WO2013064655A1

WO2013064655A1 - Verfahren und einrichtung zum einbringen einer lagerbuchse

Info

Publication number: WO2013064655A1
Application number: PCT/EP2012/071749
Authority: WO
Inventors: Wolfgang RÖMPP; Siegfried Gruhler; Joachim Klein
Original assignee: Mauser-Werke Oberndorf Maschinenbau Gmbh
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-05-10
Also published as: DE202012013324U1; MX2014004970A; CN103906599A; BR112014010596A2; WO2013064655A4; KR20140088598A; EP2750826A1; CN103906599B

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 D_Bi 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 D_WE 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 D_WE 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 D_WH 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 D_Bi der Lagerbuchse 8 ist so gewählt, dass er etwas kleiner oder in etwa gleich groß wie der Durchmesser D_P 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 D_WK 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 D_Ww die

Lagerbuchse 8 in der vorbeschriebenen Weise eingewalzt. Wie bereits vorstehend erläutert, ist es vorteilhaft, wenn nach Einstellung des maximalen Hüllkreisdurchmessers D_Ww 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 D_P dann in etwa dem Außendurchmesser D_B2 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 D_WE 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 (d_ß2) 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.