach Anspruch 15, wobei eine weitere Wölbung (24) quer zur Längsachse der Bruchtrennkerbe vorgesehen ist.
17. Werkstück nach Anspruch 16, wobei die Wölbungen (24) beidseitig zur Längsachse angeordnet sind, so dass sich eine zur Längsachse etwa symmetrische Wellenform ergibt.
18. Werkstück nach Anspruch 17, wobei die Wellenform gerade Endabschnitte aufweist.
19. Werkstück nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Bruchtrennkerbe (6; 22) einen sinusförmigen Verlauf mit einer maximalen Amplitude von weniger als 1,1 mm hat.
20. Werkstück nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Bruchtrennkerbe (6; 22) eine Vielzahl von Sacklochbohrungen aufweist.
21. Werkstück nach Anspruch 20, wobei sich die Sacklochbohrungen durch eine Härteschiclit einer Innenumfangsfläche (4) des Lagerbodens (10) und des Lagerdeckels (12) erstrecken.
22. Werkstück nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die Sacklochbohrungen nach dem Fügen des Lagerbodens (10) und des Lagerdeckels (12) Restkerbtrichter bilden, die als Mikroschmierkammern dienen.
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