Honwerkzeug Die Erfindung betrifft ein Honwerkzeug. Sie betrifft insbe- sondere ein verzahntes Honwerkzeug zur Fertigbearbeitung von Zahnrädern. Das Eingriffs-oder Abwälzhonen von Zahnrädern mittels entsprechend gezahnter Honringe ist bekannt (US-A- 2105896). Ferner sind verzahnte Honwerkzeuge bekannt (EP-A 692 342, DE-C 44 47 036), die in einer Kunstharzmatrix kera- misch gebundene Schleifkornkonglomerate enthalten. Sie erlau- ben einen stärkeren Materialabtrag als herkömmliche Honwerk- zeuge, bei denen die Schleifkörner jeweils einzeln in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind, so daß gegebenenfalls auf einen besonderen Schleifvorgang vor dem Honen verzichtet wer- den kann. Das beruht darauf, daß die Körner dank der kerami- schen Bindung starr in den Konglomeraten gehalten sind und deshalb mit höherer Steifigkeit auf das Werkstück zur Einwir- kung gebracht werden können, als dies bei einzeln in der Kunstharzmatrix gehaltenen Körnern möglich ist. Obwohl die Konglomerate in der weicheren Kunstharzmatrix eingebettet sind, können sie unter den Schnittkräften kaum nachgeben, weil die Kraftübertragung zwischen ihnen und der Matrix über

ihre im Vergleich mit der Oberfläche eines Einzelkorns sehr große Oberfläche stattfindet. Insofern besteht eine Abhängig- keit der Schleifeigenschaften u. a. von der Größe der Konglo- merate und damit von der Menge des keramisch gebundenen Schleifkorns sowie der Menge des keramischen Bindemittels, die die Freiheit in der Einstellung der Schleifeigenschaften beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einstellbarkeit der Schleifeigenschaften zu verbessern. Sie erreicht dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 und vorzugsweise diejeni- gen der Unteransprüche.

Demgemäß enthält ein Honwerkzeug in einer Matrix aus weiche- rem Bindemittel eingebettete Hohlkörper mit durch eine härte- re Bindung gebundenem Schleifkorn. Diese mechanischen Eigen- schaften des Matrix-Bindemittels bzw. der Hohlkörperbindung werden maßgeblich durch deren E-Moduln geprägt. Das Verhält- nis der E-Moduln des Materials der härteren Bindung zu dem des weicheren Bindemittels soll mindestens 2 : 1, vorzugsweise mindestens 4 : 1, sein. Dies entspricht dem Verhältnis der E-Moduln von gegenwärtig als Bindemittel für Schleifwerkzeuge verwendeten Epoxidharzen und Keramiken. Für die Matrix ver- wendet man daher zweckmäßigerweise ein organisches Bindemit- tel, während man für die Bindung der Hohlkörper zweckmäßiger- weise keramische Stoffe verwendet.

Die erfindungsgemäßen Schleifkorn-Hohlkörper haben je für sich eine größere Steifigkeit als das umgebende Matrix- Material. Sie verhalten sich demgemäß ähnlich den vorbekann- ten Konglomeraten, weil sie sich einerseits großflächig über ihre Außenfläche an der Matrix abstützen und andererseits den

in ihnen enthaltenen Schleifkörnern dank der festen Bindung den für eine hohe spezifische Abtragsleistung erforderlichen Halt geben. Während aber bei jenen die Größe der in der Schleiffläche spanhebend und reibend auf das Werkzeug einwir- kenden Fläche des Konglomerats in einem unveränderbaren Ver- hältnis zu dessen Gesamtgröße steht, läßt sich dank der Er- findung die Größe dieser Flächen durch die Bestimmung der Größe des Hohlraums beliebig einstellen. Die Schleifkraft, die in einem erfindungsgemäßen Werkzeug über einen Schleif- korn-Hohlkörper übertragen wird, wirkt auf eine geringere Zahl von Schleifkörnern als bei einem gleich großen Konglome- rat eines bekannten Honwerkzeugs. Bei Aufwendung einer insge- samt gleichen Schleifkraft wird daher auf das einzelne Schleifkorn eine größere spezifische Schleifkraft übertragen und von diesem Korn eine entsprechend höhere Schleifleistung erbracht. Will man dieselbe spezifische Schleifkraft am Schleifkorn oder dieselbe kornbezogene Schleifleistung wie im Stand der Technik erreichen, so ist dies bei dem erfindungs- gemäßen Honwerkzeug mit einer insgesamt geringeren Schleif- kraft möglich. Außerdem sind die Reibungskräfte zwischen Werkzeug und Werkstück geringer, weil die Anzahl der im Ein- griff befindlichen Schleifkörner einerseits sowie die antei- lige Fläche des zwischen ihnen befindlichen Bindungsmaterials andererseits in der Schleiffläche geringer sind. Der ange- strebte höhere Materialabtrag kann schon bei Verwendung klei- nerer Schleifkorn-Hohlkörper erreicht werden. Die Gefahr, das das Werkzeug durch die beim Honen auftretenden Schnitt-und Normalkräfte beschädigt werden könnte, wird dadurch weiter verringert. Ferner kann die Bearbeitungsgüte dadurch gestei- gert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die mecha- nische und thermische Belastung von Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung verringert werden kann. Entsprechend kann eine bessere Reproduzierbarkeit des Arbeitsergebnisses erreicht werden. Die regelmäßige und kornnahe Anordnung von Hohlräumen im Werkzeug gestattet eine verbesserte Abfuhr des Honabriebs aus der Eingriffszone sowie eine verbesserte Zu- fuhr von Hilfsstoffen in die Eingriffszone.

Zweckmäßigerweise sind die Hohlkörper kugelförmig, da diese Form optimale Festigkeit verspricht. Außerdem ergibt sie eine geometrisch weitgehend vorbestimmte Anordnung der Schleifkör- ner und damit eine bessere Reproduzierbarkeit des Werkzeugs und des Arbeitsergebnisses.

Es ist bekannt (DE-C 23 483 38, DE-A-2350139, DE-A-2410808, DE-A-2951067), Schleifkorn-Hohlkugeln zur Herstellung von Schleif-und Polierwerkzeugen zu verwenden. Bewährt haben sie sich aber nur bei flexiblen Schleifwerkzeugen (Schleif- bändern). Zwar wurde auch vorgeschlagen, starr gebundene Schleifkörper (Schleifscheiben) daraus herzustellen (US-A- 3928949), jedoch erreichten diese nicht die Leistung herkömm- licher Schleifscheiben. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß dieser Nachteil bei der Verwendung in Honwerkzeugen nicht auftritt. Dies erklärt sich wahrscheinlich aus der unter- schiedlichen Beanspruchung. Schleifvorgänge sind durch hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und dem Werk- zeug gekennzeichnet, die zu hoher Temperaturbelastung der Werkzeugoberfläche führen. Man glaubte, durch den Einsatz von Hohlkugeln neben anderen Vorteilen eine höhere Temperaturbe- ständigkeit der Schleifwerkzeuge erreichen zu können (DE-A- 2951067). Hingegen ist die Relativgeschwindigkeit beim Honen

gering und der Einfluß des Drucks zwischen Werkzeug und Werk- stück wesentlich größer als beim Schleifen.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung bestehen die Hohlkörper aus einer innen angeordneten Tragschale, auf deren Außenfläche das Schleifkorn mittels eines Bindemittels veran- kert ist. Geeignete Tragschalen sind bekannt (US-A-4111713) Die Bindung der jeweils zu einem Hohlkörper gehörigen Schleifkörner wird zum einen durch die Tragschale und zum an- deren durch das zwischen der Tragschale und den Schleifkör- nern wirkende Bindemittel gebildet. Die geforderte höhere Starrheit der Hohlkörper im Vergleich mit dem Matrixmaterial kommt dadurch zustande, daß zweckmäßigerweise sowohl die Tragschale als auch das Bindemittel aus einem Werkstoff mit hohem E-Modul besteht. Jedoch ist es auch möglich, lediglich die Tragschale mit der gewünschten Starrheit (hoher E-Modul) auszurüsten und ein weicheres Bindemittel zu verwenden und umgekehrt. Das Vorhandensein einer besonderen Tragschale hat den Vorteil, daß die Stabilität des Hohlkörpers nicht allein durch das Bindemittel erbracht werden muß. Dieses kann daher in Kornnähe sparsamer verwendet werden, so daß die Körner freier zum Eingriff gelangen können, ohne daß zuvor umhüllen- des Bindemittel abgerieben werden muß. Dabei besteht die Mög- lichkeit, für die Tragschale ein Material zu wählen, das zwar die erforderliche Festigkeit verleiht, aber leicht abreibbar ist, um möglichst geringe Reibkräfte zu erzeugen. Auch dafür sind keramische Werkstoffe besonders geeignet.

Sehr zweckmäßig ist die Verwendung solcher Schleifkornhohlku- geln, wie sie sich gegenwärtig als HERMESIT in flexiblen Schleifmitteln auf Unterlage im Markt befinden, und zwar vor-

zugsweise derjenigen Variante von HERMESIT@, die Hohlkugeln mit einer Tragschale aus keramischem Werkstoff aufweist, auf deren Außenfläche das Schleifkorn in einschichtiger Anordnung mit einem keramischen Bindemittel gebunden ist.

Der mittlere Außendurchmesser der Hohlkörper gleicht zweckmä- ßigerweise einem Drittel bis einem Zwanzigstel, vorzugsweise einem Viertel bis einem Zehntel, der Zahnhöhe. Ferner liegt ihr mittlerer Außendurchmesser zweckmäßigerweise zwischen dem Fünf-bis Fünfzigfachen, vorzugsweise dem Fünf-bis Fünfund- zwanzigfachen, der mittleren Korngröße. Die Dicke der Korn- schicht sollte nicht größer als das Fünffache der mittleren Korngröße sein. Bevorzugt werden Hohlkugeln, bei denen die Tragschale von nicht mehr als zwei Lagen, vorzugsweise nur einer Lage, Schleifkorn umgeben ist, was einem Verhältnis der mittleren Korngröße zur Schichtdicke von 1 : 1 bis 1 : 2,5 ent- spricht. Der volumetrische Anteil der Schleifkornhohlkörper (einschließlich ihres Hohlraumvolumens) liegt zweckmäßiger- weise zwischen 20 und 70 W des Gesamtvolumens. Der vorhandene Porenraum beschränkt sich zweckmäßigerweise im wesentlichen auf deren Hohlräume.

Die absoluten Kornhohlkugelgrößen liegen in der Regel je nach Körnung zwischen 800 und 3000 pm Außendurchmesser. Der mögli- che Korngrößenbereich reicht von P 40 bis P 600. Das ent- spricht einer mittleren Korngröße von 412 m bis 26 jAm. Be- vorzugt wird für das Verzahnungshonen der Korngrößenbereich von P 100 bis P 320 entsprechend 156 pm bis 46 jum.

Der Hohlraumdurchmesser liegt je nach Größe der Konglomerate vorzugsweise zwischen 600 und 1800 jjm. Das Verhältnis der

mittleren Korngröße zur Wanddicke liegt zweckmäßigerweise zwischen 1 : 1 und 1 : 5, weiter vorzugsweise zwischen 1 : 1,5 bis 1 : 2,5.

Für das Schleifkorn kann grundsätzlich jedes für den Einsatz- zweck geeignete Material verwendet werden, z. B. Elektroko- rund, keramischer Korund, Siliciumcarbid. Auch der Einsatz von Hochleistungsschleifmitteln wie kubisches Bornitrid kommt in Frage.

Zweckmäßigerweise enthält die Kunstharzmatrix zusätzliches Schleifkorn, wobei dies in Form von Einzelkörnern oder klei- neren Konglomeraten vorliegen kann.

Das zusätzlich zu den Schleifkornhohlkörpern in der Kunst- harzmatrix gebundene Schleifkorn kann von gleicher Art wie das in den Hohlkörpern verwendete oder auch von anderer Art sein. Vorzugsweise ist die Korngröße dieselbe. Sie kann aber auch abweichen. Der Anteil des in der Kunstharzmatrix gebun- denen, zusätzlichen Schleifkorns kann je nach Anwendungsfall und Bearbeitungszweck größer, aber auch kleiner sein als der Anteil des in den Hohlkörpern keramisch gebundenen Schleif- korns.

Dieses zusätzliche Schleifkorn dient unter einem Aspekt als harter Füllstoff in der Kunstharzmatrix und verstärkt so die Abstützung der keramisch gebundenen Hohlkörperwände. Unter einem zweiten Aspekt nimmt dieses zusätzliche Schleifkorn selbst am Bearbeitungsprozeß teil. Dabei verbessert es durch seine vergleichsweise elastischere Bindung die erzielbare Oberflächenqualität.

Für die Kunstharzmatrix kommen alle geeigneten Kunstharze in Frage, insbesondere diejenigen, die sich in der Honwerkzeug- fertigung bereits bewährt haben, wobei Bindemittel auf Epoxidharzbasis bevorzugt werden. Die erfindungsgemäßen Hon- werkzeuge weisen ein deutlich effizienteres Bearbeitungsver- halten auf als ausschließlich kunstharzgebundene Honringe, ohne dabei unter der Sprödbruchempfindlichkeit rein kerami- scher Honwerkzeuge zu leiden.

Gegenüber vorbekannten Honringen weisen die erfindungsgemäßen Werkzeuge insbesondere folgende Vorzüge auf. Die Schnittkräf- te sind niedriger. Entsprechend niedriger ist auch die ther- mische Belastung des Werkstücks. Die Hohlräume der geöffneten Schleifkornhohlkörper wirken an der Oberfläche des Werkzeugs als große Poren, die Späne und Abrieb aufnehmen und aus der unmittelbaren Kontaktzone zwischen Werkstück und Werkzeug fernhalten. Die Schleifkörner brauchen nicht vollständig von Keramikbindung umhüllt zu sein und müssen sich daher nicht erst freischneiden, bevor sie in Einsatz gelangen. Das gilt insbesondere dann, wenn sie lediglich durch ihre Verankerung an einer Tragschale gebunden sind. Dadurch verringern sich die Reibungskräfte zwischen Werkstück und Werkzeug sowie die davon herrührenden thermischen Belastungen erheblich. Die großen Hohlräume erlauben einen verbesserten Transport von Schneidhilfsstoffen wie z. B. Kühlschmierstoffen. Bei der Her- stellung der Werkzeuge erleichtert die im wesentlichen kugel- förmige Gestalt der Hohlkörper das Mischen der Komponenten erheblich im Vergleich mit keramischen Bruchstücken oder Konglomeraten nicht definierter Form. Schließlich ist es ein großer Vorteil, daß für die Bereitstellung der Hohlkörper auf ein bereits in großer und wirtschaftlich herstellbarer Menge

verfügbares Halbzeug zurückgegriffen werden kann, nämlich die erwähnten HERMESIT@-Schleifkornhohlkugeln.

Die Zeichnung veranschaulicht den strukturellen Aufbau eines Honwerkzeugs. In einer Kunstharzmatrix 1 sind Schleifkorn- Hohlkugeln 2 eingelagert, die jeweils einen im wesentlichen sphärischen Hohlraum 3 enthalten. Die Schleifkörner 4 sind in der Schicht 7 mittels eines keramischen Bindemittels unter- einander und ggf. mit einer keramischen Tragschale 5 verbun- den. In der Matrix 1 sind ferner Einzelkörner 6 gleichmäßig verteilt enthalten. Die Matrix ist im wesentlichen porenfrei.

Das erfindungsgemäße Honwerkzeug wird vorzugsweise in Form eines Honrings zum Honen der Zahnflanken eines Zahnrads ein- gesetzt. Dabei wälzen sich die Zahnprofile des Zahnrads und des Honrings aufeinander ab. Gleichzeitig findet in der Regel eine oszillierende Relativbewegung in Achsrichtung stattfin- det. Die Drehachsen des Zahnrads und des Werkzeugs können von der parallelen Lage abweichen. Das Zahnrad und/oder der Hon- ring können außen oder innen verzahnt sein. Die Relativge- schwindigkeit im jeweiligen Berührungsbereich liegt zweckmä- ßigerweise unter 5m/sec und über lm/sec.

Beispiel : Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Honrings mit den Maßen 300 x 40 x 200 mm wird eine Rohstoff-Gesamtmenge von 4125 g bereitgestellt. Diese setzt sich wie folgt zusammen : HERMESIT RE/AK Körnung P 120 32,75 Gew. % (Kugelaußendurchmesser 800 bis 1800 pm,

mittlere Korngröße ca. 120 jjm, mittlere Wanddicke ca. 300 m) Edelkorund weiß F 100 22,63 Gew. W Elektrokorund F 120 22,63 Gew. W Bindung : handelsübliches Epoxidharz 21,99 Gew. o Nach dem Abwiegen der Bestandteile werden zunächst Korn und Bindung 20 Minuten lang in einem Rührwerksmischer bei 25 min~1 vermischt. Anschließend werden die keramischen Korn- hohlkugeln (HERMESIT) hinzugefügt und 2 Minuten lang bei 180 min~1 mit der übrigen Masse vermischt, so daß eine insgesamt homogene Mischung entsteht.

Eine vierteilige Form (Teller, Rand, Kern, Ring) wird gesäu- bert, mit Trennmittel ausgestrichen und auf einem rotierenden Drehteller fixiert. Die homogene Masse wird gleichmäßig ein- gefüllt und glattgestrichen. Nach dem Schließen der Form wird diese in einem Vorwärmofen 35 Minuten lang bei einer Ofen- temperatur von 250°C vorgewärmt. Anschließend wird die Form in eine Heißpresse eingebaut und bei einer Nenntemperatur von 180°C mit einem Druck von 8 MPa 35 Minuten lang gepreßt.

Nach dem Abkühlen wird der vorgehärtete Honring ausgeformt und bei 165°C 6 Stunden lang fertiggehärtet. Der ausgehärtete Ring wird auf Maß gedreht und verzahnt.