WO2016102643A1

WO2016102643A1 - Verfahren zum erzeugen einer rille

Info

Publication number: WO2016102643A1
Application number: PCT/EP2015/081117
Authority: WO
Inventors: Eugen Maurer
Original assignee: Jakob Lach Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-06-30
Also published as: EP3237133A1; DE102014119514A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Rille in einer Oberfläche (30) eines Werkstücks mittels eines spanabhebenden Werkzeuges, das mehrere Zähne mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenflanken (56, 58) und Rillengrund (26) aufweist. Zur Erzeugung der Rille werden mit einem ersten Zahn symmetrisch zu von der Oberfläche (30) ausgehenden Normalen verlaufende Begrenzungsflächen (20, 22) einer Basisrille erzeugt, von denen äußere Abschnitte Fasen (34, 36) der endgültigen Rille sind, die während der Bearbeitung mit den weiteren Zähnen unverändert bleiben.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Erzeugen einer Rille

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer insbesondere wendeiförmig verlaufenden Rille in einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere Innenlauffiäche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mittels eines spanabhebenden Werkzeuges, das mehrere Zähne mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenflanken und Rillengrund aufweist.

Zur Erzielung eines Verschleißschutzes ist es häufig erforderlich, dass Oberflächen von Werkstücken beschichtet werden. Beispielhaft sind Beschichtungen der Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren zu nennen. Um sicher zu stellen, dass die Schicht auf dem Werkstück verbleibt, erfolgt eine Oberflächenstrukturierung, wodurch ein Verzahnen oder Verklammern des Schichtmaterials mit dem Grundwerkstoff erfolgt. Beispielhaft ist auf die DE 10 2011 055 516 AI zu verweisen.

Der DE 10 2009 028 040 AI ist ein Kombinationswerkzeug für die Strukturierung von Oberflächen zu entnehmen. Um in die Oberfläche Hinterschnitte einzubringen, ist vorgesehen, dass das Kombinationswerkzeug ein spanendes Strukturierungswerkzeug und ein Umformwerkzeug umfasst.

Durch Umformen erfolgt auch bei der DE 10 2009 027 200 B3 das Ausbilden von Hinterschnitten. Nach dem gleichen Prinzip wird eine Struktur mit einem Werkzeug nach der US 7 220 458 B2 hergestellt.

Um einen Gegenstand zu beschichten, werden nach der DE 10 2006 045 275 B3 mit zwei Schneidwerkzeugen nacheinander Hinterschnitte in die Oberfläche eingebracht. Um in eine Zylinderinnenfläche, die mittels thermischen Spritzens beschichtet wird, eine Nut einzubringen, wird nach der DE 10 2012 021 089 AI ein Werkzeug benutzt, das neben einer Vorschneide eine einzige Schneide oder zwei Schneiden umfasst, die die Endkontur vorgeben.

Ein Verfahren und ein Werkzeug zur Erzeugung einer Oberfläche vorbestimmter Rauheit sind aus der WO 2010/015229 AI bekannt. Zur Erzeugung einer Rillenstruktur wird mittels eines Folgewerkzeugs spanabhebend eine Rillenstruktur in die Oberfläche des Werkstücks, wie Innenfläche eines Zylinderkurbelgehäuses, eingebracht. Hierzu weist das Werkzeug mehrere Zähne unterschiedlicher Geometrien auf, mittels derer sukzessiv die Endgeometrie der Rille herausgearbeitet wird. Dabei können die Zähne eine Geometrie derart aufweisen, dass zur Bildung von Hinterschnitten diese nacheinander erzeugt werden. Bevorzugterweise ist des Weiteren vorgesehen, dass durch Materialstauchung, die im gleichen Arbeitsgang wie das Erzeugen der Rille erfolgt, die Hinterschnitte gewünschter Geometrie hergestellt werden. Auch besteht die Möglichkeit, schneidende Zähne redundant auszuführen.

Nachteilig entsprechend erzeugter Rillen ist es, dass die oberflächenseitig verlaufenden Kanten relativ dünn ausgebildet sind, so dass an diesen Stellen eine Rissbildung in der aufzubringenden Schicht auftreten kann. Auch ist aufgrund der durch die Kanten bedingten Werkzeuggeometrien das Risiko gegeben, dass zumindest Bereiche der Zähne ausbrechen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine Rillenstruktur in der Oberfläche eines Werkstücks erzeugt werden kann, die überaus feine Hinterschnittstrukturen aufweisen, so dass ein sicheres Haften der Beschichtung ermöglicht wird. Ferner sollen im Bereich der Kanten der Rillen Rissbildungen in der aufzubringenden Beschichtung vermieden werden. Es soll eine filigrane Rillenstruktur zur Verfügung gestellt werden, ohne dass die verwendeten Werkzeuge aufgrund der durch die Geometrie der Rillen bedingten filigranen Struktur beim spanenden Bearbeiten des Werkstücks beschädigt werden. Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor,

dass mit zumindest einem ersten Zahn eine Basisrille mit zu von der Oberfläche ausgehender Normalen geneigt verlaufenden Begrenzungsflächen zur Bildung einer ersten symmetrischen vorläufigen Rillengeometrie einer Tiefe erzeugt wird, die geringer als Tiefe der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie ist,

dass mit zumindest einem zweiten Zahn die Basisrille in Verlängerung der Begrenzungsflächen bis zum oder nahezu bis zum Rillengrund der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie zur Erzeugung einer zweiten vorläufigen Rillengeometrie bearbeitet wird,

dass zur Bildung von Fasen der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie mit zumindest einem dritten Zahn gleichzeitig Bereiche zur Erzeugung einer dritten vorläufigen Rillengeometrie entfernt werden, die jeweils zwischen Rillengrund und von einer durch den Rillengrund aufgespannten Geraden ausgehenden und die Begrenzungsflächen jeweils in einem Punkt schneidenden Normalen verlaufen, durch den gewünschte Länge der Fase bestimmt wird, und

dass mit zumindest einem vierten Zahn gleichzeitig der Rillengrund und die Flanken der Hinterschnitte der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie erzeugt werden.

Die Begrenzungsfläche, von der ein Abschnitt die Fase bildet, schließt mit der von der Oberfläche des Werkstücks ausgehenden Normalen einen Winkel α mit insbesondere 30° < α < 60°, vorzugsweise α = 45°, ein.

Erfindungsgemäß wird mittels eines Folgewerkzeugs sukzessiv die Endgeometrie der Rille erzeugt, wobei durch die Ausbildung der Fasen sichergestellt ist, dass die Ränder der Rille nicht spitz zulaufend ausgebildet sind mit der Folge, dass eine Rissbildung in der aufzubringenden Schicht vermieden wird. Gleichzeitig können jedoch die Hinterschnitte eine gewünschte Tiefe aufweisen, so dass das Verkrallen bzw. Verklammern von einem die Oberfläche beschichtenden Material in einem Umfang erfolgt, dass das Schichtmaterial haften bleibt. Somit können problemlos Beschichtungen durch thermisches Spritzen aufgebracht werden, wobei Flammspritzen, Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen beispielhaft zu nennen sind. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten für Innenflächen von Zylinderkurbelgehäusen aus Aluminiumguss bestimmt, so dass aufgrund der erfindungsgemäßen Rillenausbildung und dem anschließenden thermischen Spritzen eine überaus verschleißfeste stabile Lauffläche zur Verfügung gestellt wird, die hohen Belastungen standhält.

Die erfindungsgemäße Lehre benötigt abweichend vom Stand der Technik keine ergänzende Materialstauchung, um eine gewünschte Rillengeometrie zu erzeugen, da erwähntermaßen die Ränder hinreichend massiv und damit formbeständig sind.

Erfindungsgemäß ist hierzu auch insbesondere vorgesehen, dass der zumindest eine dritte Zahn und der zumindest eine vierte Zahn beim Bearbeiten des Werkstücks zu den Fasen beabstandet werden.

Ganz allgemein und für sich schutzwürdig zeichnet sich die Erfindung durch ein Zähne aufweisendes Folgewerkzeug dadurch aus, dass durch Folgeschnitte nur eine Erweiterung des Querschnitts der Rille erzeugt wird, ohne dass ein von einem Zahn bearbeiteter Schnitt von einem nachfolgenden Zahn weiter bearbeitet wird.

Durch die symmetrische Profilgeometrie der Rille, die durch jeden der aufeinanderfolgenden Schnitte erzeugt wird, wobei eine sukzessive Querschnittsvergrößerung erfolgt, kann ein Werkzeug genutzt werden, mit dem mit einer bestimmten Anzahl von Folgezähnen sukzessiv die gewünschte Endgeometrie erzeugt wird, so dass jeder Zahn gleich und symmetrisch belastet wird. Eine symmetrische Belastung ist Voraussetzung für einen stabilen Zahn und einen stabilen Prozess.

Da die Rillen filigran ausgebildet sind, werden nach einem weiteren hervorzuhebenden Vorschlag der Erfindung die Zähne derart angeordnet, dass deren Abstand gleich zweifachem Steigungsabstand der einen Wendelverlauf aufweisenden Rille ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Zähne im erforderlichen Umfang und mit hoher Präzision hergestellt werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass diese mittels Laser aus einer aus Hartstoff bzw. PKD-Platte ausgeschnitten werden, die ihrerseits z. B. auf einem Träger z. B. aus Hartmetall befestigt ist. Dabei können die Zähne sich abschnittsweise auch innerhalb des Trägers erstrecken.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Zähne mittels Drahterodierens herauszuschneiden, wobei ein Draht mit einem Durchmesser von z.B. 0,1 mm bevorzugterweise benutzt werden sollte.

Auch besteht nach der erfindungsgemäßen Lehre die Möglichkeit, die Zähne redundant auszubilden, wobei vorzugsweise zumindest der vierte Zahn, insbesondere jedoch der dritte und vierte Zahn redundant vorhanden sein sollten, so dass sichergestellt ist, dass bei der Ausbildung der Rille diese auch dann die gewünschte Endgeometrie aufweist, wenn einer der Zähne während des spanabhebenden Bearbeitens beschädigt werden sollte.

Um nach fertiggestellter Rille diese von Ablagerungen zu säubern, kann mit zumindest einem im Vergleich zu dem zumindest einen vierten Zahn ein Untermaß aufweisenden fünften Zahn die Rille ausgeräumt wird.

Die Erfindung wird selbstverständlich dann nicht verlassen, wenn zur Erzeugung der Begrenzungsflächen bis hin zum tatsächlichen Verlauf des Rillengrunds der auszubildenden Rille nicht ein erster und ein zweiter Zahn, sondern ein einziger Zahn benutzt wird, der ggf. redundant ausgebildet ist.

Durch das erfindungsgemäße sukzessive Ausbilden der Rille zu ihrer Endgeometrie erfolgt ein Materialabtrag in einem Umfang, dass Beschädigungen unterbleiben und somit eine definierte und reproduzierbare Rillengeometrie erzielbar ist mit der Folge, dass nach erfolgter Beschichtung eine Kontaktfläche zur Verfügung steht, die höchsten Ansprüchen genügt. Die Länge der Fase in der Querschnittsebene der Rille sollte im Bereich zwischen 0,01 mm und 0,02 mm liegen.

Die Flanke des Hinterschnitts sollte zu einer vom Rillengrund ausgehenden Normalen einen Winkel ß mit 15° < ß < 25°, insbesondere ß = 20°, einschließen.

Der Rillengrund kann kontinuierlich, z. B. mit einem Radius von 0,01 mm, in die Seitenflanken übergehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Übergang durch eine Abschrägung zu bilden, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass beim spanabhebenden Abtragen des Materials der entsprechende Span aufgeteilt wird, also im Vergleich zu einem stetigen Übergang eine Spantrennung erfolgt.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Erzeugen einer insbesondere wendeiförmig verlaufenden Rille in einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere Innenlauffläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mittels eines spanabhebenden Werkzeuges, das mehrere Zähne mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenflanken und Rillengrund aufweist, das sich dadurch auszeichnet, dass mit einem ersten Zahn symmetrisch zu von der Oberfläche ausgehender Normalen verlaufende Begrenzungsflächen einer Basisrille erzeugt werden, von denen äußere Abschnitte Fasen der endgültigen Rille sind, die während der spanabhebenden Bearbeitung mit weiteren Zähnen unverändert bleiben.

Die Fase und deren Verlauf sowie die Rillengeometrie können sich dabei durch die zuvor erfolgten Erläuterungen auszeichnen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung eines Werkzeuges mit Zähnen zuvor erläuterter Geometrien zur Durchführung eines Verfahrens, mit dem eine wendeiförmig verlaufende Rille in einer Innenfläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors hergestellt wird. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Wendeschneidplatte mit Schneideinsatz,

Fig. 2 der Schneideinsatz gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 Ausschnitte III aus der Fig. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung von Zahnfolgeschnitten hergestellt mit dem

Schneideinsatz gemäß Fig. 1 und 2 und

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Prinzipdarstellung mit einer von der Fig. 4 abweichenden Endgeometrie einer Rille.

Nachstehend wird ein Werkzeug beschrieben, mit dem eine zylindrische Innenoberfläche derart strukturiert wird, dass eine aufzubringende Beschichtung, insbesondere mittels thermischen Spritzens, auf der Oberfläche haften bleibt, indem mit dieser eine Art Verzahnung, Verkeilung, Verklammerung erfolgt, um das Haften grob zu umschreiben. Hierzu wird erfindungsgemäß ein Folgewerkzeug benutzt, das in Längsrichtung des Werkzeugs betrachtet mehrere Zähne aufweist, mit denen eine spanabhebende Bearbeitung erfolgt. Ergänzend kann ein Ausräumen der hergestellten Struktur bzw. ein Abstützen des Werkzeugs auf der Oberfläche erfolgen, ohne dass ein Materialabtrag erfolgt.

Dabei kann aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre eine Rille erzeugt werden, die ungeachtet ihrer Filigranität im erforderlichen Umfang Hinterschnitte aufweist, damit eine Beschichtung fixiert werden kann. Durch die Filigranität ergibt sich der Vorteil, dass das Volumen der Rille relativ klein gehalten und somit teures Beschichtungsmaterial eingespart werden kann. Ferner wird im Bereich deren Öffnungen eine Rissbildung vermieden.

Bevorzugtes Einsatzgebiet des Werkzeugs sind Bohrungen von Zylinderkurbelgehäusen, die aus Aluminiumguss bestehen, ohne dass hierdurch die Erfindung eingeschränkt wird.

Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Untergrunds für Beschichtungen, die keine Verbindungen zum Untergrund, d. h. zu dessen Material eingehen, so dass eine mechanische Verkeilung erforderlich ist.

Mittels des in der zeichnerischen Darstellung wiedergegebenen Werkzeugs soll eine einen Wendelverlauf aufweisende Rille in der Innenfläche einer Bohrung ausgebildet werden, wobei die Rille in ihrer Endgeometrie Hinterschnitte aufweist, wie sich dies klar erkennbar und selbsterklärend aus der Fig. 3 ergibt.

Mit den nachstehend näher beschriebenen Zähnen erfolgt ein sukzessives spanabhebendes Bearbeiten des Werkstücks zur Ausbildung der Rille derart, dass diese eine gewünschte Endgeometrie mit Hinterschnitten aufweist, die das Haften der Beschichtung sicherstellt. Dabei ist aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre der Vorteil gegeben, dass die Rille ungeachtet deren filigraner Abmessungen in ihren Begrenzungen nicht scharfkantig ist, wodurch sich anderenfalls u. a. der Nachteil ergeben würde, dass Probleme bei der Herstellung des Werkzeuges erwachsen bzw. bei dessen Nutzung das Risiko besteht, dass ein Aus- bzw. Abbrechen der Zähne erfolgen kann.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Rille vom Beginn bis zu ihrer Endgeometrie stets symmetrisch ausgebildet wird, so dass sichergestellt ist, dass die zum spanabhebenden Bearbeiten benötigten Zähne gleichmäßig belastet werden. Das Werkzeug wird spiralförmig durch die Bohrung geführt, um auf diese Weise einen wendeiförmigen Verlauf der Rille zu erzielen. Der Steigungsabstand kann dabei 0,20 mm bis 0,30 mm, insbesondere 0,25 mm, betragen.

Zur Herausarbeitung der Rille wird im Ausführungsbeispiel eine Wendeschneidplatte 10 benutzt, die einen z. B. aus einem Hartstoff wie PKD bestehenden Schneideinsatz 12 aufweist, der mit einem Träger 14 verbunden ist. Insoweit wird auf bekannte Konstruktionen verwiesen.

Der Schneideinsatz 12 weist nachstehend näher beschriebene Zähne auf, die bevorzugterweise entlang einer Geraden angeordnet sind, die vorzugweise parallel zu der Drehachse des Werkzeugs verläuft.

Das mit dem Schneideinsatz 12 bestückte Werkzeug kann als Folgewerkzeug bezeichnet werden, da sukzessiv aufeinanderfolgend Zähne in eine auszubildende Rille eingreifen, um diese auf ein gewünschtes Endmaß hin zu bearbeiten. Dabei ist ein die Erfindung mitprägendes Merkmal, dass die durch die aufeinanderfolgenden Zähne erzeugten Folgeschnitte die Rillengeometrie nur erweitern und nicht vorausgehende Schnitte mit einem nachfolgenden Schnitt bearbeitet bzw. verändert werden.

Erfindungsgemäß weist der Schneideinsatz 12 im Ausführungsbeispiel fünf verschiedene Zähne auf, von denen einige redundant, also zumindest zweifach vorhanden sind.

Um eine Rille 16 mit einer gewünschten Endgeometrie, wie diese der Fig. 3 zu entnehmen ist, zu erzeugen, wird zunächst mit einem ersten Zahn 18 (Zahn 1) einer Basisrille einer ersten vorläufigen symmetrischen Rillengeometrie durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt. Die Geometrie der Basisrille ist der Fig. 4 bzw. Fig. 5 zu entnehmen, wobei der Bereich 1 mit dem Zahn 1 aus dem im Ausführungsbeispiel als Zylinderkurbelgehäuse bezeichneten Werkstück 62 entfernt wird. Die Basisrille weist dabei Begrenzungsflächen 20, 22 sowie eine Grundfläche 24 auf, die beabstandet zu dem Rillenboden 26 in der Endgeometrie 28 der Rille 16 verläuft, wie gleichfalls durch die Fig. 4 bzw. Fig. 5 verdeutlicht wird. Die Begrenzungsfläche 20, 22 mit der Grundfläche 24 bilden einen Abschnitt eines gleichschenkligen Trapezes.

Die Begrenzungsflächen 20, 22 beschreiben zu einer von der Werkstückoberfläche 30 ausgehenden Normalen 32 einen Winkel , der zwischen 30° und 60° liegt und im Ausführungsbeispiel 45° beträgt, wie auch den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist. Der eingezeichnete Winkel α verläuft dabei zwischen der Begrenzungsfläche 20 und einer zu der Normalen parallel verschobenen Geraden 32, die das Ende einer Fase 34 schneidet, die einen Abschnitt der Begrenzungsfläche 20 ist. Entsprechend findet sich eine Fase 36 auf der gegenüberliegenden Seite der Rille, wobei die Begrenzungsflächen 20, 22 und somit auch die Fasen 34, 36 symmetrisch zu einer Ebene verlaufen, die Mittenbereich des Rillengrundes 26 schneidet. In der Symmetrieebene verläuft somit bei parallel zu der Werkstückoberfläche 30 verlaufendem Rillengrund 26 eine vom Mittenbereich des Rillengrunds 26 ausgehende Normale.

Das Werkzeug und somit der Schneideinsatz 12 wird spiralförmig durch die Bohrung hindurchgeführt, wobei der Steigungsabstand A zwischen 0,2 mm und 0,3 mm, insbesondere im Bereich von 0,25 mm, liegt.

Im doppelten Steigungsabschnitt zu dem ersten Zahn 18, der im Schnitt eine Trapezgeometrie aufweist, ist ein zweiter Zahn 38 (Zahn 2) vorhanden, dessen Seitenflanken 40, 42 den gleichen Verlauf wie die des Zahns 18 aufweisen, so dass beim Eindringen in die Basisrille ein spanabhebendes Abtragen der Begrenzungsflächen 20, 22 nicht erfolgt, die jedoch in ihrer Länge vergrößert werden, wie die Fig. 4 verdeutlicht, so dass der mit dem Bezugszeichen 2 versehene Bereich entfernt und somit die Basisrille in ihrer Tiefe vergrößert wird. Erwähntermaßen erfolgt dabei ein spanabhebendes Abtragen der zuvor ausgebildeten und die Fasen 34, 36 aufweisenden Begrenzungsflächen 20, 22 nicht. Dies schließt jedoch nicht aus, dass ein geringer Abtrag erfolgen könnte. Mittels des zweiten Zahns 38 erfolgt ein spanabhebendes Abtragen bis zum Bereich 41 des Rillengrunds 26. Im doppelten Abstand A der Steigung der Rille geht von dem Schneideinsatz 12 ein dritter Zahn 44 aus, der in der Fig. 2 ergänzend mit Zahn 3.1 gekennzeichnet ist. Der dritte Zahn 44 ist - wie der erste Zahn 18 und der zweite Zahn 38 - symmetrisch ausgebildet, d. h. die Schneidkanten verlaufen symmetrisch zu einer Ebene, die senkrecht von der Drehachse des Werkzeugs durchsetzt wird.

Mittels des dritten Zahns 44 werden Bereiche 46, 48 entfernt, die im Schnitt eine Dreieckgeometrie aufweisen. Diese Bereiche 46, 48 erstrecken sich zwischen von dem Rillengrund 26 ausgehenden und die Begrenzungsflächen 20, 22 in einem Punkt 46, 48 schneidenden Normalen 50, 52 und den bodenseitigen Enden der Begrenzungsflächen 20, 22. Durch den Schnittpunkt 46, 48 wird die Länge der Fase 34, 36 vorgegeben. Eine Bearbeitung der Fase 34, 36 beim Abtragen der Bereiche 46, 48 erfolgt nicht.

Sollte mit dem zweiten Zahn 38 die Basisrille nicht bis zum Rillengrund 26 der endgültigen Rille erzeugt sein, sondern beabstandet zu diesem, so würde mit dem dritten Zahn 44 der verbleibende Bereich der Basisrille mit entfernt werden.

Beim Abtragen der Bereiche 46, 48 findet zwischen dem dritten Zahn 44 und den Fasen 34, 36 ein Kontakt nicht statt.

Im Ausführungsbeispiel ist der dritte Zahn 44 redundant ausgebildet, d. h. im doppelten Steigungsabstand ist ein weiterer dritter Zahn vorhanden, der in der Fig. 2 mit„Zahn 3.2" gekennzeichnet ist. Entsprechend ist in der Fig. 4 bzw. Fig. 5 der Bereich 46, 48 mit„3.1 / 3.2" bezeichnet. Die Geometrie des Zahns 3.2 entspricht der des Zahns 44, also des„Zahn 3.1".

Im gleichfalls doppelten Steigungsabstand ist sodann ein vierter Zahn 54 vorhanden, mittels dem die Endgeometrie der Rille 16 erzeugt wird. Somit werden die Seitenflanken 56, 58 erzeugt, durch die die Hinterschnitte der Rille 16 gebildet werden. Beim Bearbeiten, also Ausbilden der Endgeometrie der Rille 16 berührt der Zahn 54 die Fasen 34, 36 nicht, wie auch durch die Fig. 3 verdeutlicht wird. Der Fig. 3 ist auch zu entnehmen, dass der vierte Zahn 54 im Schnitt eine Trapezgeometrie aufweist, wobei die Schneidkanten symmetrisch zueinander verlaufen, wie dies bei den Zähnen 18, 38, 44, 45 gleichfalls zutrifft. Entsprechend dem dritten Zahn 44, 45 wird auch der vierte Zahn 54 redundant ausgebildet (Bezugszeichen 55 bzw. Zahn 4.2).

Um gegebenenfalls in der Rille 16 vorhandene Materialreste zu entfernen, schließt sich im doppelten Steigungsabstand zu dem vierten Zahn 55 ein fünfter Zahn 60 (Zahn 5) an, der als Räumzahn zu bezeichnen ist und gegenüber dem vierten Zahn 55 ein Untermaß in der Größenordnung von 1/100 mm aufweisen sollte. Dies wird prinzipiell in Fig. 4 durch die mit Pfeilen versehene Zahl„5" verdeutlicht.

Aus den Darstellungen der Fig. 3 ergibt sich des Weiteren, dass die den Hinterschnitt bildenden Flanken 56, 58 zu der Normalen 32 bzw. einer parallel hierzu verschobenen Geraden einen Winkel ß einschließen, der im Bereich von 20° liegen sollte, wie auch die Fig. 3 angibt.

Zu der Fig. 3 ist anzumerken, dass in der linken Darstellung verdeutlicht wird, dass der Übergang zwischen Rillengrund 26 und den Seitenflanken 56, 58 durch einen Bogen mit beispielhaft einem Radius von 0,01 mm gebildet wird.

In der rechten Darstellung erfolgt der Übergang zwischen den Seitenflanken 56, 58 und dem Rillengrund 26 über eine Schräge, die durch eine in dem Zahn vorhandene Fase gebildet wird. Die Schrägen sind mit den Bezugszeichen 70, 72 gekennzeichnet, wobei die Schrägen 72, 74 über Kanten 76, 78 bzw. 80, 82 in die Seitenflanken 56, 58 bzw. den Rillengrund 26 übergehen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Spantrennung bei der Bearbeitung erfolgt, wodurch ein Verschmieren in der Rille vermieden und ein problemloses Ausräumen ermöglicht wird. Durch die Schrägen 72, 74 erfolgt quasi ein unstetiger Übergang zu den Seitenflanken 56, 58 bzw. dem Rillengrund 26. Demgegenüber ist der Übergang gemäß der linken Darstellung in Fig. 3 kontinuierlich, wobei erwähntermaßen ein Radius von z. B. 0,01 mm gewählt werden kann. Unterscheiden sich die beiden Darstellungen in der Fig. 3 einzig und allein in Bezug auf den Übergang zwischen Rillengrund 26 und den Seitenflanken 56, 58, so gilt Gleiches für die Fig. 4 und 5. Dabei entspricht die Fig. 4 der linken Darstellung der Fig. 3 hinsichtlich der Rillengeometrie und die Fig. 5 der rechten Darstellung in Fig. 3. Daher werden auch mit Ausnahme des Übergangs zwischen den Seitenflanken 56, 58 und Rillengrund 26 die gleichen Bezugszeichen verwendet. In Fig. 4 ist der stetige Übergang zwischen den Seitenflanken 56, 58 und dem Rillengrund 26 durch den Bereich R gekennzeichnet, der einen Radius von 0,01 mm aufweisen kann. Der quasi unstetige Übergang zwischen den Seitenflanken 56, 58 und dem Rillengrund 26 gemäß Fig. 5 wird durch die durch die Kanten 76, 78 bzw. 80, 82 begrenzten Schrägen 72, 74 verdeutlicht.

Aus der zeichnerischen Darstellung ergibt sich, dass dem ersten Zahn 18 eine plateauartige Erhebung 62 vorgelagert ist, über die das Werkzeug, d. h. der Schneideinsatz 12 auf der Werkstückoberfläche 30, also auf der Innenfläche der Zylinderlauffläche abgestützt ist. Entsprechend findet sich ein plateauartiger Bereich 64 hinter dem fünften Zahn 60.

Zu den Abmessungen ist anzumerken, dass die Breite der Rille 16 zwischen den Punkten 46, 48, also den inneren Enden der Fasen 34, 36 im Bereich von 0,13 mm liegt. Die Tiefe der Rille 16 liegt bei 0,06 mm.

Zu den das spanabhebende Bearbeiten durchführenden Zähnen ist anzumerken, dass der Stirnfreiwinkel bei 5° und der seitliche Freiwinkel bei 3° liegen sollte.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Erzeugen einer Rille

1. Verfahren zum Erzeugen einer insbesondere wendeiförmig verlaufenden Rille in einer Oberfläche eines Werkstücks (62), insbesondere Innenlauffiäche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mittels eines spanabhebenden Werkzeuges (12), das mehrere Zähne (18; 38; 44, 45; 54, 55) mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille (16) in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenfianken (56, 58) und Rillengrund (26) aufweist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass mit zumindest einem ersten Zahn (18) eine Basisrille mit zu von der Oberfläche ausgehender Normalen geneigt verlaufenden Begrenzungsfiächen (20, 22) zur Bildung einer ersten symmetrischen vorläufigen Rillengeometrie einer Tiefe erzeugt wird, die geringer als Tiefe der Rille (16) in ihrer endgültigen Rillengeometrie ist,

dass mit zumindest einem zweiten Zahn (38) die Basisrille in Verlängerung der Begrenzungsfiächen bis zum oder in etwa bis zum Rillengrund (26) der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie zur Erzeugung einer zweiten vorläufigen Rillengeometrie bearbeitet wird,

dass zur Bildung von Fasen (34, 36) der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie mit zumindest einem dritten Zahn (44, 45) gleichzeitig Bereiche zur Erzeugung einer dritten vorläufigen Rillengeometrie entfernt werden, die jeweils zwischen Rillengrund und von einer durch den Rillengrund aufgespannten Geraden ausgehenden und die Begrenzungsfiächen jeweils in einem Punkt (46, 48) schneidenden Normalen verlaufen, durch den gewünschte Länge der Fase bestimmt wird, und

dass mit zumindest einem vierten Zahn (54, 55) gleichzeitig der Rillengrund und die Flanken der Hinterschnitte der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der zumindest eine dritte Zahn (44, 45) und der zumindest eine vierte Zahn (54, 55) beim Bearbeiten des Werkstücks (62) zu den Fasen (34, 36) beabstandet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Abstand von aufeinander folgenden Zähnen (18; 38; 44, 45; 54, 55) gleich oder zumindest gleich zweifachem Steigungsabstand der einen Wendelverlauf aufweisenden Rille (16) beträgt.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass mit dem zumindest einen ersten Zahn (18) erzeugte und mit einem Abschnitt die Fase (34, 36) bildende Begrenzungsfläche zu der Normalen einen Winkel α mit 30° < α < 60°, insbesondere α = 45°, einschließt.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest der vierte Zahn (54, 55) redundant ausgebildet wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Zähne (18; 38; 44, 45; 54, 55) von einer Wendeschneidplatte (10) bzw. einem von dieser aufgenommenen Schneideinsatz ausgehen, wobei die Zähne aus dem Schneideinsatz mittels Laserbearbeitung oder Drahterodierens hergestellt werden.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Zähne (18; 38; 44, 45; 54, 55) aus einer Hartstoff- bzw. PKD-Platte mittels Laser oder Drahterodierens ausgeschnitten werden, die mit einem insbesondere aus Hartmetall bestehenden Träger verbunden ist.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass mit dem zumindest einen vierten Zahn (54, 55) ausschließlich die Flanken und der Rillengrund herausgearbeitet werden.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Bearbeitung mit dem zumindest einen zweiten Zahn (38) und dem zumindest einen dritten Zahn (44, 45) durch einen einzigen Zahn erfolgt, der ggf. redundant ausgebildet wird.

10. Verfahren zum Erzeugen einer insbesondere wendeiförmig verlaufenden Rille (16) in einer Oberfläche eines Werkstücks (62), insbesondere Innenlauffläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mittels eines spanabhebenden Werkzeuges (12), das mehrere Zähne (18; 38; 44, 45; 54, 55) mit voneinander abweichenden Querschnitten aufweist, über die sukzessiv Rillenquerschnitte auf ein gewünschtes Endmaß bearbeitet werden, wobei der Querschnitt der Rille in ihrer endgültigen Rillengeometrie eine symmetrische Trapezgeometrie mit Hinterschnitte begrenzenden Seitenflanken (56, 58) und Rillengrund (26) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass mit einem ersten Zahn (18) symmetrisch zu von der Oberfläche ausgehenden Normalen verlaufende Begrenzungsflächen einer Basisrille erzeugt werden, von denen äußere Abschnitte Fasen (34, 36) der endgültigen Rille (16) sind, die während der Bearbeitung mit den weiteren Zähnen (18; 38; 44, 45; 54, 55) unverändert bleiben.

11. Verfahren nach vorzugsweise einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet ,

dass die Rille (16) derart spanabhebend erzeugt wird, dass der durch einen Zahn (16; 18; 38; 44, 45; 54, 55) oder eine Zahngruppe mit Zähnen gleicher Geometrie erzeugte Schnitt durch einen nachfolgenden Zahn abweichender Geometrie unverändert bleibt.

12. Verwendung eines Werkzeugs (62) zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest Anspruch 1 zur Ausbildung einer wendeiförmig verlaufenden Rille (16) in einer Innenfläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors.