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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Honwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Honen ist ein spanendes Feinbearbeitungsverfahren für fast alle Werkstoffe und stellt in der Produktion oft den letzten Fertigungsprozess dar. Ziel ist eine Verbesserung der Maß-, Form-, Oberflächen- und Lagetoleranzen. Insbesondere sollen die Verschleiß- und Reibungseigenschaften positiv beeinflusst werden.
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Beim Honen erfolgt ein radiales Zustellen von Honleisten, so dass sich dabei eine Achse einer Honahle eines Honwerkzeugs durch Zentrieren und Kippen zur Bohrungsachse ausrichtet. Die vorgearbeitete Bohrung weist meistens einen Versatz zu einer Spindel der Honmaschine auf, so dass den Übertragungselementen zwischen Spindel und Werkzeug entsprechende radial-translatorische und angulare Freiheitsgrade zugeordnet werden müssen.
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Die
DE 546324 C zeigt ein Honwerkzeug, wobei Führungen im Haltekörper aus losen Winkeleisen bestehen, die durch äußere Klemmplatten mit zentrierender Aussparung zusammengehalten werden. Ferner sitzt ein U-förmiger Backenschuh an einem mit federndem Druckstück versehenen zweiten U-Stahl als Führung, dessen beide Schenkel die Schrägflächen für die Einstellung aufweisen.
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In der Regel wird der Versatzausgleich in zwei Gelenkebenen, z. B. durch eine doppelgelenkige Werkzeugaufnahme, ermöglicht, so dass sich das Honwerkzeug bezüglich Lage und Richtung in der vorgearbeiteten Bohrung ausrichten kann. Der Abstand der beiden Gelenkebenen sollte dabei möglichst groß sein, um mit möglichst geringer Kraft eine Auslenkung des Werkzeugs zu erreichen. Die Verbindung der beiden Gelenkebenen bildet eine Gelenkstange. Eine derartige Gelenksstange ist bspw. in der
DE 1 652 052 A beschrieben. Dabei kann in einer Gelenkebene sowohl ein Kugelgelenk als auch ein kardanisches Kreuzgelenk angeordnet sein.
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Die
DE 20 2006 003 459 U1 zeigt ein Honwerkzeug, bei dem ein zwischen einer Honstange und einer Kupplungshülse angeordnetes Kardangelenk dazu dient, einen Achsversatz zwischen der Achse der Honstange und der Achse der bearbeiteten Bohrung auszugleichen.
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Neben der doppelgelenkigen Werkzeugaufnahme sind auch schwimmend-halbstarre Werkzeugaufnahmen bekannt. Eine solche Anordnung gibt dem Werkzeug dieselben Freiheitsgrade wie eine doppelgelenkige Werkzeugaufnahme. Eine derartige schwimmend-halbstarre Werkzeugaufnahme zeigt die
DE 10 2012 009 110 A1 , wobei die radial-translatorische Schwimmbewegung und das angulare Auslenken mechanisch und konstruktiv voneinander getrennt sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 2 131 583 A beschreibt ebenfalls ein auslenkbares Honwerkzeug dessen Pendelachsen sich in einer Ebene befinden. Eine Pendelbewegung findet in x- und y-Richtung jeweils um eine Achse der Gelenkstifte eines Kreuzgelenks statt. Eine radial-translatorische Auslenkung entlang der Stiftachsen ist durch ein kugelförmiges Übertragungselement, welches sich formschlüssig bspw. in einem konischen Sitz befindet, konstruktionsbedingt nicht möglich.
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Honmaschinen müssen mit einem großen Abstand zwischen dem Spindelende und dem Bearbeitungstisch gebaut werden. Dabei setzt sich dieser Abstand aus der Höhe der zu bearbeitenden Werkstücke und der Länge der Honwerkzeuge zusammen. Dies bedeutet, dass die Maschinen sehr hoch bauen. Dies wirkt sich nachteilig auf die Steifigkeit der Honmaschinen und deren Herstellungskosten aus. Außerdem sind sie wegen ihrer Größe und Ihres Gewichts schwierig zu transportieren.
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Wenn es also gelingt, ein Honwerkzeug mit geringerer Baulänge bereitzustellen, dann kann die Bauhöhe der Honmaschine entsprechend verringert werden und die oben genannten Schwierigkeiten verringert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Honwerkzeug mit gegenüber herkömmlichen Honwerkzeugen reduzierter Baulänge mit gleicher Funktionalität und geringen Herstellungskosten bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, ein kardanisches Kreuzgelenk durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 so weiterzubilden, das es zusätzlich noch translatorische Ausgleichsbewegungen ausführen kann. Dies geschieht erfindungsgemäß ohne zusätzlichen Bauraumbedarf und ohne zusätzliche Kosten.
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Üblicherweise weist ein kardanisches Kreuzgelenk maximal drei Freiheitsgrade auf. Es handelt sich dabei um rotatorische Freiheitsgrade. Durch das radiale Spiel des Gelenkrings kommen zwei translatorische Freiheitsgrade hinzu, die den Ausgleich eines Achsversatzes zwischen Spindel und Werkstückbohrung ermöglichen.
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Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Realisierung der bei den herkömmlichen Honwerkzeugen erreichten Freiheitsgrade baulich zu konzentrieren. Dadurch werden Baulänge und Kosten eingespart. Auf eine Gelenkstange kann verzichtet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Honwerkzeug ist zwischen einem unteren Ende eines Werkzeugschaftes und dem eigentlichen Werkzeug (der Honahle) die Gelenkebene des Werkzeugs mit dem kardanischen Kreuzgelenk angeordnet. Das bedeutet, dass der Bereich des Honwerkzeugs unterhalb des Werkzeugschafts beweglich ausgebildet ist. Eine Auslenkung des Werkzeugs in translatorischer und angularer Richtung erfolgt in einer Ebene. Bei dem kardanischen Kreuzgelenk befinden sich also die Pendel- und Verschiebeachsen für die Honahle auf einer Ebene.
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Damit können alle notwendigen Freiheitsgrade vom Werkzeug ausgeführt werden.
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In der Nähe der Gelenkebene des Werkzeugs erfolgt im Inneren des Werkzeugs die zentrische Übertragung der axialen Zustellkraft für die Honleisten. Eine Gelenkebene der Zustellung kann dabei ebenfalls ein erfindungsgemäß ausgebildetes kardanisches Kreuzgelenk aufweisen. Andere Ausführungsformen der Gelenkebene der Zustellung sind natürlich auch möglich. Die Zustellstifte des beweglichen Werkzeugteils werden bei kontinuierlicher Übertragung der Zustellkraft ebenfalls translatorisch und angular ausgelenkt.
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Die Gelenkebene der zentrischen Zustellung ist möglichst nahe an die Gelenkebene des Werkzeugs angeordnet. Der Abstand der Gelenkebene des Werkzeugs bis bspw. zur Mitte der Honleisten ist ebenfalls so kurz wie möglich ausgelegt.
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Damit weist das erfindungsgemäße Honwerkzeug eine stark reduzierte Bauhöhe auf. An dem Spannkonus ist der Werkzeugschaft mit der Gelenkebene des Werkzeugs angeordnet.
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Der Werkzeugschaft kann zum Beispiel nur ungefähr doppelt so lang sein wie die zu honende Bohrung, bzw. wie die zu honende Bohrungslänge zuzüglich einer angebauten Honbrille. Die minimale Baulänge des Werkzeugschaftes ermöglicht zudem eine maximale Steifigkeit der Vorrichtung.
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Durch die reduzierte Bauhöhe ist die Versandlogistik für Honmaschinen deutlich vereinfacht. Auch Invest- und Betriebskosteneinsparungen sind möglich. Aufgrund der geringen Werkzeugbaulängen ist eine geringere Masse in Bewegung, was die Laufruhe des Werkzeugs verstärkt.
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Das erfindungsgemäße Honwerkzeug wird vorzugsweise über einen normierten Spannkonus unmittelbar an eine Spindel der Honmaschine angebaut. Dadurch ist ein einfaches und automatisches Einwechseln des Werkzeuges in die Spindel möglich.
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Das erfindungsgemäße Honwerkzeug stellt also im Wesentlichen ein einteiliges Werkzeug dar, das direkt an die Spindel der Honmaschine angebaut werden kann.
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Anzumerken ist, dass neben der Zustellbewegung auch die Messluft und ein Kühlschmierstoff durch das Werkzeug an die Bearbeitungsstelle gebracht werden müssen. Beide Versorgungsstränge können dabei den Gelenkbereich durch flexible Leitungen überbrücken, welche zum Beispiel an der Außenseite des Werkzeuges entlang geführt sind. Die Auslenkbewegung des Werkzeugteils wird dadurch nicht beeinträchtigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass Gelenkstifte im Außenumfang des Werkzeugschafts bzw. des Werkzeugkörpers fixiert sind, und dass zwischen den Gelenkstiften und einem im Innern des Werkzeugschafts bzw. des Werkzeugkörpers axial angeordneten Gelenkring ein Radialspiel vorgesehen ist. Vorzugsweise sind alle Gelenkstifte des kardanischen Kreuzgelenks in einer Spielpassung im Gelenkring geführt. Die Spielpassung führt dazu, dass zwischen den Gelenkstiften und dem Gelenkring eine angulare Auslenkung stattfinden kann, die das Ausrichten und Zentrieren der Achse des Werkzeugs zur Bohrungsachse unterstützt. Ergänzend dazu ist vorgesehen, dass die Gelenkstifte durch eine Presspassung, stoffschlüssig und/oder formschlüssig im Werkzeugschaft bzw. im Werkzeugkörper fixiert sind. Dadurch sind die Gelenkstifte in einfacher Weise mit dem Werkzeug fest verbunden. Das Spiel der Gelenkstifte findet also nur im Inneren des Werkzeugs im Zusammenspiel mit dem Gelenkring statt.
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Das (Radial-)Spiel des im Innern des Werkzeugschafts bzw. des Werkzeugkörpers angeordneten Gelenkrings führt dazu, dass zwischen dem Gelenkring und dem Werkzeugschaft auch eine translatorische Radialbewegung stattfinden kann. Das Radialspiel zwischen Werkzeugschaft und Honahle muss dabei größer sein als die auszugleichende Abweichung der Position der Achse der zu bearbeitenden Bohrung von der Drehachse der Werkzeugspindel der Honmaschine (Positionsabweichung). In dem kardanischen Kreuzgelenk ist also im Zusammenspiel mit der Spielpassung der Gelenkstifte im Gelenkring und dem Radialspiel des Gelenkrings im Werkzeugschaft sowohl die angulare Auslenkung als auch die radial translatorische Auslenkung gleichzeitig möglich. Damit kann das Werkzeug der Position und der Neigung der Bohrung folgen.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Gelenkstifte eine Oberflächenbehandlung, eine Beschichtung, eine Buchsenbewehrung und/oder eine Profilstrukturierung aufweisen. Dadurch werden die aufeinander gleitenden Flächen der Gelenkstifte in den Bohrungen des Gelenkringes reibungs- und verschleißarm ausgeführt, was eine Leichtgängigkeit beim Ausrichten und Zentrieren der Achse des Werkzeugs zur Bohrungsachse fördert.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Honleisten gruppenweise oder jede für sich allein durch entsprechende Zustelleinrichtungen betätigt werden, wobei jede Zustelleinrichtung, z. B. bestehend aus einem Zustellrohr bzw. und einem darin angeordneten Zustellstift, mindestens ein kardanisches Kreuzgelenk umfasst. Dies führt zu einem flexibel einsetzbaren Honwerkzeug. Auch kann ein solcher Zustellstift auf Druck oder Zug belastet werden. In diesem Fall wird eine Honleistengruppe zugestellt, wenn der Zustellstift auf Druck belastet wird. Die andere Honleistengruppe wird zugestellt, indem der Zustellstift auf Zug belastet wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu den beigefügten Figuren. Es zeigen jeweils in schematischer Form:
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1 ein erfindungsgemäßes Honwerkzeug in einer perspektivischen Darstellung;
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2 ein einfach zugestelltes, erfindungsgemäßes Honwerkzeug in einem Längsschnitt;
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3 ein Querschnitt durch eine Gelenkebene des erfindungsgemäßen Honwerkzeugs; und
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4 ein doppelt zugestelltes, erfindungsgemäßes Honwerkzeug in einem Längsschnitt.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Honwerkzeug 10 in einer perspektivischen Darstellung. Das Honwerkzeug weist einen Spannkonus 12 auf, welcher vorzugsweise als normierte Schnittstelle zu einer Spindel einer nicht dargestellten Honmaschine ausgeführt ist. An dem Spannkonus 12 ist ein Werkzeugschaft 14 angeordnet. Daran schließt sich ein Werkzeugkörper 18 an, an dem eine Honahle 16 als das eigentliche Honwerkzeug angeordnet ist. Die Honahle 16 weist außen am Umfang radial zustellbare Honleisten 20 auf.
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Zwischen dem Werkzeugschaft 14 und dem Werkzeugkörper 18 ist eine dem Werkzeugkörper 18 zugeordnete Gelenkebene 22 angeordnet. In dieser Gelenkebene 22 kann der Werkzeugkörper 18 und somit auch die Honahle 16 sowohl radial-translatorisch (siehe die Doppelpfeile 21, und 23) als auch angular (siehe den Winkelbereich 25) ausgelenkt werden.
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Im Inneren des gesamten Honwerkzeugs 10 verlaufen Kanäle zur Versorgung der Honahle 16 mit Kühlschmierstoff und Messluft.
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Im Bereich der Gelenkebene 22 sind diese Leitungen als flexible Schlauchleitungen ausgeführt. Eine Messluftleitung 24 ist in 1 im Bereich der Gelenkebene 22 sichtbar, eine mit der Messluftleitung 24 verbundene Messdüse 26 ist im Bereich der Honahle 16 sichtbar.
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Der Werkzeugschaft 14 und der Werkzeugkörper 18 ragen mit klauenartigen Vorsprüngen 15 und 17 in die Gelenkebene 22.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Honwerkzeug 10. Ausgehend von dem Spannkonus 12 schließt sich der Werkzeugschaft 14 an. Im Innern des Werkzeugschafts 14 ist axial eine Zustellstange 28 geführt. Am Ende des Werkzeugschaftes 14 befindet sich die Gelenkebene 22 des Werkzeugs, an der der Werkzeugkörper 18 beweglich angebaut ist.
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Die Zustellstange 28 wird in einer Bohrung (ohne Bezugszeichen) des Werkzeugkörpers 18 geführt. Zwischen dem Gelenkring 38 und der Zustellstange 28 ist ein Spalt, der so bemessen ist, dass sich die genannten Bauteile nicht berühren.
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Möglichst nah an der Gelenkebene 22 des Werkzeugkörpers 18 ist eine Gelenkebene 30 der Zustellung angeordnet. Der Abstand der beiden Gelenkebenen 22, 30 ist so klein wie möglich.
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Das erfindungsgemäße Honwerkzeug 10 weist gegenüber herkömmlichen Honwerkzeugen eine stark reduzierte Baulänge auf. Sowohl die Gelenkebene 22 des Werkzeugkörpers 18 als auch die Gelenkebene 30 der Zustellung umfassen vorzugsweise ein erfindungsgemäß weitergebildetes kardanisches Kreuzgelenk.
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Im Werkzeugkörper 18 befinden sich die üblichen Bauelemente der Honahle 16, wie ein Zustellkonus 32, welcher Tragleisten 34 mit den entsprechenden Honleisten 20 nach außen bewegt. Der Zustellkonus 32 ist mit einem zylindrischen Abschnitt in dem Werkzeugkörper 18 geführt.
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3 zeigt einen Schnitt A-A durch das Honwerkzeug 10 auf der Gelenkebene 22 des Werkzeugkörpers 18. Vom Werkzeugschaft 14 ragen zwei Gelenkstifte 36 um 180° Grad versetzt radial nach innen in den Gelenkring 38 hinein. Die Gelenkstifte 36 sind vorzugsweise mit einer Presspassung radial im Werkzeugschaft 14 befestigt. Im Gelenkring 38 dagegen sind die Gelenkstifte 36 mit einer Spielpassung 40 geführt, sodass zwischen den Gelenkstiften 36 und dem Gelenkring 38 eine angulare Auslenkung stattfinden kann, die das Ausrichten und Zentrieren der Achse des Werkzeugs zur Bohrungsachse unterstützt.
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Um 90° versetzt befinden sich zwei weitere Gelenkstifte 36'. Sie sind vorzugsweise mit einer Presspassung radial im Werkzeugkörper 18 befestigt. Die Gelenkstifte 36' sind ebenfalls mit einer Spielpassung 40' in den Gelenkring 38 eingefügt, sodass auch zwischen den Gelenkstiften 36' und dem Gelenkring 38 die angulare Auslenkung stattfinden kann.
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Ferner ist der Gelenkring 38 mit Radialspiel 42 in den Klauen 15, 17 des Werkzeugschafts 14 bzw. des Werkzeugkörpers 18 aufgenommen. Dieses (Radial-)Spiel 42 führt dazu, dass zwischen dem Gelenkring 38 und dem Werkzeugschaft 14 bzw. dem Werkzeugkörper 18 eine translatorische Radialbewegung stattfinden kann. Dieses wird durch die Doppelpfeile 21 und 23 in den 1 und 3 illustriert.
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Die Gelenkstifte 36, 36' stellen mit den jeweiligen Befestigungen im Werkzeugschaft 14 und im Werkzeugkörper 18 ein kardanisches Kreuzgelenk dar, wobei der Werkzeugkörper 18 den anpassungsfähigen Teil des Kreuzgelenks bildet.
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Aufgrund des Passungsspiels der Gelenkstifte 36, 36' in den Bohrungen des Gelenkrings 38 (Spielpassungen 40, 40') und des radialen Spiels 42 des Gelenkringes 38 zum Werkzeugschaft 14 und zum Werkzeugkörper 18 ermöglicht das erfindungsgemäße Gelenk sowohl eine angulare Auslenkung (siehe den Winkelbereich 25 in 1) als auch eine translatorische Auslenkung in radialer Richtung im Rahmen der für das Honwerkzeug 10 relevanten Bereiche. In der Praxis ist es bei den Zylinderbohrungen von PKW-Brennkraftmaschinen ausreichend, wenn das erfindungsgemäße Honwerkzeug einen Achsversatz zwischen Spindel der Honmaschine und Bohrung des Werkstücks von 0,2 mm ausgleichen kann. Bei den Motoren von LKWs, großen Stationärmotoren oder Schiffsmotoren können auch größere Positionsabweichungen auftreten, die durch ein geeignet ausgelegtes erfindungsgemäßes Honwerkzeug kompensiert werden.
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Die Auslenkungen ermöglichen und unterstützen das Ausrichten und Zentrieren der Achse des Honwerkzeugs 10 zur Bohrungsachse. Die aufeinander gleitenden Flächen der Gelenkstifte 36, 36' in den Bohrungen des Gelenkrings 38, welche in den Gelenkring 38 hineinragen, können besonders reibungs- und verschleißarm ausgeführt werden, vorzugsweise durch eine geeignete Werkstoffwahl, Oberflächenbehandlung, Beschichtungen, Buchsenbewehrung oder Profilstrukturierungen.
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In der Gelenkebene 30 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Kreuzgelenk zwischen Zustellstange 28 und Zustellkonus 32 vorgesehen. Auch dieses Kreuzgelenk ist so ausgebildet, dass die Gelenkstifte translatorische Ausgleichsbewegungen ermöglichen, so dass auch der Zustellkonus 32 einen Achsversatz und/oder einen Fluchtungsfehler zwischen Spindel und Werkstückbohrung ausgleichen kann.
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Im Honwerkzeug 10 ist axial die Zustellstange 28 geführt, die durch die Gelenkebene 22 des Werkzeugkörpers 18 hindurchgeführt ist.
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4 zeigt in einer beispielhaften Ausführung ein Honwerkzeug 10 mit einer doppelten Zustellung. Beide Zustelleinrichtungen arbeiten unabhängig voneinander und wirken jeweils auf unterschiedliche Honleistengruppen. Um beide Honleistengruppen zuzustellen, bedarf es unterschiedlicher Zustelleinrichtungen, welche jeweils eine Zustellstange 44, 44', eine Gelenkebene 30, 30' der jeweiligen Zustellung und jeweils einen Zustellkonus 32, 32' umfassen. Die Zustellstange 44 ist durch die rohrförmige Zustellstange 44' hindurch geführt. Am Ende der Zustellstange 44 ist ein kardanisches Kreuzgelenk angeordnet, an das sich (nicht dargestellt) der Zustellkonus 32 zur Expansion einer ersten Gruppe von Tragleisten 34 mit Honleisten 20 befindet. Die rohrförmige Zustellstange 44' überträgt die Zustellkraft auf den Zustellkonus 32' durch ein weiteres kardanisches Kreuzgelenk, welches jedoch mit einer Durchführung für die Zustellstange 44 gebaut ist. Die Zustellstange 44' wirkt auf den Zustellkonus 32', der eine zweite Gruppe von Tragleisten 34 mit den Honleisten 20 radial gegen die Bohrungswand zustellt.
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Es ist anzumerken, dass auch bei dem Honwerkzeug 10 mit doppelter Zustellung die Abstände der einzelnen Gelenkebenen 22, 30, 30' mit möglichst geringem Abstand zueinander ausgeführt werden, so dass eine möglichst geringe Bauhöhe für das Honwerkzeug erreicht wird.
