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Dokumentenidentifikation DE3017347C2 06.08.1992
Titel Präzisions-Honwerkzeug
Anmelder Sunnen Products Inc., St. Louis, Mo., US
Erfinder Althen, Wayne Walter, St. Louis, Mo., US
Vertreter Schwabe, H., Dipl.-Ing.; Sandmair, K., Dipl.-Chem. Dr.jur. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 06.05.1980
DE-Aktenzeichen 3017347
Offenlegungstag 12.02.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.08.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.08.1992
IPC-Hauptklasse B24B 33/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug zum Ziehschleifen von Bohrungsflächen, mit einer rohrförmigen Buchse mit einem kleineren Durchmesser aufweisenden Vorderende, einem Innenkonus, einem die Wandung der Buchse durchsetzenden, das Erweitern und Zusammenziehen derselben ermöglichenden Schlitz und einer eine Beschichtung aus Teilchen eines relativ harten Schleifmaterials tragenden äußeren Arbeitsfläche mit einem sich konisch erweiternden, sich von dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Vorderende zu einer Stelle am mittleren Teil der Buchse erstreckenden ersten Abschnitt und einem an diesem anschließenden zweiten Abschnitt zur Endbearbeitung der Bohrungsfläche. Ein derartiges Honwerkzeug ist beispielsweise aus der DE-OS 24 60 997 bekannt.

Bei dem bekannten Honwerkzeug erfolgt die wesentliche Zerspanarbeit in dem ersten, sich konisch erweiternden Abschnitt, während der zweite Abschnitt zylindrisch ausgebildet ist und für die erforderliche Oberflächengüte und die Maß- und Formgenauigkeit sorgen soll. Hierzu wird das bekannte Honwerkzeug zunächst in die Bohrung hineingefahren und diese auf die voranstehend beschriebene Weise bearbeitet. Daraufhin wird das Honwerkzeug, welches immer noch drehend angetrieben wird, durch die Bohrung wieder zurückgefahren, wodurch sich der für gehonte Oberflächen charakteristische Kreuzschliff ergibt.

Bei dem bekannten Honwerkzeug erstreckt sich der Schlitz nur entlang des Mittelteils des Honwerkzeuges, und die Endabschnitte der rohrförmigen Buchse sind weder aufweitbar noch verkleinerbar. Da bei dem bekannten Honwerkzeug die wesentliche Zerspanarbeit von dem sich konisch erweiternden ersten Abschnitt übernommen wird, ergibt sich im Betrieb eine Konzentration der Belastung des Honwerkzeuges in diesem Abschnitt.

Weitere bekannte Honwerkzeuge sind beispielsweise in den US-Patentschriften 25 32 682, 25 80 327, 25 80 328, 27 99 127, 28 15 615 und 38 00 482 beschrieben.

Weiterhin hat die Anmelderin bereits in der älteren Patentanmeldung gemäß nicht vorveröffentlichter DE-OS 29 16 386 ein Honwerkzeug vorgeschlagen, welches einen sich in Axialrichtung konisch erweiternden Bereich aufweist, der ein äußerst genaues Honen und damit die sehr genaue Bearbeitung zu honender Flächen ermöglicht. Darüberhinaus ist von der Anmelderin bereits in der früheren Patentanmeldung gemäß nicht vorveröffentlichter DE-OS 30 04 137 ein Rändelwerkzeug vorgeschlagen worden, welches zur Verkleinerung des Durchmessers von Bohrungen dient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das in der gattungsbildenden DE-OS 24 60 997 beschriebene Honwerkzeug weiterzubilden und ein Honwerkzeug zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine gleichmäßige Spanungsverteilung über die gesamte Länge des Honwerkzeugs während seines Einsatzes erreicht wird, so daß hohe Konzentrationen von Belastung und Verschleiß an einzelnen Stellen vermieden werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Honwerkzeug zum Ziehschleifen von Bohrungsflächen mit einer rohrförmigen Buchse mit einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Vorderende, einem Innenkonus, einem die Wandung der Buchse durchsetzenden, das Erweitern und Zusammenziehen derselben ermöglichenden Schlitz und einer eine Beschichtung aus Teilchen eines relativ harten Schleifmaterials tragenden äußeren Arbeitsfläche mit einem sich konisch erweiternden, sich von dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Vorderende zu einer Stelle am mittleren Teil der Buchse erstreckenden ersten Abschnitt und einem an diesen anschließenden, zweiten Abschnitt zur Endbearbeitung der Bohrungsfläche, bei welchem die rohrförmige Buchse eine sich über die volle Länge erstreckende konische Fläche aufweist der zweite Abschnitt der Arbeitsfläche eine verjüngte oder kegelstumpfförmige Außenfläche aufweist, und der Konuswinkel der Außenfläche des ersten Abschnitts größer ist als jener der Außenfläche des zweiten Abschnitts, der Schlitz sich über die volle Länge der rohrförmigen Buchse erstreckt, um es einem Führungsteil zu gestatten, diese gleichförmig über ihre gesamte Länge aufzuweiten und zu verkleinern, wenn das Führungsteil längs eines verjüngten Schaftes in Axialrichtung bewegt wird, und sich ein dritter Abschnitt mit kegelstumpfförmiger Außenfläche vom Ende des zweiten Abschnitts aus erstreckt, wobei sich die konische Außenfläche des dritten Abschnitts vom zweiten Abschnitt aus in Richtung auf das entgegengesetzte Ende der rohrförmigen Buchse verjüngt.

Bei dem Honwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt daher der zweite Abschnitt den Durchmesser der fertig bearbeiteten Bohrung. Da der Konuswinkel des zweiten Abschnitts kleiner ist als der des ersten Abschnitts, ist die Belastung des zweiten Abschnitts geringer als die des ersten Abschnitts, so daß der Enddurchmesser der zu bearbeitenden Bohrung mit besonders hoher Genauigkeit hergestellt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Mit dem Honwerkzeug gemäß der Erfindung läßt sich eine beträchtliche Verlängerung der Standzeit sowie eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erzielen. Das erfindungsgemäße Honwerkzeug eignet sich besonders zum Kalibrieren von Ventilschaftbohrungen sowie für zahlreiche andere Honarbeiten. Darüber hinaus ist das Honwerkzeug gemäß der Erfindung verhältnismäßig einfach aufgebaut und muß während des Betriebs nicht nachgestellt werden, ist jedoch zum Ausgleich von Verschleiß und zum Verändern des Arbeitsdurchmessers in begrenztem Maße einstellbar. Zwischen den einzelnen Teilen des erfinundungsgemäßen Honwerkzeuges kann kein nennenswerter Schlupf auftreten, und die Arbeitsbelastung ist über eine relativ große Arbeitsfläche verteilt. Es ergibt sich daher beim Durchgang des Honwerkzeugs durch ein Werkstück eine sehr gleichmäßige Spanverteilung, wobei das Honwerkzeug beim Durchgang durch das Werkstück keine nennenswerte Neigung zum Fressen zeigt. Das Honwerkzeug gemäß der Erfindung ermöglicht daher die genaue Bearbeitung von zylindrischen Flächen als auch das Kalibrieren gerändelter Flächen, selbst durch relativ ungeübtes Bedienungspersonal.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer der Anmelderin bekannten Honahle gemäß der nachveröffentlichten DE-OS 29 16 386,

Fig. 2 eine Teil-Seitenansicht eines Honwerkzeugs der Honahle nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer ein im wesentlichen rohr- und buchsenförmiges Honwerkzeug aufweisenden Honahle in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Teil-Seitenansicht eines buchsenförmigen Honwerkzeugs in einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte und stark übertrieben dargestellte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Honwerkzeugs bei der Bearbeitung der Bohrung etwa eines hydraulischen Steuerschiebers,

Fig. 6 eine grafische Darstellung des Durchmessers einer Bohrung und des Materialabtrags beim Honen einer gerändelten Bohrung,

Fig. 7 eine vergrößerte und stark übertrieben dargestellte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Honwerkzeugs bei der Bearbeitung einer gerändelten Bohrung und

Fig. 8 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der Wandung einer gerändelten Bohrung mit einer die Tiefe des Materialabtrages beim Honen bezeichnenden Linie.

Fig. 1 und 2 der Zeichnung entstammen der älteren Patentanmeldung gemäß DE-OS 29 16 386 und entsprechen den Fig. 3 und 4 jener Patentanmeldung.

Eine in Fig. 1 dargestellte Honahle 100 hat einen Schaft 102 mit einem zylindrischen Teil 104 für die Befestigung an einer Honmaschine, sowie ein sich konisch verjüngendes Teil 106 mit einer darin geformten Längsnut 108. Das sich konisch verjüngende Teil 106 des Schafts 102 trägt ein buchsenförmiges Honwerkzeug 110 und ein Führungsteil 112, welche durch einen Keil 114 gegen Verdrehung gesichert sind. Der T-förmige Keil 114 befindet sich in Eingriff mit Ausschnitten 116, 118 in den Enden des Honwerkzeugs 110 bzw. des Führungsteils 112 und sitzt mit einem Teil in der Nut 108 des sich verjüngenden Schaftteils 106. Das Honwerkzeug 110 ist aus einem relativ festen, zähen und in begrenztem Maße federbelastischen Metall und weist einen sich in einer Schraubenlinie über seine volle Länge erstreckenden Schlitz 115 auf, welcher ein begrenztes Erweitern und Zusammenziehen des Honwerkzeuges ermöglicht.

Das Führungsteil 112 hat einen sich über seine volle Länge erstreckenden Axialschlitz 120 und eine Anzahl von sich über die volle Länge erstreckenden Nuten 123, von denen lediglich eine dargestellt ist. Ferner hat das Führungsteil 112 eine sich konisch erweiternde Innenfläche 122, welche mit dem sich konisch verjüngenden Schaftteil 106 zusammenwirkt. Da eine gewisse Verstellbarkeit notwendig ist, sind die Teile der in Fig. 1 gezeigten Honahle relativ kurz und damit steif, wobei jedoch gleichwohl ein axiales und radiales Verstellen des Honwerkzeuges 110 möglich ist. Zu diesem Zweck hat die Honahle 100 eine Einstellschraube 124 mit einem Kopf 126 und einem Gewindeschaft 128, welcher in eine axiale Gewindebohrung 129 im Ende des sich konisch verjüngenden Schaftteils 106 geschraubt ist. Eine Ringscheibe 130 sitzt in einer im Führungsteil 112 geformten Fassung 132 zwischen dem Kopf 126 der Einstellschraube 124 und dem Führungsteil 112, um die Reibung zwischen diesen beiden Teilen zu verringern, wenn sich das Führungsteil 112 durch Verstellen der Schraube 124 erweitert. Durch Betätigung der Einstellschraube 124 läßt sich das Führungsteil 112 ebenso wie das Honwerkzeug 110 in begrenztem Maße radial erweitern, was durch den Schlitz 120 und die Nuten 123 erleichtert ist. Die Nuten 123 sind in Abständen im Umfang des Führungsteils 112 geformt, um das Erweitern oder Zusammenziehen desselben beim Verstellen zu erleichtern.

Bei Betätigung der Einstellschraube 124 wird das Honwerkzeug 110 über seine gesamte Länge in gleichem Maße radial erweitert, so daß der Unterschied zwischen dem Durchmesser des Führungsteils 112 und dem größten Durchmesser 133 des Honwerkzeugs konstant bleibt.

Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für ein genaues Arbeiten der Honahle.

Die Endflächen 134, 136 des Führungsteils 112 bzw. der Einstellschraube 124 sind vorzugsweise mit einer Strichteilung oder sonstigen Markierungen versehen, an denen das Ausmaß der Verstellung ablesbar ist. In der vorstehend beschriebenen Weise läßt sich der Arbeitsdurchmesser der Honahle in einem begrenzten Maße verstellen, beispielsweise um einige Hundertstel Millimeter oder mehr. Falls dabei jedoch das Honwerkzeug zu stark erweitert wird, besteht die Gefahr, daß es sich anschließend nicht wieder auf den ursprünglichen Durchmesser zusammenziehen kann, womit es gegebenenfalls unbrauchbar würde. Zum Honen von Bohrungen mit beträchtlich verschiedenen Durchmessern sind deshalb gesonderte Honahlen und/oder buchsenförmige Honwerkzeuge notwendig.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Honwerkzeugs 110 mit dem sich in einer Schraubenlinie von einem Ende zum anderen erstreckenden Schlitz 115. Die Außenfläche 140 des Honwerkzeugs trägt eine Schleifmittelschicht 142 z. B. aus in einem Binder eingebetteten Diamantteilchen oder kubischen Bornitridteilchen. In der Außenfläche 140 ist außerdem eine in einer Schraubenlinie verlaufende, relativ flache Nut 144 geformt, welche der Zufuhr eines Schmiermittels dient und zu einer Verkleinerung der mit dem Schleifmittel zu beschichteten Oberfläche beitragen kann.

Fig. 3 zeigt eine Honahle 200 gemäß der Erfindung mit einem Anschlußteil 202 für die Befestigung an einer Honmaschine, einem zylindrischen Schaftteil 204 und einem sich konisch verjüngenden Schaftteil 206, auf welchem eine im wesentlichen rohrförmige Buchse 208 sitzt. Diese ist das wesentlichste Teil der Honahle und hat, wie man in Fig. 4 erkennt, an ihrer Außenseite in Schraubenlinien von einem Ende zum anderen verlaufende Schmiernuten 210 sowie einen sich in einer Schraubenlinie oder in Axialrichtung über die volle Länge erstreckenden Schlitz 214, welcher das Erweitern und Zusammenziehen der Buchse beim Verstellen derselben auf dem sich konisch verjüngenden Teil 206 des Schafts ermöglicht. Im Hinblick auf die Erfindung kommt es insbesondere auf die Form der Buchse 208 und auf die Gestaltung ihrer äußeren Arbeitsfläche an. Diese ist stark übertrieben in Fig. 5 und 7 dargestellt. Diese Figuren zeigen das Honwerkzeug beim Kalibrieren einer Grate aufweisenden bzw. einer gerändelten Bohrung. Zum Honwerkzeug gehört ferner ein buchsenförmiges Führungsteil 215 mit einem Längsschlitz 216, welcher das Erweitern und Zusammenziehen des Führungsteils ermöglicht. Ein T-förmiger Nutfederkeil 217 sitzt mit einem länglichen Querstück 217A in einer eine gleichmäßige Tiefe aufweisenden Nut 207 in dem sich konisch verjüngenden Schaftteil 206 und befindet sich mit einem auswärts hervorstehenden Schenkel 217B in Eingriff mit einem axialen Ausschnitt 209 im Ende der Buchse 208, so daß er diese gegen Verdrehung relativ zum Schaftteil 206 sichert. Im Ende des Führungskeils 215 kann ein weiterer Ausschnitt für den Schenkel 217B des Nutfederkeils 217 geformt sein, dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, da das Führungsteil nicht wie bei bekannten Honahlen auf den Schaft aufgeschraubt ist.

Wie man in Fig. 5 erkennt, hat die rohrförmige Buchse 208 einen von ihrem Vorderende 220 ausgehenden, sich in Axialrichtung konisch erweiternden ersten Abschnitt 218 und einen von diesem ausgehenden, sich in Axialrichtung bis zu einer Stelle 224 größten Durchmessers konisch erweiternden zweiten Abschnitt 222. Der Durchmesser des Honwerkzeugs an der Stelle 224 bestimmt den Durchmesser einer mittels des Honwerkzeugs fertig bearbeiteten Bohrung. An die Stelle 224 größten Durchmessers schließt sich ein sich in Richtung auf das hintere Ende der Buchse 208 konisch verjüngender dritter Abschnitt 226 an. Die konische Erweiterung des ersten Abschnitts 218 ist steiler oder stärker als die des zweiten Abschnitts 222, so daß beim Einführen des vorderen Endes 220 der drehend angetriebenen Buchse 208 in eine Bohrung 230 eines Werkstücks der größere Teil des Materialabtrags im Bereich des ersten Abschnitts 218 der Buchse 208 erfolgt. Anschließend greift dann der sich flacher oder langsamer erweiternde zweite Abschnitt 222 an der Wandung der Bohrung an, wodurch der Materialabtrag langsamer fortschreitet, bis der Soll-Durchmesser der Bohrung beim Durchgang der höchsten Stelle 224 des Honwerkzeugs erreicht ist. Beim weiteren Vorschub des Honwerkzeugs durch die Bohrung findet aufgrund der Verjüngung des dritten Abschnitts kein oder kein nennenswerter Materialabtrag mehr statt. Aufgrund dieser Gestaltung des Honwerkzeugs tritt die größte Belastung, der stärkste Materialabtrag und der stärkste Verschleiß an dem sich steiler erweiternden ersten Abschnitt 218 auf. An dem sich flacher erweiternden zweiten Abschnitt 222 bleiben sowohl der Materialabtrag als auch die Belastung und der Verschleiß geringer. Dabei ist es jedoch der zweite Abschnitt 222 bis zur Stelle 224 des größten Durchmessers, welcher den Durchmesser der fertig bearbeiteten Bohrung bestimmt. Daraus ergeben sich besonders günstige Arbeitsbedingungen im Hinblick auf Arbeitsgenauigkeit sowie auf die Standzeit des Honwerkzeugs. Zum Ausgleich von Verschleiß und/oder zum Verstellen des Arbeitsdurchmessers einschließlich des Durchmessers an der höchsten Stelle 224 ist die Buchse 208 auf dem sich verjüngenden Schaftteil 206 einstellbar. Dadurch ermöglicht das erfindungsgemäße Honwerkzeug ein äußerst genaues Kalibrieren von Bohrungen.

Das erfindungsgemäße Honwerkzeug mit der Buchse 208 eignet sich insbesondere für die genaue Bearbeitung von Bohrungen kleinen Durchmessers sowie von Bohrungen mit gerändelter Wandung, z. B. von in einem Zylinderkopf geformten Bohrungen für die Führung von Ein- und Auslaßventilen. Bei derartigen Bohrungen kann der Durchmesser zunächst durch Rändeln verkleinert werden, beispielsweise unter Verwendung eines in der nachveröffentlichten DE-OS 30 04 137 beschriebenen Rändelwerkzeugs. Fig. 8 zeigt eine stark vergrößerte Schnittansicht der auf diese Weise gerändelten Wandung einer Bohrung. Nach dem Rändeln der Bohrung können die höheren Erhebungen der gerändelten Fläche mittels des Honwerkzeugs von geeigneten Abmessungen abgetragen werden, um die Bohrung auf den ursprünglichen Durchmesser im neuen Zylinderkopf zu kalibrieren, so daß keine Ventile mit Übermaß aufweisenden Schäften eingesetzt zu werden brauchen. Diese Bearbeitung ist mit dem beschriebenen Werkzeug äußerst genau in einem einzigen Durchgang durch die Bohrung durchführbar. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die konische Erweiterung der Abschnitte 218 und 222 des Werkzeugs für die Bearbeitung von gerändelten Ventilführungsbohrungen und ähnliche typische Arbeiten vorzugsweise sehr flach verläuft.

Im praktischen Gebrauch hat es sich gezeigt, daß eine Optimierung aller Betriebsbedingungen wie Materialabtrag, Belastung des Honwerkzeugs, eine gleichmäßige Verteilung von Belastungen und Verschleiß über das gesamte Werkzeug und ein möglichst niedriger Antriebs-Kraftbedarf bei Verwendung eines sich in einem einzigen Abschnitt durchgehend erweiternden Honwerkzeugs zum Honen einer Bohrung auf einen bestimmten Durchmesser nicht erzielbar ist, insbesondere wenn in der zu bearbeitenden Bohrung ein oder mehrere Grate vorhanden sind oder wenn die Bohrung vor dem Honen zur Verkleinerung des effektiven Durchmessers gerändelt wurde. Würde in solchen Fällen ein sich in einem einzigen Abschnitt relativ geringfügig erweiterndes Honwerkzeug verwendet, so bestände die Gefahr, daß sich das an den Graten bzw. der Rändelung abgetragene Metall am vorderen Bereich des Honwerkzeugs festsetzt, sofern dieses nicht unzuträglich lang ist. Das abgetragene Metall kann die Wandung der Bohrung anfressen oder durch Reibung damit verschweißt werden, was zur Zerstörung des Honwerkzeugs und des Werkstücks führen kann. Bei einem kürzeren, sich in steilerem Winkel erweiternden Werkzeug verteilen sich die von Graten oder einer Rändelung abgetragenen Metallspäne zwar über einen breiteren Bereich des Werkzeugs, wobei sie jedoch dazu neigen, sich in einem relativ schmalen Bereich nahe der höchsten Stelle zwischen den Schleifmittelteilchen festzusetzen. Dies führt zu erhöhter Belastung und verstärktem Verschleiß des Werkzeugs bei entsprechend erhöhtem Antriebs-Kraftbedarf.

Zur Vermeidung dieser und anderer Nachteile ist das Honwerkzeug gemäß der Erfindung mit einer rohrförmigen Buchse mit mehreren sich in unterschiedlichem Maße erweiternden Abschnitten, nämlich mit einem sich ziemlich steil erweiternden ersten und einem sich flacher erweiternden zweiten Abschnitt, hervorragend geeignet. Bei dem erfindungsgemäßen Honwerkzeug sind zwei solche Abschnitte in einem buchsenförmigen Körper kombiniert. Dabei greift der sich steiler erweiternde erste Abschnitt als erster am Werkstück an, wodurch sich die abgetragenen Metallspäne über einen relativ breiten Bereich des Werkzeugs verteilen, während sich die von dem zweiten, sich flacher erweiternden Abschnitt abgetragenen Metallspäne über einen noch breiteren Bereich verteilen und sich nicht im Bereich der höchsten Stelle ansammeln. Nachstehend sind die Ergebnisse von Versuchen mit verschiedenen, sich in einem oder mehreren Abschnitten erweiternden Honwerkzeugen angegeben. In einem Falle wurde ein sich in einer einzigen, relativ flachen Stufe erweiterndes Werkzeug zum Honen der einige Grate aufweisenden Bohrung eines hydraulischen Steuerschiebers verwendet. In einem anderen Falle wurde ein sich in einem einzigen Abschnitt relativ steil erweiterndes Honwerkzeug benutzt, und in einem weiteren Falle ein sich in zwei Abschnitten erweiterndes Werkzeug. In einem weiteren Beispiel ist ein buchsenförmiges Honwerkzeug zum Bearbeiten von vor dem Honen gerändelten Ventilführungsbohrungen beschrieben. Beispiel I: Bohrung eines hydraulischen Steuerschiebers mit Graten (Fig. 5). Solldurchmesser 15,875 mm Ausgangsdurchmesser Vollmetall 15,824 mm Effektiver Durchmesser der Grate 15,672 mm a) Flache Erweiterung in einem Abschnitt, Länge des Honwerkzeugs 95.25 mm Erweiterung: 0,01 mm/cm über 88,9 mm Länge Verjüngung am hinteren Ende: 0,02 mm/cm über 6,35 mm.


Das Werkzeug war im Hinblick auf die Erzielung der bestmöglichen Spanverteilung, der längstmöglichen Standzeit und den geringstmöglichen Antriebsbedarf beim Abtragen von ca. 0,05 bis ca. 0,075 mm des vollen Metalls entworfen. Bei einer konischen Erweiterung von insgesamt nur ca. 0,089 mm hatte das vordere Ende einen Durchmesser von 15,78 mm, d. h. also um ca, 0,11 mm größer als der effektive Durchmesser der Grate. Die über diese 0,11 mm abgetragenen Späne konzentrierten sich nahe dem vorderen Ende des Werkzeugs und verursachten eine Belastung, welche zum Fressen und schließlich zur Zerstörung des Werkzeugs führte.

b) Steilere Erweiterung in einem Abschnitt, Länge des Werkzeugs 95,25 mm Erweiterung: 0,023 mm/ über 88,9 mm Länge Verjüngung am hinteren Ende: 0,02 mm/cm über 6,35 mm Länge.


Dieses Werkzeug war im Hinblick auf eine Verteilung der abgetragenen Späne über die gesamte Länge ausgelegt. Bei einer Erweiterung von insgesamt etwa 0,2 mm verteilten sich die Späne beim Eindringen des vorderen Endes in die Grate über ca. 66,675 mm der Länge des Werkzeugs, bevor dies am vollen Metall angriff. Die Späne des vollen Metalls verteilten sich dagegen über einen relativ schmalen Bereich von ca. 22,225 mm nahe der den größten Durchmesser aufweisenden Stelle des Werkzeugs. Dies bewirkte eine erhöhte Belastung des Werkzeugs bei verkürzter Standzeit und gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit geringerer Erweiterung beträchtlich erhöhtem Antriebskraftbedarf.

c) Erweiterung in zwei Abschnitten Länge des Werkzeugs: 95,25 mm Erweiterung des ersten Abschnitts: 0,04 mm/cm über 38,1 mm Länge Erweiterung des zweiten Abschnitts: 0,01 mm/cm über 50,08 mm Länge Verjüngung des dritten Abschnitts: 0,02 mm/cm über 6,35 mm Länge.


Die Erweiterung des Werkzeugs betrug über beide Abschnitte insgesamt etwa 0,2 mm. Beim Eindringen des Werkzeugs in die Grate verteilten sich die dabei abgetragenen Späne gleichmäßig über die ersten 38,1 mm der Länge des Werkzeugs. Die vom vollen Metall abgetragenen Späne verteilten sich dann relativ gleichmäßig über die weiteren 50,8 mm des Werkzeugs, womit die günstigsten Eigenschaften der unterschiedlich steilen Erweiterung erzielt wurden. Beispiel 2: Durch Rändeln verengte Ventilführungsbohrungen Solldurchmesser: 8,732 mm Ausgangsdurchmesser: 8,750 mm Durchmesser der Rändelung: 8,509 mm.


Da der Ausgangsdurchmesser nur um ca. 0,02 mm größer ist als der Solldurchmesser, wird beim Honen einer gerändelten Bohrung kein volles Metall abgetragen (Fig. 7, 8). Bei Annäherung an den Solldurchmesser trägt das Werkzeug jedoch ein zunehmendes Spanvolumen ab (Fig. 6). Dies erfordert eine flachere Erweiterung, d. h. eine langsamere Zunahme des Durchmessers. Diese Forderung wird von einem Werkzeug mit den folgenden Merkmalen erfüllt:

Länge des Honwerkzeugs: 76,2 mm Steilere Erweiterung: 0,048 mm/cm über 38,1 mm Länge Flachere Erweiterung: 0,016 mm/cm über 31,75 mm Länge Verjüngung am hinteren Ende: 0,02 mm/cm über 6,35 mm Länge.


Außer zum Honen von gerändelten Ventilführungsbohrungen kann das sich in zwei Abschnitten erweiternde Werkzeug zum Honen von Bohrungen in Ersatzführungen verwendet werden, deren Ausgangsdurchmesser um bis zu 0,038 mm kleiner ist als der Solldurchmesser. Das vorstehend beschriebene, sich in zwei Abschnitten erweiternde Honwerkzeug eignet sich neben dem Honen von gerändelten Bohrungen oder Bohrungen mit Graten auch zum Honen von anderen, eine unebene Wandung aufweisenden Bohrungen, wobei sich der Vorteil eines erhöhten Materialabtrags ergibt.

Die Erweiterung bzw. Durchmesservergrößerung in den einzelnen Abschnitten des erfindungsgemäßen Honwerkzeugs, die Länge der sich unterschiedlich erweiternden Abschnitte, der zu erzielende Arbeitsdurchmesser, die Art der zu honenden oder zu kalibrierenden Oberfläche, die Art des zu bearbeitenden Metalls sowie die Art und die Abmessungen der die Arbeitsfläche bildenden Schleifmittelteilchen sind im Rahmen der Erfindung abwandelbar, wobei sich gewisse Einflüsse auf das erzielte Ergebnis bemerkbar machen können. Im Rahmen der Erfindung kommt es auf die Verwendung einer sich in zwei Abschnitten erweiternden Arbeitsfläche, in Kombination mit einer Verjüngung am hinteren Ende, zur Erzielung der vorstehend erläuterten vorteilhaften Ergebnisse an.

Fig. 6 zeigt in grafischer Darstellung die Veränderung des Durchmessers beim Honen. Daraus ist zu ersehen, daß bei einer Zunahme des Durchmessers von 50% der insgesamt vorgesehenen Vergrößerung erst ein relaltiv kleiner Anteil des insgesamt abzutragenden Materialvolumens abgetragen ist. Dies ist in Fig. 6 durch den schraffierten Bereich dargestellt. Bei der weiteren Vergrößerung des Arbeitsdurchmessers auf den Solldurchmesser, d. h. während der zweiten Hälfte des Honvorgangs, wird ein beträchtlich größeres Materialvolumen abgetragen, obgleich die Vergrößerung des Durchmessers die gleiche ist, wie durch den nicht schraffierten Bereich dargestellt. In Fig. 6 ist der Ausgangsdurchmesser einer gerändelten Bohrung durch den Nullpunkt der linken senkrechten Linie dargestellt. Das rechtsseitige Ende der waagerechten Linie entspricht dem durch das Honen zu erzielenden Solldurchmesser. Aus der Darstellung in Fig. 6 ist zu erkennen, daß der größte Anteil des Materialabtrags während der zweiten Hälfte des Honvorgangs stattfindet. Die grafische Darstellung in Fig. 6 bezieht sich insbesondere auf eine gerändelte Fläche der in Fig. 8 dargestellten Art. Für andere Flächen, z. B. eine Grate aufweisende Fläche der in Fig. 5 gezeigten Art, ergibt sich eine andere Form der grafischen Darstellung. In jedem Falle nimmt das Volumen der abgetragenen Späne mit dem Fortschreiten des Honvorgangs und mit Vergrößerung des Durchmessers zu. Diese Bedingungen sind insofern sehr vorteilhaft, als dadurch übermäßige Belastungen sowie ein hoher Antriebsbedarf vermieden werden.

Fig. 7 zeigt eine weitere beträchtlich vergrößert und übertrieben dargestellte Schnittansicht ähnlich Fig. 5. Man erkennt ein Honwerkzeug mit einer Buchse 208 bei der Bearbeitung einer gerändelten Bohrungsfläche. Die waagerechte Abmessung des Werkzeugs ist in Fig. 7 auf das Doppelte vergrößert, während die senkrechten Abmessungen des Werkzeugs und des Werkstücks auf das Hundertfache vergrößert sind. Bei der in Fig. 7 dargestellten Bohrung handelt es sich um eine gerändelte Ventilführungsbohrung der vorstehend beschriebenen Art. Man erkennt in Fig. 7 besonders gut den Fortgang des Materialabtrags von der gerändelten Bohrungsfläche unter dem Angriff der sich in verschiedenem Maße erweiternden Abschnitte des Werkzeugs. Das beschriebene Werkzeug kann jedoch auch zum äußerst genauen Honen von Bohrungen der verschiedensten Arten und Abmessungen verwendet werden, d. h. zum Honen von Bohrungen sowohl mit gerändelten als auch mit zylindrischen Flächen.

In den meisten praktischen Anwendungsfällen für sich in zwei Abschnitten in unterschiedlichem Maße konisch erweiternde Honwerkzeuge der beschriebenen Art liegt die konische Erweiterung der einzelnen Abschnitte innerhalb bestimmter Bereiche. Bei dem sich stärker erweiternden ersten Abschnitt, welcher in größerem Maße zur Vergrößerung des Durchmessers beiträgt, erbringt eine Erweiterung im Bereich von ca. 0,01 bis 0,1 mm/cm Werkzeuglänge sehr gute Ergebnisse. Für den sich in geringerem Maße erweiternden Abschnitt liegt die Erweiterung vorzugsweise im Bereich zwischen ca. 0,001 und 0,04 mm/cm Werkzeuglänge. Wie vorstehend angedeutet, ist die Wahl der für bestimmte Zwecke geeigneten Durchmesserzunahme oder Erweiterung weitgehend abhängig von der Länge des Werkzeugs, der Länge der sich in unterschiedlichem Maße erweiternden Abschnitte, den Abmessungen der Bohrung, dem Vorhandensein von Graten und anderen Unebenheiten, dem verwendeten Schleifmittel, dem zu honenden Metall und anderen Faktoren.

Somit schafft die Erfindung eine Honahle bzw. ein Honwerkzeug, welches den an es gestellten Forderungen in hohem Maße genügt. Dabei ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erlaubt die verschiedensten Änderungen und Abwandlungen derselben im Rahmen der Ansprüche.


Anspruch[de]
  1. 1. Honwerkzeug zum Ziehschleifen von Bohrungsflächen, mit einer rohrförmigen Buchse mit einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Vorderende, einem Innenkonus, einem die Wandung der Buchse durchsetzenden, das Erweitern und Zusammenziehen derselben ermöglichenden Schlitz und einer eine Beschichtung aus Teilchen eines relativ harten Schleifmaterials tragenden äußeren Arbeitsfläche mit einem sich konisch erweiternden, sich von dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Vorderende zu einer Stelle am mittleren Teil der Buchse erstreckenden ersten Abschnitt und einem an diesen anschließenden, zweiten Abschnitt zur Endbearbeitung der Bohrungsfläche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    1. 1) die rohrförmige Buchse (208) weist eine sich über die volle Länge erstreckende innere konische Fläche auf,
    2. 2) der zweite Abschnitt (222) der Arbeitsfläche weist eine verjüngte oder kegelstumpfförmige Außenfläche auf, und der Konuswinkel der Außenfläche des ersten Abschnitts (218) ist größer als jener der Außenfläche des zweiten Abschnitts (222).
    3. 3) der Schlitz (214) erstreckt sich über die volle Länge der rohrförmigen Buchse (208), um es einem Führungsteil zu gestatten, diese gleichförmig über ihre gesamte Länge aufzuweiten und zu verkleinern, wenn es längs eines verjüngten Schaftes in Axialrichtung bewegt wird, und
    4. 4) ein dritter Abschnitt (226) mit kegelstumpfförmiger Außenfläche erstreckt sich vom Ende des zweiten Abschnitts (222) aus, wobei sich die konische Außenfläche des dritten Abschnitts (226) vom zweiten Abschnitt (222) aus in Richtung auf das entgegengesetzte Ende der rohrförmigen Buchse (208) verjüngt.
  2. 2. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel des dritten kegelstumpfförmigen Abschnitts (226) derart gewählt ist, daß der Mindestdurchmesser des dritten kegelstumpfförmigen Abschnitt (226) nahe dem entgegengesetzten Ende der Buchse (208) liegt.
  3. 3. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (214) wendelförmig ausgebildet ist.
  4. 4. Honwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser der mit dem Werkstück in Eingriff stehenden Flächen der Abschnitte (218, 222, 226) an der Verbindung zwischen dem zweiten (222) und dritten (226) kegelstumpfförmign Abschnitt liegt.
  5. 5. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung des ersten, kegelstumpfförmigen Abschnitts (218) längs der Buchse (208) zwischen etwa 0,001 cm und 0,01 cm liegt, und daß das Maß der axialen Abschrägung des zweiten, kegelstumpfförmigen Abschnitts (222) zwischen etwa 0,0001 und 0,004 cm pro cm beträgt.
  6. 6. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in ein Bindemittel eingebettete Diamantpartikel umfaßt.
  7. 7. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in ein Bindemittel eingebettete, kubische Bornitridpartikel umfaßt.
  8. 8. Honwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Buchse (208) aus verhältnismäßig hartem, etwas federfähigem Material gebildet ist.
  9. 9. Honwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden axialen Endabschnitte der Buchse (208) eine Vertiefung (209) ausgebildet ist, daß sich die konische innere Fläche der Buchse (208) zwischen den Endabschnitten erstreckt und im Konuswinkel mit dem Konuswinkel es zweiten Abschnitts (206) des Honwerkzeugs übereinstimmt, der einstückig mit einem ersten Abschnitt (204) eines Schafts (202) des Honwerkzeuges ausgebildet ist, und daß das Führungsteil (215) eine sich verjüngende, an den in Axialrichtung verjüngten zweiten Abschnitt (206) angepaßte Innenfläche aufweist sowie eine Endfläche zur Anlage gegen einen der Endabschnitte der Buchse (208) und einen Durchgangsschlitz (216), der über die Längserstreckung des Führungsteils (215) verläuft.
  10. 10. Honwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Führungsteil (215) mindestens eine, sich axial erstreckende Nut ausgebildet ist, um sein Aufweiten und Verkleinern zu erleichtern.
  11. 11. Honwerkzeug nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (217) zum Verhindern der relativen Drehbewegung zwischen der Buchse (208) und dem Schaft (202).
  12. 12. Honwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verhindern der relativen Drehbewegung eine Nut (207) umfaßt, die im zweiten verjüngten Schaftabschnitt (206) ausgebildet ist, eine Vertiefung (209), die so ausgebildet ist, daß sie sich in das eine Ende der Buchse (208) hineinerstreckt, und ein Nutfederteil (217), welches mit einem ersten Abschnitt (217A) in der Nut (207) und einem zweiten Abschnitt (217B) in der Vertiefung (209) sitzt.
  13. 13. Honwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (207) im zweiten verjüngten Schaftabschnitt (206), der den ersten Abschnitt (217A) des Nutfederteils (217) aufweist, eine gleichförmige Tiefe hat.






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