-
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
-
Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs sowie eine Verwendung eines Rundstabs aus verschleißbeständigem Material zur Herstellung einer Führungsleiste für ein Honwerkzeug.
-
Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung von tribologisch beanspruchbaren Innenflächen von Bohrungen, wie z. B. Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen, erfolgt in der Regel mittels Honen. Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, welches mit einem aufweitbaren Honwerkzeug durchgeführt wird. Ein Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper und mindestens einen Schneidstoffkörper, der mittels eines Zustellsystems radial zur Werkzeugachse in Richtung einer Innenfläche der Bohrung zustellbar ist. Bei einer typischen Honoperation wird das Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung in Axialrichtung der Bohrung hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit geeigneter Drehzahl gedreht. Der am Honwerkzeug angebrachte Schneidstoffkörper (einer oder mehrere) wird über das Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt. Beim Honen entsteht in der Regel an der Innenfläche ein für die Honbearbeitung typisches Kreuzschliffmuster mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren, die auch als „Honriefen” bezeichnet werden.
-
Honwerkzeuge sind mehr oder weniger bohrungsfüllende Werkzeuge. Bei gattungsgemäßen Honwerkzeugen sind mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte, nicht zustellbare Führungsleisten vorgesehen, die mit ihren radial außen liegenden Führungsflächen einen Führungsdurchmesser definieren, der in der Regel geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der zu bearbeitenden Bohrung.
-
Bei Einleisten-Honwerkzeugen, die nur einen einzigen zustellbaren Schneidstoffkörper in Form einer Honleiste haben und typischerweise bei relativ kleinen Bohrungsdurchmessern eingesetzt werden, sind oft zwei umfangsversetzte Führungsleisten vorgesehen, um bei der Honbearbeitung das Honwerkzeug an der der Honleiste gegenüber liegenden Seite an der Innenseite der Bohrung abzustützen. Mehrleisten-Honwerkzeuge mit zwei oder mehr (z. B. vier oder sechs oder acht) um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten, radial zustellbaren Schneidstoffkörpern haben häufig Führungsleisten in Umfangsrichtung zwischen den Honleisten. Die Führungsleisten können das Einführen eines Honwerkzeugs in die zu bearbeitende Bohrung erleichtern und dazu beitragen, Beschädigungen der Schneidstoffkörper und/oder der Bohrung während des Einführens zu vermeiden.
-
Zum Einführen des Honwerkzeugs werden die Schneidstoffkörper radial zurückgezogen, so dass ihre abrasiven Außenflächen gegenüber den Führungsflächen bzw. dem Führungsdurchmesser zurückgezogen sind. Für die Honoperation werden die Schneidstoffkörper dann radial nach außen zugestellt, so dass nur die Schneidstoffkörper in Eingriff mit der Innenfläche der Bohrung stehen. Die Außenflächen der maximal nach außen zugestellten Schneidstoffkörper definieren einen Hondurchmesser, der typischerweise einige Hundertstel mm größer ist als der Führungsdurchmesser.
-
Führungsleisten bestehen meist aus einem verschleißfesten Werkstoff, um eine Vielzahl von Einführ- und Bearbeitungsoperationen und/oder Bearbeitungsoperationen ohne Beschädigung oder substantiellen Materialabrieb zu überstehen. Bekannt sind im Querschnitt rechteckige Führungsleisten, die mittels gesonderter Führungsleistenhalter am Werkzeugkörper befestigt sind.
-
Um für unterschiedliche Bohrungsdurchmesser einen Satz von Standard-Honwerkzeugen mit gut angepassten Führungsdurchmessern und Hondurchmessern bereitstellen zu können, muss eine große Vielfalt unterschiedlich dimensionierter Führungsleisten oder Führungsleisten/Führungsleistenhalter-Kombinationen vorgehalten werden. Hierdurch können sich je nach der gewünschten Typenvielfalt relativ hohe Bereitstellungskosten ergeben.
-
Die deutsche Auslegeschrift
DE 10 91 454 A beschreibt ein Honwerkzeug mit einem radial einstellbaren Steinhalter, von dem und voneinander umfangsmäßig im Abstand zwei Führungsschuhe aus Weichmaterial angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel sitzen im Querschnitt etwa halbkreisförmige Führungsschuhe in zylindrischen Nuten am Umfang des Werkzeugkörpers Das Honwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steinhalter zwei umfangsmäßig im dichten Abstand befindliche Steine trägt und die Führungsschuhe zwei umfangsmäßig im dichten Abstand voneinander befindliche Führungsflächen haben und drehbar um zur Werkzeugachse parallele Achsen im Werkzeugkörper gelagert sind.
-
Die Patentschrift
EP 0 535 201 B1 beschreibt ein Verfahren zum Honen von Bohrungen, bei dem die Bohrungswandung an mindestens einem ihrer beiden Enden unter Hub- und Drehbewegungen eines Honsteine aufweisenden Honwerkzeuges vorgehont wird, während das Honwerkzeug außerhalb des Arbeitsbereiches seiner Honsteine gegen die Bohrungswandung radial starr abgestützt wird, unter Verwendung eines Honwerkzeuges mit am Umfang des Werkzeugkörpers verteilt angeordneten Honsteine, die kürzer als der Werkzeugkörper und an ihm endseitig angeordnet sind, und die in Richtung auf die Bohrungswandung zustellbar sind, sowie mit den Honsteinen zugeordneten Führungsleisten, die sich am Umfang des Werkzeugkörpers parallel zur Werkzeugachse und mindestens über einen Teil ihrer Länge außerhalb des Arbeitsbereiches der Honsteine erstrecken, und die unabhängig von der Zustellbewegung der Honsteine in Richtung auf die Bohrungswandung zustellbar sind.
-
Die Patentschrift
US 3 857 208 A beschreibt ein Honwerkzeug mit Honsteinanordnungen, die jeweils einen abrasiven Honstein aufweisen, der in einer Schale aufgenommen ist. Im eingebauten Zustand sind die Honsteinanordnungen gegenüber dem Werkzeugkörper leicht verkippbar, um leichte Fehlausrichtungen zwischen der zu honenden Bohrung und dem Antriebsmechanismus der Honmaschine auszugleichen. Aufgabe und Lösung
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Honwerkzeug bereitzustellen, das in hoher Qualität bei moderaten Herstellungskosten in unterschiedlichen Dimensionierungen hergestellt werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs bereitzustellen, das eine kostengünstige Fertigung unterschiedlich dimensionierter Honwerkzeuge hoher Qualität bei kurzen Durchlaufzeiten erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs mit den Merkmalen von Anspruch 14 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen von Anspruch 20. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
-
Gemäß der beanspruchten Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Honwerkzeug für jede der Führungsleisten eine Aufnahmenut vorgesehen, die zwei in einem Winkel zueinander ausgerichtete Auflageflächen aufweist, die derart zueinander orientiert sind, dass sich die Aufnahmenut in Radialrichtung (bezogen auf die Werkzeugachse) nach außen erweitert. Die Führungsleisten haben an einer dem Werkzeugkörper zugewandten Innenseite eine zylindrisch gekrümmte Oberfläche und an der der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite eine Abflachung mit einer Führungsfläche zum Kontakt mit der Innenfläche der Bohrung. Eine Führungsleiste ist derart in der ihr zugeordneten Aufnahmenut angeordnet, dass sich die Führungsleiste mit der zylindrischen Oberfläche entlang von zwei linienhaften Kontaktzonen an den Auflageflächen abstützt.
-
Durch die zylindrische Gestaltung der Innenseite der Führungsleisten in Verbindung mit der besonderen Gestaltung der sich nach außen erweiternden Aufnahmenut ergibt sich der vorteilhafte Effekt einer Selbstzentrierung der Führungsleiste in der Aufnahmenut. Die Führungsleiste bzw. ein Rundstab als Ausgangsprodukt zur Herstellung einer Führungsleiste wird in die Aufnahmenut eingelegt und befindet sich dann ohne weitere Ausrichtung oder Justage sowohl in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung gesehen exakt an der gewünschten Position.
-
Die besondere Gestaltung der Führungsleisten in Verbindung mit der besonderen Gestaltung der Aufnahmenut bringt außerdem den Vorteil, dass ein Rundstab aus einem verschleißfesten Material zur Herstellung einer Führungsleiste für ein Honwerkzeug verwendet werden kann. Geeignetes Halbzeug aus verschleißfestem Material ist als Rundmaterial in guter Qualität kostengünstig verfügbar. Eine Führungsleiste kann aus einem derartigen Rundstab hergestellt werden, indem an einer Seite des Rundstabs durch eine materialabtragende Bearbeitung eine Abflachung erzeugt wird, die unmittelbar oder nach weiterer Bearbeitung als Führungsfläche dienen kann, so dass die Führungsleiste an einer Seite die zylindrisch gekrümmte Oberfläche (zur Abstützung an den Auflageflächen der Aufnahmenut) und an der dieser Seite gegenüberliegenden Seite eine Führungsfläche zum Kontakt mit der Innenfläche der Bohrung erhalten kann. Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung daher auch die Verwendung eines Rundstabs aus einem verschleißfesten Material zur Herstellung einer Führungsleiste für ein Honwerkzeug. Im Vergleich zur Verwendung von profiliertem Halbzeug aus verschleißfestem Material lassen sich dadurch die Herstellungskosten erheblich reduzieren.
-
Als Ausgangsmaterial kann beispielsweise ein Rundstab aus einem Hartmetall oder einem keramischen Werkstoff verwendet werden. Auch Rundstäbe aus anderen harten bzw. verschleißresistenten Materialien, wie z. B. polykristallinem Diamant oder einem anderen Sinterwerkstoff, sind verwendbar.
-
Eine kostengünstige Variante zur Herstellung zeichnet sich dadurch aus, dass bei der materialabtragenden Bearbeitung (zur Erzeugung der Abflachung) zunächst durch Schleifen eine Abflachung mit einer Schleifoberfläche erzeugt wird und danach durch Polieren der Schleifoberfläche die Führungsfläche mit einer vorteilhaften, relativ glatten und gratfreien Oberflächenstruktur erzeugt wird.
-
Zur Befestigung einer Führungsleiste bzw. eines zur Herstellung der Führungsleiste vorgesehenen Rundstabs wird bei bevorzugten Varianten eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem anzubringenden Element (Führungsleiste oder Rundstab) und dem die Aufnahmenut aufweisenden Element hergestellt, beispielsweise durch Kleben oder Löten. Möglich wäre auch eine andere dauerhafte Fügeverbindung oder eine lösbare Verbindung, zum Beispiel mittels Schrauben.
-
Die Aufnahmenut ist bei manchen Ausführungsformen als V-Nut gestaltet in der Weise, dass sich die Auflageflächen in einem Nutgrund entlang einer Linie schneiden. Derartige V-Nuten sind besonders einfach durch Fräsen oder dergleichen herzustellen. Der Nutgrund kann gegebenenfalls auch abgeflacht oder gerundet sein. Wesentlich sind die zwei in einem Winkel zueinander ausgerichteten Auflageflächen, die einen Kontakt mit der zylindrisch gekrümmten Oberfläche der Führungsleiste im Wesentlichen nur entlang der zwei linienhaften Kontaktzonen erlauben. Beidseitig der Kontaktzonen kann sich aufgrund der zylindrischen Krümmung der Oberfläche der Führungsleiste ein breiter werdender Spalt ergeben, in dem eine ausreichende Menge von Haftvermittler (beispielsweise Kleber oder Lötmaterial) Platz findet. In der Kontaktzone selbst kann das Material der Führungsleiste direkt auf der zugehörigen Auflagefläche aufliegen.
-
Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn der von den Auflageflächen eingeschlossene Winkel im Bereich von 60° bis 120° liegt. Der Winkel kann beispielsweise im Bereich von 90° oder bei genau 90° liegen. Winkel aus diesem Winkelbereich ergeben eine gute Kraftverteilung der gegebenenfalls auf die Führungsleiste wirkenden Kräfte in Richtung Werkzeugkörper. Außerdem ist mit relativ wenigen unterschiedlichen Stabdurchmessern des Ausgangsmaterials ein relativ großer Bereich möglicher Führungsdurchmesser für das Honwerkzeug erzielbar.
-
Die Nuttiefe, also ein radialer Abstand zwischen einer realen oder gedachten Schnittlinie der Auflageflächen und dem radial außen liegenden Rand der Aufnahmenut, ist u. a. vom Werkzeugdurchmesser abhängig und kann z. B. bei Honwerkzeugen für die Bearbeitung von Zylinderlaufbahnen für Brennkraftmaschinen beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 4 mm liegen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann ein Durchmesser einer Führungsleiste bzw. eines als Ausgangswerkstoff für eine Führungsleiste nutzbaren Rundstabs im Bereich von 1 mm bis 10 mm, insbesondere im Bereich von ca. 5 mm bis ca. 6 mm liegen. Bei derart dimensionierten Aufnahmenuten und Führungsleisten kann mit relativ wenigen unterschiedlichen Ausgangsdimensionen ein relativ großer Bereich von Führungsdurchmessern mit günstiger Staffelung abgedeckt werden.
-
Im Hinblick auf eine stabile Befestigung von Führungsleisten in ihren Aufnahmenuten und eine günstige Kraftverteilung der von außen auf eine Führungsleiste wirkenden Kräfte hat es sich als günstig herausgestellt, wenn der durch die Auflageflächen definierte Winkel und ein Krümmungsradius der zylindrischen Oberfläche einer in die Aufnahmenut aufgenommenen Führungsleiste derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine durch eine Kontaktzone verlaufende Radialebene der Führungsleiste existiert, die senkrecht auf der zugehörigen Auflagefläche steht. Wird diese Bedingung eingehalten, ist eine gute Haftung einer Führungsleiste in ihrer Aufnahmenut zu erreichen. Wird dagegen der Durchmesser der Führungsleiste in Bezug auf die Dimensionen und die Gestalt der Aufnahmenut zu groß, ist eine zuverlässige Haftung der Führungsleiste in ihrer Aufnahmenut möglicherweise nicht mehr ohne Weiteres gewährleistet.
-
Die Aufnahmenuten können direkt an einer Umfangsfläche des Werkzeugkörpers ausgebildet sein, also direkt im Werkzeugkörper. Bei derartigen Ausgestaltungen sind keine zusätzlichen Führungsleistenhalter nötig, die Führungsleisten können sich direkt am Werkzeugkörper im Bereich der Auflageflächen abstützen. Es ist allerdings auch möglich, dass für eine Führungsleiste ein vom Werkzeugkörper gesonderter Führungsleistenhalter vorgesehen ist, der die Aufnahmenut aufweist und der selbst an dem Werkzeugkörper befestigt ist. Dies ergibt eine indirekte, durch einen Führungsleistenhalter vermittelte Befestigung einer Führungsleiste am Werkzeugkörper. Die Nutzung von gesonderten Führungsleistenhaltern hat unter anderem den Vorteil, dass herkömmliche Honwerkzeuge, die an ihrem Umfang beispielsweise bereits Nuten, z. B. Rechtecknuten, zur Aufnahme von Führungsleistenhaltern haben, unmittelbar, d. h. ohne weitere Bearbeitungsschritte, zu Honwerkzeugen gemäß der beanspruchten Erfindung umgerüstet werden können, indem Führungsleistenhalter verwendet werden, welche an ihrer Außenseite eine Aufnahmenut mit den Auflageflächen, beispielsweise eine V-Nut, aufweisen.
-
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs gemäß der beanspruchten Erfindung wird zunächst ein Werkzeugkörper hergestellt, der eine Werkzeugachse definiert. Es werden dann mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Aufnahmenuten für Führungsleisten erzeugt, wobei eine Aufnahmenut zwei in einem Winkel zueinander ausgerichtete Auflageflächen aufweist derart, dass sich die Aufnahmenut nach außen erweitert. Wie erwähnt, können die Aufnahmenuten direkt im Werkzeugkörper beispielsweise durch Fräsen oder auf andere Weise erzeugt werden. Es ist auch möglich, Aufnahmenuten in Führungsleistenhaltern zu erzeugen und diese dann an geeigneten Positionen am Werkzeugkörper z. B. in dafür vorbereiteten Nuten zu befestigen.
-
Ein weiterer Verfahrensschritt besteht darin, jeweils einen Rundstab aus einem verschleißbeständigen Material in der zur Aufnahme der Führungsleiste vorgesehenen Aufnahmenut derart zu befestigen, dass sich der Rundstab mit einer zylindrischen Oberfläche entlang von linienhaften Kontaktzonen an den Auflageflächen abstützt. Hierfür sind Rundstäbe auszuwählen, die bezüglich der Dimensionen und Gestalt der Aufnahmenuten einen passenden Durchmesser haben. Die Befestigung kann beispielsweise durch Löten oder Kleben, also durch Stoffschluss, erfolgen. Die Rundstäbe sind so zu wählen, dass ihre Außenseiten nach Einlegen und Befestigen in der Aufnahmenut nach radial außen über den letztendlich gewünschten Führungsdurchmesser hinausragen. Danach wird durch Abtragen von Material des Rundstabs an der der Aufnahmenut abgewandten Außenseite des Rundstabs die Abflachung erzeugt, die als Führungsfläche dienen kann oder durch Nachbearbeitung zu einer Führungsfläche gemacht werden kann. Bei dieser Vorgehensweise dient der Werkzeugkörper gleichzeitig als Halter für die Rundstäbe bei der Bearbeitung.
-
Der Materialabtrag an den Außenseiten der Rundstäbe zur Erzeugung der Abflachungen wird vorzugsweise in einem einzigen Schleifprozess durchgeführt, bei welchem der Werkzeugkörper um seine Werkzeugachse gedreht wird und die Rundstäbe durch Rundschleifen mittels eines Schleifwerkzeugs so geschliffen werden, dass die gewünschten Abflachungen entstehen. Bei diesem Prozess können die Abflachungen in besonders günstiger Weise gleich eine vorteilhafte zylindrische Gestalt erhalten, deren Krümmungsradius im Wesentlichen dem Krümmungsradius der zu bearbeitenden Bohrung entspricht. Die Bearbeitung kann so durchgeführt werden, dass zunächst durch Schleifen eine Abflachung mit einer Schleifoberfläche erzeugt wird und danach durch einen Polierschritt der Schleifoberfläche die relativ glatte Führungsfläche erzeugt wird. Auch die Polieroperation kann bei drehendem Werkzeugkörper in einem Arbeitsschritt für alle Führungsleisten durchgeführt werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
-
1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht eines Honwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform;
-
2 zeigt Details zur Auslegung der Dimensionen von Aufnahmenut und Rundstab;
-
3 zeigt eine axiale Ansicht eines Ausschnitts des in 1 gezeigten Honwerkzeugs von der freien Stirnseite;
-
4 zeigt eine Schnittansicht in einer senkrecht zur Werkzeugachse verlaufenden Schnittebene durch eine Ausführungsform mit Führungsleistenträgern; und
-
5 zeigt schematisch verschiedene Phasen eines Verfahrens zur Herstellung eines Honwerkzeugs mit Führungsleisten.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
In 1 ist eine Ausführungsform eines Honwerkzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Honwerkzeug dient zur Bearbeitung von Bohrungen in Werkstücken mittels Honen. Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper 110, der eine Werkzeugachse 112 definiert, die auch die Rotationsachse des Honwerkzeugs bei der Honbearbeitung ist. Am spindelseitigen Ende des Honwerkzeugs befindet sich eine z. B. als Bajonettkupplung gestaltete Kupplungsstruktur 115 zur Kupplung des Honwerkzeugs an eine Arbeitsspindel oder eine Antriebsstange einer Bearbeitungsmaschine. Zwischen der Kupplungsstruktur und dem Werkzeugkörper befindet sich ein mehrachsig bewegliches Gelenk, beispielsweise ein Kugelgelenk oder ein Kardangelenk. Der Werkzeugkörper ist dadurch im angekoppelten Zustand gegenüber der Arbeitsspindel mehrachsig begrenzt beweglich.
-
Das Honwerkzeug ist eine Mehrleisten-Honwerkzeug und hat zwölf in gleichmäßiger 300 Winkelteilung um den Umfang des Werkzeugkörpers 110 verteilte Schneidstoffkörper 120 in Form von Honleisten, die mittels eines Zustellsystems radial zur Werkzeugachse 112 in Richtung der Innenfläche der zu bearbeitenden Bohrung zustellbar sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können weniger oder mehr Honleisten vorgesehen sein, beispielsweise zwischen vier und zehn Honleisten. Es gibt auch Ausführungsformen mit nur einer Honleiste (sogenannte Einleisten-Werkzeuge).
-
Das Zustellsystem umfasst einen im Inneren des generell rohrförmigen Werkzeugkörpers angeordneten Zustellkonus, der axial, d. h. parallel zur Werkzeugachse, innerhalb des Werkzeugkörpers beweglich geführt ist und mithilfe eines maschinenseitigen Zustellantriebs (z. B. elektromechanisch oder hydraulisch) relativ zum Werkzeugkörper axial verschoben werden kann. Die Honleisten 120 sind an der Außenseite von Honleistenträgern 122 befestigt, die in radial zur Werkzeugachse verlaufenden Schlitzen 114 des Werkzeugkörpers radial beweglich geführt sind. Die Honleistenträger haben an ihrer radialen Innenseite jeweils am oberen und unteren Endbereich Auflageflächen, die in der Art eines Keilantriebs mit Konusflächen eines als Doppelkonus ausgebildeten Zustellkonus derart zusammenwirken, dass eine Axialbewegung des Zustellkonus eine radiale Bewegung der Honleisten relativ zum Werkzeugkörper bewirkt.
-
Die Honleisten können über das Zustellsystem zwischen einer inneren Endstellung (mit maximal zurückgezogenen Honleisten) und einer äußeren Endstellung radial verschoben werden, wobei die äußere Endstellung den sogenannten Hondurchmesser DH des Honwerkzeugs bestimmt.
-
Um den Umfang des Werkzeugkörpers herum sind im Beispielsfall zwölf Führungsleisten 130 zum Führen des Honwerkzeugs in der Bohrung befestigt. Die Führungsleisten sind jeweils mittig zwischen benachbarten Honleisten angeordnet. Es handelt sich um nicht-zustellbare Führungsleisten, die fest bzw. starr am Werkzeugkörper befestigt sind. Die axiale Länge der Führungsleisten ist etwas geringer als die axiale Länge der Honleisten. An zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegenden Positionen sind in Axialrichtung unterbrochene Führungsleisten 130A vorgesehen. In Axialrichtung zwischen den beiden Teilen der Führungsleiste ist jeweils eine Messdüse 140 eines pneumatischen Durchmesser-Messsystems des Honwerkzeugs gezeigt. Da solche Messsysteme an sich bekannt sind, wird hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet.
-
Details zur Befestigung der Honleisten am Werkzeugkörper sind unter anderem in den 2 und 3 zu erkennen. Für jede der Führungsleisten ist direkt im Werkzeugkörper eine parallel zur Werkzeugachse verlaufende Aufnahmenut 150 vorgesehen, die im Beispielsfall als V-förmige Nut mit zwei ebenen Auflageflächen 152, 154 ausgebildet ist, die einen Winkel W von ca. 90° einschließen und am spitz zulaufenden Nutgrund 153 zusammentreffen. Durch die Auflageflächen erhält die Aufnahmenut eine sich in Radialrichtung nach außen gleichmäßig erweiternde Form.
-
In jeder der Aufnahmenuten ist eine Führungsleiste 130 befestigt. Jede Führungsleiste ist aus einem Rundstab aus Vollhartmetall (VHM) hergestellt. An der dem Werkzeugkörper zugewandten Innenseite hat die Führungsleiste eine zylindrisch gekrümmte Oberfläche 132, die durch die unbearbeitete oder nur geringfügig bearbeitete Oberfläche des Ausgangsmaterials (Rundstab) gebildet wird. An der der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite ist eine nahezu ebene Abflachung gebildet, deren radiale Außenseite die zum Kontakt mit der Innenfläche der Bohrung vorgesehene Führungsfläche 136 der Führungsleiste bildet. Alle Führungsflächen haben den gleichen radialen Abstand zur Werkzeugachse 112 und definieren gemeinsam den fest vorgegebenen Führungsdurchmesser DF (siehe 2), also den Durchmesser des Berührungskreises an die Führungsflächen.
-
Die in Umfangsrichtung des Honwerkzeugs gemessene Breite der Führungsfläche 136 wird hier als Führungsbreite FB bezeichnet und ist unter anderem vom Werkzeugdurchmesser abhängig. Die Führungsbreite kann z. B. bei Honwerkzeugen für die Bearbeitung von Zylinderlaufflächen im Bereich von 1 mm bis 10 mm und/oder im Bereich von 2 mm bis 4 mm liegen, z. B. bei ca. 3 mm. Wie in 2 gut zu erkennen, sind derartige Führungsbreiten aus Rundstäben mit einem Durchmesser DF (entsprechend dem Durchmesser der Führungsleiste) auf einfache Weise erhältlich, indem aus dem kreiszylindrischen Halbzeug an der radialen Außenseite ein zylindersegmentförmiger Abschnitt über eine Abtragstiefe AT in der Größenordnung von weniger als 1 mm abgetragen wird, beispielsweise mittels Schleifen. Derartige Führungsleisten müssen also nicht aus profiliertem Material mit der gewünschten Querschnittsform hergestellt werden, sondern können aus kostengünstig in guter Qualität verfügbarem Rundmaterial durch einfache Materialbearbeitung in der gewünschten Gestalt hergestellt werden.
-
Eine Führungsleiste ist derart in der ihr zugeordneten Aufnahmenut angeordnet, dass sich die Führungsleiste 130 mit der zylindrischen Oberfläche 132 entlang von zwei linienhaften Kontaktzonen K1, K2 an bzw. auf den Auflageflächen 152 bzw. 154 abstützt. Die Kontaktzonen sind im Prinzip achsparallele Mantellinien des Rundmaterials im Bereich der zylindrisch gekrümmten Oberfläche. Durch den mehr oder weniger linienhaften Kontakt zu den Auflageflächen der Aufnahmenut ist ohne weiteres eine Selbstzentrierung der Führungsleiste bzw. des Ausgangs-Rundmaterials in Bezug auf die Aufnahmenut ohne weitere Justiervorgänge erzielbar.
-
Die Befestigung bzw. Fixierung des Rundmaterials bzw. der Führungsleiste in der Aufnahmenut kann nachfolgend durch Kleben oder Löten oder auf andere Weise mittels Stoffschlussverbindung erreicht werden. Das als Haftvermittler dienende Material (z. B. metallisches Lot oder Klebematerial) dringt dabei beidseits der linienhaften Kontaktzone in den sich nach außen erweiternden Spalt ein, hat sowohl zur Außenfläche der Führungsleiste als auch zur Auflagefläche der Aufnahmenut großflächigen Kontakt und sorgt für eine sichere Fixierung der Führungsleiste in der Aufnahmenut auch bei Auftreten äußerer mechanischer Belastungen.
-
Eine sichere Fixierung der Führungsleiste innerhalb der Aufnahmenut kann dadurch begünstigt werden, dass die Dimensionierung der Aufnahmenut und die Dimensionen des Rundmaterials bzw. der Führungsleisten geeignet aufeinander abgestimmt sind. Im Beispielsfall sind der durch die Auflageflächen 152, 154 definierte Winkel W und der Krümmungsradius RK der Führungsleiste derart aufeinander abgestimmt, dass eine durch die Kontaktzone verlaufende Radialebene der Führungsleiste existiert, die senkrecht auf der jeweiligen Auflagefläche steht. Im Beispiel von 2 fällt die mit RK bezeichnete Radialebene mit der Normalen der Auflagefläche 152 im Bereich der Kontaktzone K1 zusammen. Wird diese Bedingung eingehalten, so kann eine sichere Haftung der Führungsleiste innerhalb der Aufnahmenut auch bei starken äußeren Belastungen gewährleistet werden. Wird dagegen die Führungsleiste in Bezug auf die Aufnahmenut so überdimensioniert, dass die Kontaktzone zu weit am äußeren Rand der Auflageflächen liegt, kann es zu Problemen bei der dauerhaften Befestigung der Führungsleisten in der Aufnahmenut kommen.
-
Folgende Angaben können als Hilfestellung bei der Auslegung zueinander passender Dimensionierungen genutzt werden. Die Nuttiefe T, d. h. der radiale Abstand zwischen einer realen oder gedachten Schnittlinie der Auflageflächen 152, 154 und dem äußeren Rand der Aufnahmenut (im Beispiel von 2 zusammenfallend mit der Umfangsfläche 118 des Werkzeugkörpers 110), kann beispielsweise zwischen 1 mm und 4 mm liegen. Der Winkel W, welcher im Beispielsfall ca. 90° beträgt, sollte vorzugsweise zwischen 60° und 120° liegen, um belastungsstabile Befestigungen zu ermöglichen. Der Durchmesser DF des Ausgangsmaterials (Rundstab) bzw. der Führungsleiste kann beispielsweise zwischen 4 mm und 8 mm, insbesondere im Bereich von 5 mm bis 6 mm, liegen. Beispielsweise können drei im Durchmesser verschiedene Voll.metall-Stäbe mit Durchmessern von 5 mm, 5,5 mm und 6 mm bei gleicher Ausführung von V-förmigen Aufnahmenuten einen Durchmessbereich des Führungsdurchmessers von 3 mm abdecken.
-
Bei den Beispielen der 1 bis 3 sind die Führungsleisten bzw. die zur Herstellung der Führungsleisten verwendeten Rundstäbe in V-förmige Aufnahmenuten eingelegt, die direkt in das Material des Werkzeugkörpers 110 beispielsweise durch Fräsen eingebracht wurden. Diese Variante ist in der Fertigung besonders einfach und ergibt stabile Konstruktionen. Es ist jedoch nicht zwingend, eine direkte Verbindung zwischen Werkzeugkörper und Führungsleiste vorzusehen. Im Ausführungsbeispiel von 4 hat das Honwerkzeug 400 einen Werkzeugkörper 410, der bis auf die Ausgestaltung an der Umfangsfläche identisch mit dem Werkzeugkörper 110 des anderen Ausführungsbeispiels sein kann. Im Unterschied zum dortigen Ausführungsbeispiel ist an denjenigen Führungsleistenpositionen, an welchen am fertigen Honwerkzeug eine Führungsleiste angeordnet sein soll, jeweils eine achsparallel verlaufende flache Rechtecknut 417 eingebracht, in welcher ein Führungsleistenhalter 470 befestigt ist. Der prismatische Führungsleistenhalter hat an seiner radialen Außenseite eine V-förmige Aufnahmenut 450, deren Nutwinkel und Nuttiefe ähnlich oder identisch zu den Dimensionen der Nut 150 des ersten Ausführungsbeispiels sein kann. Der Führungsleistenhalter kann aus einem Rechteckstab eines Ausgangsmaterials hergestellt werden, indem an eine Breitseite die Aufnahmenut durch Fräsen erzeugt wird. In der Aufnahmenut sitzt die Führungsleiste 430 und ist dort auf die gleiche Weise befestigt wie, beim ersten Ausführungsbeispiel. Auf die dortige Beschreibung wird daher Bezug genommen.
-
Die Herstellung derartiger Honwerkzeuge ist mit unkompliziert realisierbaren Bearbeitungsverfahren mit hoher Präzision innerhalb relativ kurzer Durchlaufzeiten kostengünstig möglich. Anhand der schematischen 5 wird ein Beispiel eines Herstellungsprozesses erläutert. Zunächst wird ein Werkzeugkörper 510 in an sich bekannter Weise hergestellt. Anschließend wird eine gewünschte Anzahl von Aufnahmenuten 550 am Umfang des Werkzeugkörpers hergestellt, indem im Beispielsfall achsparallele, V-förmige Nuten am Außenumfang des Werkzeugkörpers eingefräst werden (5A).
-
Anschließend wird in jede der Aufnahmenuten ein Rundstab RS aus einem verschleißbeständigen Material (beispielsweise Vollhartmetall) eingelegt und dort durch Löten oder Kleben befestigt. Die Dimensionen von Aufnahmenuten und Rundstäben sind so aneinander angepasst, dass sich die Rundstäbe jeweils mit der zylindrischen Oberfläche an ihrer Innenseite entlang von linienhaften Kontaktzonen an den Auflageflächen der Aufnahmenuten abstützen. Die radial am weitesten außen liegenden, noch zylindrisch gekrümmten Abschnitte der Rundstäbe liegen dabei außerhalb desjenigen Kreises, der den letztendlich gewünschten Führungsdurchmesser definiert (5B). Das so erhaltene Zwischenprodukt kann wärmebehandelt werden, z. B. um den Haftvermittler (z. B. metallisches Lot oder Kleber) zu stabilisieren.
-
Anschließend werden die Führungsleisten 530 in ihre gewünschte Gestalt gebracht, indem an der der Aufnahmenut abgewandten Außenseite jedes Rundstabs durch einen Schleifprozess Material abgetragen wird, so dass jeweils eine Abflachung mit der gewünschten Breite (entsprechend der Führungsbreite) entsteht Für die Schleifoperation wird das Honwerkzeug mit den daran befestigten Rundstäben zwischen Spitzen axial eingespannt und für den Schleifprozess um seine Werkzeugachse 512 gedreht (vgl. 5C). Das rotierende Schleifwerkzeug SW kann dabei stationär verbleiben. Typischerweise sind die Dimensionen so angepasst, dass das Schleifaufmaß bzw. die Abtragstiefe AT zur Erzeugung einer Abflachung weniger als 1 mm beträgt, so dass der Schleifprozess relativ schnell und mit relativ geringer Abnutzung der Schleifwerkzeuge SW realisiert werden kann. Danach liegen die Führungsleisten weitgehend in der für den bestimmungsgemäßen Gebrauch gewünschten Form vor. Insbesondere kann der Schleifprozess so geführt werden, dass die Abflachung eine leicht zylindrisch gekrümmte Gestalt erhält, deren Krümmungsradius etwa dem Krümmungsradius der mit dem Honwerkzeug zu bearbeitenden Bohrung entspricht oder geringfügig kleiner ist als dieser Krümmungsradius.
-
Nach Abschluss der Schleifoperation liegt an den Abflachungen jeweils eine Schleifoberfläche vor, die in Abhängigkeit vom verwendeten Schleifwerkzeug bzw. der Körnigkeit der Schleifkörner mehr oder weniger rau ist. Um die für den bestimmungsgemäßen Gebrauch gewünschten, relativ glatten Führungsflächen zu erhalten, wird im Beispielsfall eine Polieroperation nachgeschaltet, bei der die Abflachungen der Rundstäbe mittels eines Polierwerkzeugs PW so poliert werden, bis an der gesamten Führungsfläche eine gemittelte Rautiefe RZ von maximal 4 μm vorliegt. Die gemittelte Rautiefe kann z. B. im Bereich von 0,5 μm bis 4 μm liegen, insbesondere im Bereich von 0,7 μm bis 1,5 μm. Derartige harte und glatte Führungsflächen erzeugen selbst bei relativ empfindlichen Bohrungsinnenflächen, beispielsweise bei Bohrungen in relativ weichen Werkstücken, keine störenden Spuren. Auch für die Polieroperation wird das zwischen Spitzen eingespannte Werkzeug um seine Werkzeugachse gedreht.
-
Durch das hier anhand weniger Beispiele erläuterte Konzept der Herstellung von Honwerkzeugen mit Führungsleisten kann im Vergleich zu herkömmlichen Methoden bei mindestens gleich bleibender Qualität der Endprodukte (Honwerkzeuge) eine wesentliche Senkung der Herstellungskosten und/oder eine wesentliche Verkürzung der Durchlaufzeiten erreicht werden. Bei geeigneter Anpassung der Dimensionen können eine Vielzahl unterschiedlicher Werkzeugtypen mit einer relativ geringen Anzahl von Einzelteilen bereitgestellt werden. Dies gilt insbesondere für die Varianten mit direkter Befestigung der Führungsleisten am Werkzeugkörper, da in diesem Fall die Führungsleistenhalter nicht notwendig sind. Weiterhin ist gegebenenfalls eine geringere Anzahl von Fertigungsschritten ausreichend, da beispielsweise die Fertigung von Führungsleistenhaltern entfallen kann, weniger Fräsoperationen notwendig sind und auch das Löten der Halter in dem Werkzeugkörper entfallen kann. Insgesamt kann durch eine schnellere Werkzeugaufbereitung die Kapazität zur Herstellung von Honwerkzeugen unterschiedlicher Durchmesser erhöht werden. Zudem sind die Ausgangsmaterialien (Rundstäbe) in guter Qualität kostengünstig verfügbar. Vorhandene Werkzeugkörper können gegebenenfalls über die Bereitstellung neuartiger Führungsleistenhalter (mit V-förmiger Aufnahmenut) oder über Nachbearbeitung von vorhandenen Führungsleistenhaltern bestückt werden.
