DE102015213379A1

DE102015213379A1 - Honwerkzeug für ein Honverfahren zum ressourcenschonenden Honen

Info

Publication number: DE102015213379A1
Application number: DE102015213379.6A
Authority: DE
Inventors: Herbert Rauscher; Erkan Hodza; Nikolas Fohr
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: DE102015213379B4

Abstract

Ein Honwerkzeug (100, 400) zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück hat einen Werkzeugkörper (110), der eine Werkzeugachse (112) definiert, eine Schneidgruppe mit mindestens einem Schneidstoffkörper (120), der mittels eines Zustellsystems radial zur Werkzeugachse in Richtung einer Innenfläche der Bohrung zustellbar sind, wobei in Umfangsrichtung neben dem Schneidstoffkörper ein Spanraum gebildet ist, und ein Fluid-Zufuhrsystem zur Zufuhr von Kühlmittel und/oder Schmiermittel in den Bereich der Schneidgruppe. Das Fluid-Zufuhrsystem weist ein erstes Kanalsystem (200-1) und ein von dem ersten Kanalsystem unabhängiges zweites Kanalsystem (200-2) auf, wobei das erste Kanalsystem (200-1) erste Kanäle zum Führen eines ersten Fluids (F1) von mindestens einer ersten Fluideinlassöffnung (210-1) zu mindestens einer ersten Fluidauslassöffnung (220-1) im Bereich eines Spanraums (140) aufweist und das zweite Kanalsystem (200-2) zweite Kanäle zum Führen eines zweiten Fluids (F2) von mindestens einer zweiten Fluideinlassöffnung (210-2) zu mindestens einer zweiten Fluidauslassöffnung (220-2) im Bereich eines Spanraums (140) aufweist.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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.
Beim Honprozess gilt die Vollstrahlkühlschmierung mit Kühlschmierstoffen (KSS), wie z.B. Honölen oder Emulsionen, aus Gründen der Kühlung, Spülung und Schmierung als unverzichtbar.
Bei manchen Honprozessen wird ein Kühlschmierstoffstrom extern über einen am Eintritt einer zu bearbeitenden Bohrung angeordneten Spülring in die Bohrung geleitet.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 012 092 U1 beschreibt ein Honwerkzeug, bei dem Kühlschmierstoff über Rohre zugeführt wird, die an der Außenseite einer Gelenkstange verlaufen. Aus den unteren Enden der Rohre tritt der Kühlschmierstoff jeweils als Freistrahl aus. Er tritt dann in gegenüberliegend angeordnete Nuten am Werkzeugkörpers ein. Der Grund der Nuten verläuft am unteren Ende bogenförmig nach außen. Die Nuten sind an ihrem unteren Ende derart durch eine ringförmige Abschirmung umgeben, dass sich Durchtrittsöffnungen bilden, durch die hindurch der Kühlschmierstoff ringförmig nach unten ausströmt. Das Honwerkzeug ist mit einem pneumatischen Durchmessermesssystem ausgestattet. Messluft gelangt über Schlauchleitungen und Leitungen im Werkzeugkörper zu Messdüsen am Umfang des Werkzeugkörpers.
Es gibt auch Honwerkzeuge, die eine innere Kühlschmierstoffzuführung durch das Honwerkzeug hindurch erlauben. Die WO 2012/013425 A1 zeigt beispielsweise ein Honwerkzeug zum Positionshonen, bei dem mehrere durch den Werkzeugkörper hindurch verlaufende Kanäle für die Kühlschmiermittelzufuhr jeweils in einer Reihe axial zueinander versetzter Auslassöffnungen enden, welche jeweils in einem Spanraum zwischen benachbarten Honleisten liegen.
Bei der konventionellen Nassbearbeitung verursachen die großen Mengen eingesetzter Kühlschmierstoffe einen hohen Ressourcenverbrauch sowie eine erhebliche Gefährdung für die Gesundheit und Umwelt. Es wird als wünschenswert angesehen, Honprozesse zu entwickeln, die einen geringeren Ressourcenverbrauch als die herkömmliche Nassbearbeitung haben, ohne dabei die Qualität der bearbeiteten Werkstücke zu beeinträchtigen. Soweit diese Honprozesse nicht mit herkömmlichen Komponenten durchgeführt werden können, sind die dafür nötigen Komponenten ebenfalls zu entwickeln.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Honwerkzeug bereitzustellen, das dafür geeignet ist, bei der Durchführung von Honprozessen verwendet zu werden, die einen geringeren Ressourcenverbrauch als die herkömmliche Nassbearbeitung haben.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Der Erfindung liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Aus Gründen der Ressourceneffizienz und der Reduzierung von Kosten geht der Trend in der Industrie verstärkt zu alternativen Kühlschmierkonzepten. Spanende Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, wie z.B. Fräsen, Drehen oder Bohren, lassen sich heute vielfach bereits mit Minimalmengenschmierung (MMS) durchführen. Unter Minimalmengenschmierung versteht man allgemein das Aufbringen sehr geringer Schmierstoffmengen direkt auf den Wirkungsbereich Werkzeug/Werkstück. Primäres Ziel ist dabei die Reduzierung der Entstehung von Reibungswärme bei der Zerspanung.
Es wurde erkannt, dass sich das Honen (Zerspanung mit geometrisch unbestimmten Schneiden) von den Zerspanungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide unter anderem dadurch unterscheidet, dass die Kühl- und Spülwirkung des Kühlschmierstoffs einen relativ großen Einfluss auf den Zerspanungsprozess hat. Daher wird zurzeit davon ausgegangen, dass eine unmittelbare Übernahme von Konzepten der Minimalmengenschmierung auf Honprozesse voraussichtlich nicht geeignet sein wird, um den Ressourcenverbrach signifikant zu verringern. Stattdessen scheint es nach umfangreichen ersten Studien möglich, konventionelle Kühlschmierstoffe durch ein Schmiersystem auf Basis von Öl-Luft-Gemischen mit kryogener Kühlung zu substituieren. Hierdurch kann voraussichtlich nicht nur eine ausreichende Schmierung gewährleistet werden, sondern auch die erforderliche Kühlung und der Abtransport der Späne und anderer Bearbeitungsrückstände.
Ein Teil des Lösungsansatzes besteht darin, ein Öl-Luftgemisch in Form eines Aerosols unter geeignetem Druck in die Bearbeitungszone einzubringen. Hierdurch kann eine feine Verteilung feinster Schmiermitteltröpfchen an Werkstück und/oder Werkzeug erzeugt werden, um die Entstehung von Reibungswärme zu reduzieren. Ein weiterer Teil des Lösungsansatzes besteht darin, diese Schmierung mit einer davon unabhängigen effizienten Kühlung zu kombinieren. Das kann z.B. dadurch erreicht werden, dass tiefkaltes CO₂ bei relativ hohem Druck in flüssiger Form an die Wirkstelle gebracht wird, sich infolge des Druckabfalls auf Umgebungsdruck stark abkühlt und der Eingriffszone zwischen Werkzeug und Werkstück die Prozesswärme entzieht. Zudem expandiert das kryogene Gas stark, wodurch in der Bearbeitungszone eine Spülwirkung erzielt werden kann, die den Späneabtransport unterstützt. Das Öl-Luft-Gemisch kann die Spülwirkung unterstützen.
Das Konzept erfordert, dass mindestens zwei fluide Medien unabhängig voneinander gezielt in den Bereich der Bearbeitungszone (Eingriffszone zwischen Werkzeug und Werkstück) geführt werden müssen, wo sie dann ihre gemeinsame Wirkung entfalten können. Das Honwerkzeug gemäß der beanspruchten Erfindung kann dies gewährleisten. Ein Fluid bzw. fluides Medium im Sinne dieser Anmeldung ist ein fließfähiges Medium. Ein Fluid kann einphasig sein, wie z.B. ein Gas, oder auch mehrphasig, wie z.B. ein Aerosol mit einem Öl-Luft-Gemisch.
Das Honwerkzeug weist ein Fluid-Zufuhrsystem zur Zufuhr von fluidem Kühlmittel und/oder fluidem Schmiermittel in dem Bereich der Schneidgruppe auf. Das Fluid-Zufuhrsystem hat zwei voneinander unabhängige, d.h. nicht miteinander kommunizierende, Kanalsysteme, nämlich ein erstes Kanalsystem und ein von dem ersten Kanalsystem unabhängiges zweites Kanalsystem. Das erste Kanalsystem weist erste Kanäle zum Führen eines ersten Fluids von mindestens einer ersten Fluideinlassöffnung zu mindestens einer ersten Fluidauslassöffnung im Bereich eines Spanraums auf. Das zweite Kanalsystem weist zweite Kanäle zum Führen eines zweiten Fluids von mindestens einer zweiten Fluideinlassöffnung zu mindestens einer zweiten Fluidauslassöffnung im Bereich eines Spanraums auf. Dadurch können zwei zur Kühlung und/oder Schmierung geeignete Fluide getrennt bzw. unabhängig voneinander in den Bereich eines Spanraums geführt werden und können dann dort miteinander wechselwirken. Durch die fluidische Trennung der Kanalsysteme können die Fluide unter unterschiedlichen Drücken stehen und jeweils für sich kontinuierlich oder diskontinuierlich (intermittierend) zugeführt werden.
Die Fluidauslassöffnungen befinden sich im Bereich eines Spanraums, was im Rahmen dieser Anmeldung bedeutet, dass ein Fluid aus der Fluidauslassöffnung ohne Umwege in den Spanraum gelangen kann. Dazu kann eine Fluidauslassöffnung direkt in einen Spanraum neben einem Schneidstoffkörper münden. Es ist auch möglich, dass die Fluidauslassöffnung in Axialrichtung des Werkzeugs gesehen außerhalb eines Spanraums liegt und das entsprechende Fluid parallel zur Axialrichtung oder in relativ spitzem Winkel hierzu in einen Spanraum eingestrahlt wird. Fluidauslassöffnungen befinden sich jeweils in einem Spanraum oder in unmittelbarer Nähe eines Spanraums.
Fluidauslassöffnungen des ersten Kanalsystems und/oder des zweiten Kanalsystems können so angeordnet und orientiert sein, dass das Fluid in einer geeigneten Einstrahlrichtung austritt und in den Spanraum gelangt. Die Einstrahlrichtung kann parallel zur Werkzeugachse oder im spitzen Winkel zu dieser verlaufen, was hier als „axiales Einstrahlen“ bezeichnet wird. Ein radiales Einstrahlen in Radialrichtung zur Werkzeugachse oder im spitzen Winkel dazu ist ebenfalls möglich. Bei manchen Varianten kann alternativ oder zusätzlich eine Einstrahlung in Tangentialrichtung vorgesehen sein, also in Umfangsrichtung oder in relativ spitzem Winkel dazu. Erste und zweite Fluidauslassöffnungen können in Bezug zueinander so angeordnet und orientiert sein, dass die beiden Fluide ihre kombinierte Wirkung in der Nähe eines oder mehrerer Schneidstoffkörper optimal entfalten können.
Um einerseits die Zufuhr eines Fluids bis in die Nähe der Schneidgruppe konstruktiv möglichst einfach zu gestalten und um andererseits sicherzustellen, dass das entsprechende Fluid jede zu kühlende und/oder zu schmierende Zone am Umfang des Honwerkzeugs erreichen kann, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass mindestens eines der Kanalsysteme, also das erste Kanalsystem und/oder das zweite Kanalsystem, einen kreisbogenförmig oder kreisförmig um die Werkzeugachse herum verlaufenden Verteilerkanal aufweist, der eine mit einer zugeordneten Fluideinlassöffnung kommunizierende Eintrittsöffnung und mehrere mit zugeordneten Fluidauslassöffnungen kommunizierende Austrittsöffnungen aufweist.
Vorzugsweise ist der Verteilerkanal als in Umfangsrichtung durchgehender Ringkanal ausgelegt, so dass Austrittsöffnungen an jeder Position entlang des Umfangs des Verteilerkanals angebracht werden können. Alternativ können auch zwei oder mehr Kreisbogenkanäle vorgesehen sein, die insgesamt die Verteilung des jeweiligen Fluids über den Umfang des Honwerkzeugs hinweg übernehmen.
Durch Bereitstellung eines gekrümmten Verteilerkanals, der z.B. konzentrisch zur Werkzeugachse verlaufen kann, ist es prinzipiell möglich, für ein jeweiliges Fluid nur eine einzige Fluideinlassöffnung vorzusehen, die dann stromabwärts des Verteilerkanals viele über den Umfang des Honwerkzeugs verteilte Fluidauslassöffnungen versorgen kann. Der Querschnitt der Fluideinlassöffnung, also der Einlassquerschnitt, sollte mindestens so groß sein wie die Summe der Querschnitte aller zugeordneten Fluidauslassöffnungen, also die Summe der Ausgangsquerschnitte. Dadurch kann erreicht werden, dass sich immer der gewünschte Druck des jeweiligen Fluids aufbauen kann.
Die Querschnittsfläche eines Verteilerkanals, also diejenige Fläche, durch die ein Fluid durch den Verteilerkanal hindurchfließen kann, ist vorzugsweise mehrfach größer als die Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen, so dass eine zuverlässige Verteilung über den Umfang bei annähernd gleichem Fluiddruck an jeder Auslassöffnung gewährleistet werden kann.
Bei manchen Ausführungsformen ist in jedem der Kanalsysteme ein ringförmig umlaufender Verteilerkanal vorgesehen, also ein erster Verteilerkanal (des ersten Kanalsystems) und ein fluidisch davon getrennter zweiter Verteilerkanal (für das zweite Kanalsystem). Es gibt auch Varianten mit nur einem einzigen Verteilerkanal.
Bei manchen Ausführungsformen ist der Verteilerkanal zwischen einem Innenelement und einem um das Innenelement herum verlaufenden, vom Innenelement gesonderten ringförmigen Außenelement (Außenring) gebildet, wobei das Außenelement im montierten Zustand des Honwerkzeugs mit dem Innenelement so verbunden ist, dass dazwischen der Verteilerkanal vorliegt. Durch diese Konstruktion kann die Fertigung des Honwerkzeugs trotz der Anforderungen an die Fluidführung relativ einfach gehalten werden. Beispielsweise kann an der dem Außenelement zugewandten Außenseite des Innenelements und/oder an der dem Innenelement zugewandten Innenseite des Außenelements eine umlaufende Nut eingearbeitet werden, die im fertig montierten Zustand den Verteilerkanal bildet. Durch Dichtelemente, beispielsweise axial oberhalb und unterhalb des Verteilerkanals angeordnete Dichtringe, kann der Verteilerkanal abgedichtet werden. Außenelement und Innenelement können einteilig oder mehrteilig sein.
Vorzugsweise ist das Außenelement mit dem Innenelement lösbar verbunden. Das Außenelement kann beispielsweise auf das Innenelement aufgeschraubt oder aufgesteckt und gegebenenfalls wieder von diesem gelöst werden. Eine besonders günstige Verbindung, die auch die Abdichtung des Verteilerkanals fördert, wird bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass das Innenelement ein Außengewinde und das Außenelement ein zu dem Außengewinde passendes Innengewinde aufweist, so dass das Außenelement unmittelbar auf das Innenelement aufgeschraubt werden kann.
Es ist möglich, dass das Innenelement durch den Werkzeugkörper gebildet ist, so dass der Verteilerkanal an seiner Innenseite durch eine Außenfläche des Werkzeugkörpers begrenzt wird. Es ist auch möglich, dass das Innenelement als ein ringförmiges Innenelement (Innenring) ausgebildet ist, welches den Werkzeugkörper im montierten Zustand umschließt. Diese konstruktiven Maßnahmen können kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, dass einer der Verteilerkanäle (für das erste Fluid oder für das zweite Fluid) zwischen der Außenseite des Werkzeugkörpers (als Innenelement) und der Innenseite eines darauf befestigten ringförmigen Außenelements gebildet ist, während das ringförmige Außenelement von einem weiteren ringförmigen Außenelement umgeben wird, wobei zwischen dem äußeren Außenelement und dem dazwischenliegenden Außenelement ein weiterer Verteilerkanal gebildet ist. Das zwischenliegende ringförmige Element hat hier eine Doppelfunktion, nämlich als Außenelement in Bezug auf einen weiter innen liegenden Verteilerkanal und als Innenelement in Bezug auf einen weiter außen liegenden Verteilerkanal. Auf diese Weise können in einem axial schmalen Abschnitt mehrere Verteilerkanäle untergebracht werden.
Bei manchen Ausführungsformen weist das erste Kanalsystem und/oder das zweite Kanalsystem Kanalabschnitte auf, die durch den Werkzeugkörper hindurch bis in einen zu versorgenden Spanraum reichen. Beispielsweise kann für jeden Spanraum oder jeden zweiten Spanraum innerhalb des Werkzeugkörpers ein parallel zur Werkzeugachse verlaufender Kanalabschnitt vorgesehen sein, von dem ein Kanalabschnitt oder mehrere radiale Kanalabschnitte abzweigen, welche in Radialrichtung an der Außenseite des Werkzeugkörpers in einen Spanraum münden.
Es gibt auch Ausführungsbeispiele, bei denen der Werkzeugkörper selbst frei von fluidführenden Kanalabschnitten des Kühlschmiermittel-Zufuhrsystems ist. Alle Arbeiten an Bauteilen zur Gewährleistung der Kühlschmiermittelzufuhr können in diesen Fällen an Bauteilen vorgenommen werden, die gesondert vom Werkzeugkörper bearbeitet und später an diesem angebracht werden können. Derartige Konzepte eignen sich besonders gut zur Nachrüstung bereits existierender Honwerkzeuge.
Honwerkzeuge sind mehr oder weniger bohrungsfüllende Werkzeuge. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte, nicht zustellbare Führungsleisten vorgesehen, die mit radial außenliegenden 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 gegenüberliegenden Seite an der Innenseite der Bohrung abzustützen. Mehrleisten-Honwerkzeuge mit zwei oder mehr um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten, radial zustellbaren Schneidstoffkörpern sind häufig mit Führungsleisten ausgestattet, die in Umfangsrichtung zwischen den Honleisten liegen, also innerhalb der den Honleisten zugeordneten Spanräume. Diese 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.
Bei manchen Ausführungsformen sind mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Führungsleisten zum Führen des Honwerkzeugs in der Bohrung vorgesehen, wobei in mindestens einem Teil der Führungsleisten erste Kanäle mit ersten Fluidauslassöffnungen und/oder zweite Kanäle mit zweiten Fluidauslassöffnungen des Fluid-Zufuhrsystems ausgebildet sind. Derartige Varianten haben unter anderem den Vorteil, dass zumindest im Bereich der Schneidgruppe am Werkzeugkörper keine gesonderten Bearbeitungen zur Erzeugung von Kanalabschnitten des Kühlschmiermittel-Zufuhrsystems vorgenommen werden müssen. Da die Führungsleisten in vielen Fällen innerhalb des Spanraums, also auf gleicher axialer Höhe wie die Schneidstoffkörper liegen, kann das mindestens eine Fluid über das zugehörige Kanalsystem unmittelbar bis in denjenigen Bereich geführt werden, wo es zur Kühlung und/oder Schmierung benötigt wird. Fluidaustrittsöffnungen können sich an den Seitenflächen der Führungsleisten befinden, so dass eine Einstrahlung eines Fluids oder beider Fluide im Wesentlichen in Tangentialrichtung des Honwerkzeugs möglich ist.
Bei manchen Ausführungsformen wird nur eines der Fluide (erstes Fluid oder zweites Fluid) durch Führungsleisten hindurch bis in den Spanraum geleitet. Bei anderen Ausführungsbeispielen befinden sich Kanalabschnitte des ersten Kanalsystems und des zweiten Kanalsystems innerhalb von Führungsleisten, so dass sowohl das erste Fluid als auch das zweite Fluid durch eine Führungsleiste hindurch zur zugehörigen Austrittsöffnung gelangen kann.
Dieser Teilaspekt der Erfindung, nämlich die Nutzung mindestens eines Kanals in einer Führungsleiste zum Führen von fluidem Kühlmittel und/oder fluidem Schmiermittel, kann auch bei Honwerkzeugen mit Führungsleisten nützlich sein, bei denen nur ein einziges fluides Kühlschmiermittel genutzt werden soll bzw. bei denen nur ein einziges Kanalsystem für Kühlschmierstoff benötigt wird oder vorhanden ist. Die Erfindung betrifft insoweit auch ein gattungsgemäßes Honwerkzeug, welches mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Führungsleisten zum Führen des Honwerkzeugs in der Bohrung aufweist, wobei in mindestens einem Teil der Führungsleisten mindestens ein Kanal mit einer Fluidauslassöffnung des Fluid-Zufuhrsystems ausgebildet ist.
Manche Ausführungsbeispiele von Honwerkzeugen sind für eine starre Ankopplung an eine Honspindel oder eine mit einer Honspindel verbundene starre Antriebsstange konstruiert, so dass mithilfe derartiger Honwerkzeuge bei Bedarf auch eine Positionskorrektur einer zu bearbeitenden Bohrung möglich ist. Andere Ausführungsbeispiele sind dafür konstruiert, einen eventuell vorhandenen Versatz zwischen Spindelachse und Bohrungsachse auszugleichen. Sie sind hierfür mit einem integrierten Gelenk ausgestattet. Das integrierte Gelenk hat ein spindelseitiges Gelenkelement mit Kopplungsstrukturen zum Ankoppeln des Honwerkzeugs an ein Antriebselement (eine Honspindel oder eine Antriebsstange) und ein gegenüber diesem begrenzt bewegliches werkzeugseitiges Gelenkelement. Das erste Kanalsystem und/oder das zweite Kanalsystem umfassen einen flexiblen Schlauchabschnitt, welcher den Bereich des Gelenks überbrückt. Dadurch kann eine zuverlässige Fluidführung bei gleichzeitig begrenzter Beweglichkeit innerhalb des Honwerkzeugs sichergestellt werden. Bei dem Gelenk kann es sich beispielsweise um ein Kugelgelenk oder um ein kardanisches Gelenk handeln.
Bekanntlich gibt es Honwerkzeuge, an welchen Messdüsen eines pneumatischen Messsystems angebracht sind, um das Honwerkzeug auch als Messwerkzeug während der Bearbeitung und/oder nach der Bearbeitung nutzen zu können. Derartiges ist auch bei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Honwerkzeuge möglich. Diese Ausführungsformen haben mindestens ein Paar von Messdüsen, die an dem Werkzeugkörper unmittelbar oder mittelbar befestigt und bezogen auf die Werkzeugachse in einem festen (bzw. präzise bestimmbaren diametralen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei für das Paar von Messdüsen ein von dem ersten Kanalsystem und dem zweiten Kanalsystem gesondertes Luftzufuhr-Kanalsystem zum Zuführen von Druckluft zu den Messdüsen des Paars vorgesehen ist. Derartige Ausführungsbeispiele haben somit drei voneinander unabhängige, fluidisch voneinander getrennte Kanalsysteme, wovon zwei der Zufuhr von zwei unterschiedlichen Fluiden zur Kühlung und/oder Schmierung und das dritte zur Zufuhr von Druckluft zu den Messdüsen dient.
Die Anmeldung offenbart als beanspruchbare Erfindung auch ein Honverfahren zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück, bei dem während einer Honoperation ein Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung in Axialrichtung der Bohrung hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung gedreht wird, und am Honwerkzeug angebrachte Schneidstoffkörper über ein Zustellsystem in einer Bearbeitungszone mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt werden.
Das Honverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Schmierung ein Öl-Luftgemisch in Form eines Aerosols unter geeignetem Druck in die Bearbeitungszone eingebracht wird und dass diese Schmierung mit einer davon unabhängigen Kühlung kombiniert wird, wobei vorzugsweise für die Kühlung tiefkaltes CO₂ bei relativ hohem Druck in flüssiger Form in die Bearbeitungszone gebracht wird, sich infolge des Druckabfalls auf Umgebungsdruck abkühlt und der Eingriffszone zwischen Werkzeug und Werkstück Prozesswärme entzieht.
In einer anderen Formulierung wird vorgeschlagen, bei einem Honverfahren der oben genannten Art konventionelle Kühlschmierstoffe durch ein Schmiersystem auf Basis von Öl-Luft-Gemischen mit kryogener Kühlung zu substituieren, also beim Honen ein Schmiersystem auf Basis von Öl-Luft-Gemischen mit kryogener Kühlung zur Schmierung und Kühlung und zum Späneabtransport zu verwenden. Hierdurch kann nicht nur eine ausreichende Schmierung gewährleistet werden, sondern auch die erforderliche Kühlung und der Abtransport der Späne und anderer Bearbeitungsrückstände.
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. Dabei zeigen:
1 eine schrägperspektivische Ansicht eines Honwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 einen Schnitt durch den Bereich einer Führungsleiste des Honwerkzeugs aus 1;
3 einen teilweisen Längsschnitt durch das Honwerkzeug aus 1;
4 einen teilweisen Längsschnitt durch ein Honwerkzeug einer anderen Ausführungsform;
5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine andre Schnittebene des Honwerkzeugs aus 4; und
6 eine Ansicht des Honwerkzeugs aus 4 oder 5, das zusätzlich zu ersten und zweiten Kanälen zur Zuführung von Kühlmittel und/oder Schmiermittel noch ein drittes Kanalsystem für Druckluft eines pneumatischen Messsystems aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In 1 ist in schräger Perspektive ein Honwerkzeug 100 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. 2 zeigt einen Schnitt durch den Bereich einer Führungsleiste des Honwerkzeugs. 3 zeigt das Honwerkzeug in teilweisem Längsschnitt. 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 ein Anschlussstück 116 mit einer 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 118, 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 30°-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 zwanzig 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 metallischen 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 schräg zur Werkzeugachse verlaufende Auflageflächen, die in der Art eines Keilantriebs mit Konusflächen des 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 des Honwerkzeugs bestimmt.
Die Bereiche in Umfangsrichtung zwischen den Honleisten werden hier als Spanräume 140 bezeichnet. Späne des bearbeiteten Werkstoffs und ggf. Abrieb des Schneidmaterials werden überwiegend über die Spanräume abgeführt.
Um den Umfang des Werkzeugkörpers herum sind weiterhin zwölf Führungsleisten 130 zum Führen des Honwerkzeugs in der Bohrung befestigt. Die parallel zur Werkzeugachse verlaufenden Führungsleisten sind jeweils mittig zwischen benachbarten Honleisten, also in einem Spanraum 140 angeordnet. Es handelt sich um nicht-zustellbare Führungsleisten, die fest bzw. starr am Werkzeugkörper 110 befestigt sind. Die axiale Länge der Führungsleisten ist etwas größer als die axiale Länge der Honleisten, so dass die Führungsleisten an der spindelzugewandten Seite über die Honleisten in Richtung Kupplungsstruktur hinausragen.
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 ausgebildet ist (vgl. 2). In jeder der Aufnahmenuten ist eine Führungsleiste 130 z.B. durch Löten oder Kleben befestigt. Jede Führungsleiste ist aus einem Rundstab aus Hartmetall hergestellt. An der dem Werkzeugkörper zugewandten Innenseite hat die Führungsleiste eine zylindrisch gekrümmte Oberfläche. 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. Jede Führungsleiste ist derart in der ihr zugeordneten Aufnahmenut angeordnet, dass sich die Führungsleiste mit der zylindrischen Oberfläche entlang von zwei linienhaften Kontaktzonen K1 und K2 an bzw. auf den Auflageflächen abstützt. Durch den mehr oder weniger linienhaften Kontakt zu den Auflageflächen ist ohne weiteres eine Selbstzentrierung der Führungsleiste in Bezug auf die Aufnahmenut ohne weitere Justiervorgänge erzielbar.
An zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegenden Positionen sind in Axialrichtung unterbrochene Führungsleisten 130A vorgesehen (siehe 3). In Axialrichtung zwischen den beiden Teilen der Führungsleiste ist jeweils eine Messdüse 145 eines pneumatischen Durchmesser-Messsystems des Honwerkzeugs gezeigt. Details zur Druckluftzufuhr zu den Messdüsen werden im Zusammenhang mit 6 anhand eines anderen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das Honwerkzeug ist mit Kanälen eines Fluid-Zufuhrsystems ausgestattet, welches es erlaubt, zwei unterschiedliche, der Kühlung und/oder Schmierung bei der Honbearbeitung dienende Fluide in den Bereich der mit den Honleisten ausgestatteten Schneidgruppe bzw. in die Bereiche der Spanräume zu führen.
Ein erstes Kanalsystem 200-1 ist dafür ausgelegt, ein erstes Fluid F1, im Beispielsfall flüssiges Kohlendioxid (CO₂), von einer ersten Fluideinlassöffnung 210-1 an der maschinenseitigen Stirnseite des Anschlusselements 116 bis zu ersten Fluidauslassöffnungen 220-1 an den Seitenflächen von Führungsleisten 130 zu führen. Aus den Seitenflächen der Führungsleisten tritt das erste Fluid etwa tangential zur Umfangsfläche des Werkzeugkörpers in den jeweils zugehörigen Teil des Spanraums 140 in Richtung der nächstliegenden Honleiste aus (siehe 2).
Von der ersten Fluideinlassöffnung 210-1 führt ein erstes Kanalstück achsparallel durch die Wandung des Anschlusselements 116 bis in den Bereich eines umlaufenden Ringbunds 117, an dessen Umfang Einsatzstücke 119 eingeschraubt sind. Ein zweites Kanalstück führt radial bis in ein Einsatzstück 119 hinein, von wo ein drittes Kanalstück wieder achsparallel zur Unterseite des Einsatzelements führt. Von der Unterseite des Einsatzstücks führt ein Kanalabschnitt mit einem flexiblen Schlauchabschnitt 212-1 bis in ein achsparalleles Kanalstück, welches von der Oberseite ins Innere eines hülsenförmigen bzw. ringförmigen Elements führt, welches hier als Innenring 230 bzw. Innenelement 230 bezeichnet wird.
Der Innenring 230 hat eine kreiszylindrische Innenfläche, die passgenau an eine kreiszylindrische Außenfläche des Werkzeugkörpers angepasst ist, so dass der Innenring spielfrei auf den Werkzeugkörper 110 aufgesteckt und mittels radialer Schrauben befestigt werden kann. Das flexible Schlauchstück 212-1 überbrückt den Bereich des Gelenks 118 zwischen dem spindelseitigen Anschlusselement 116 und Werkzeugkörper 110.
Am spindelfernen unteren Ende des Innenrings 230 ist auf dessen Außenseite ein ringförmiges Außenelement in Form eines Außenrings 240 direkt aufgeschraubt. Details zur Ausgestaltung am Übergangsbereich zwischen Innenring 230 und Außenring 240 sind besonders gut in den vergrößerten Detailfiguren A und B zu erkennen.
Von der achsparallelen Sacklochbohrung im Innenring 230 führt an einer einzigen Stelle des Umfangs eine Radialbohrung 213-1 zu der dem Außenring zugewandten Außenseite. Die Bohrung mündet in einen ersten Verteilerkanal 250-1, der ringförmig und konzentrisch zur Werkzeugachse 112 um den gesamten Umfang des Innenrings bzw. des Außenrings herum verläuft. Der erste Verteilerkanal 250-1 wird teilweise durch eine an der Innenseite des Außenrings 240 umlaufende Nut gebildet und verläuft teilweise im Inneren von Führungsleisten 130, die von der offenen Unterseite in Aufnahmebohrungen des Außenrings 240 eingeführt sind.
Innerhalb einer Führungsleiste 130 verlaufen in deren Längsrichtung zwei zueinander parallele Fluidkanäle, nämlich ein radial außen liegender äußerer Kanal 260-1 und ein radial innenliegender innerer Kanal 260-2 (siehe 2). Die Kanäle 260-1 und 260-2 sind am spindelabgewandten Ende der Führungsleisten jeweils geschlossen. Von den Kanälen führen auf mehreren (z.B. genau zwei) axialen Positionen jeweils beidseitig Querkanäle (in 2 gestrichelt gezeigt) ab, die zu den zugehörigen Fluidauslassöffnungen 220-1 bzw. 220-2 führen. Bei anderen Varianten sind die innerhalb der Führungsleisten verlaufenden Fluidkanäle verdrallt, verlaufen also versetzt gegeneinander jeweils wendelförmig.
Wie in den Detailfiguren A und B gut zu erkennen ist, münden die äußeren Kanäle 260-1 mit ihren oberen Enden jeweils im ersten Verteilerkanal 250-1, so dass das erste Fluid durch den ersten Verteilerkanal hindurch in die außenliegenden ersten Kanäle 260-1 und von dort zu den zugehörigen ersten Fluidauslassöffnungen 220-1 hindurchtreten kann. Der erste Verteilerkanal 250-1 hat einen Rechteckquerschnitt, der um ein Vielfaches größer ist als der Querschnitt der davon abgehenden äußeren Kanäle 260-1 innerhalb der Führungsleisten. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung des ersten Fluids für den gesamten Umfang des Honwerkzeugs vor Eintritt in die zugehörigen äußeren Kanäle gewährleistet.
Ein zweites Kanalsystem 200-2, welches fluidisch völlig getrennt vom ersten Kanalsystem 200-1 ist, hat zweite Kanäle, welche von einer zweiten Fluideinlassöffnung 210-2 an der spindelseitigen Stirnseite des Anschlusselements 116 bis zu zweiten Fluidauslassöffnungen 220-2 an den Seitenflächen der in den Spanräumen 140 angeordneten Führungsleisten 130 führen. Das zweite Fluid F2 ist im Beispielsfall ein Aerosol mit fein verteilten Schmierstofftröpfchen in einem Trägergas. Die Kanalführung zwischen der zweiten Fluideinlassöffnung 210-2 und dem Innenring 230 entspricht der Kanalführung der entsprechenden ersten Kanalabschnitte des ersten Kanalsystems, weshalb hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Auch im zweiten Kanalsystem gibt es einen flexiblen Schlauchabschnitt 212-2, welcher das Gelenk 118 zwischen Anschlusselement 116 und Werkzeugkörper 110 überbrückt. Der Schlauchabschnitt mündet in einer achsparallelen Sacklochbohrung im Innenring 230. Von dieser führt an einer einzigen Stelle entlang des Umfangs (in 3 links gezeigt) ein Radialkanal 213-2 bis zur Außenseite des Innenrings 230. Dort befindet sich an der Innenseite des Außenrings 240 eine vollständig umlaufende Nut, die gemeinsam mit Nutabschnitten in den Führungsleisten einen konzentrisch um die Werkzeugachse herum verlaufenden zweiten Verteilerkanal 250-2 bildet. Der zweite Verteilerkanal 250-2 hat an seiner Unterseite über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Auslassöffnungen, von denen jeweils eine in einen der in den Führungsleisten ausgebildeten inneren Kanäle 260-2 mündet. Diese wiederum haben auf zwei axialen Höhen Querbohrungen, die zu den zweiten Fluidauslassöffnungen 220-2 führen, durch welche das zweite Fluid etwa tangential zur Außenseite des Werkzeugkörpers in Richtung der nächstliegenden Honleisten in den zugeordneten Teil des Spanraums 140 einströmen kann.
Das erste Kanalsystem und das zweite Kanalsystem sind jeweils in sich fluidisch geschlossene Kanalsysteme, die ab der Ebene des Ringbunds 117 an gegenüberliegenden Seiten des Honwerkzeugs an dessen Außenseite generell in Axialrichtung verlaufen. Alle Kanalabschnitte führen durch Elemente, die gesondert vom Werkzeugkörper gefertigt werden können und mit diesem lösbar (Innenring 230, Außenring 240) oder nicht lösbar (Führungsleisten) verbunden sind. Dadurch ist es bei dieser Konstruktion nicht nötig, den Werkzeugkörper selbst mit Bohrungen zur Fluidführung zu versehen. Die gezeigte Lösung erlaubt auf relativ einfache Weise im Bedarfsfall auch eine Nachrüstung bereits existierender Honwerkzeuge. Die zum Aufbau der getrennten Kanalsysteme genutzten Bauteile, insbesondere der Innenring 230 und der Außenring 240, sind relativ einfach zu fertigende Drehteile mit einfach zu fertigenden Bohrungen bzw. Nuten. Es versteht sich, dass bei Bedarf an den Schnittstellen der Kanalabschnitte zwischen aneinander befestigten Bauteilen Dichtelemente zur Abdichtung der Kanalsysteme des zweiten Kanalsystems vorgesehen sein können.
In den 4 und 5 sind zwei teilweise geschnittene Ansichten eines Honwerkzeugs 400 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Bauteile, die funktionell und/oder strukturell identisch oder ähnlich entsprechenden Bauteilen der ersten Ausführungsform sind, tragen entsprechende Bezugszeichen, jeweils erhöht um 300.
Das Honwerkzeug hat zwei fluidisch voneinander getrennte Kanalsysteme, über die Kühlmittel und/oder Schmiermittel vom spindelseitigen Anschlussstück 416 bis in die Bereiche von Spanräumen zwischen den radial zustellbaren Honleisten 420 geleitet werden kann. Der teilweise Schnitt in 4 zeigt die Kanalabschnitte des zweiten Kanalsystems 500-2 für das zweite Fluid F2, während 5 die Kanalabschnitte des ersten Kanalsystems 500-1 für das erste Fluid F1 zeigt.
Das zweite Kanalsystem 500-2 führt vom zweiten Fluideinlass 510-2 an der Stirnseite des Anschlussstücks 416 durch dessen Ringbund, ein Einsatzstück sowie einen daran nach unten anschließenden flexiblen Schlauchabschnitt 512-2 hindurch bis in ein im Wesentlichen zylinderhülsenförmiges Innenelement 530, welches hier auch als Innenring 530 bezeichnet wird. Der Innenring ist auf die Außenseite des Werkzeugkörpers 410 aufgeschraubt. Auf den Innenring ist im spindelfernen unteren Bereich ein ringförmiges Außenelement 540 (Außenring 540) aufgeschraubt, dessen schräge Außenseite eine konische Zentrierfläche des Honwerkzeugs bildet.
Eine achsparallele Sacklochbohrung im Innenring 530 endet auf Höhe des Außenrings 540 und wird über eine radiale Bohrung im Innenring mit einer an der Innenseite des Außenrings liegenden Rechtecknut verbunden. Diese Rechtecknut bildet einen ringförmig umlaufenden zweiten Verteilerkanal 550-2. Von der Unterseite dieses Verteilerkanals verlaufen über den Umfang regelmäßig verteilt schräg nach außen gerichtete Kanäle kleineren Durchmessers bis zu zweiten Fluidauslassöffnungen 520-2 an der Unterseite des Außenrings.
Die zweiten Fluidauslassöffnungen liegen jeweils in einem Axialbereich oberhalb von Spanräumen 440 zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Honleisten 420, so dass das aus den zweiten Fluidauslassöffnungen 520-2 schräg in Richtung Bohrungswand austretende zweite Fluid F2 in einem spitzen Winkel zur Axialrichtung strömend von oben in die Spanräume gelangen kann. Obwohl die zweiten Fluidauslassöffnungen 520-2 nicht auf axialer Höhe der die Honleisten aufweisenden Schneidgruppe, sondern gegenüber den Oberkanten der Honleisten in einem axialen Abstand zu diesen angeordnet sind, kann das aus den zweiten Fluidauslassöffnungen austretende zweite Fluid unmittelbar und ungehindert in die Spanräume strömen.
Das erste Kanalsystem 500-1 (5) führt vom ersten Fluideinlass 510-1 in entsprechender Weise zunächst durch den Ringbund und einen Einsatz sowie durch einen flexiblen Schlauchabschnitt bis zu einer achsparallelen Sacklochbohrung im Innenring 530. Auf axialer Höhe des Außenrings 540 führt eine radiale Bohrung nach innen in einen ringförmig umlaufenden ersten Verteilerkanal 550-1, der im Wesentlichen durch eine umlaufende Nut an der Innenseite des Innenrings gebildet wird, welche gemeinsam mit der Außenseite des Werkzeugkörpers den ersten Verteilerkanal 550-1 begrenzt (vgl. Detail B). Vom ersten Verteilerkanal gehen jeweils in den Umfangsabschnitten mittig zwischen benachbarten Honleisten achsparallele feine Bohrungen 552-1 ab, die jeweils an der spindelabgewandten Unterseite des Innenrings 530 in einer erweiterten Mündung enden. Dort findet im Betrieb eine Fluidübergabe zwischen dem Bereich des Innenrings 530 und dem Bereich des nach unten anschließenden Teils des Werkzeugkörpers 410 statt (siehe Detail A in 5). Jeweils mittig zwischen den Honleisten sind im Werkzeugkörper achsparallele Kanalabschnitte 511-1 durch Bohren eingebracht. Das spindelabgewandte Ende ist jeweils abgedichtet. Von einem Kanalabschnitt führen axial versetzt zwei im Durchmesser kleinere radiale Kanalabschnitte zur Außenfläche des Werkzeugkörpers. Die radialen äußeren Mündungsbereiche bilden die ersten Fluidauslassöffnungen 520-1. Wenn das erste Fluid F1 durch das erste Kanalsystem 500-1 unter Druck zu den Fluidauslassöffnungen geleitet wird, tritt das Fluid an zwei axial zueinander versetzten Stellen im Wesentlichen radial zur Werkzeugachse aus dem Honwerkzeug direkt in einen jeweiligen Spanraum ein und wird mehr oder weniger senkrecht zu der zu bearbeiteten Bohrungsinnenwand abgestrahlt.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird flüssiges Kohlendioxid als erstes Fluid durch das erste Kanalsystem unter hohem Druck zu den ersten Fluidauslassöffnungen 520-1 gepresst, tritt aus diesen im Wesentlichen senkrecht zur Bohrungsinnenwand aus, entspannt sich dort und kühlt sich infolge des Druckabfalls auf Umgebungsdruck stark ab. Hierdurch kann die Eingriffszone zwischen den Honleisten und der Bohrungsinnenwand sehr effizient gekühlt werden. Gleichzeitig kann Abrieb durch das expandierende Gas mitgenommen werden, so dass sich ein Spüleffekt ergibt. Unabhängig davon kann, zeitgleich und/oder zeitlich versetzt, das zweite Fluid F2 in Form eines Aerosols mit Schmiermitteltröpfchen von oben in die Spanräume eingeblasen werden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen kann zusätzlich zum ersten und zweiten Kanalsystem ein drittes Kanalsystem vorgesehen sein, das als Luftzufuhr-Kanalsystem 600 dazu dient, Druckluft von einem stirnseitig am Anschlussstück angeordneten Drucklufteinlass 610 bis zu einer Messdüse 640-1 eines pneumatischen Messsystems zu leiten. Ein in 6 nicht gezeigter Kanal führt in entsprechender Weise auf der diametral gegenüberliegenden Seite von einer zugehörigen Drucklufteinlassöffnung zu einer Messdüse 640-2, die der anderen Messdüse 640-1 diametral gegenüberliegt. Pneumatische Messsysteme sind hinsichtlich ihrer Funktion an sich bekannt, so dass hier auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird. Erwähnt werden sollte, dass das Druckluftkanalsystem unter anderem einen Kanalabschnitt enthält, der parallel zur Werkzeugachse umfangsversetzt zu den anderen Kanälen durch den Innenring 530 bis in eine schräge Bohrung im Inneren des Werkzeugkörpers hindurchgeführt wird. Das Luftzufuhr-Kanalsystem ist ein drittes Kanalsystem, welches sowohl vom ersten Kanalsystem als auch vom zweiten Kanalsystem des Kühlschmiermittel-Zufuhrsystems vollständig fluidisch getrennt gegen dieses abgedichtet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008012092 U1 [0005]
WO 2012/013425 A1 [0006]

Claims

Honwerkzeug (100, 400) zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück mit: einem Werkzeugkörper (110), der eine Werkzeugachse (112) definiert; einer Schneidgruppe mit mindestens einem Schneidstoffkörper (120), der mittels eines Zustellsystems radial zur Werkzeugachse in Richtung einer Innenfläche der Bohrung zustellbar sind, wobei in Umfangsrichtung neben dem Schneidstoffkörper ein Spanraum gebildet ist; und einem Fluid-Zufuhrsystem zur Zufuhr von Kühlmittel und/oder Schmiermittel in den Bereich der Schneidgruppe, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid-Zufuhrsystem ein erstes Kanalsystem (200-1) und ein von dem ersten Kanalsystem unabhängiges zweites Kanalsystem (200-2) aufweist, wobei das erste Kanalsystem (200-1) erste Kanäle zum Führen eines ersten Fluids (F1) von mindestens einer ersten Fluideinlassöffnung (210-1) zu mindestens einer ersten Fluidauslassöffnung (220-1) im Bereich eines Spanraums (140) aufweist; und das zweite Kanalsystem (200-2) zweite Kanäle zum Führen eines zweiten Fluids (F2) von mindestens einer zweiten Fluideinlassöffnung (210-2) zu mindestens einer zweiten Fluidauslassöffnung (220-2) im Bereich eines Spanraums (140) aufweist.
Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kanalsysteme einen kreisbogenförmig oder kreisförmig um die Werkzeugachse herum verlaufenden Verteilerkanal (250-1, 250-2, 550-1, 550-2) aufweist, der eine mit einer Fluideinlassöffnung kommunizierende Eintrittsöffnung und mehrere mit Fluidauslassöffnungen kommunizierende Austrittsöffnungen aufweist.
Honwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Verteilerkanals (250-1, 250-2, 550-1, 550-2) mehrfach größer als die Querschnittsfläche der Fluidauslassöffnungen ist, so dass eine Verteilung über den Umfang des Verteilerkanals bei annähernd gleichem Fluiddruck an jeder Fluidauslassöffnung erreichbar ist und/oder dass ein Querschnitt der Fluideinlassöffnung mindestens so groß ist wie die Summe der Querschnitte aller zugeordneten Fluidauslassöffnungen.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (250-1, 250-2, 550-1, 550-2) zwischen einen Innenelement (230, 530) und einem um das Innenelement herum verlaufenden ringförmigen Außenelement (240, 540) gebildet ist, wobei das Außenelement mit dem Innenelement verbunden ist.
Honwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement (230, 530) ein Außengewinde und das Außenelement (240, 540) ein zu dem Außengewinde passendes Innengewinde aufweist.
Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenelement als ein vom Werkzeugkörper gesondertes ringförmiges Innenelement (240, 540) ausgebildet ist, welches den Werkzeugkörper im montierten Zustand umschließt.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kanalsystem (200-1) einen kreisförmig um die Werkzeugachse herum verlaufenden ersten Verteilerkanal (250-1, 550-1) und das zweite Kanalsystem (200-2) einen kreisförmig um die Werkzeugachse herum verlaufenden zweiten Verteilerkanal (250-2, 550-2) aufweist.
Honwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Verteilerkanäle (550-1) zwischen einer Außenseite des Werkzeugkörpers (410) und der Innenseite eines darauf befestigten ringförmigen Außenelements (530) gebildet ist und das ringförmige Außenelement (530) von einem weiteren ringförmigen Außenelement (540) umgeben ist, wobei zwischen dem weiteren ringförmigen Außenelement (540) und dem zwischenliegenden ringförmigen Außenelement (530) ein weiterer Verteilerkanal (550-2) gebildet ist.
Honwerkzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere um den Umfang des Werkzeugkörpers (110) verteilte Führungsleisten (130) zum Führen des Honwerkzeugs in der Bohrung, wobei in mindestens einem Teil der Führungsleisten mindestens ein Kanal (260-1, 260-2) mit mindestens einer Fluidauslassöffnung (220-1, 220-2) des Fluid-Zufuhrsystems ausgebildet ist.
Honwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Teil der Führungsleisten (130) erste Kanäle (260-1) mit ersten Fluidauslassöffnungen (220-1) und/oder zweite Kanäle (260-2) mit zweiten Fluidauslassöffnungen (220-2) des Fluid-Zufuhrsystem ausgebildet sind.
Honwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Fluidaustrittsöffnungen (220-1, 220-2) an den Seitenflächen der Führungsleisten (130) derart angeordnet sind, dass eine Einstrahlung eines Fluids im Wesentlichen in Tangentialrichtung des Honwerkzeugs möglich ist.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein integriertes Gelenk (118), welches ein spindelseitiges Anschlusselement (116) mit Kopplungsstrukturen (115) zum Ankoppeln des Honwerkzeugs an ein Antriebselement und ein gegenüber diesem begrenzt bewegliches werkzeugseitiges Gelenkelement aufweist, wobei das erste Kanalsystem (200-1) und/oder das zweite Kanalsystem (200-2) einen flexiblem Schlauchabschnitt (212-1, 212-2) umfasst, welcher den Bereich des Gelenks überbrückt.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einem Paar von Messdüsen (145, 640-1, 640-2), die an dem Werkzeugkörper (110, 410) befestigt und bezogen auf die Werkzeugachse (112) in einem festen diametralen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei für das Paar von Messdüsen ein von dem ersten Kanalsystem (200-1) und dem zweiten Kanalsystem (200-2) gesondertes Luftzufuhr-Kanalsystem (600) zum Zuführen von Druckluft zu den Messdüsen des Paares vorgesehen ist.