Mit piezounterstütztem Strukturfinishen zu optimierten Lagersitzen

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

WITTENSTEIN SE

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Finishband wirt hochfrequent an- und abgehoben

Beim Finishen von Kurbelwellen wird das Finishband (üblicherweise ein Polyesterfilm, auf dem einseitig ein Abrasiv, meist AlO_x oder SiC, aufgebracht wurde) mittels zweier Halbschalen (Bearbeitungsschalen) auf die Oberfläche gepresst.

Unter Rotation und kurzhubiger axialer Oszillation des Werkstückes werden die Lagersitze dann bearbeitet (Bild 1). So entstehen durch die Körnung des Werkzeugs auf der Oberfläche des Lagers umlaufende und sich kreuzende sinusartige Spuren (Bilder 2a bis 2c).

Finischband wird hochfrequent an- und abgehoben

Bedingt durch die immer schmaler bauenden Lagersitze heutiger Motoren sind die Freiräume für eine angemessen hohe Oszillationsamplitude stark eingeschränkt. Der so reduzierte Sinusanteil der Umlaufspur und der dadurch geringere Kreuzschliffanteil erhöht die Drainagewirkung der Oberfläche, was sich auf die tribologischen Eigenschaften nachteilig auswirkt.

Beim Strukturfinishen wird in der Bearbeitungsschale ein über Blattfedern angehängtes Element eingelassen, dass mit einem Piezoaktuator verbunden ist. Dieser Piezoschwinger oszilliert während der beschriebenen Bearbeitung in vertikaler Richtung und drückt so abwechselnd das eingelassene Element oder die Halbschale selbst auf die Oberfläche.

Durch das hochfrequente Abheben und Andrücken des Finishbandes wird der Schnitt in radialer Richtung ständig unterbrochen, wodurch die bereits erwähnten „Öltaschen“ entstehen. Durch die besondere Oberlfächenstruktur, die dieser Prozess erzeugt, kann die Drainagewirkung reduziert und gleichzeitig das Ölrückhaltevolumen erhöht werden.

Massenausgleichssystem erhöht die Finishqualität

Allerdings muss man beim Einsatz dieses Verfahrens die Parameter oder Toleranzen der geforderten Oberflächenrauigkeit an die neue Struktur anpassen. Durch die gezielt hergestellten Vertiefungen erhöht sich die Rauigkeit (Ra oder Rz) zwangsläufig im Vergleich zum klassischen Superfinishen ohne Piezountertützung. Die Messung des Kernrauheitsprofils zeigt das besonders deutlich: während sich beim Strukturfinishen die für die Reibleistung relevanten Werte Rpk und Rk nur geringfügig verändern, zeigt der Rvk, der die Riefentiefe und quasi das Ölrückhaltevolumen einer Oberfläche definiert, höhere Werte und damit die Wirksamkeit. Dieser Prozess lässt sich aber nicht nur auf die Lagersitze einer Kurbelwelle anwenden, sondern auch auf allen anderen zylindrischen Geometrien und mit allen bekannten Werkzeugen (Finishband und -stein).

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