EP4436747B1

EP4436747B1 - Honwerkzeug und verfahren zur herstellung eines honwerkzeugs

Info

Publication number: EP4436747B1
Application number: EP22818666.4A
Authority: EP
Inventors: Oliver Bachmann; Giorgio IANNUZZI; Robert Kapp; Florian KRANICHSFELD; Joachim Weiblen
Original assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Current assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2025-08-06
Anticipated expiration: 2042-11-17
Also published as: DE102021213090A1; US20250010423A1; WO2023089025A1; EP4436747A1; CN118284492A; MX2024006125A; EP4436747C0

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug zur Bearbeitung einer Bohrung in einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs.
Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung von tribologisch beanspruchbaren Innenflächen von Bohrungen, wie z.B. Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen, erfolgt in der Regel mittels des Feinbearbeitungsverfahrens "Honen". Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, welches mit einem aufweitbaren Honwerkzeug durchgeführt wird. Das Bearbeitungsverfahren Honen arbeitet mit gebundenem Schneidkorn unter ständiger Flächenberührung zwischen der abrasiven Arbeitsfläche des Honwerkzeugs und der Bohrungsoberfläche. Die Schneidkörner sind in einem Bindungssystem (auch als "Bindung" bezeichnet) gebunden und bilden gemeinsam mit dem Bindungssystem einen abrasiven Schneidbelag. Das Bindungssystem hat dabei die Aufgabe, die gebundenen Schneidkörner so lange festzuhalten, bis sie durch den Schneidprozess abgestumpft sind. Dann sollen sie freigegeben werden, so dass neue, noch scharfkantige Schneidkörner in Eingriff mit dem Werkstück gelangen können (Selbstschärfungseffekt).
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. Die am Honwerkzeug angebrachten Schneidmittel werden über das Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Andrückkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt. Im Laufe des damit erzeugten Materialabtrags wird der wirksame Außenduchmesser des Honwerkzeug über das Zustellsystem allmählich vergrößert. Die Zustellung wird daher auch als "Aufweitung" bezeichnet, das Zustellsystem auch als "Aufweitsystem". 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.
Ein Honwerkzeug der in dieser Anmeldung betrachteten Art ist ein Honwerkzeug mit Doppelzustellung bzw. mit Doppelaufweitung, also ein Honwerkzeug, das zwei unabhängig voneinander zustellbare Schneidgruppen aufweist. Damit können mehrstufige Bearbeitungsprozesse zum Teil ohne Werkzeugwechsel durchgeführt werden.
Die DE 10 2019 201 465 A1 offenbart Honwerkzeuge mit Doppelzustellung, die an ihrem Werkzeugkörper zwei unabhängig voneinander zustellbare Schneidgruppen aufweisen. Eine erste Schneidgruppe hat mehrere radial zustellbare erste Schneidstoffträger, die an einer radialen Außenseite einen Umfangswinkelbereich von mindestens 20° abdecken und an der Außenseite ein einziges in Umfangsrichtung breites erstes Schneidmittel oder mehrere schmale erste Schneidmittel tragen, die mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnet sind. Eine zweite Schneidgruppe hat mehrere radial zustellbare zweite Schneidmittelträger, die an ihrer radialen Außenseite jeweils eine einzelnes schmales zweites Schneidmittel in Form einer Schneidleiste tragen. Alle Schneidmittel der ersten und der zweiten Schneidgruppe sind in einem axial kurzen Schneidbereich angeordnet, der eine in Axialrichtung gemessene Länge aufweist, die wesentlich kleiner ist als ein wirksamer Außendurchmesser der Schneidgruppen bei vollständig zurückgezogenen Schneidmitteln.
Die WO 2018/149696 A1 (vgl. DE 10 2017 202 573 A1 ) offenbart u.a. Honwerkzeuge mit Doppelaufweitung. Bei einer ersten Gruppe sind die Schneidmittel ohne Zwischenschaltung einer elastischen Zwischenschicht direkt auf dem zugeordneten Schneidmittelträger befestigt und starr mit den Schneidmittelträger verbunden. Bei der zweiten Gruppe sind die Schneidmittel individuell nachgiebig über eine elastische Zwischenschicht auf dem zugeordneten Schneidmittelträger befestigt.

AUFGABE UND LOSUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Honwerkzeug bereitzustellen, das für unterschiedliche Honaufgaben geeignet ist oder mit nur geringem Aufwand für unterschiedliche Aufgaben konfiguriert werden kann. Insbesondere sollen damit Oberflächen höchsten Qualität erzeugt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs mit den Merkmalen von Anspruch 13 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das Honwerkzeug ist ein Honwerkzeug mit Doppelzustellung bzw. Doppelaufweitung, was bedeutet, dass am Werkzeugkörper zwei unabhängig voneinander zustellbare Schneidgruppen angebracht sind. Jede der Schneidgruppen umfasst mehrere Schneidmittelträger, die gemeinsam über axiale Verschiebung des zugeordneten Zustellelements bzw. Aufweitelements radial zugestellt werden können. Eine Besonderheit besteht darin, dass der Werkzeugkörper vierzehn oder mehr Führungsöffnungen aufweist. Die Führungsöffnungen weisen eine ungleiche Winkelteilung auf in der Weise, dass eine oder mehrere der Führungsöffnungen ungleiche Winkelabstände zu den beiden in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Führungsöffnungen aufweisen.
Unmittelbar benachbart bedeutet insbesondere, dass zwischen unmittelbar benachbarten Führungsöffnungen keine Führungsleiste angeordnet ist. Unterschiede der Winkelabstände können z.B. in der Größenordnung von ca. 1° oder darüber liegen, z.B. im Bereich von 0.8° bis 3°.
Die beanspruchte Erfindung gemäß dieser Formulierung hat sich in der Praxis in mehreren Aspekten als sehr vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Honwerkzeugen mit Doppelaufweitung erwiesen.
Honwerkzeuge gemäß dieser Formulierung der Erfindung unterscheiden sich von herkömmlichen Honwerkzeugen mit Doppelzustellung unter anderem durch die große Anzahl von vierzehn oder mehr Führungsöffnungen, in die jeweils ein einzelner Schneidmittelträger eingesetzt werden kann, dessen in Umfangsrichtung relativ breite Außenseite mit Schneidmitteln belegt sein kann. Damit sind im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Schneidleistenflächen möglich in dem Sinne, dass größere Anteile des Umfangs mit Schneidmittel belegt sein können. Hinzu kommt die ungleichmäßige Winkelteilung, die sich von klassischen Winkelteilungen unterscheidet. Als klassische Winkelteilung wird hier eine Winkelteilung bezeichnet, bei der die Führungsöffnungen gleichmäßig über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilt sind, so dass beispielsweise zwölf Führungsöffnungen mit jeweils 30° Winkelabstand oder acht Führungsöffnungen mit jeweils 45° Winkelabstand oder sechs Führungsöffnungen mit jeweils 60° Winkelabstand vorliegen.
Es hat sich gezeigt, dass sich durch die gewisse Asymmetrie in Verbindung mit der großen Anzahl von Führungsöffnungen Honwerkzeuge dieser Art besonders flexibel und vorteilhaft für diverse Anwendungen nutzen lassen und sehr gute Ergebnisse hinsichtlich Form- und Oberflächenqualität erzeugen können. Dabei ergeben sich unter anderem verbesserte Formwerte und Rundheitswerte, was auf eine bessere Abstützung der Schneidleisten im Werkstück zurückgeführt wird. Zudem konnten gleichmäßigere Oberflächenkennwerte erzielt werden, was u.a. auf die Möglichkeit relativ hoher Flächenanteile von Schneidmitteln und dadurch erforderliche geringere spezifische Anpressdrücke zurückgeführt wird. Zudem ergeben sich durch erhöhte Schneidmittelflächen über den Umfang vergleichsweise hohe Standzeiten. Weiterhin eröffnet die große Anzahl von Führungsöffnungen in Verbindung mit der ungleichmäßigen Winkelteilung zwischen den Führungsöffnungen die Möglichkeit, derartige Honwerkzeuge sehr flexibel für unterschiedliche Anwendungen zu konfigurieren, indem der Werkzeugkörper mit entsprechend aufgeteilten und ausgelegten Schneidmittelträgern bestückt wird. Es können somit unterschiedliche erste und zweite Schneidgruppen gebildet werden, deren Gruppenmitglieder zweckmäßig über den Umfang verteilt werden können mit unterschiedlichen Graden an Symmetrie bzw. Asymmetrie. Schließlich scheint die Asymmetrie der Winkelteilung die Neigung zur Erzeugung von Schwingungen beim Honen zu reduzieren, was sich u.a. positiv auf die erzielbaren Form- und Oberflächenqualitäten auswirkt.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Führungsöffnungen eine gerade Zahl, also eine durch zwei teilbare Zahl, wobei Führungsöffnungen einander paarweise diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegen. Werden am Werkzeugkörper an paarweise diametral gegenüberliegenden Stellen identische Schneidmittelträger mit in identischer Weise angebrachten Schneidmitteln angebracht, die zur gleichen Schneidgruppe gehören und somit gemeinsam zugestellt werden, so wird dadurch eine Stabilisierung der Werkzeugposition in der Bohrung erreicht, was sich vorteilhaft auf die Bohrungsqualität auswirkt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Anzahl der Führungsöffnungen nicht durch vier teilbar ist. Beispielsweise kann der Werkzeugkörper genau 14 (vierzehn) Führungsöffnungen oder genau 18 (achtzehn) Führungsöffnungen oder genau 22 (zweiundzwanzig) Führungsöffnungen aufweisen. Diese können über den Umfang des Werkzeugkörpers so verteilt werden, dass zwar eine zwei-zählige Rotationssymmetrie um die Werkzeugachse vorliegt, aber keine Spiegelsymmetrie in Bezug auf eine Ebene, die die Werkzeugachse enthält. Es ist also ein gewisses Maß an Asymmetrie möglich.
Im Rahmen der beanspruchten Erfindung sind Honwerkzeuge mit unterschiedlichen Verteilungen von Schneidmittelträgern zwischen der ersten und der zweiten Schneidgruppe möglich. Für die Zwecke dieser Anmeldung soll der Begriff "Teilung" die Anzahl der Führungsöffnungen bezeichnen, so dass eine "14er Teilung" einem Honwerkzeug mit 14 über den Umfang verteilten Führungsöffnungen entspricht. Im Unterschied dazu bezieht sich der Begriff "Winkelteilung" auf die in Umfangsrichtung gemessenen Winkelabstände zwischen den Führungsöffnungen. Dabei werden die Winkelabstände jeweils zwischen den in Umfangsrichtung liegenden Mitten benachbarter Führungsöffnungen gemessen. Eine ungleichmäßige Winkelteilung bedeutet dann u.a., dass die ungleichen Winkelabstände zwischen unmittelbar benachbarten Führungsöffnungen sich in einem Maß unterscheiden, das deutlich außerhalb der Fertigungstoleranzen liegt, so dass ungleiche Winkelabstände beispielsweise mindestens 1° Winkelunterschied bedeuten können.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Aufteilung der Schneidmittelträger zwischen erster und zweiter Schneidgruppe so getroffen, dass eine bei einer Gesamtzahl von T Schneidmittelträgern eine Schneidgruppe eine Anzahl von T/2-1 Schneidmittelträger und die andere Schneidgruppe eine Anzahl von T/2+1 Schneidmittelträger aufweist. In einem Ausführungsbeispiel mit genau vierzehn Führungsöffnungen hat demnach eine Schneidgruppe genau sechs und die andere Schneidgruppe genau acht Schneidmittelträger. Diese können auf unterschiedliche Weise über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilt sein, wobei als Randbedingung berücksichtigt wird, dass an jeweils diametral gegenüberliegenden Führungsöffnungen zueinander identische, mit Schneidmitteln bestückten Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe angeordnet sind.
Bei manchen Ausführungsformen weist das Honwerkzeug eine Führungsgruppe mit mehreren nicht-schneidenden Führungsleisten auf, die gemäß einer ungleichmäßigen Winkelteilung über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilt am Werkzeugkörper angeordnet sind.
Vorzugsweise sind vier nicht-schneidende Führungsleisten paarweise diametral gegenüberliegend am Werkzeugkörper derart angeordnet, dass Werkzeugkörper-Segmente, die zwischen in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Führungsleisten liegen, paarweise unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen. Vorzugsweise ist die Aufteilung so, dass in den Werkzeugkörper-Segmenten mit der größeren Umfangsbreite eine Anzahl N und in den Werkzeugkörper-Segmenten mit der kleineren Umfangsbreite eine Anzahl N - 1 von Führungsöffnungen unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Eine besonders hohe Flexibilität für unterschiedliche Anwendungsfälle lässt sich gemäß einer Weiterbildung dadurch erzielen, dass die Führungsöffnungen und/oder die Schneidmittelträger eine axiale Länge aufweisen, die größer als 50 % des maximalen wirksamen Außendurchmessers des Honwerkzeugs ist. Die axiale Länge kann mehr als 80 % dieses Außendurchmessers betragen, sie kann ggf. größer als dieser Außendurchmesser sein. Damit kann ein entsprechend axial langer Schneidbereich realisiert werden.
Es ist jedoch dennoch möglich, das Honwerkzeug so zu konfigurieren, dass Schneidmittel nur in einem axial deutlich kürzeren Bereich wirksam werden. Dies wird unter anderem dadurch ermöglicht, dass die Trägerabschnitte mit unterschiedlich langen Schneidleisten bestückt werden können. Um eine große Flexibilität hinsichtlich der Verteilung der Schneidmittel über den Umfang des Honwerkzeugs zu erreichen, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Trägerabschnitte an ihren Außenseiten mehrere, vorzugsweise zwei, drei oder vier, zueinander parallele Aufnahmenuten zur Aufnahme jeweils einer leistenförmigen Schneidmitteleinheit (Schneidleiste) aufweisen. Eine solche Schneidmitteleinheit kann beispielsweise eine schmale plattenförmige Sohle aus Metall umfassen, auf der direkt oder unter Zwischenlage einer Haftschicht oder dergleichen der eigentliche Schneidmittelbelag (Schneidkörner in entsprechender Bindung) aufgebracht ist. Je nach Auslegung der Schneidmittelträger können die Schneidmittel mit unterschiedlich breiten Schneidmitteln bestückt werden. Auch eine Bestückung mit einer einzigen relativ langen Einzelleiste ist möglich. Die Aufnahmenuten müssen nicht mit Schneidmitteleinheiten bestückt werden, die im Wesentlichen die gesamte Länge einer Aufnahmenut ausfüllen. Es ist auch möglich, in einer langen Aufnahmenut eine deutlich kürzere leistenförmige Schneidmitteleinheit zu befestigen, beispielsweise mit einer Länge, die weniger als 50 % der axialen Länge des Trägerabschnitts entspricht. Damit können derartige Honwerkzeuge auch so konfiguriert werden, dass alle Schneidmittel in einem axial relativ kurzen Schneidbereich untergebracht sind, dessen axiale Länge kleiner sein kann als der wirksame Außendurchmesser des Honwerkzeugs.
Derartige Honwerkzeuge können z.B. dann vorteilhaft sein, wenn es darum geht, Bohrungen mit Flaschenform, Konusform oder Tonnenform zu bearbeiten und/oder zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück. Bei dem Verfahren wird ein Werkzeugkörper, der entsprechend der beanspruchten Erfindung ausgestaltet ist, mit einer Vielzahl von Schneidmittelträgern der beschriebenen Art und zugeordneten Zustellelementen bestückt. Durch die Bestückung des Werkzeugkörpers mit Schneidmittelträgern und Zustellelementen können unterschiedliche Konfigurationen des Honwerkzeugs realisiert werden, die gut an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe angepasst sein können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

Fig. 1 zeigt eine schrägperspektivische Darstellung eines Honwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt in einer Ebene, die mittig durch Führungsöffnungen führt.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt in einer Ebene, die mittig durch Führungsleisten und Messdüsenbohrungen führt;
Fig. 4 zeigt einen senkrecht zur Werkzeugachse geführten Schnitt durch einen nicht bestückten Werkzeugkörper;
Fig. 5 bis 8 zeigen unterschiedliche Konfigurationen für die Bestückung des Honwerkzeugs;
Fig. 9 bis 13 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten zur Bestückung von Schneidmittelträgern mit Schneidmitteln.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figur 1 zeigt eine schrägperspektivische Darstellung eines Honwerkzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt in einer Ebene, die mittig durch Führungsöffnungen führt. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt in einer Ebene, die mittig durch Führungsleisten und Messdüsenbohrungen. Fig. 4 zeigt einen senkrecht zur Werkzeugachse geführten Schnitt durch den nicht bestückten Werkzeugkörper.
Das Honwerkzeug ist zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mittels Honens geeignet und bestimmt und ist im Beispielsfall dafür ausgelegt, Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen zu honen.
Das Honwerkzeug ist flexibel nutzbar und kann mithilfe weniger Handgriffe für unterschiedlichste Bearbeitungsaufgaben aufbereitet bzw. konfiguriert werden. Das Honwerkzeug kann z.B. in verschiedenen Konfigurationen zur Bearbeitung von kreiszylindrischen Bohrungen, also rotationssymmetrischen Bohrungen ohne axialen Konturverlauf, genutzt werden. Mit anderen Konfigurationen kann es auch zur Bearbeitung von rotationssymmetrischen Bohrungen genutzt werden, die Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser und/oder unterschiedlicher Gestalt haben, beispielsweise flaschenförmigen Bohrungen, tonnenförmigen Bohrungen und/oder Bohrungen, die mindestens einen konusförmigen Bohrungsabschnitt mit axial kontinuierlich veränderlichem Durchmesser aufweisen.
Das Honwerkzeug hat einen aus einem Stahlwerkstoff gefertigten Werkstoffkörper 110, der eine Werkzeugachse 112 definiert, die gleichzeitig die Rotationsachse des Honwerkzeugs während der Honbearbeitung ist. Am spindelseitigen Ende des Honwerkzeugs befindet sich eine Kupplungsstruktur 120 zum Ankoppeln des Honwerkzeugs an eine Antriebsstange oder eine Arbeitsspindel einer Honmaschine oder einer anderen Bearbeitungsmaschine, welche eine Arbeitsspindel aufweist, die sowohl um die Spindelachse drehbar als auch parallel zur Spindelachse oszillierend hin- und her bewegbar ist. In Fig. 1 ist die Kupplungsstruktur 120 als funktionaler Teil einer Bajonettverbindung ausgelegt. Bei Ausführungsbeispielen zur Verwendung an der Arbeitsspindel eines Bearbeitungszentrums kann z.B. eine Kupplungsstruktur nach Art eines Hohlschaftkegels oder eines anderen Kegels vorgesehen sein.
In dem der Kupplungsstruktur 120 bzw. der (nicht dargestellten) Arbeitsspindel abgewandten Endabschnitt des Werkzeugkörpers befindet sich der Schneidbereich 130 des Honwerkzeugs, in welchem alle abrasiven Schneidmittel (in Form von Schneidleisten, generelles Bezugszeichen 170) angebracht sind. Der Schneidbereich 130 ist mehr oder weniger bündig mit dem spindelfernen Ende des Werkzeugkörpers im spindelabgewandten Endabschnitt des Werkzeugkörpers angeordnet, so dass gegebenenfalls auch Sacklochbohrungen bis zum Bohrungsgrund bearbeitet werden können. Innerhalb des Schneidbereichs 130 sind viele leistenförmige Schneidmittel 170 (im Folgenden auch als Schneidleisten bezeichnet) um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilt angeordnet. Die Länge LSB des Schneidbereichs liegt hier zwischen 80% und 95% des Außendurchmessers AD des Honwerkzeugs. Der Außendurchmesser liegt im Beispiel in der Größenordnung um 80 mm, er kann z.B. im Bereich von 60 mm bis 90 mm liegen, ggf. aber auch darüber oder darunter.
Das Honwerkzeug 100 hat ein integriertes Gelenk 190, mit dessen Hilfe der Werkzeugkörper 110 begrenzt beweglich an dem Anschlussstück angekoppelt ist, welches zum Anschluss an die Arbeitsspindel der Bearbeitungsmaschine dient. Das Gelenk 180 ist im Beispielsfall als ein Kugelgelenk ausgebildet, bei dem die Gelenkkugel 192 am unteren Ende des Anschlussstücks ausgebildet ist, während die korrespondierenden Lagerelemente mit konkaven sphärischen Lagerflächen innerhalb des Werkzeugkörpers 110 angebracht sind. Hierdurch ist eine begrenzte Beweglichkeit des Werkzeugkörpers gegenüber dem Anschlussstück um eine unendliche Vielzahl von quer zur Werkzeugachse verlaufenden Richtungen möglich, wodurch das Honwerkzeug insbesondere bei der Nachbearbeitung von Bohrungsinnenflächen zur Verbesserung der Form- und Oberflächenqualität der Mantelflächen besonders gut folgen kann.
Bei dem Honwerkzeug 100 in Fig. 1 handelt es sich um ein Honwerkzeug mit Doppelaufweitung. Im Werkzeugkörper verläuft koaxial zur Werkzeugachse 112 eine Führungsbohrung 115 zur Aufnahme von zwei werkzeugseitigen Zustellelementen (bzw. Aufweitelementen). Beim einsatzfertig montierten Honwerkzeug sind ein rohrförmiges erstes Zustellelement 140-1 und ein darin koaxial geführtes zweites Zustellelement 140-2 in die Führungsbohrung eingeführt. Diese sind voneinander unabhängig axial verschiebbar. Jedes der Zustellelemente weist zwei axial versetzte konische Abschnitte 142-1 bzw. 142-2 auf, die hier als Zustellkonus oder Aufweitkonus bezeichnet werden und deren Mantelflächen eine axial verschiebbare Schrägfläche des Zustellsystems bilden.
Der Werkzeugkörper weist mehrere axial langgestreckte Führungsöffnungen (generelles Bezugszeichen 160) auf, die radial zur Werkzeugachse von der Führungsbohrung 115 zur Außenseite des Werkzeugkörpers führen. Im Werkzeugkörper des Ausführungsbeispiels sind vierzehn Führungsöffnungen 160 ausgebildet, die gemäß einer ungleichmäßigen Winkelteilung über den Umfang verteilt sind. Eine ungleichmäßigen Winkelteilung bedeutet hier u.a., dass eine oder mehrere der Führungsöffnungen ungleiche Winkelabstände zu denjenigen Führungsöffnungen aufweisen, die ohne zwischenliegende Führungsleiste in Umfangrichtung unmittelbar benachbart liegen.
An der Außenseite des Werkzeugkörper sind vier nicht zustellbare, nicht-schneidende Führungsleisten 190-1 bis 190-4 einer Führungsgruppe paarweise diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Führungsleisten sind mit einer ungleichmäßigen Winkelteilung verteilt, so dass Werkzeugkörper-Segmente, die zwischen in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Führungsleisten liegen, paarweise unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen. Diese liegen hier für die schmaleren Werkzeugkörper-Segmente WS-S bei ca. 78° und für die breiteren Werkzeugkörper-Segmente WS-B bei ca. 102°. In den breiteren Werkzeugkörper-Segmenten gibt es jeweils vier, in den schmaleren jeweils nur drei ohne zwischenliegende Führungsleisten unmittelbar nebeneinander angeordnete Führungsöffnungen. Die Führungsgruppe weist eine zweizählige Rotationssymmetrie in Bezug auf die Werkzeugachse auf.
Zwei diametral gegenüber liegende Führungsleisten 190-1 und 190-3 sind als Messleisten ausgelegt. Sie weisen im kupplungsferneren Teil des Schneidbereichs einen Messbereich mit drei axial zueinander versetzten Radialbohrungen 195 auf, die als Messdüsen eines pneumatischen Durchmesser-Messsystems genutzt werden können. Will man in einer bestimmten Messebene messen, werden die in dieser Ebene liegenden Radialbohrungen geöffnet, die jeweils nicht genutzten Radialbohrungen werden verschlossen.
In Fig. 4 ist besonders gut das Folgende zu erkennen. Jede der Führungsöffnungen definiert eine die Werkzeugachse 112 enthaltende Mittelebene 162, die mittig zwischen den zueinander parallelen seitlichen Begrenzungsflächen der Führungsöffnung liegt. Der Winkelabstand WA zu einer unmittelbar benachbarten Führungsöffnung entspricht dem Winkelabstand zwischen den Mittelebenen der zueinander benachbarten Führungsöffnungen. Innerhalb der schmaleren Werkzeugkörper-Segmente WS-S hat die mittlere Führungsöffnung 160-4 zu den jeweils in Umfangsrichtung in beiden Richtungen benachbarten Führungsöffnungen 160-3 und 160-5 denselben Winkelabstand von ca. 22°. Innerhalb der breiteren Werkzeugkörper-Segmente WS-B liegen die mittleren beiden Führungsöffnungen 160-14 und 160-1 in einem Winkelabstand von 22° zueinander, während jeweils zu den in Umfangsrichtung zwischen einer mittleren Führungsöffnung und einer nächsten Führungsleiste liegenden Führungsöffnung 160-2, 160-13 ein Winkelabstand von ca. 23° besteht.
Somit gilt für jede der beiden mittleren Führungsöffnungen 160-13 und 160-14, dass der Winkelabstand zu den jeweils beiden in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Führungsöffnungen unterschiedlich ist. Die Unterschiede im Winkelabstand (ca. 1°) liegen deutlich außerhalb der Fertigungstoleranzen und in der Größenordnung einiger Prozent (z.B. von 2% bis 5%) des Absolutwerts des Winkelabstands. Diese ungleichmäßige Winkelverteilung findet sich aus Symmetriegründen auch auf der gegenüberliegenden Seite, also im anderen breiteren Werkzeugkörper-Segment.
Diejenigen Führungsöffnungen, die mit einer zwischenliegenden Führungsleiste nur mittelbar nebeneinanderliegen, weisen jeweils einen Winkelabstand von ca. 34° auf. Somit ist die Winkelverteilung der Führungsöffnungen über den Umfang gekennzeichnet durch drei unterschiedliche Werte für Winkelabstände, nämlich viermal ca. 22°, zweimal ca. 23° und viermal ca. 34°. Es liegt somit auch in dieser Hinsicht eine ungleichmäßige bzw. asymmetrische Winkelteilung vor.
Beim einsatzfertig konfigurierten Honwerkzeug trägt der Werkzeugkörper 110 eine Vielzahl von Schneidmittelträgern (generelles Bezugszeichen 150). Bei den Schneidmittelträgern handelt es sich jeweils um einteilige, aus Stahlwerkstoff hergestellte Bauteile, die in sich im Wesentlichen starr sind. Jeder der Schneidmittelträger hat einen in Umfangsrichtung relativ breiten Trägerabschnitt 152, der an seine Außenseite mehrere, vorzugsweise zwei, drei oder vier, zueinander parallele, in einer gemeinsamen Ebene liegende Aufnahmenuten 156 zur Aufnahme jeweils einer leistenförmigen Schneidmitteleinheit aufweisen. Die Umfangsbreite der Trägerabschnitte liegt hier im Bereich von ca. 15° bis ca. 20°.
An der im Wesentlichen ebenen Innenseite des Trägerabschnitts ragt ein zunächst plattenförmiger, dann sich etwas verjüngender Zustellabschnitt 158 nach innen. An der der Außenseite 154 abgewandten Innenseite des Zustellabschnitts befinden sich Schrägflächen, die mit einer korrespondierenden Schrägfläche eines axial verschiebbaren Zustellkonus nach Art eines Keilantriebs zusammenwirkt, so dass eine axiale Bewegung des Zustellkonus im Inneren des Werkzeugkörpers zu einer radialen Bewegung des Schneidmittelträgers führt. Der plattenförmige Teil des Zustellabschnitts 158 sitzt radial beweglich der im Wesentlichen rechteckförmigen Führungsöffnung 160 des Werkzeugkörpers, so dass eine Radialbewegung (radial zur Werkzeugachse 112) möglich ist, aber Kippbewegungen in Querrichtung dazu weitgehend vermieden werden. Die Schneidmittelträger werden mithilfe von zwei umlaufenden Schraubenfedern in die nach innen zurückgezogene Position vorgespannt, so dass die radiale Zustellung nach außen gegen die Kraft dieser Rückstellfedern erfolgt.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind alle Schneidmittel als in Umfangsrichtung schmale Schneidleisten ausgebildet, deren in Umfangsrichtung gemessene Breite BS klein gegenüber der axialen Länge LS ist. Ein Aspektverhältnis zwischen Länge LS und Breite BS kann beispielsweise im Bereich von 4:1 bis 55:1 liegen. Die axiale Länge LS fast so groß wie der maximale wirksame Außendurchmesser AD des Honwerkzeugs.
Das Honwerkzeug 100 kann für unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben ohne großen Aufwand konfiguriert werden. Für eine bestimmte Konfiguration sind in der Regel zwei Schritte notwendig. Ein erster Schritt umfasst das Bestücken des Werkzeugkörpers 110 mit Schneidmittelträgern, die mit geeigneten Schneidmitteln ausgestattet sind. Die Schneidmittelträger werden in der gewünschten Verteilung für die beiden Schneidgruppen in die jeweils dafür vorgesehenen Führungsöffnungen 160 von außen eingeführt.
Um zu erreichen, dass die zu einer Schneidgruppe gehörenden Schneidmittelträger gemeinsam zugestellt werden, während bei der Zustellung eines Zustellelements die Schneidmittelträger der anderen Gruppe nicht zugestellt werden, umfasst die Konfiguration als zweiten Schritt den Einbau entsprechender erster und zweiter Zustellelemente. Dies ist bei dem Honwerkzeug dadurch relativ einfach, da die Zustellelemente im eingebauten Zustand lediglich durch zwei radial nach innen eingreifende Schrauben gegen Herausfallen gesichert und in ihrer Position gehalten werden. Sollen die Zustellelemente ausgetauscht werden, so können die Halteschrauben herausgedreht und die Zustellelemente an der freien Stirnseite des Werkzeugkörpers aus diesem entnommen werden. Dann können für die gewünschte Konfiguration geeignete Zustellelemente in die Führungsbohrung 115 eingeführt und durch Eindrehen der Halteschraube gegen Herausfallen gesichert werden. Für jede spezifische Umfangsverteilung von Schneidmittelträgern auf erste und zweite Schneidgruppen gibt es einen Satz von ersten und zweiten Zustellelementen.
Anhand der Fig. 5 bis 8 werden nun einige von zahlreichen unterschiedlichen Konfigurationen für die Bestückung des Honwerkzeugs beispielhaft erläutert. Die Fig. 9 bis 13 veranschaulichen unterschiedliche Möglichkeiten, die Schneidmittelträger 150 mit einer geeigneten Anzahl von Aufnahmenuten auszustatten und die Aufnahmenuten mit unterschiedlichen Verteilungen und Arten von Schneidleisten zu bestücken.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen jeweils eine axiale Ansicht eines gebrauchsfertig bestückten Honwerkzeugs von der Unterseite. Das Honwerkzeug umfasst jeweils eine erste Schneidgruppe, deren Schneidmittelträger über ein erstes Zustellelement 140-1 gemeinsam zugestellt werden, sowie eine zweite Schneidgruppe, deren Schneidmittelträger gemeinsam über das zweite Zustellelement 140-2 zugestellt werden. Zur einfachen Unterscheidung der Schneidgruppen sind die Zustellabschnitte der Schneidmittelträger der ersten Schneidgruppe jeweils schwarz gekennzeichnet, während die Zustellabschnitte der zweiten Schneidgruppe hell erscheinen.
Zu achten ist auch auf die Anzahl der im Querschnitt rechteckigen Aufnahmenuten 156 an den Trägerabschnitten der Schneidmittelträger. In den Beispielen sind jeweils Schneidmittelträger mit entweder drei oder vier äquidistanten Aufnahmenuten gleicher Dimensionen gezeigt. In allen dargestellten Ausführungsbeispielen haben die Schneidmittelträger 150 der ersten Schneidgruppe jeweils drei vergleichsweise breite Aufnahmenuten, während die Schneidmittelträger der zweiten Schneidgruppe jeweils vier etwas schmälere Aufnahmenuten aufweisen. Andere Aufteilungen sind möglich. Beispielsweise kann überall die gleiche Anzahl von Aufnahmenuten (z.B. zwei, drei oder vier) vorgesehen sein.
Die erste Schneidgruppe umfasst jeweils sechs Schneidmittelträger, während die zweite Schneidgruppe jeweils acht Schneidmittelträger umfasst. Die Anzahl der Aufnahmenuten an den Schneidmittelträgern entspricht somit jeweils der Hälfte der Anzahl von Schneidmittelträgern einer Schneidgruppe. Diese Aufteilung führt bei den Beispielen dazu, dass bei den Schneidmittelträgern der ersten Schneidgruppe pro Trägereinheit ein größerer Teil der Umfangsbreite mit Schneidmittel belegt ist als bei den Schneidmittelträgern der zweiten Schneidgruppe, wo entsprechend ein geringerer Anteil dessen Umfangsfläche der Schneidmittelträger mit Schneidmittel belegt ist. Es ist also bei allen Beispielen die Bedingung erfüllt, dass bei den Schneidmittelträgern derjenigen Schneidgruppe, die weniger Schneidmittelträger aufweist, deren Außenfläche in Umfangsrichtung gesehen dichter mit Schneidmittel belegt ist als bei den Schneidmittelträgern der Gruppe mit größerer Anzahl. Die Bestückung kann aber auch getauscht werden.
Fig. 5 zeigt eine erste Konfiguration der Aufteilung der ersten und zweiten Schneidgruppe. Hier sind alle Schneidmittelträger der ersten Schneidgruppe in Dreiergruppen unmittelbar nebeneinander angeordnet, das heißt ohne dazwischenliegende Schneidmittelträger der zweiten Schneidgruppe. Die vier Schneidmittelträger pro Seite der zweiten Schneidgruppe liegen ebenfalls unmittelbar nebeneinander. Die Mitglieder der ersten Schneidgruppe sind in den schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten WS-S zwischen den näher beieinander liegenden Führungsleisten angeordnet.
Wenn alle Aufnahmenuten der Schneidmittelträger mit Schneidmittel bestückt sind, weist die erste Schneidgruppe somit 18 Schneidleisten auf, die zweite Schneidgruppe 32 Schneidleisten. Es müssen jedoch nicht alle Aufnahmenuten mit Schneidmittel belegt sein. Die Fig. 9 bis 13 zeigen beispielhaft unterschiedliche Möglichkeiten der Belegung von Aufnahmenuten, die hier gewählt werden können. Wenn alle Aufnahmenuten bestückt sind, kann mit dem Honwerkzeug eine ähnliche Schalenwirkung erreicht werden wie mit klassischen Schalenwerkzeugen, die zwei Paare von in Umfangsrichtung relativ breiten Honschalen aufweisen, allerdings mit besserer Kraftverteilung. Wegen dieser Ähnlichkeit mit traditionellen Schalenwerkzeugen kann die Konfiguration aus Fig. 5 auch als "Schalenaufteilung" bezeichnet werden. Diese Aufteilung kann beispielsweise bei Bearbeitung von Zylinderbuchsen verwendet werden. Innerhalb der Dreiergruppen von Schneidmittelträgern der ersten Schneidgruppe sind die Winkelabstände zu den unmittelbaren Nachbarn der gleichen Schneidgruppe jeweils gleich. Im Unterschied dazu variiert die Winkelteilung innerhalb der zweiten Schneidgruppe, da dort sowohl Winkelabstand 22° als auch Winkelabstand 23° vorkommt.
Bei diesem Beispiel wie bei anderen Beispielen kann die ungleichmäßige Winkelteilung zwischen benachbarten Schneidmittelträgern zu einer Verringerung der Ratterneigung bei der Bearbeitung beitragen, außerdem zur Lösung von Überdeckungsproblemen beim sogenannten Spiralhonen, bei dem mit relativ hohen Honwinkeln (bis zum Beispiel in die Größenordnung von 140°) gearbeitet wird.
In Fig. 6 ist eine zweite Konfiguration gezeigt. Diese kann auch als "leichte Schalenaufteilung" bezeichnet werden. Sie kann u.a. bei Bearbeitung von Zylinderbuchsen oder bei der Bearbeitung labiler Bauteile mit Vorteil verwendet werden. Geometrische Schwachstellen von Zylinderbohrungen können durch diese Aufteilung der Schneidmittelträger überbrückt werden, dadurch ergeben sich bessere Form- und Rundheitswerte. Ein Charakteristikum dieser Aufteilung besteht darin, dass innerhalb der größeren Werkzeugkörper-Segmente WS-B (wo jeweils vier Führungsöffnungen nebeneinanderliegen) Schneidmittelträger der unterschiedlichen Gruppen abwechselnd nebeneinanderliegen, so dass hier jeder Schneidmittelträger direkte Nachbarn der anderen Schneidgruppe aufweist. In den schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten (mit drei Führungsöffnungen pro Seite) gibt es ein Paar nebeneinanderliegender Schneidmittelträger der zweiten Schneidgruppe und zusätzlich einen der ersten Schneidgruppe.
In Fig. 7 ist eine dritte Konfiguration gezeigt. Auch hier sind die Schneidmittelträger der beiden Schneidgruppen jeweils ineinander verschachtelt beziehungsweise gemischt. Dabei liegen in den schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten WS-S (mit jeweils drei Führungsöffnungen) die unterschiedlichen Schneidmittelträger abwechselnd nebeneinander, während in den breiteren Werkzeugkörper-Segmenten WS-B (mit den vier Führungsöffnungen) zwei Schneidmittelträger der ersten Schneidgruppe in der Mitte unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Bei dieser Konfiguration ergibt sich eine paarweise symmetrische Aufteilung der zweiten Schneidgruppe. Dabei gibt es zwei diametral gegenüberliegende Paare in jeweils breiteren Werkzeugkörper-Segmenten, die gemeinsam zugestellt werden, sowie im Wesentlichen orthogonal dazu mittig innerhalb der schmaleren Werkzeugkörper-Segmente jeweils ein Mitglied der zweiten Schneidgruppe. Diese wirken zum Teil als Stützleisten. Diese Konfiguration kann mit besonderem Vorteil bei der Bearbeitung von labilen Bauteilen verwendet werden. Auch hier gibt es keine vollsymmetrische Teilung in der ersten Schneidgruppe und der zweiten Schneidgruppe.
In Fig. 8 ist eine vierte Konfiguration dargestellt, die als "nahezu symmetrische" Teilung bezeichnet werden kann. Innerhalb der Werkzeugkörper-Segmente zwischen unmittelbar benachbarten Führungsleisten gibt es jeweils keine Paare unmittelbar benachbarter Schneidmittelträger der gleichen Schneidgruppe. Vielmehr sind die Schneidmittelträger der unterschiedlichen Gruppen abwechselnd in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet. Dadurch ergibt sich sowohl bei der ersten Schneidgruppe als auch bei der zweiten Schneidgruppe eine relativ gleichmäßige Verteilung an fast regelmäßig verteilten Bereichen des Umfangs. Die Anordnung ist auch hier aufgrund der unterschiedlichen Winkelabstände zwischen benachbarten Führungsöffnungen nicht völlig symmetrisch, sondern es ist ein Anteil an Unsymmetrie vorhanden, der nach den Beobachtungen der Erfinder die Erzeugung von Schwingungen beim Bearbeiten deutlich reduziert gegenüber symmetrischeren Anordnungen. Mit dieser Aufteilung der Schneidmittelträger können geometrische Schwachstellen von Zylinderbohrungen gut überbrückt werden, dadurch ergeben sich bessere Form- und Rundheitswerte.
Wie schon erwähnt, können die Schneidmittelträger variabel mit unterschiedlichen breiten Schneidmitteln und/oder mit unterschiedlichen Anzahlen von Schneidmitteln und/oder mit unterschiedlich langen Schneidmitteln bestückt werden. Die Fig. 9 bis 13 zeigen eine kleine Auswahl. In den Figuren ist jeweils oben links (Teilfigur A) eine axiale Ansicht, oben rechts (Teilfigur B) eine Seitenansicht, unten links (Teilfigur C) eine Draufsicht und unten rechts (Teilfigur D) eine isometrische Ansicht eines Schneidmittelträgers mit daran angebrachten Schneidleisten (eine oder mehrere) gezeigt.
Die Fig. 9 und 12 zeigen Beispiele, bei denen ein Schneidmittelträger mit mehreren (drei oder vier) Aufnahmenuten mit nur einer einzigen Einzelleiste des Schneidmittels belegt wird.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel, bei dem alle drei Aufnahmenuten eines Schneidmittelträgers mit relativ breiten Schneidleisten belegt sind, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge erstrecken. Bestückungen derjenigen Art, wie sie in den Fig. 9, 11 und 12 gezeigt sind, also mit relativ langen Schneidleisten, die den größeren Teil des Schneidbereichs abdecken, sind besonders gut für die Bearbeitung und/oder Erzeugung von kreiszylindrischen Bohrungen geeignet.
Fig. 10 zeigt beispielhaft eine Bestückung, bei der ein Schneidmittelträger mit vier langen, schmalen Aufnahmenuten mit vier relativ kurzen Schneidleisten bestückt ist, deren axiale Länge weniger als die Hälfte der axialen Länge der Aufnahmenuten beträgt. Die Anordnung gewährleistet, dass sich die mit Schneidmittel belegten Bereiche in unmittelbarer Nähe des freien Endes des Honwerkzeugs befinden. Ein derartiges Werkzeug kann besonders gut beim sogenannten Konturhonen eingesetzt werden, um rotationssymmetrische Bohrungen mit von der Kreiszylinderform abweichender Bohrungsform zu bearbeiten oder zu erzeugen, beispielsweise mit Flaschenform, Tonnenform oder einer taillierten Form.
Anhand der Fig. 13 wird beispielhaft gezeigt, dass es auch möglich ist, eine oder beide Schneidgruppen folgendermaßen zu bestücken: Der im Querschnitt T-förmige Schneidmittelträger 150 hat drei Aufnahmenuten. Die mittlere wird mit einer einzelnen langen Schneidleiste (über einen wesentlichen axialen Bereich, z.B. über 80% bis 100% der Länge der Aufnahmenut) bestückt. Am spindelfern anzubringenden Ende werden zwei relativ kurze Schneidleisten (z.B. ca. 10 mm bis 15 mm links und rechts der langen Schneidleiste) eingebaut. Diese Anordnung ist z.B. hilfreich bei Werkstücken mit sehr wenig Überlauf, z.B. Monoblöcke, also Zylinderblöcke mit bereits eingegossenem Zylinderkopf. I.d.R. ist der Überlauf bei diesen Werkstücken kleiner als 5 mm. In diesem Anwendungsfall ist es hilfreich, im unteren Trägerbereich mehr Schneidmittel zur Verfügung zu haben, um einen Durchmessereinfall im unteren Bereich der Bohrung, kurz vor Beginn des Honüberlaufs zu vermeiden.
Für die Auswahl der bestangepassten Konfiguration, also einer für eine Bearbeitungsaufgabe gut angepassten Anordnung bzw. Verteilung der Schneidleisten, können folgende Erläuterungen hilfreich sein.
Sehr stabile Bohrungen (Bohrungen ohne lokale "Schwachstellen" wie z.B. nicht vorhandene Versteifungsrippen) oder Zylinderlaufbuchsen können mit einer "Schalenanordnung" (vgl. z.B. Fig. 5) gehont werden. Dies hat den Vorteil, dass der Werkzeuglauf sehr ruhig ist und eine mögliche Ratterneigung verhindert wird. Insbesondere bei beschichteten Bohrungen hat sich für die ersten Honstufe (Schrupp- oder Vorhonen) eine Schalenanordnung als sinnvoll erwiesen, da die Geometriefehler nach dem Beschichten nicht unerheblich sind. Mit der Schalenanordnung wird verhindert, dass sich einzelne Leisten freischneiden und aufschwingen können, da die gegenüberliegenden Winkelbereiche der Tragleisten relativ eng sind und die Leisten sich gegenseitig entsprechend "verspannen".
Mit einer nahezu komplett symmetrischen Anordnung (vgl. z.B. Fig. 8) können lokale Schwachstellen von Bohrungen (z.B. fehlende Versteifungen) oder entsprechende Bohrungsunterbrechungen (z.B. bei 2-Taktermotoren) besser ausgeglichen und somit bessere Ergebnisse bezüglich Form und Oberfläche erreicht werden. Weitgehend symmetrische Anordnungen ergeben auch bei sehr dünnwandigen Bauteilen Sinn, um eine "Verformung" während der Bearbeitung zu vermeiden. Bei großen Honwinkeln (140°) gilt zudem: Je gleichmäßiger die Leistenverteilung ist, desto besser bzw. einfacher ist eine gleichmäßige Überdeckung (oder Verteilung) der Honriefen über die gesamte Bohrung zu erreichen.
Die Aufteilungen zwischen den Grenzfällen "Schalenanordnung" (vgl. Fig. 5) und "nahezu Vollsymmetrie" (vgl. Fig.8) können als Kompromiss angesehen werden. Beispiel: Labile Bohrung mit "Schwachstellen", Kurbelgehäuse hat einen "ungünstigen" Resonanzkörper und neigt zu überdurchschnittlich lauten Hongeräuschen. Mit einer Schalenanordnung vermeidet man das Rattern, hat aber tendenziell schlechtere Honqualitäten - mit der "Vollsymmetrie" ist die Qualität deutlich besser, aber auch die Hongeräusche können deutlich lauter sein. Somit besteht auch die Gefahr von Rattern. Mit den unterschiedlichen Verteilungen können somit gute Kompromisslösungen bei schwierigeren Bohrungen erreicht werden. Dies macht das Honwerkzeug sehr flexibel.
Die axiale Position der Messdüsen bzw. der dadurch bestimmten Messebene ist auf die entsprechenden Anforderungen anpassbar. Die axiale Position kann jeweils so gewählt werden, dass sie etwa mittig im mit Schneidmitteln belegtem Bereich liegt. Das Honwerkzeug kann als Produktionswerkzeug gut an unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben angepasst werden. Es ist aufgrund seiner Flexibilität der Nutzungsarten auch als Versuchswerkzeug sehr gut geeignet.

Claims

Honwerkzeug (100) zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen, umfassend:
einen Werkzeugkörper (110), der eine Werkzeugachse (112) definiert, eine zur Werkzeugachse koaxiale Führungsbohrung (115) zur Aufnahme von zwei axial verschiebbaren Zustellelementen sowie eine Vielzahl von Führungsöffnungen (160) aufweist, die über den Umfang des Werkzeugkörpers (110) verteilt sind und radial zur Werkzeugachse (112) von der Führungsbohrung (115) zu einer Außenseite des Werkzeugkörpers führen;

ein erstes Zustellelement (140-1) und ein zweites Zustellelement (140-2), die in der Führungsbohrung (115) aufgenommen und voneinander unabhängig axial verschiebbar sind;

eine Vielzahl von Schneidmittelträgern (150), die jeweils einen in Umfangsrichtung breiten Trägerabschnitt (150) mit einer Außenseite zur Aufnahme von Schneidmitteln und einen relativ zum Trägerabschnitt schmaleren Zustellabschnitt (158) aufweisen, der an der der Außenseite abgewandten Innenseite eine Schrägfläche zum Zusammenwirken mit einer zugeordneten Schrägfläche eines der zwei Zustellelemente (140-1, 140-2) aufweist, wobei die Zustellabschnitte von Schneidmittelträgern radial verschiebbar in jeweils einer der Führungsöffnungen aufgenommen sind;

wobei alle über das erste Zustellelement (140-1) zustellbaren Schneidmittelträger eine erste Schneidgruppe und alle über das zweite Zustellelement (140-2) zustellbaren Schneidmittelträger eine zweite Schneidgruppe bilden,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Werkzeugkörper (110) vierzehn oder mehr Führungsöffnungen (160) aufweist, die eine ungleichmäßige Winkelteilung aufweisen in der Weise, dass eine oder mehrere der Führungsöffnungen ungleiche Winkelabstände (WA) zu den in Umfangrichtung unmittelbar benachbarten Führungsöffnungen aufweist.
Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Führungsöffnungen eine gerade Zahl ist, wobei Führungsöffnungen einander paarweise diametral zur Werkzeugachse gegenüberliegen, wobei vorzugsweise in den zueinander diametralen Führungsöffnungen (160) identische Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe mit in identischer Weise angebrachten Schneidmitteln angeordnet sind.
Honwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Führungsöffnungen (160) nicht durch vier teilbar ist, wobei der Werkzeugkörper (110) vorzugsweise genau vierzehn Führungsöffnungen (160) oder genau achtzehn Führungsöffnungen oder genau zweiundzwanzig Führungsöffnungen aufweist.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnungen (160) derart über den Umfang des Werkzeugkörpers (110) verteilt sind, dass eine zwei-zählige Rotationssymmetrie um die Werkzeugachse (112) vorliegt, aber keine Spiegelsymmetrie in Bezug auf eine Ebene, die die Werkzeugachse enthält.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von T Schneidmittelträgern eine der Schneidgruppen eine Anzahl von T/2-1 Schneidmittelträgern und die andere Schneidgruppe eine Anzahl von T/2+1 Schneidmittelträger aufweist, wobei vorzugsweise jeweils an diametral gegenüberliegenden Führungsöffnungen zueinander identische, mit Schneidmitteln bestückte Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe angeordnet sind.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug eine Führungsgruppe mit mehreren nicht-schneidenden Führungsleisten (190) aufweist, die gemäß einer ungleichmäßigen Winkelteilung über den Umfang des Werkzeugkörpers (110) verteilt am Werkzeugkörper angeordnet sind.
Honwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vier nicht-schneidende Führungsleisten (190-1 - 190-4) paarweise diametral gegenüberliegend am Werkzeugkörper derart angeordnet sind, dass zwischen in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarten Führungsleisten liegende Werkzeugkörper-Segmente paarweise unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, wobei vorzugsweise in den Werkzeugkörper-Segmenten (WS-B) mit der größeren Umfangsbreite eine Anzahl N und in den Werkzeugkörper-Segmenten (WS-S) mit der kleineren Umfangsbreite eine Anzahl N - 1 von Führungsöffnungen (160) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnungen (160) und/oder die Schneidmittelträger (150) eine axiale Länge aufweisen, die mehr als 50 % des maximalen wirksamen Außendurchmessers (AD) des Honwerkzeugs, insbesondere zwischen 80% und 95% dieses Außendurchmessers beträgt.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerabschnitte (152) an ihren Außenseiten mehrere, vorzugsweise zwei, drei oder vier, zueinander parallele Aufnahmenuten (156) zur Aufnahme jeweils mindestens einer leistenförmigen Schneidmitteleinheit (170) aufweisen.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Aufnahmenuten mit Schneidmitteleinheiten (170) bestückt sind, die im Wesentlichen die gesamte Länge einer Aufnahmenut ausfüllen.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Aufnahmenut eine kurze leistenförmige Schneidmitteleinheit angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Schneidmitteleinheit eine Länge aufweist, die weniger als 50 % der axialen Länge des Trägerabschnitts entspricht, wobei vorzugsweise Schneidmittel ausschließlich in einem axial kurzen Bereich angeordnet sind, der eine Länge aufweist, die weniger als 50 % der axialen Länge des Trägerabschnitts ist.
Honwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (110) gemäß einer Konfiguration bestückt ist, die ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe:
eine erste Konfiguration, worin an diametral gegenüberliegenden Seiten alle zu einer Seite gehörenden Schneidmittelträger der ersten Schneidgruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung versetzt dazu an diametral gegenüberliegenden Seiten alle zu einer Seite gehörenden Schneidmittelträger der zweiten Schneidgruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind;

eine zweite Konfiguration, worin innerhalb der größeren Werkzeugkörper-Segmente (WS-B) Schneidmittelträger der unterschiedlichen Schneidgruppen abwechselnd nebeneinanderliegen, so dass jeder Schneidmittelträger direkte Nachbarn der anderen Schneidgruppe aufweist, und in den schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten (WS-S) ein Paar nebeneinanderliegender Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe existiert;

eine dritte Konfiguration, worin Schneidmittelträger der beiden Schneidgruppen jeweils ineinander verschachtelt über den Umfang verteilt sind, wobei in den schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten (WS-S) Schneidmittelträger unterschiedlicher Schneidgruppen abwechselnd nebeneinanderliegen und in den breiteren Werkzeugkörper-Segmenten (WS-B) zwei Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind;

eine vierte Konfiguration, worin innerhalb der Werkzeugkörper-Segmente zwischen unmittelbar benachbarten Führungsleisten Schneidmittelträger der beiden Schneidgruppen abwechselnd in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Honwerkzeugs zur Bearbeitung einer Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation, insbesondere zum Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Werkzeugkörpers (110), der eine Werkzeugachse (112) definiert, eine zur Werkzeugachse koaxiale Führungsbohrung (115) zur Aufnahme von zwei voneinander unabhängig axial verschiebbaren Zustellelementen und eine Anzahl von vierzehn oder mehr Führungsöffnungen (160) enthält, die radial zur Werkzeugachse von der Führungsbohrung (115) zu einer Außenseite des Werkzeugkörpers führen und gemäß einer ungleichmäßigen Winkelteilung über den Umfang verteilt sind in der Weise, dass eine oder mehrere der Führungsöffnungen ungleiche Winkelabstände zu den in Umfangrichtung unmittelbar benachbarten Führungsöffnungen aufweist;

Bestücken des Werkzeugkörpers mit Schneidmittelträgern (150), die jeweils einen in Umfangsrichtung breiten Trägerabschnitt (152) mit einer Außenseite (154) zur Aufnahme von Schneidmitteln (170) und einen relativ zum Trägerabschnitt schmaleren Zustellabschnitt (158) aufweisen, der an der der Außenseite abgewandten Innenseite eine Schrägfläche zum Zusammenwirken mit einer Schrägfläche eines Zustellelements (140-1, 140-2) aufweist, wobei die Zustellabschnitte von Schneidmittelträgern in Radialrichtung in jeweils eine der Führungsöffnungen eingeführt werden;

Bestücken des Werkzeugkörpers mit einem ersten Zustellelement (140-1) und einem zweiten Zustellelement (140-2) durch Einführen in die Führungsbohrung (115),

wobei die Schneidmittelträger (150) und die Zustellelemente (140-1, 140-2) konfigurationsabhängig aneinander angepasst derart ausgewählt werden, dass das erste Zustellelement nur auf Schneidmittelträger einer ersten Schneidgruppe und das zweite Zustellelement nur auf Schneidmittelträger einer zweiten Schneidgruppe wirkt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkörper (110) gemäß einer Konfiguration bestückt wird, die ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe:
eine erste Konfiguration, worin an diametral gegenüberliegenden Seiten alle zu einer Seite gehörenden Schneidmittelträger der ersten Schneidgruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung versetzt dazu an diametral gegenüberliegenden Seiten alle zu einer Seite gehörenden Schneidmittelträger der zweiten Schneidgruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind;

eine zweite Konfiguration, worin innerhalb von größeren Werkzeugkörper-Segmente (WS-B) Schneidmittelträger der unterschiedlichen Schneidgruppen abwechselnd nebeneinanderliegen, so dass jeder Schneidmittelträger direkte Nachbarn der anderen Schneidgruppe aufweist, und in schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten (WS-S) ein Paar nebeneinanderliegender Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe existiert;

eine dritte Konfiguration, worin Schneidmittelträger der beiden Schneidgruppen jeweils ineinander verschachtelt über den Umfang verteilt sind, wobei in schmaleren Werkzeugkörper-Segmenten (WS-S) Schneidmittelträger unterschiedlicher Schneidgruppen abwechselnd nebeneinanderliegen und in breiteren Werkzeugkörper-Segmenten (WS-B) zwei Schneidmittelträger derselben Schneidgruppe unmittelbar nebeneinander angeordnet sind;

eine vierte Konfiguration, worin innerhalb von Werkzeugkörper-Segmenten zwischen unmittelbar benachbarten Führungsleisten Schneidmittelträger der beiden Schneidgruppen abwechselnd in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.