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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Honwerkzeug zum Bearbeiten zylindrischer Bohrungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem ein Honwerkzeug eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführt und eine ständige Flächenberührung zwischen einem oder mehreren Schneidstoffkörpern des Honwerkzeugs und der zu bearbeitenden Bohrungsinnenfläche vorliegt. Die Kinematik eines aufweitbaren Honwerkzeugs ist charakterisiert durch eine Überlagerung einer Drehbewegung, einer in Axialrichtung der Bohrung verlaufenden Hubbewegung und einer Zustellbewegung, die zu einer Veränderung des wirksamen Durchmessers des Honwerkzeuges führt. An der Bohrungsinnenfläche ergibt sich eine Oberflächenstruktur mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren. Durch Honen endbearbeitete Oberflächen können extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen genügen, so dass viele hoch belastete Gleitflächen in Motoren oder Motorbauteilen, z. B. Zylinderlaufflächen in Motorblöcken oder Bohrungsinnenflächen in Gehäusen von Einspritzpumpen, durch Honen bearbeitet werden.
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Besonders bei der Bearbeitung von Bohrungen mit relativ kleinen Durchmessern, beispielsweise im Durchmesserbereich von 15 mm oder weniger, kommen Honwerkzeuge zum Einsatz, die einen rohrförmigen Werkzeugkörper haben, der mit einem Endabschnitt in einem Werkzeugschaft befestigt ist und am gegenüberliegenden Endabschnitt einen Schneidbereich mit einer oder mehreren Honleisten aufweist. Eine Honleiste sitzt in Axialrichtung und Umfangsrichtung im Wesentlichen spielfrei in einer vom Innern des Werkzeugkörpers nach außen durchgehenden Honleistenaufnahmeöffnung und kann in dieser in Radialrichtung verschoben werden. Der Werkzeugkörper dient als Aufnahme für eine oder mehrere Honleisten und gleichzeitig als Führung für eine Zustellstange, die der radialen Zustellung der Honleisten dient. Der Werkzeugschaft dient einerseits zur Aufnahme des Werkzeugkörpers und andererseits zur Befestigung des Honwerkzeugs an der Arbeitsspindel einer Honmaschine.
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Die in das Innere des Werkzeugkörpers ragende Innenseite der Honleiste hat in der Regel eine Schrägfläche, die mit einer korrespondierenden Schrägfläche an der Zustellstange nach Art eines Keilantriebs derart zusammenwirkt, dass eine axiale Verschiebung der Zustellstange zum spindelfernen Ende des Werkzeugkörpers eine radiale Verschiebung der Honleiste nach außen bewirkt.
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Man klassifiziert Honwerkzeuge gelegentlich nach der Anzahl der Honleisten in Einleisten-Honwerkzeuge (mit genau einer Honleiste) und Mehrleisten-Honwerkzeugen (mit zwei oder mehr Honleisten).
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Einleisten-Honwerkzeuge gehören zu den genauesten und stabilsten Werkzeugtypen für Bohrungen im Durchmesserbereich von 2 mm bis ca. 50 mm. Das Zerspanen des Werkstoffs übernimmt eine einzige querkraftfrei expandierende Honleiste. Auf dem Werkzeugrücken an der der Honleiste gegenüber liegenden Seite angeordnete Führungsleisten aus Diamant oder Hartmetall stützen das Werkzeug in der Bohrung ab. Einleisten-Honwerkzeuge eignen sich in der Regel hervorragend zur Bearbeitung von gehärteten Werkstücken im kleinen bis mittleren Bohrungsdurchmesserbereich und bieten in der Regel bestmögliche Korrekturen der Formtoleranzen wie Geradheit, Rundheit oder Zylinderform. Die Gebrauchsmusterschriften
DE 299 21 053 U1 oder
DE 20 2010 003 782 U1 zeigen Beispiele für Einleisten-Honwerkzeuge.
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Bei Zweileisten-Honwerkzeugen sind im Schneidbereich zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegend angeordnete Honleisten vorgesehen. Ein Beispiel ist in der Offenlegungsschrift
DE 44 45 111 A1 gezeigt. Zweileisten-Honwerkzeuge benötigen keine Führungsleisten, da die bei der Bearbeitung auftretenden Reaktionskräfte der einen Honleiste jeweils von der gegenüberliegenden Honleiste aufgenommen werden.
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Es gibt auch Mehrleisten-Honwerkzeuge mit vier oder sechs oder acht oder mehr über den Umfang des Schneidbereichs verteilten Honleisten. Diese sind typischerweise für größere Bohrungsdurchmesser vorgesehen als Einleisten-Honwerkzeuge oder Zweileisten-Honwerkzeuge.
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Wenn die zu bearbeitende Bohrungslänge im Vergleich zum Bohrungsdurchmesser sehr groß wird, kann es zu außerhalb der Toleranzen liegenden Geradheitsfehlern kommen. Es wurde beobachtet, dass die Neigung zu Geradheitsfehlern bei Verwendung von Einleisten-Honwerkzeugen in der Regel sehr gering ist. Allerdings kann es hier Einschränkungen der Nutzungsmöglichkeiten geben, da bei manchen Werkstücken bzw. Werkstoffen die Führungsleisten an der Bohrungsinnenwand unerwünschte Effekte erzeugen können. Es wurde bei Versuchen beobachtet, dass auch Zweileisten-Honwerkzeuge in manchen Werkstücken bei im Durchmesser relativ kleinen, langen Bohrungen nicht immer die gewünschte Geradheit erzielen können.
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Die Auslegeschrift
DE 11 89 886 A beschreibt eine auswechselbare Haltevorrichtung für einen Honstein, der in einer Kunststoff-Fassung gefasst ist, wobei die Haltevorrichtung reibschlüssig in einem Schlitz des Honwerkzeugs gelagert ist. Die Haltevorrichtung ist als Federklammer ausgebildet, hat an den Schlitzwänden des Honwerkzeugs einreifende Vorsprünge und ist derart federnd ausgebildet, dass die Honsteinfassung beim Einsetzen in den Schlitz fest angedrückt wird.
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Die Patentschrift
US 1 828 074 A beschreibt Honwerkzeuge mit um den Umfang verteilten Honleisten, die in Schlitzen eines Honwerkzeugkörpers sitzen. Die Honleisten sind innerhalb der Schlitze in Längsrichtung verschiebbar.
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Die
EP 0 549 820 A1 beschreibt ein Honwerkzeug mit einer Honleiste, die in einem Längsschlitz eines rohrförmigen Werkzeugkörpers radial verstellbar angeordnet ist, und mit mindestens einer Führungsleiste, die an dem Werkzeugkörper auf dessen dem Längsschlitz gegenüberliegender Seite befestigt ist und mindestens etwa gleiche Länge hat wie die Honleiste. Der Längsschlitz ist über einen Teilbereich seiner Länge durch mindestens eine Aussteifung des Werkzeugkörpers an dessen Innenwandung geschlossen. Die Honleiste weist zur Anpassung an die Aussteifung eine Unterbrechung auf.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Honwerkzeug der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, mit welchem eine Beibehaltung oder Verbesserung der Geradheit beim Honen von im Durchmesser relativ kleinen, im Vergleich zum Durchmesser relativ lange Bohrungen in unterschiedlichsten Werkstücken erzielbar ist.
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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.
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Das Honwerkzeug dient zum Bearbeiten zylindrischer Bohrungen und hat einen rohrförmigen Werkzeugkörper, der mit einem Endabschnitt in einem Werkzeugschaft befestigt ist und am gegenüberliegenden Endabschnitt einen Schneidbereich mit mehreren Honleisten aufweist. Jede der Honleisten ist in einer vom Inneren des Werkzeugkörpers nach außen durchgehenden Honleistenaufnahmeöffnung angeordnet und weist an einer in Richtung der Werkzeugachse (Längsmittelachse) des Werkzeugkörpers weisenden Innenseite mindestens eine schräg zur Werkzeugachse verlaufende Schrägfläche auf. Diese wirkt mit einer im Inneren des Werkzeugkörpers axial verschiebbar geführten Zustellstange zusammen. Die Zustellstange hat Schrägflächen, die mit Schrägflächen der Honleisten derart zusammenwirken, dass eine axiale Verschiebung der Zustellstange relativ zum Werkzeugkörper eine radiale Verschiebung der Honleisten in den Honleistenaufnahmeöffnungen bewirkt. Durch axiale Zustellung der Zustellstange lässt sich somit der wirksame Durchmesser des Honwerkzeugs verändern.
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Der Schneidbereich des Honwerkzeugs weist eine erste Honleistengruppe mit zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegenden ersten Honleisten und eine zu der ersten Honleistengruppe axial versetzt angeordnete zweite Honleistengruppe mit zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegenden zweiten Honleisten auf. Die zweiten Honleisten sind gegenüber den ersten Honleisten in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Alle Honleisten werden gemeinsam über die zentrale Zustellstange zugestellt. Durch die paarweise diametrale Anordnung von Honleisten innerhalb einer Honleistengruppe ist eine Zentrierung des Honwerkzeugs innerhalb der Bohrung auch ohne Führungsleisten möglich. Das Honwerkzeug hat mindestens vier Honleisten an unterschiedlichen Umfangspositionen, was in Verbindung mit der zentrischen Aufweitung zu einer guten Zentrierung des Honwerkzeugs beiträgt. Da mindestens vier Honleisten vorhanden sind, kann außerdem eine hohe Zerspanleistung erreicht werden. Weiterhin ist es aufgrund der Anordnung möglich, dass in einem gegebenen axialen Werkzeugabschnitt nur wenige Honleistenöffnungen vorhanden sind, beispielsweise nur zwei Honleistenöffnungen an diametral gegenüberliegenden Seiten. Dadurch kann das Werkzeug in sich stabil gehalten werden, was sich positiv auf die erzielbare Geradheit der Bohrungen und auf die Lebensdauer des Werkzeugs auswirkt.
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Gemäß einer Weiterbildung hat die erste Honleistengruppe genau zwei erste Honleisten und die zweite Honleistengruppe hat genau zwei zweite Honleisten. Die bevorzugte Variante hat also genau vier Honleisten, die paarweise in den beiden Honleistengruppen angeordnet sind. Ein derartiger Aufbau wird auch als 2 × 2-Leistenwerkzeug bezeichnet. Durch die Anordnung kann eine relativ große axiale Länge des Schneidbereichs bei vergleichsweise wenig Honleisten geschaffen werden. Obwohl mehr als vier Honleisten und mehr als zwei Honleistengruppen vorgesehen sein können, sind vorzugsweise genau zwei Honleistengruppen mit jeweils genau zwei Honleisten vorgesehen.
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Besonders günstig und stabil wird die Anordnung, wenn die zweiten Honleisten um 90° umfangsversetzt zu den ersten Honleisten angeordnet sind. Somit liegen Honleisten in zwei zueinander senkrechten Diametralrichtungen, was zu einer besonders guten Zentrierung des Honwerkzeugs in der Bohrung beiträgt.
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Die Honleisten der beiden Honleistengruppen können so angeordnet sein, dass ihre Wirkbereiche einander in Axialrichtung teilweise überlappen, so dass es Axialabschnitte geben kann, in denen sowohl erste Honleisten als auch zweite Honleisten wirken. Vorzugsweise liegen jedoch die ersten Honleisten und die zweiten Honleisten in axial voneinander getrennten Abschnitten. Besonders günstig ist es, wenn zwischen der ersten Honleistengruppe und der zweiten Honleistengruppe ein von Honleistenöffnungen freier Zwischenabschnitt des Werkzeugkörpers liegt, so dass die zweite Honleistengruppe axial versetzt zur ersten Honleistengruppe angeordnet ist und ein axialer Abstand zwischen den Honleistengruppen besteht. Der von Honleistenöffnungen freie Zwischenabschnitt kann die Stabilität des Honwerkzeugs verbessern und kann gleichzeitig als Führung für die Zustellstange dienen. Vorzugsweise hat der Zwischenabschnitt eine axiale Länge, die zwischen 50% und 100% des Außendurchmessers des Werkzeugkörpers und/oder zwischen 10% und 30% der axialen Honleistenlängen beträgt. Auf diese Weise kann der Zwischenbereich axial lang genug sein, um zur Stabilisierung des Honwerkzeugs und zur guten Führung der Zustellstange beizutragen. Andererseits ist der Zwischenabschnitt dann immer noch so kurz, dass innerhalb des Schneidbereichs nur ein kurzer axialer Abschnitt existiert, der frei von Honleisten ist.
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Obwohl die Honleisten in Axialrichtung relativ kurz sein können, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die ersten und die zweiten Honleisten als lange Honleisten ausgelegt sind, bei denen eine Honleistenlänge (gemessen in Axialrichtung des Werkzeugs) mindestens vier- bis sechsmal so groß ist wie der maximale Wirkdurchmesser des Honwerkzeugs innerhalb des Schneidbereichs. Dies wirkt sich insbesondere auf die Verbesserung der Geradheit der gehonten Bohrung günstig aus.
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Bei manchen Varianten können die Honleisten unterschiedliche Honleistenlängen aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen haben alle Honleisten die gleiche Honleistenlänge. Dies hat unter anderem fertigungstechnische Vorteile, da alle Honleisten identisch zueinander sein können. Auch im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung der Schneidleistung innerhalb des Schneidbereichs werden identische Honleistenlängen als günstig angesehen.
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Bevorzugte Varianten des Honwerkzeugs sind für relativ kleine Bohrungen ausgelegt, insbesondere für einen Durchmesserbereich mit einem maximalen Wirkdurchmesser von 15 mm oder weniger. Hier kommen die Vorteile besonders zum Tragen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Mehrleisten-Honwerkzeugs in teilweisem Schnitt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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2 zeigt einen Querschnitt durch das Honwerkzeug entlang der Linie II-II in 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Honwerkzeugs 100 zum Bearbeiten zylindrischer Bohrungen mittels Honen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Honwerkzeug hat einen Werkzeugkörper 110 in Form eines beidseitig offenen Rohrs aus einem Stahlwerkstoff. Die Wandstärke des Rohrs liegt zwischen 10% und 20% des Außendurchmessers des Rohrs, wodurch das Rohr relativ verwindungssteif ist. Ein Endabschnitt des Werkzeugkörpers ist in eine zylindrische Aufnahmeöffnung eines Werkzeugschafts 120 eingeführt und dort drehfest zum Beispiel durch Anschrauben, Anlöten, Einklemmen oder Schrumpfen fixiert. Der Werkzeugschaft und der Werkzugkörper können lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sein. Der Werkzeugschaft 120 dient zur Ankopplung des Honwerkzeugs an die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, beispielsweise an eine Honspindel einer Honmaschine.
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In einem dem Werkzeugschaft 120 gegenüberliegenden freien Endabschnitt des Werkzeugkörpers 110 befindet sich der Schneidbereich 130 des Honwerkzeugs, der für die Honbearbeitung in das Innere einer zu bearbeitenden Bohrung eingeführt wird. Der Schneidbereich 130 erstreckt sich über mehr als die Hälfte der axialen Länge des Werkzeugkörpers, gemessen vom Werkzeugschaft.
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Innerhalb des Schneidbereichs 130 sind insgesamt vier Honleisten 140-1, 140-2 und 150-1 des Honwerkzeugs in zwei axial zueinander versetzten Honleistengruppen, nämlich der ersten Honleistengruppe 140 und der zweiten Honleistengruppe 150, angeordnet. Jede der Honleisten sitzt in einer eigenen Honleistenaufnahmeöffnung 142-1, die vom Inneren des Werkzeugkörpers radial nach außen durchgeht und eine langgestreckte Rechteck-Form hat, in die die zugehörige Honleiste mit geringem axialen und seitlichen Spiel so hineinpasst, dass die Honleiste innerhalb der Honleistenöffnung radial verschoben werden kann. Jede Honleiste hat an ihrer der Werkzeugachse 102 zuzuwendenden Innenseite eine schräg zur Werkzeugachse 102 verlaufende Schrägfläche 144-1.
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Zum Zustellen der Honleisten in Radialrichtung ist eine Zustellstange 160 vorgesehen, die im Inneren des Werkzeugkörpers 110 axial verschiebbar geführt ist und im Bereich der Honleistenaufnahmeöffnungen Schrägflächen 164-1 etc. aufweist, die mit den Schrägflächen 144-1 etc. der zugeordneten Honleisten nach Art eines Keilantriebs derart zusammenwirken, dass eine axiale Verschiebung der Zustellstange parallel zur Werkzeugachse 102 eine radiale Verschiebung der Honleisten in den Honleistenaufnahmeöffnungen bewirkt. Im Beispielsfall sind die Schrägflächen so ausgerichtet, dass eine Verschiebung der Zustellstange in Richtung des freien Endes des Honwerkzeugs (in 1 nach links) eine radiale Zustellung der Honleisten nach außen bewirkt.
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Die Zustellstange ist im Wesentlichen als massive zylindrische Stange gestaltet, deren Außendurchmesser so bemessen ist, dass die Stange weitestgehend spielfrei innerhalb des Werkzeugkörpers axial verschiebbar ist (vgl. 2). Die Zustellstange hat zwei konische Abschnitte jeweils in den Bereichen der Honleistenaufnahmeöffnungen. In diesen konischen Abschnitten befinden sich die Schrägflächen, die mit den Schrägflächen der Honleisten zusammenwirken. Die beiden Konusabschnitte sind, wie in 2 erkennbar, jeweils als eingeschliffener Konus ausgeführt, was eine Erhöhung der Genauigkeit der Zustellung und eine Erhöhung der Stabilität des gesamten Honwerkzeugs mit sich bringt.
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Die beiden Konusabschnitte können auch als einfache Rundkonen ausgeführt werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führt. Über die angrenzenden zylindrischen Bereiche ist die Aufweitstange bzw. Zustellstange 160 im Inneren des Werkzeugkörpers axial verschiebbar geführt, so dass die erforderliche Genauigkeit und Stabilität eingehalten werden kann.
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Eine Besonderheit des Honwerkzeugs besteht darin, dass innerhalb des Schneidbereichs 130 zwei axial zueinander versetzte Honleistengruppen mit jeweils zwei paarweise diametral gegenüberliegenden Honleisten angeordnet sind. In der Nähe des freien Endes des Honwerkzeugs befindet sich eine erste Honleistengruppe 140 mit zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegenden ersten Honleisten 140-1 und 140-2. Zwischen der ersten Honleistengruppe und dem Werkzeugschaft befindet sich innerhalb des Schneidbereichs 130 eine zweite Honleistengruppe 150, die ebenfalls zwei diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegende Honleisten hat, nämlich zweite Honleisten, von denen in 1 nur die zweite Honleiste 150-1 zu erkennen ist. Die zweiten Honleisten 150-1 sind gegenüber den ersten Honleisten 140-1, 140-2 um 90° in Umfangsrichtung versetzt. Zwischen der ersten Honleistengruppe 140 und der zweiten Honleistengruppe 150 befindet sich ein Zwischenabschnitt 145 des Werkzeugkörpers, in welchem keine Honleistenaufnahmeöffnung liegt. Die axiale Länge des Zwischenabschnitts beträgt im Beispielsfall zwischen 80% und 120% des Außendurchmessers des Werkzeugkörpers, was z. B. einem Abstand in Axialrichtung von einigen Millimetern, z. B. zwischen 5 mm bis 10 mm, entsprechen kann.
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Alle Honleisten der beiden Honleistengruppen haben nominell identische Gestalt. Jede der Honleisten weist einen plattenförmigen metallischen Honleistenträger 143-1 auf, der an seiner schmalen radialen Außenseite einen Schneidbelag 146-1 mit in einem geeigneten Bindemittel gebundenen Schneidkörpern, beispielsweise aus kubischem Bornitrid oder Diamant, trägt. Die Honleisten sind jeweils als lange Honleisten ausgelegt, deren Länge L in Axialrichtung mehr als zehnmal so groß ist wie die in Umfangsrichtung gemessene Breite B. Alternativ oder zusätzlich kann die Honleistenlänge L so bemessen sein, dass sie mindestens doppelt oder mindestens dreimal oder mindestens viermal so groß ist wie der maximale Wirkdurchmesser W des Honwerkzeugs im Schneidbereich. Durch die Auslegung der Honleisten als lange Honleisten kann bei der Bearbeitung von langen dünnen Bohrungen deren Geradheit verbessert werden.
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Das Mehrleisten-Honwerkzeug vereint in sich gewisse Vorteile herkömmlicher Zweileisten-Honwerkzeuge und herkömmlicher Vierleisten-Honwerkzeuge. Im Vergleich zu herkömmlichen Zweileisten-Honwerkzeugen kann die wirksame Leistenlänge verdoppelt werden, ohne den Werkzeugkörper deutlich zu schwächen. Im Vergleich zu einem Zweileisten-Honwerkzeug ergibt sich eine verbesserte Zentrierung des Werkzeugs durch die um 90° versetzte Anordnung der Honleisten innerhalb der beiden Honleistengruppen. Im Gegensatz zu einem Einleisten-Werkzeug ergibt sich durch die paarweise diametrale Anordnung von Honleisten eine zentrische Aufweitung. Zusätzlich zu den abrasiven Honleisten sind keine nicht-schneidenden Führungsleisten erforderlich, wie sie bei Einleisten-Werkzeugen üblich sind. Eine Selbstzentrierung des Honwerkzeugs in der Bohrung ergibt sich allein durch die günstige Anordnung der Honleisten, die darüber hinaus relativ lang sind, was zu einer Verbesserung der erzeugten Geradheit beiträgt.
