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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verwendung
beim Honen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Beispiel für eine solche
Vorrichtung ist in der
US
5 564 972 A offenbart. Die Erfindung bezieht sich auch
auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Art von Vorrichtung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
besteht seit langem das Bedürfnis,
in der Lage zu sein, Außenflächen von
zylindrischen Elementen in einer Weise genau zu honen, die eine
extrem genaue Oberfläche
mit vorgegebener Größe oder
vorgegebenem Durchmesser erzeugt, und dies vorzugsweise mit einem
einzigen Glättvorgang
des Honelements auszuführen,
das sich bezüglich
des Werkstücks
dreht. Um dies zu erreichen, hat man Vorrichtungen in Form von Innenhonvorrichtungen geschaffen,
zu denen die Innenhonvorrichtung gehört, die in
US 4 253 279 A offenbart
ist. Das Althen-Patent ist auf die Zessionarin des Anmelders übertragen
und weist ähnliche
Techniken zum Erzielen extrem genauer Honvorgänge auf, jedoch an Bohrungsinnenflächen anstatt
an zylindrischen Außenflächen.
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Bisher
hat man die äußere Feinbearbeitung eines
Werkstücks
durch Schleifen oder durch Verwendung eines äußeren Läpp-Handgeräts erreicht. Die neuere
US 5 564 972 A offenbart
ebenso wie die
US 5
846 126 A ein Außenseitendurchmesser-Feinbearbeitungsgerät für eine Feinbearbeitung
der Außenflächen von
insgesamt zylindrischen Werkstücken,
wie Kolbenstangen, mit geringer Toleranz. Diese Vorrichtung nach
Marvin et al. hat einen äußeren metallischen
Mantel, eine innere Schleifmittelschicht und dazwischen eine Epoxid-
oder Harzschicht, wobei sich die innere Schleifmittelschicht an
der Innenfläche
der Epoxid- oder Harzschicht befindet. Das Verfahren zur Ausbildung
des Geräts
nach Marvin et al. umfasst die Elektroformung der Schleifmittelschicht,
um die Außenfläche eines
Stabelements herum, das einen zentralen zylindrischen Abschnitt
sowie einen sich nach außen
konisch verjüngenden
Abschnitt hat. Nachdem die Schleifmittelschicht auf der Außenfläche des
Stabs ausgebildet ist, wird der Stab in den metallischen Mantel
so eingeführt,
dass zwischen der Innenfläche
des metallischen Mantels und der Schleifmittelschicht, die auf der
Außenfläche des Stabs
ausgebildet ist, ein Ringraum beibehalten wird. Der Raum wird dann
mit Epoxid- oder
Harzmaterial gefüllt,
und nach dem Aushärten
befestigt die Epoxid- oder Harzschicht den mit Schleifmittel beschichteten Stab
in dem metallischen Mantel unter Bildung eines Verbundaufbaus, der
aus dem metallischen Mantel, der Epoxid- oder Harzschicht, der Schleifmittelschicht
und dem Stab besteht. Der Stab wird dann durch Eintauchen des Verbundaufbaus
in eine Ätzlauge,
die den Stab auflöst,
oder durch Entfernen des Stabs durch Wegschleifen entfernt. Das
Entfernen des Stabs führt
dazu, dass die Schleifmittelschicht in dem metallischen Mantel allein
durch die Epoxid- oder Harzschicht befestigt ist.
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Die
DE 37 12 101 A offenbart
ein Hongerät mit
einem metallischen Halteabschnitt und einem Arbeitsabschnitt, der
eine Matrix aufweist, in der Schleifmittel eingebettet ist.
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Es
ist deshalb das Hauptziel der Erfindung, eine Honvorrichtung zum
Honen von Außenflächen bereitzustellen,
die ein Überhitzen
dadurch verhindert, dass verbesserte Einrichtungen zur Abführung der
Wärme vorhanden
sind, die während
des Honens erzeugt wird.
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Ein
weiteres Ziel besteht darin, in der Lage zu sein, mehr Außenflächen in
einem gegebenen Zeitraum zu hohen.
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Ein
weiteres Ziel besteht darin, bessere und effiziente Einrichtungen
für die
Abführung
der Wärme bereitzustellen,
die während
des Honens von Außenflächen erzeugt
wird.
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Ein
weiteres Ziel ist die Angabe eines neuen Verfahrens zur Herstellung
eines Außenhonwerkzeugs,
das das Elektroplattieren von Schleifmaterialien auf die Innenflächen von
metallischen Honelementen aufweist.
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Diese
Ziele werden durch die Vorrichtung erreicht, die die Merkmale des
Anspruchs 1 aufweist. Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung
sind in den Ansprüchen
2 bis 10 beansprucht.
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Diese
Ziele werden weiterhin durch ein Verfahren erreicht, welches die
Schritte des Anspruchs 10 aufweist. Bevorzugte Arten dieses Verfahrens werden
in den Ansprüchen
11 bis 14 beansprucht.
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Einer
der Hauptvorteile des vorliegenden Aufbaus gegenüber bekannten Aufbauten, zu
denen die in Marvin et al.,
US
5 564 972 A offenbarte Vorrichtung gehört, besteht darin, dass bei
dem vorliegenden Aufbau die Schleifmittelschicht, die vorzugsweise
eine superabrasive Schicht ist, an der Innenfläche des Metallelements vorzugsweise
mittels eines Metallplattie rungsprozesses befestigt ist. Das bedeutet,
dass bei dem vorliegenden Aufbau eine bessere Halterung für das Schleifelement
vorhanden ist. Dies ist von Bedeutung, wenn Superschleifmittel verwendet
werden, da dies bedeutet, dass das Werkzeug zum Honen von wesentlich
mehr Oberflächen
ohne Austausch verwendet und innerhalb von Grenzen justiert werden
kann, um einen bestimmten Durchmesser bei zu honenden Teilen beizubehalten
und gleichzeitig den Verschleiß der
Schleifmittelschicht zu kompensieren. Der vorliegende Aufbau ist
auch dahingehend vorteilhaft, dass die Dicke der Schicht des Schleifmaterials
auf relativ einfache Weise, wenn sie auf die Innenfläche des
Honelements aufgebracht wird, variiert werden kann. Dies ist bei
vielen Einsätzen
wesentlich, da der erste Abschnitt der Honfläche vorzugsweise eine steilere
konische Verjüngung
als die anderen Abschnitte hat und mehr als ein konisch verjüngter Abschnitt
am Eintrittsende des Honelements vorhanden sein kann. Bei einem
solchen Aufbau erfolgt der größte Teil
des Abtragens an dem ersten Abschnitt, der an der Werkstückfläche angreift, während ein
geringerer Teil des Abschleifens sowie auch ein Poliereffekt durch
die geringer konisch verjüngten
und/oder zylindrischen Abschnitte des Honelements erzeugt werden.
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Bei
der Vorrichtung nach Marvin et al. "befestigt ein Substratmaterial 20,
vorzugsweise Epoxid, die Innenfläche
der Schleifmittelschicht 22 innerhalb des Mantels 16'', siehe Spalte 4, Zeilen 16 bis 18.
Als Folge befindet sich die Schleifmittelschicht nach Marvin et
al., die auch eine superabrasive Schicht sein kann, an einer Schicht
aus Epoxid oder Harz, das aufgrund einer eigentlichen Natur relativ
stärker Änderungen
unterliegt und nicht die gleichen Wärmeabführungs- und Halteeigenschaften
der Schleifmittelschicht hat, die vorhanden ist, wenn die Schleifmittelschicht
direkt auf ein metallisches Element plattiert ist, beispielsweise
ein aus Nickel, Eisen, Kupfer, Chrom und/oder aus anderen Legierungen
aufgebautes Element. Der Aufbau des vorliegenden Außenwerkzeugs
ist deshalb ein dauerhafteres und länger lebendes Gerät, das verbesserte
Einrichtungen sowohl zum Halten der Schleifmittelschicht an der
Innenfläche
des Geräts
als auch zum Abführen
der während
des Honprozesses erzeugten Wärme
aufweist, was insgesamt die Genauigkeit und Konsistenz beim Honen
von zylindrischen Werkstückoberflächen bei
sehr kleinen Toleranzen steigert.
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Die
vorliegende Erfindung zeigt eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung mit den Merkmalen
des Anspruchs 10.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
werden superabrasive Materialien, wie Diamantteilchen oder Teilchen
von kubischem Bornitrid, in einem Stück mit der Innenseitenringfläche des
Honelements ausgebildet, beispielsweise durch einen Elektroplattier-
oder einen galvanoplastischen Prozess. Hier werden mehrere Verfahren
der Ausbildung der Schleifmittel schicht angrenzend an den Innenumfang des
Honelements offenbart. Unabhängig
von dem verwendeten Verfahren ist es für die vorliegende Erfindung
wichtig, dass die Schleifmittelschicht direkt auf die Metalloberfläche des
Honelements aufgebracht oder in einem Stück mit ihr ausgebildet wird, da
dies ein effizientes Mittel ist, die während des Honvorgangs erzeugte
Wärme durch
das Metallmaterial, welches das Honelement bildet, oder auch durch
die damit verbundene Trägereinrichtung
entweichen zu lassen oder abzuführen.
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Außerdem ist
von spezieller Bedeutung für das
vorliegende Honelement die Form der inneren ringförmige Fläche, auf
der das Schleifmaterial gebildet oder auf andere Weise festgelegt
wird. Diesbezüglich
kann der Einlassabschnitt der Innenfläche des Honelements einen oder
mehrere konisch verjüngte
Abschnitte gefolgt von einem im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt
aufweisen, die den Enddurchmesser der Zylinderfläche des Werkstücks, das gehont
wird, steuern. Der sich konisch verjüngende Einlassabschnitt kann
einen relativ steilen ersten, sich konisch verjüngenden Abschnitt aufweisen,
der von einem oder mehreren sich weniger konisch verjüngenden
Abschnitten oder von einem im Wesentlichen geraden oder zylindrischen
Abschnitt gefolgt wird, wobei der sich steiler konisch verjüngende Schleifabschnitt
eine aggressivere Schneidwirkung hat und mehr Rohmaterial im Vergleich
zu den sich weniger steil konisch verjüngenden Schleifabschnitten
oder dem geraden oder zylindrischen Abschnitt entfernt, die zur
Feinbearbeitung und zum Polieren der äußeren zylindrischen Fläche des
Werkstücks dienen.
Wenn das Werkstück
einmal oder mehrere Male durch das Honelement geführt ist,
unterliegt der Abschnitt des Honelements mit dem kleinsten Innendurchmesser
einem geringeren Druck und ist in der Lage, die Werkstückfläche genauer
fein- und auf Größe zu bearbeiten.
Es ist bekannt und vorweggenommen, dass verschiedene Kombinationen
von sich konisch verjüngenden
und geraden Abschnitten in Kombination mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können,
wozu der Einschluss einer umgekehrten Verjüngung an dem Auslassendabschnitt
der Innenfläche
des Honelements gehört.
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Jede
der verschiedenen Ausführungsformen des
vorliegenden Honelements hat gleichermaßen einen schmalen Schlitz
oder eine lineare oder anders gestaltete Nut, die sich über der
vollen Länge
des Honelements auf einer Seite von ihm erstreckt, um es dem Element
zu ermöglichen,
zu expandieren und zu kontrahieren, wenn Einrichtungen damit in
Eingriff gebracht werden, um den Innendurchmesser des Honelements
zu ändern.
Diese Möglichkeit
ist wichtig, da sie es einem Benutzer ermöglicht, den inneren Hondurchmesser
des Geräts,
wenn auch nur über
relativ schmale Bereiche, aufzuweiten oder zusammenzuziehen, um
sowohl den Verschleiß an
Schleifmaterial während
der Einsatzzeit des Honelements auszugleichen als auch den Hondurchmesser
des Elements etwas zu ändern,
um einen viel wei teren Bereich von Oberflächendurchmessern zu honen,
als dies bisher unter Verwendung der Außenhonvorrichtungen nach dem
Stand der Technik möglich
war.
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Die
bevorzugte Ausgestaltung des vorliegenden Honelements wird unter
Verwendung eines Formdorns ausgeführt, auf dem das abrasive ringförmige Honelement
ausgebildet ist. Bei dem bevorzugten Herstellungsverfahren werden
eine oder mehrere Schleifmaterialschichten auf dem Formdorn unter Verwendung
eines Elektroplattierprozesses ausgebildet, wonach darauf folgende
Schichten von nicht abrasivem Metall, wie Nickel, Eisen, Kupfer,
Chrom und/oder verschiedene Legierungen direkt über der Schleifmittelschicht
bis zu einem gewünschten
Außendurchmesser
unter Verwendung des gleichen Elektroplattierprozesses ausgebildet
werden. Wenn sich der Dorn an Ort und Stelle befindet, wird der
Außendurchmesser
des Honelements auf den richtigen endbearbeiteten Außendurchmesser
abgeschliffen oder auf andere Weise spanend bearbeitet, wobei auch
andere spanende Prozesse gleichermaßen ausgeführt werden können. Wenn
der Formdorn aus dem um ihn herum gebildeten Honelement entfernt worden
ist, können
zusätzliche
Nachbearbeitungen an dem Honelement vorgenommen werden, wozu ein
spanendes oder anderes Schneiden des/der Expansions-/Kontraktionsschlitzes
oder -nut auf voller Länge
durch einen Seitenabschnitt von ihm gehört.
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Obwohl
der Formdorn gewöhnlich
aus rostfreiem Stahl oder anderem Metallmaterial hergestellt ist,
kann er genauso aus Wachs, Kunststoff oder einem anderen formbaren
Material ausgebildet werden, das später entfernt werden kann, wenn
das Honelement darum herum einmal ausgebildet ist, beispielsweise
durch Zerstören
des nicht permanenten Formdorns durch einen Heiz- oder Schmelzprozess
oder durch irgendein anderes Verfahren, beispielsweise einen chemischen
Zerstörungsprozess. Der
Formdorn kann auch viele unterschiedliche Formen und Größen annehmen,
wobei die Außenflächenform
und Eigenschaften des Dorns die Größe und Form der inneren ringförmigen Fläche des
Honelements bestimmen, beispielsweise die verschiedenen einlasseitigen
und auslassseitigen, oben erwähnten
konischen Verjüngungen.
Der Formdorn kann auch in geeigneter Weise maskiert werden, um so
wendelförmige
Nuten auf der inneren Fläche
des Honelements zum Hindurchleiten von Honöl oder einem anderen Kühlmittel
während
eines Honvorgangs zu bilden.
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Diese
und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den
zuständen
Fachmann nach Inbetrachtziehung der folgenden detaillierten Beschreibung
offensichtlich, die mehrere Ausgestaltungen des Aufbaus und der
Arbeitsweise der Geräte
beschreibt, die beim Honen von zylindrischen Außenflächen verwendet werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht eines Honelements, das zum Honen zylindrischer
Außenflächen von
Werkstücken
verwendet wird und das nach der Lehre der vorliegenden Erfindung
gebaut ist.
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2 ist
eine Stirnansicht des in 1 gezeigten Honelements von
rechts.
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3 ist
eine Stirnansicht des in 1 gezeigten Honelements von
links.
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4 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie 4-4 von 3.
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4A ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht
der Innenfläche
des vorliegenden Honelements und zeigt eine Ausgestaltung einer
solchen Fläche mit
zugehörigen,
konisch verjüngten
Abschnitten.
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4B ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht ähnlich 4A,
die jedoch eine andere Ausgestaltung der Innenfläche des vorliegenden Honelements
zeigt.
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5 ist
eine Stirnansicht einer Aufspanneinrichtung, die zum Halten des
vorliegenden Honelements von 1 bis 4 in
einer horizontalen Honstellung verwendet werden kann.
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6 ist
eine Seitenansicht der in 5 gezeigten
Aufspannvorrichtung von links.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Formdorns, der sowohl zur Bildung
des Honelements als auch zum Plattieren des Schleifmittels an seiner Innenfläche verwendet
wird.
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8 ist
eine Seitenansicht des Honelements von 1 bis 4 ausgebildet
an dem Formdorn von 7.
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9 ist
eine Stirnansicht der in 8 gezeigten Kombination aus
Honelement und Formdorn von rechts.
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10 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie 10-10 von 9.
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11 ist
eine vergrößerte Teilseitenansicht der
Schleifmittelschicht, die der Innenfläche des vorliegenden Honelements
zugeordnet ist, wobei die Bindematrix zwischen zwei benachbarten
Schleifmittelteilchen nach Abschluss des Elektroplattierprozesses
gezeigt ist.
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12 zeigt ähnlich wie 11 einen
Teil der Bindematrix zwischen benachbarten Schleifmittelteilchen,
die zur Begünstigung
einer aggressiveren Schneidwirkung entfernt ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Außenhonelements,
das nach den Lehren der vorliegenden Erfindung gebaut ist.
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13A ist eine perspektivische Teilansicht eines
Formdorns, der zur Bildung des in 13 gezeigten
Honelements verwendet werden kann.
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14 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Aufspannanordnung
zum Halten des vorliegenden Honelements in einer vertikalen Honposition.
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15 ist
eine Unteransicht der Aufspannanordnung von 14.
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16 ist
eine Frontansicht einer Mehrspindel-Bohrmaschine, an der die vorliegenden
Außenhonelemente
angebracht werden können.
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Kurzbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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In
den Zeichnungen und insbesondere unter Bezug auf die Bezugszeichen,
wobei gleiche Zahlen gleiche Teile betreffen, steht die Nummer 20 in 1 für ein Honelement
oder ein Hülsenelement,
das nach den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei
das Element 20 zum Honen der zylindrischen Außenflächen von
Werkstücken
verwendet wird. Die Vorrichtung 20 ist ein langgestrecktes
ringförmiges
oder rohrförmiges
Metallelement mit einer zylindrischen Außenfläche 22 und einer zylindrischen Innenfläche 24.
Die Innenfläche 24 ist
mit einer oder mehreren Schichten einer Schleifmittelsubstanz 26 plattiert,
und die Schleifoberfläche
erstreckt sich im Wesentlichen vollständig um den Innenumfang des Elements 20 herum,
wie am besten in 2 gezeigt ist. (Der in dieser
Offenbarung verwendete Ausdruck "Schleifmittelschicht" bedeutet eine oder
mehrere Schichten eines Schleifstaubs oder eines anderen abrasiven
Materials, das auf einer speziellen Oberfläche plattiert oder auf anderen
Weise ausgebildet ist.) Das Element 20 hat auch wenigstens
eine und in der in 1 gezeigten Ausgestaltung drei
ausgerichtete Sackbohrungen 30, die an vorgegebenen Stellen, wie
in 1 und 4 gezeigt, angeordnet sind.
Die Sackbohrungen 30 werden dazu verwendet, das Honelement 20 in
einer geeigneten Abspannvorrichtung, wie sie nachstehend erläutert wird,
richtig zu positionieren und zu halten. Das Element 20 hat
auch eine(n) sich axial erstreckende(n) Öffnung oder Schlitz 32,
der sich über
seiner Länge
erstreckt. Der Zweck für
die Öffnung 32 besteht
darin, das Element 20 in die Lage zu versetzen, in einem
bestimmten kleinen Ausmaß zu
expandieren oder zu kontrahieren, wie es nachstehend erläutert wird,
um den Hondurchmesser des Elements 20 einzustellen und
um den Verschleiß der
Schleifmittelschicht 26 auszugleichen. Wenn ein superabrasives
Material, wie kubisches Bornitrid oder eine Schicht aus Diamantteilchen,
als Schleifschicht 26 verwendet wird, kann der Durchmesser
der Honoberfläche
mit einer Größe variiert
werden, um den Verschleiß der
Schleifmittelschicht zu kompensieren und um die Verwendung des Geräts zum Honen
von viel mehr Flächen
zu ermöglichen,
als es sonst der Fall wäre.
Die Art und Weise, mit der der Durchmesser des vorliegenden Honelements 20 geändert wird,
wird nachstehend im Einzelnen beschrieben. Wie am besten in 1 bis 4 gezeigt
ist, sind die Sackbohrungen 30 direkt der Öffnung 32 gegenüberliegend
angeordnet.
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Die
Form der ringförmigen
Innenfläche 24, auf
der das Schleifmaterial ausgebildet oder befestigt ist, ist von
spezieller Bedeutung für
die vorliegende Erfindung. Bei der bevorzugten Form der Erfindung ist
gezeigt (4), dass die Innenfläche 24 einen
relativ steil verjüngten
Einlassendabschnitt 34 und einen weniger steil verjüngten oder
zylindrischen Abschnitt 36 hat. Dies bedeutet, dass, wenn
ein Werkstück
mit einer zylindrischen zu honenden Oberfläche axial in und durch das
Element 20 bewegt wird, während sich eines der Elemente
bezüglich
des anderen dreht, die Honrate und der Hondruck am größten sind,
wenn die zu honende Oberfläche
sich in Eingriff mit dem steiler verjüngten Schleifflächenabschnitt 34 bewegt.
Danach trifft das Werkstück
auf den zweiten weniger steil verjüngten oder zylindrischen Abschnitt 36 der
Innenfläche 24 zur
Feinbearbeitung und zum Polieren der Werkstückfläche. Dies erfolgt, indem das
Werkstück
ein oder mehrere Male durch das Honelement 20 bewegt wird.
Der wesentliche Punkt besteht darin, dass der Enddurchmesser der
Bohrung 24, der der Abschnitt mit dem minimalen Durchmesser
ist, den Enddurchmesser der zylindrischen Oberfläche des gewohnten Werkstücks steuert.
Es bedeutet auch, dass der Honabschnitt mit dem kleinsten Durchmesser
einem geringeren Druck ausgesetzt ist und in der Lage ist, die Werkstückoberfläche genauer
fein- und auf Größe zu bearbeiten.
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4A und 4B sind
vorgesehen, um verschiedene Verjüngungsanordnungen
zu zeigen, die in die Form der ringförmigen Innenfläche 24 des Gehäuses 20 eingeschlossen
werden können.
Beispielsweise zeigt 4A die Innenfläche 24 des Honelements 20 mit
zwei abgestuften oder verjüngten
Einlassabschnitten 34A und 34B sowie einen hinteren
Abschnitt 36, der im Wesentlichen zylindrisch ist und der
den abschließenden
Werkstückdurchmesser
be stimmt. Gewünschtenfalls
kann ein fakultativer, hinterer, umgekehrt verjüngter Abschnitt 37 vorgesehen
werden. 4B ist ähnlich 4A, zeigt
jedoch andererseits einen Innenflächenaufbau, bei dem ein einziger,
relativ steiler verjüngter
Abschnitt 34C am Anfang der Honfläche 24 und ein weiterer
Abschnitt 36 vorhanden sind, der sich von dem verjüngten Einlassabschnitt 34C zu
oder angrenzend an einen gegenüberliegenden,
entgegengesetzt verjüngten
Abschnitt 37 am gegenüberliegenden
Ende des Honelements erstreckt, wobei der Innenflächenabschnitt 36 wieder
im Wesentlichen zylindrisch ist und den abschließenden Werkstückdurchmesser
bestimmt.
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5 und 6 zeigen
eine Halteanordnung 38, an der das vorliegende Honelement 20 angebracht
werden kann. Die Halteanordnung 38 hat ein Element 40 mit
einer Dicke (6), die der Länge des
Honelements 20 angenähert
ist. Das Halteelement 40 ist im Wesentlichen zylindrisch
und hat eine Vielzahl von runden Durchgängen oder Öffnungen 42, die am
Umfang im Abstand um das Element 40 herum angeordnet sind,
wie am besten in 5 gezeigt ist. Die Durchmesser
der Durchgänge 42 können, wie
gezeigt, variiert werden, um die Haltekraft an dem Honelement auszugleichen.
Jeder der Durchgänge 42 hat
einen schmalen Seitenkanal 44, der sich zwischen den jeweiligen
Durchgängen 42 erstreckt
und mit ihnen in Verbindung steht, sowie einen inneren Durchlass 46,
der zentral in dem Element 40 angeordnet ist. Der zentrale
Durchlass 46 ist der Durchlass, in dem das Honelement 20 wie
gezeigt angeordnet ist. Das Element 40 hat eine(n) sich radial
erstreckende(n) Öffnung
oder Durchgang 48, der sich gleichermaßen zwischen dem Durchlass 46 und
der Außenfläche 50 des
Elements 40 erstreckt und damit in Verbindung steht. Wenn
das Honelement 20 in den Durchlass 46 angeordnet
ist, ist die Längsöffnung 32 fluchtend
zu dem Durchlass 48 ausgerichtet. Der Grund dafür wird wie
folgt ersichtlich. Das gezeigte Honelement 20 hat drei
Sackbohrungen 30, die auf der Seite des Elements 20 angeordnet
sind, die der sich über
die volle Länge
erstreckenden Öffnung 32 gegenüberliegt.
Wenn das Honelement 20 in dem Durchlass oder der Bohrung 46 angeordnet
ist, sind die Sackbohrungen 30 fluchtend zu entsprechenden
Gewindeöffnungen 52 (6)
in dem Halteelement 40 ausgerichtet. Jede der Öffnungen 52 nimmt
ein Gewindeelement 45 auf, das nach innen geschraubt wird,
bis ein innerer Endabschnitt in die jeweilige Sackbohrung 30 eingreift.
Dadurch wird das Honelement 20 geeignet positioniert und
in Position in dem Durchlass 46 gehalten, wobei die Öffnung 32 fluchtend
zu der Öffnung 48 in
dem Halteelement 40 ausgerichtet ist, wie am besten in 5 gezeigt ist.
Es ist bekannt, dass zum Positionieren und Halten des Honelements
in der richtigen Position in dem Halteelement 40 andere
Einrichtungen gleichermaßen
verwendet werden können,
ohne vom Umfang und Rahmen der Erfindung abzuweichen.
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Das
Halteelement 40 hat weitere Bohrungen, zu denen eine Gewindebohrung 56 gehört, die
ein Gewindeglied 58 aufnimmt, dessen Endabschnitt 60 einstellbar
in einer Abstandsbeziehung zu einer Seite der Öffnung 48 positionierbar
ist. Die Position der Einstellung des Glieds 58 steuert
die maximale Einstellgröße, die
für die
Breite der Öffnung 48 und
somit auch der Öffnung 32 vorgenommen
werden kann. Die Breite der Öffnung 48 ist
mit Hilfe einer Justierschraubanordnung 62 einstellbar.
Die Justierschraubanordnung 62 erstreckt sich durch fluchtend
ausgerichtete Bohrungen 64 und 66, wie in 5 gezeigt ist.
Wenn die Einstellschraubanordnung 62 in den fluchtend ausgerichteten
Bohrungen 64 und 66 angeordnet ist, kann sie so
eingestellt werden, dass der Abstand zwischen einer Seite der Öffnung 48 und dem
Endabschnitt 60 der Einstellschraube 58 variiert wird.
Eine Kontraktion oder eine Expansion der Öffnung 48 legt entsprechende
Kräfte
an das Honelement 20 über
das Halteelement 40 an, um die Breite der Honelementöffnung 32 entsprechend
zu variieren, wodurch der Durchmesser der Schleifmittelinnenfläche des
Elements 20 geändert
wird.
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Da
der Hondurchmesser durch den Abstand zwischen den gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung 32 in
dem Honelement 20 gesteuert wird, sieht man, dass durch
geeignete Einstellung der Breite dieser Öffnung der Hondurchmesser variiert
werden kann. Die Größe, mit
der der Hondurchmesser auf diese Weise variiert werden kann, ist
relativ klein, überdeckt
jedoch einen Einstellbereich, der erforderlich ist, um sowohl den
Verschleiß der
Honflächen 34 bis 36 zu
kompensieren als auch den Hondurchmesser zum Honen eines viel breiteren
Bereichs von Oberflächendurchmessern
geringfügig
zu ändern. Diese
kleine Einstellgröße ist sicherlich
ausreichend, wenn superhartes Schleifmaterial verwendet wird, da solche
Materialien sich nur sehr wenig abnutzen. Diese Einstelleinrichtung
ermöglicht
es deshalb, dass das vorliegende Hongerät in der Lage ist, wesentlich mehr
Teile zu honen, als es sonst möglich
wäre, wenn
einige Einrichtungen nicht vorgesehen wären, um auch sehr kleine Verschleißgrößen an den
Honoberflächen
nachzustellen.
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Wie
in 5 gezeigt ist, erstreckt sich die Einstellanordnung 62 durch
die Durchlässe 64 und 66 und
quer über
den Raum, der von der Öffnung 48 gebildet
wird. Die Einstellung der Schraubanordnung 62 kann dadurch
erfolgen, dass ein Schraubendreher, ein Schraubenschlüssel oder
ein ähnliches Werkzeug
verwendet werden, das in den Schlitz 68 eingeführt werden
kann. Durch Drehen der Schraube 62 in der gewünschten
Weise werden die Abschnitte der Aufspanneinrichtung 40 an
gegenüberliegenden Seiten
der Öffnung 48 zusammengezogen
oder man lässt
sie über
eine sehr kleine Distanz bewegen, um den Hondurchmesser des Dorns 20 zu ändern. Das Glied 58,
das in den Durchlass 56 geschraubt ist, bildet eine Anschlageinrichtung
zur Begrenzung der maximal möglichen
Einstellgröße. Die
Einstellschraube 58 kann auch so positioniert und gesetzt werden,
dass der Endabschnitt 60 verhindert, dass das Honelement 20 über die
Enddurchmessereinstellung für
die zylindrische Oberfläche
eines speziellen Werkstücks
hinaus zusammengezogen wird.
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Da
der Einstellbereich, der durch Drehung der Schraubanordnung 62 erreicht
wird, in der Tat relativ klein ist, können, was auch von Bedeutung
ist, derart kleine Änderungen
in der Breite der Öffnung 48 durch
Verwendung einer Differentialgewindeanordnung bezüglich der
Bohrungen 64 und 66 und der dem Kopfabschnitt 62A bzw.
dem Endabschnitt 62B der Schraubanordnung 62 zugeordneten
Gewinde erreicht werden. Beispielsweise können die Gewindeabschnitte 62A und 62B eine
geringfügig
unterschiedliche Ganghöhe
haben, wobei die Außengewindegänge des
Schraubendabschnitts 62B zusammenwirkend in die Innengewindegänge eingreifen, die
der Bohrung 64 zugeordnet sind, während die Außengewindegänge des
Schraubkopfabschnitts 62A zusammenwirkend in die Innengewindegänge eingreifen,
die der Bohrung 66 zugeordnet sind. Da die Gewindeabschnitte 62A und 62B eine
geringfügig unterschiedliche
Ganghöhe
haben, erzeugt eine Drehung der Schraubeinstellanordnung 62 eine
geringfügige
relative Axialbewegung zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 48,
was wiederum geringfügige Änderungen
des Innendurchmessers des Elements 20, wie vorher erläutert, erzeugt.
Die relative Axialbewegung zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 48 gleicht
die Differenz zwischen der axialen Vorwärtsbewegung aus, die durch
jeden der beiden verwendeten unterschiedlichen Gewindegänge herbeigeführt wird.
Obwohl der oben beschriebene Mechanismus zum Einstellen und Ändern des
Durchmessers der Innenfläche
des Elements 20 insgesamt bevorzugt wird, ist bekannt und
vorweggenommen, dass auch andere Einrichtungen zum Einstellen der
Breite der Öffnungen 32 und 48 gleichermaßen verwendet
werden können, wozu
eine herkömmliche
Klemmanordnung gehört, bei
der das Honelement 20 in einer herkömmlichen C-förmigen Klemme
positionierbar ist, die Einrichtungen zum Aufweiten und/oder Zusammenziehen
der Klemme um das Element 20 herum aufweist, um eine entsprechende
Kraft dagegen auszuüben.
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Das
Halteelement 40 enthält
auch obere und untere Halteelemente oder Kardanrahmen 70, 72, 74 und 76.
Die Elemente 74 und 76 erstrecken sich durch Durchgänge, die
in den jeweiligen Elementen 70 und 72 ausgebildet
sind und die Spanneinrichtung oder den Halter 40 während des
Honens halten, jedoch mit einer bestimmten Freiheit in alle Richtungen.
Während
des Honens wird das Werkstück
durch das Element 20 in Eingriff mit der Schleifmittelschicht bewegt.
Die Kardanrahmenanordnung ermöglicht
es, dass die Aufspanneinrichtung 40 leicht in Eingriff
mit dem Werkstück
so manövriert
werden kann, dass auf das Werkstück
während
des Honvorgangs keine Vorspannkräfte
ausgeübt
werden. Ferner ermöglicht eine
solche Kardanrahmenanordnung es, dass die Aufspanneinrichtung 40 leicht
eingestellt und/oder gedreht werden kann, so dass die Ausübung irgendwelcher
Biege- oder anderer vorspannenden Kräfte auf das Honelement 20 vermieden
wird, wenn das Element 20 aufgeweitet oder zusammengezogen wird.
Diese Anordnung gewährleistet
während
des Honvorgangs Genauigkeit und Beständigkeit.
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Das
bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Honelements 20 der
vorliegenden Erfindung erfolgt unter Verwendung eines Formdorns,
wie des in 7 gezeigten Formdorns 80.
Dies wird vorzugsweise durch Verwendung eines galvanoplastischen Verfahrens
erreicht, obwohl auch andere Prozesse verwendet werden können, wie
ein Pulvermetallkompaktierprozess. Die Form und Gestalt der Außenfläche des
Formdorns 80 bestimmt die Form und Gestalt der inneren
Schleiffläche
des vorliegenden Honelements, wenn das vorliegende Gerät darauf
ausgebildet wird. Beispielsweise hat die Außenfläche des Formdorns 80 einen
steileren verjüngten
Einführabschnitt 82,
einen zweiten, weniger verjüngten
Abschnitt 84 und einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 86.
Diesbezüglich
ist bekannt und vorweggenommen, dass die Außenfläche des Elements 80 über ihre
gesamte Länge
im Wesentlichen zylindrisch sein kann oder dass eine solche Außenfläche ein oder
mehrere konisch verjüngte
Abschnitte hat, beispielsweise die in 7 gezeigten
Abschnitte 82 und 84, wozu ein im Wesentlichen
zylindrischer Abschnitt, wie der Abschnitt 86, sowie ein
entgegengesetzter konisch verjüngter
Abschnitt (nicht gezeigt) gehören.
Unabhängig
von der speziellen Form und Gestalt der Außenfläche des Formdorns wird das vorliegende
Honelement, beispielsweise das in 1 bis 4 gezeigte
Element 20, direkt auf dem Formdorn 80 wie folgt
elektroplattiert.
-
Obwohl
jede geeignete Einrichtung zum Befestigen oder Binden der Schleifmittelteilchen
an einem Substratelement verwendet werden kann, ohne die Lehre der
vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen, wird insgesamt ein
Elektroplattierprozess bevorzugt. Diesbezüglich wird eine einzige Schicht
oder werden mehrere Schichten aus superabrasivem Material, wie Diamantteilchen
und/oder kubische Bornitridteilchen, direkt auf die Außenfläche des
Formdorns 80 unter Verwendung bekannter Techniken plattiert.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Schleifmittelteilchen
an der Außenfläche des
Formdorns in einem Elektroplattierbad positioniert und gehalten
werden und danach eine anfänglich
dünne Schicht
eines elektroplattierten Materials dagegen aufgebracht wird, um
die angrenzende erste Schicht von Teilchen aneinander um die Außenfläche des Dorns 80 herum
zu halten und festzulegen. Zur Durchführung dieser Aufgabe sind bekannte
Elektroplattierprozesse verfügbar.
Zu den Elektroplattiermaterialien, die gewöhnlich für diese Art des Bindungseinsatzes
verwendet werden, gehören
Metalle, wie Nickel, Kupfer, Kobalt und Chrom, Metalllegierungen, wie
Nickel-Phosphor,
Nickel-Bor und Messing, sowie andere Materialien für autokatalytisches
oder stromloses Plattieren. Das autokatalytische Plattieren ist ein
Prozess, bei dem das Abscheidungsmaterial die Reduktionsreaktion
an der Werkzeugoberfläche
katalysiert. Auf jeden Fall kann jede Anzahl von Schichten aus Metall,
das Schleifmittelteilchen enthält,
auf die Außenfläche des
Formdorns 80 bis zu irgendeiner vorgegebenen Höhe elektroplattiert
werden, die auf vielen Faktoren basiert, wozu die verwendete Größe des Abrasivstaubs
sowie der spezielle Honeinsatz gehören. Es werden dann aufeinander
folgende Metallschichten über
die innerste oder die innersten, das Schleifmittel enthaltende Schicht
oder Schichten plattiert, bis eine gewünschte Rohdicke für die Werkzeughülse erreicht
ist. Zu diesem Metall können
Nickel, Eisen, Kupfer, Chrom oder verschiedene andere Legierungen
gehören.
Eine detailliertere Beschreibung bekannter Plattierverfahren zum Einbinden
von superabrasiven Teilchen bei einem speziellen Werkzeugsubstrat
ist in dem US-Patent 5,178,643 der Anmelderin gegeben.
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Wie
am besten in 10 gezeigt ist, hat der Formdorn 80 Gewindesackbohrungen 88 und 90,
die sich in die gegenüberliegenden
Enden des Elements 80 erstrecken. Diese Sackbohrungen 88 und 90 können dazu
verwendet werden, zusammenwirkend Gewindestangenelemente und eine
andere Befestigungsvorrichtung aufzunehmen, die für ein geeignetes
Positionieren des Formdorns 80 in einem Elektroplattierbad
oder bei einem anderen Schleifmittelformungsprozess verwendet wird.
Diese gleichen, sich nach außen
erstreckenden Stangenelemente oder Fixiervorrichtungen können gleichermaßen verwendet
werden, um den Formdorn 80 geeignet zu dem Honelement 20 zu
positionieren, das darauf ausgebildet wird, um mehrere spanende
Nachbearbeitungen vorzunehmen. Wenn beispielsweise der Elektroplattierprozess
einmal abgeschlossen ist und das Honelement auf dem Dorn 80 ausgebildet
ist, wie vorher erläutert,
werden die Sackbohrungen 30, wie am besten in 1 bis 4 gezeigt
ist, in das Honelement geschnitten, spanend eingearbeitet oder eingebrannt,
während
das Element 20 sich noch auf dem Formdorn 80 befindet.
Außerdem
wird dann, während
sich das Element 20 sich noch auf dem Dorn 80 befindet,
die äußerste elektroplattierte
Metallschicht auf einem gewünschten
Endbearbeitungsdurchmesser für
das Gerät
geschliffen. Bei diesen beiden Vorgängen werden die in die Sackbohrungen 88 und 90 eingreifenden
Stangenelemente dazu verwendet, die Elemente 20 und 80 an
einer geeigneten Maschine zur Ausführung dieser Aufgaben zu halten und
ausrichten. Wenn diese Vorgänge
einmal abgeschlossen sind, wird der Dorn 80 aus dem Element 20 entfernt,
und der sich in Längsrichtung
oder axial erstreckende Schlitz oder die Öffnung 32 wird in
das Element 20 geschnitten oder auf andere Weise spanend
eingearbeitet. Die Sackbohrungen 80 und 90 können gleichermaßen verwendet
werden, um den Formdorn 80 aus dem Honelement 20 zu
entfernen, wenn der Plattierungsprozess abgeschlossen ist.
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Das
Entfernen des vorliegenden Honelements oder Geräts 20 aus dem Formdorn 80 kann durch
Aufbringen eines Trenn- oder Lösemittels
auf die Außenfläche des
Dorns 80 vor Be ginn des Plattierungsprozesses erleichtert
werden. Diesbezüglich kann
der Formdorn 80 auch aus Wachs, Kunststoff oder einem anderen
nicht permanenten, verformbaren Material hergestellt werden, das
später
von dem Honelement getrennt und entfernt werden kann, welches darauf
ausgebildet ist, beispielsweise durch Zerstören des Formdorns durch einen
Erhitzungs- oder Schmelzprozess, durch einen chemischen Zerstörungsprozess
oder durch irgendein anderes Verfahren. Zusätzlich möchte man unabhängig von
dem speziellen Aufbau der Materialzusammensetzung des Formdorns 80 eine
wendelförmige
Nut oder eine andere Rinnenanordnung an der inneren Schleiffläche des
Honelements 20 ausbilden, so dass Honöl oder ein anderes Schmiermittel
durch eine solche Rinne während
des Honvorgangs hindurchgehen kann, um sowohl das Kühlen als
auch das Entfernen von Rohmaterial und/oder Spänen zu erleichtern. Diese Rinnenbildung
ist nicht auf ein Wendelmuster beschränkt, sondern kann irgendeine
Unterbrechung der inneren Fläche
des Honelements 20 aufweisen. Die Rinnenanordnung wird
dadurch erreicht, dass die Außenfläche des
Formdorns 80 vor dem Plattierungsprozess geeigneterweise
maskiert wird, um ein wendelförmiges
Band, einen wendelförmigen
Streifen oder eine andere Rinnenanordnung zu bilden, beispielsweise
durch den in 7 gezeigten Maskierungsstreifen 92.
Diese Maskierung kann durch Verwendung von Band, Wachs oder anderen
wachsartigen Materialien erreicht werden, die sich um die Außenfläche des
Elements 80 in dem Bereich herum erstrecken, wo die Schleifmittelteilchen
aufplattiert werden. Die die Innenfläche des Honelements 20 bildenden
Schleifmittelteilchen haften an dem Formdorn 80 in dem
Bereich des Maskierungsstreifens 92 nicht leicht, wodurch
die gewünschte
Rinne gebildet wird, durch die das Honschmiermittel strömen kann.
-
Es
ist auch möglich,
das Honelement 20 aus irgendeinem geeigneten Material spanabhebend
herzustellen. In diesem speziellen Fall kann das Schleifmittelmaterial
an der Innenfläche
der Honhülse
durch einen Plattierungsprozess befestigt werden, wie er in dem
US-Patent 5,178,643
der Anmelderin offenbart ist. Es ist auch möglich, die Schleifmittelteilchen
an der Innenfläche
des Honelements durch Hartlöten, durch
Investmentguss, durch Zementieren oder durch andere geeignete Verfahren
zu befestigen.
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Unabhängig davon,
wie das vorliegende Honelement 20 hergestellt wird, ist
für die
vorliegende Erfindung wichtig, dass das Schleifmaterial direkt auf
die Innenfläche
des Honwerkzeugs, beispielsweise das Honelement 20 aus
Metall, aufgebracht wird. Das bedeutet, dass das Schleifmittel,
wenn es sich während
des Honens erhitzt, in der Lage ist, die Wärme wirksam in die umgebenden
Metallteile abzuführen,
mit denen es in Kontakt steht. Dies ist wichtig, weil es dadurch
das vorliegende Gerät
in die Lage versetzt, zum Honen vieler Teile in einer fortlaufenden
Sequenz ohne Überhitzung
verwendet zu werden. Bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik,
beispielsweise der Vorrichtung, wie sie in dem US-Patent 5,564,972
nach Marvin et al. gezeigt ist, wird eine Schicht eines plastischen
Materials, das in der Beschreibung nach Marvin et al. als Schicht aus
Epoxid oder Harz definiert ist, zwischen der Schicht des Schleifmaterials
und des umgebenden Metalls angeordnet. Epoxide und Harze sind keine guten
Wärmeleiter,
sind nicht so fest, wie die bei den vorliegenden Aufbauten verwendeten
verschiedenen Metalle, und werden durch Wärme und Schneidspannungen mit
größerer Wahrscheinlichkeit
beschädigt als
Metall. Dies bedeutet, dass, wenn das Epoxid relativ hohen Temperaturen
und Beanspruchungen ausgesetzt wird, es seine Festigkeit verliert
und beschädigt
werden kann. Dies kann die Einsatzzeit des Honelements wesentlich
verkürzen
und zu einer Werkstückgrößenbemessung
mit geringerer Genauigkeit führen.
Es kann auch den Honvorgang wesentlich verlangsamen, indem langsamere
Schneidzyklen zur Verringerung der Wärmeentwicklung erforderlich
sind. Dies ist bei dem vorliegenden Aufbau nicht der Fall, bei welchem
die Schleifmittelschicht direkt an dem umgebenden Metall befestigt
ist. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zwischen dem vorliegenden
Aufbau und den Aufbauten, wie sie in dem Patent von Marvin et al.
gezeigt und beschrieben sind.
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Wesentlich
ist auch, zu vermerken, dass bei dem Verfahren zur Herstellung des
Honelements 20, wie es in 1 bis 4 und 8 bis 10 gezeigt
ist, die ringförmige
Schleifmittelfläche 24/26 in jeder
oder mehreren der verschiedenen konisch verjüngten Anordnungen, wie sie
oben erörtert
wurden, vorgesehen werden kann, wozu einer oder mehrere konisch
verjüngte
Abschnitte mit unterschiedlichen Verjüngungsraten, ein zylindrischer
Abschnitt, ein umgekehrter verjüngter
Abschnitt oder irgendeine Kombination daraus gehören. Da der konisch verjüngte Einführabschnitt
des Geräts
der Abschnitt ist, der den stärksten
Verschleiß während des
Schleifprozesses leitet, weiß man
und ist bekannt, dass ein solcher Einfuhrabschnitt der inneren ringförmigen Werkzeugfläche eine
dickere Schleifmittelschicht verglichen mit den anderen Abschnitten
der inneren ringförmigen
Schleifgerätfläche haben
kann. Beispielsweise kann die Dicke des Einführabschnitts 34A der
Schleifmittelschicht, die die Innenfläche des Honelements 20,
wie in 4A gezeigt ist, bedeckt, 0,38
mm (0,015 Zoll) betragen, während
die restliche Dicke des Schleifmittelschicht-Abdeckabschnitts 34B und 36 nur
0,25 mm (0,010 Zoll) betragen kann. Dieser Aufbau trägt dazu
bei, die Langlebigkeit des Honelements 20 aufrechtzuerhalten
und auszudehnen.
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Wichtig
ist auch, zu vermerken, dass, wenn das vorliegende Honelement 20 aus
dem Formdorn 80 entfernt wird, die Beziehung zwischen benachbarten
Schleifmittelteilchen 94 und der dazwischen ausgebildeten
Bindematrix 96 im Wesentlichen ähnlich zu der in 11 gezeigten
ist. Mit anderen Worten erstreckt sich, wenn die Schleifteilchenschichten
auf dem Formdorn 80 elektroplattiert sind und dieser Dorn
danach, wie vorher beschrieben, entfernt wird, die Höhe oder
Tiefe des Bindemittels 96 im Wesentlichen bündig nahe
an dem oberen Schneidrandabschnitt 94A der Abriebsstaubteilchen,
wie in 11 gezeigt ist. Diese kein Relief
bildende Form zwischen benachbarten Staubteilchen 94 ist
ein direktes Ergebnis des Elektroplattier-Dornbildungs-Herstellungsprozesses,
wie er oben erörtert wird.
Obwohl die freiliegenden Flächen 94A (11) der
Schleifmittelteilchen eine Schneidwirkung bei einem Honeinsatz bereitstellen,
wenn ein Werkstück durch
das Honelement 20 bewegt wird, und obwohl etwas von dem
Bindemittel 96 zwischen benachbarten Teilchen natürlich durch
den fortgesetzten Einsatz des Honelements über einen Zeitraum aufgrund der
Tatsache entfernt wird, dass das Bindemittel aus einem weicheren
Material im Vergleich zu den Schleifmittelteilchen besteht und während des
Honens verschleißt,
wodurch mehr Schleifmittelteilchen für die Schneidwirkung freigelegt
werden, kann leicht eine aggressivere Schneidwirkung dadurch erzielt werden,
dass etwas von der Bindematrix zwischen benachbarten Schleifmittelteilchen
tatsächlich
entfernt wird, nachdem das Honelement aus dem Formdorn entfernt
wurde, so dass mehr von den Schleifmittelteilchen gegenüber dem
zu honenden Werkstück
freigesetzt werden, wie es in 12 gezeigt
ist. Die erhaltene Bindematrix 96 zwischen den Schleifmittelteilchen 94,
wie es in 11 gezeigt ist, kann, nachdem
das Honelement von dem Hondorn getrennt ist, durch irgendeine Vielzahl
unterschiedlicher Methoden verringert werden, beispielsweise durch mechanische
Einrichtungen, durch elektrochemische Einrichtungen, durch chemisches Ätzen oder
durch Deplattierung der Metallbindung, wenn der Formdorn 80 einmal
aus dem Honelement entfernt ist. Jedes dieser Verfahren entfernt
irgendeine vorgegebene Tiefe oder Dicke der Bindematrix zwischen
benachbarten Teilchen, so dass ein Raum zwischen der oberen Fläche des
Bindemittels 96 und dem oberen Schneidrandabschnitt 94A der
Schleifstaubteilchen gebildet wird, wie es in 12 gezeigt
ist. Dieser Freigabebereich erhöht
nicht nur die Schneidwirkung, vielmehr bietet dieser Raum auch einen
zusätzlichen
Freiraum für
das Entfernen von Rohmaterial während
eines Honvorgangs und bildet gleichermaßen einen Weg für Honöl oder andere
Kühlfluide zum
Zirkulieren um das Werkstück
herum während eines
Honvorgangs für
dessen Kühlung.
Weiterhin sorgt dieser Reliefbereich auch für einen ausreichenden Raum,
so dass ein im Wesentlichen glattes, Klebe- und Abschürfschutzmittel
oder eine Beschichtung auf der Oberseite der Bindematrix so aufgebracht
wird, dass verhindert wird, dass sich Metallsplitter und -späne, die
während
eines Honvorgangs erzeugt werden, auf der Bindefläche zwischen
den Schleifmittelteilchen aufbauen, ansammeln und verschweißen oder
sich auf andere Weise miteinander verbinden. Ein solcher Abschürfschutz-Beschichtungsprozess
ist voll in dem US-Patent 5,178,643 der Anmelderin beschrieben.
-
13 zeigt
eine weitere Ausführungsform 100 des
vorliegenden Hongeräts,
wobei das Gerät 100 einen
zylindrischen Gehäuseabschnitt 102 mit einer
Vielzahl von axialen Nuten oder Kanälen 104 aufweist,
die an beabstandeten Stellen um seine Innenfläche herum ausgebildet sind.
Jede der Nuten oder jeder der Kanäle 104 ist so ausgelegt,
dass er ein gesondertes Schleifelement aufnimmt, beispielsweise
ein Schleifstabelement 106. In jedem der Kanäle 104 ist
ein gesondertes Stabelement 106 angeordnet und erstreckt
sich jeweils in seiner Längsrichtung.
Die Art des bei der Herstellung des Schleifstabelements 106 verwendeten
Materials bestimmt die Lebenszeit des Honelements oder Geräts 100,
und solche Stabelemente 106 können aus irgendeinem bekannten
Schleifmaterial hergestellt werden, einschließlich superabrasiven Materialien.
Wesentlich ist auch, das die Schleifstabelemente 106 und
die entsprechenden Kanäle 104 so
gebaut sein können, dass
jedes Stabelement 106 selektiv entfernt und durch ein neues
Schleifelement 106 ausgetauscht werden kann, wenn das jeweilige
Element verschlissen oder mit der Zeit anders verformt worden ist.
-
Der
spezielle Oberflächenabschnitt
eines jeden Stabelements 106, der nach innen zur Mitte
des zylindrischen Gehäuseabschnitts 102 weist,
kann ebenfalls so ausgebildet werden, dass er konisch verjüngte innere
Oberflächen
hat, beispielsweise die verschiedenen konisch verjüngten und
zylindrischen Oberflächen,
die vorher erörtert,
erläutert
und in Bezug auf 4A und 4B dargestellt
worden sind. Zusätzlich
hat das Honelement 100 ähnlich
wie das Honelement 20 auch eine sich axial erstreckende Öffnung 108,
die über
die gesamte Länge
des zylindrischen Gehäuseabschnitts 102 verläuft und
so wirkt, dass das Element 100 in der Lage ist, zu expandieren oder
zu kontraktieren, wie es vorher unter Bezug auf die axiale Öffnung 32 erläutert wurde,
die dem Honelement 20 zugeordnet ist. Auf ähnliche
Weise hat das Element 100 auch wenigstens eine Sackbohrung 109,
die ähnlich
wie die Sackbohrungen 30 (1 bis 4)
wirkt und dazu verwendet wird, das Honelement 100 innerhalb
einer geeigneten Aufspanneinrichtung richtig zu positionieren und
zu arretieren, beispielsweise in der Aufspanneinrichtung von 5 und 6.
Bei dieser speziellen Ausgestaltung sorgen die nach innen weisenden
Oberflächen
der separaten Schleifstabelemente 106 für die am Werkstück angreifende
Schneidwirkung des Geräts 100 zum Honen
irgendeines speziellen zylindrischen Werkstücks. Weitere Ausgestaltungen
und Variationen des vorliegenden Hongeräts 100 sind ebenfalls
möglich,
solange wie die Außenhonvorrichtung
in der Lage ist, eine relativ große Anzahl von Teilen auf eine sehr
präzise
Abmessung zu honen, während
gleichzeitig der Benutzer in der Lage ist, einige begrenzte Einstellungen
an dem Innendurchmesser des Geräts 100 vorzunehmen,
so dass er in der Lage ist, sowohl den Verschleiß des Schleifmaterials zu kompensieren
als auch für
eine begrenzte Durchmessereinstellung zu sorgen, damit das gleiche
Werkzeug verwendet werden kann, um viel mehr Oberflächen zu
honen als es sonst der Fall wäre.
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Das
Honelement 100 kann gleichermaßen durch Verwendung eines
Formdorns, beispielsweise des Formdorns 110 von 13A, hergestellt werden. Wie bei dem Formdorn 80 bestimmen
die Form und Gestalt der Außenfläche des
Formdorns 110 die Form und Gestalt der Innenfläche des
Honelements 100, wenn das vorliegende Gerät darauf
ausgebildet wird. In diesem speziellen Fall erzeugen die sich längs erstreckenden
Vorsprünge 112,
die dem Formdorn 100 zugeordnet sind, die Vielzahl von
axialen Nuten oder Kanälen 104 (13),
die an beabstandeten Stellen um die Innenfläche des Honelements herum ausgebildet
werden. Beim galvanoplastischen Ausbilden des Elements 100 auf
dem Formdorn 110 kann jeder geeignete herkömmliche
Elektroplattierprozess zur Bildung des Elements 100 verwendet werden,
da keine Schleifteilchen auf die Außenfläche des Formdorns 110 bei
dieser speziellen Ausgestaltung plattiert oder auf andere Weise
haftend damit verbunden werden müssen.
Der zylindrische Gehäuseabschnitt 102 des
Elements 100 enthält
kein Schleifmaterial, und der am Werkstück angreifende Abschnitt des
Geräts
wird allein durch Verwendung der Schleifstabelemente 106 geschaffen.
Bekannt und vorweggenommen ist auch, dass der zylindrische Gehäuseabschnitt 102 des
Honelements 100 durch Verwenden irgendeiner Vielzahl anderer
geeigneter Verfahren hergestellt werden kann, beispielsweise durch
spanabhebende Ausbildung des Elements 100 aus einem Stück aus Metall
oder einem anderen geeigneten Material.
-
14 und 15 zeigen
eine weitere Aufspannanordnung 113, die zum Halten der
vorliegenden Honelemente, wie der Elemente 20 und 100,
in einer im Wesentlichen vertikalen Honposition verwendet werden
kann. Bei dem in 14 und 15 gezeigten
Aufbau ist ein langgestrecktes Treibrohr 114 vorgesehen,
das mit einer Treibvorrichtung oder Spindel an einer speziellen
Maschine, beispielsweise der in 16 gezeigten
Hon- oder Bohrlochmaschine, zusammenpasst. Das gegenüberliegende
Ende des Treibrohrs 114 ist mit einer Anordnung 115 verbunden,
in der ein Honelement, wie eines der oben beschriebenen Honelemente 20 und 100,
angeordnet ist. 15 ist eine Unteransicht der
Aufspannanordnung 113 und zeigt besonders deutlich, wie
das vorliegende Honelement 20 positioniert und in der Arbeitsposition
innerhalb der Anordnung 115 gehalten ist. Wie in 14 gezeigt
ist, ist das Treibrohr 114 vertikal ausgerichtet und die
zu honenden Teile oder Werkstücke
werden in die Aufspanneinrichtung 113 von ihrem unteren
Endabschnitt aus zugeführt.
Diesbezüglich
kann das Honelement 20, das in der Anordnung 115 (15)
positioniert ist, stationär
bleiben, und das spezielle zu honende Werkstück kann vertikal während eines
speziellen Honvorgangs nach oben und nach unten bewegt werden. In
gleicher Weise ist es auch möglich,
das Werkstück
stationär zu
halten und das Treibrohr 114 und die zugeordnete Anordnung 115 vertikal
nach oben und unten zu bewegen, um den Honvorgang abzuschließen. Ob
das Gerät
stationär
bleibt, während
sich das Werkstück bewegt,
oder ob das Werkstück
stationär
bleibt, während sich
das Gerät
bewegt oder hin- und herbewegt, hängt von der speziellen Dimensionierung
ab. In gleicher Weise kann das Honelement nicht drehend gehalten
werden, während
das Werkstück
in eine drehbare Spindel während
des Honvorgangs eingespannt wird, oder das Honelement kann gedreht
werden, während
das Werkstück
nicht drehend bei dem Honvorgang gehalten wird.
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Die
in 14 gezeigte Aufspannanordnung 113 hat
auch ein nach oben weisendes ringförmiges Element 116,
das zum Einführen
eines Kühlmittels zum
Zuführen
zu der Stelle, wo das Honen erfolgt, vorgesehen ist. Die Bereitstellung
der das Kühlmittel enthaltenden
Einrichtung 116 deutet an, dass es bei Verwendung dieser
Bauweise erwünscht
sein kann, die wendelförmige
Rinne oder andere Mittel der Oberflächenunterbrechung an der Innenfläche des Honwerkzeugs
auszubilden, beispielsweise die vorstehend bezogen auf den Formdorn 80 und
die Wendelmaskierungsstreifen 92 in 7 beschrieben
Rinne, so dass ein Schmiermittel leichter durch das Honelement beim
Honen des Werkstücks
strömen
kann.
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Wie
am besten in 15 gezeigt ist, kann die Aufspannanordnung 38A,
die zum Halten des Honelements 20 in der Betriebsstellung
in der Anordnung 115 verwendet wird, identisch zu dem Aufspannaufbau 38 von 5 und 6 oder
in vieler Hinsicht im Wesentlichen ähnlich sein. Wie in 15 dargestellt
ist, halten die Halteelemente oder Kardanrahmen 70A, 72A, 74A und 76A die
Aufspannanordnung 38A in der Anordnung 115. Die
Aufspannanordnung 38A wirkt und arbeitet im Wesentlichen ähnlich zu
der Aufspannanordnung 38, wie sie vorher unter Bezug auf 5 und 6 beschrieben
wurde, mit der Ausnahme, dass diese Anordnung und das darin gehaltene
Honelement 20 zum Einsatz in einer vertikalen Honebene
ausgerichtet ist. Typischerweise ist das zu honende Werkstück ein Teil,
das eine zylindrische Honfläche
hat, die vertikal ausgerichtet ist, so dass sie an der Innenfläche des
Honelements 20 bei irgendeinem der möglichen oben erörterten
Verschiebemöglichkeiten
angreift, wie es am besten in 16 gezeigt
ist. Die Werkstückfläche kann
länger als
der Teil des zu honenden Werkstücks
sein, so dass, wenn der Honvorgang abgeschlossen ist, der Teil der
Außenfläche des
Werkstücks,
der gehont worden ist, von dem nicht gehonten Abschnitt entfernt
oder davon getrennt werden kann. Diesbezüglich haben viele Werkstücke ein
Element, welches das Halten des Werkstücks während des Honvorgangs ermöglicht,
beispielsweise hat ein Werkstück einen
axialen Kanal, der das Halten durch einen ausfahrbaren Dorn ermöglicht.
Zusätzlich
können
die Treibrohre 114 der Aufspannanordnung 113 von 14 und 15 mit
Elemente, beispielsweise den Elementen 120, 122 und 124 verbunden
sein, wie es in 15 gezeigt ist und nachstehend
erläutert
wird.
-
Die
vorliegenden Außenhonelemente 20 und 100 können für eine breite
Vielfalt von unterschiedlichen Hon- und Abschleifvorgängen und
-anwendungen verwendet werden, wozu Einzeldurchgangs- und Mehrfachdurchgangsoperationen
sowie Mehrfachspindel-/Mehrfachgerätanwendungen gehören. Beispielsweise
ist die Aufbohrmaschine 118 von 16 repräsentativ
für eine
programmierbare Mehrspindelmaschine mit drei vertikalen Spindeln 120, 122 und 124,
wobei jede Spindel an das Halten geeigneter Geräte, beispielsweise einer Aufspannanordnung 113,
angepasst ist, die ein Honelement 20 entweder in einer
fixierten/starren Gerätehalteranordnung
oder einer schwimmenden Gerätehalteranordnung
aufweist, um eine Ausrichtung zwischen der inneren Bohrfläche 24/26 des
Honelements 20 und des zylindrischen zu honenden Werkstücks 130 zu
gewährleisten.
Bei der in 16 gezeigten Mehrspindelmaschine 118 haben
solche Maschinen gewöhnlich
einen Schaltdrehtisch, wie den Tisch 126. Der Schalttisch 126 kann
eine Vielzahl von Stationen, wie die Stationen 128, 130 und 132 von 16,
aufweisen, wobei jede Schaltstation zum Halten eines Werkstücks, beispielsweise
der Werkstücke 134,
angepasst ist. Der Drehtisch 126 kann durch irgendeine Zahl
von Stationen für
jeden Zyklus geschaltet werden, wobei irgendeine Zahl von Werkstücken kontinuierlich
auf der Maschine umläuft
und jedes der drei Außenhonelemente,
beispielweise die Elemente 20, die jedem der Aufspannanordnungen 113 zugeordnet
sind, den Außendurchmesser
des Werkstücks 134 fortschreitend
vergrößern. In
diesem Fall kann das Außenhonelement,
das jeder der Spindeln 120, 112 und 124 zugeordnet
ist, unterschiedlich mit der gleichen oder anderen Schleifstaubgrößen bemessen
sein oder es kann das gleich dimensionierte Gerät in zwei oder mehr Spindeln
verwendet werden. Abhängig
von der verwendeten speziellen Hon- oder Aufbohrmaschine können, was
ebenfalls wesentlich ist, jede Anzahl von Spindeln und jede Anzahl
von Werkstückstationen
einer speziellen Maschine zugeordnet werden. Ferner brauchen nur
einige der Werkstückstationen,
die dem Schalttisch 126 zugeordnet sind, tatsächlich an
den Honelementen, beispielsweise den den Spindeln 120, 122 und 124 zugeordneten Elementen,
angreifen, während
der Rest der Werkstückstationen
für das
Beladen und Entladen von Teilen benutzt werden kann. Gewöhnlich sorgt
eine Steuerung mit programmierbarer Logik für die Intelligenz der individuellen
Hubsteuerung und Spindelgeschwindigkeiten, Zuführungen und der Position zur Optimierung
der Zykluszeit, der Lebenszeit, der Oberflächenfeinbearbeitung und der
Geometrie. Auf jeden Fall hat der Außendurchmesser des Werkstücks, beispielsweise
des in 16 gezeigten Werkstücks 134,
nach dem abschließenden
Gerätdurchgang
die Größe, Geradheit
und Rundung bei der gewünschten
Oberflächentextur.
Der Schalttisch 126 kann auch selektiv geschaltet werden,
um irgendeine Zahl von Stationen pro Zyklus zu überspringen. Diese Anwendung
ermöglicht
eine dramatische Steigerung der Fertigungsraten abhängig von
der Materialentfernung und den gewünschten Anforderungen an die
Oberflächenfeinbearbeitung.
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Bei
der in 16 gezeigten Mehrspindelanwendung
bewegt sich gewöhnlich
das Honelement oder -werkzeug durch einen einzigen Auf- und Ab-Hub
und geht über
die Außenfläche des
Werkstücks
nur einmal, wobei eine vorgegebene Materialmenge entfernt wird.
Wie vorher angegeben wurde, ist es auch bekannt und vorweggenommen,
dass das Honwerkzeug stationär
bleiben kann und das Werkstück
nach oben und unten durch die Innenbohrung des Außenhonelements
zyklisch bewegt werden kann, um eine vorgegebene Materialmenge zu
entfernen. Weiterhin ist bekannt und vorweggenommen, dass entweder
das Werkzeug oder das Werkstück während des
Honhubs abhängig
der Dimensionierungsanwendung drehen kann. Schließlich ist
auch bekannt und vorweggenommen, dass das Außenhonwerkzeug mit der gleichen
Bemessung mehrfach über
die Außenfläche des
gleichen zylindrischen Werkstücks
hin- und herbewegt werden kann, um einen abschließenden Außendurchmesser
für das Werkstück zu erhalten,
wobei der Werkzeugdurchmesser bei jeder Hin- und Herbewegung oder
bei jeder Reihe von Hin- und Herbewegungen kontrahiert werden kann,
um den abschließenden
Außendurchmesser
des Werkstücks
zu erhalten. Dieser Vorgang würde
eine Anordnung in der Bauweise eines Mehrfachdurchgangswerkzeugs
bilden. Gleichermaßen sind
andere Anwendungen und Spindelanordnungen möglich.