Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Honvorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung einer Werkstücköffnung.

Bei der Honbearbeitung wird die Oberfläche einer zu bearbeitenden Werkstücköffnung, beispielsweise einer Bohrung, in ihrer Form- und Oberfläche modifiziert. Insbesondere bei der Bearbeitung von Zylinderbohrungen oder Zylinderlaufbuchsen hat sich in den letzten Jahren ein Bedarf für eine Formgebung im Bereich von einigen mpibis wenigen 100 mpi entwickelt. Im Rahmen dieser Formgebung wird der makroskopisch betrachteten kreiszylindrischen Form der Werkstücköffnung bzw. Bohrung eine von einem idealen Kreiszylinder abweichende Form aufgeprägt. Die Formabweichung liegt dabei im Bereich von typischerweise 10 gm bis maximal einigen wenigen 100 gm, insbesondere unter 100 pm bezogen auf den Durchmesser.

Herkömmlicherweise wird eine bestimmte Ausgangsbohrungsform entweder angenommen oder die Ausgangsbohrungsform wird im Rahmen einer der Honbearbeitung vorgeschalteten Messung, die typischerweise an einer separaten Messstation durchgeführt wird, ermittelt. Basierend auf dieser Ausgangsbohrungsform wird anschließend eine bestimmte Honbearbeitung festgelegt und diese dann durchgeführt. Mittels dieser Honbearbeitung wird die Werkstücköffnung in eine Zielform überführt. Im Anschluss an die Honbearbeitung wird gegebenenfalls geprüft, ob das Bearbeitungsergebnis der gewünschten Zielform entspricht. Werden dabei Abweichungen festgestellt, so wird bei der Bearbeitung der nächsten Bohrung der Bearbeitungsprozess angepasst.

Eine derartige Vorgehensweise erfordert Vor- und Nachmessungen. Sie führt auch zu einem gewissen Ausschuss.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Honvorrichtung und ein Honverfahren bereitzustellen, mittels dem insbesondere eine formgebende Honbearbeitung möglichst effizient und kostengünstig durchgeführt werden kann. Ziel ist außerdem die Erhöhung der Präzision der Bearbeitung und möglichst die Vermeidung von Ausschussteilen . Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Honvorrichtung zur Bearbeitung einer Werkstücköffnung nach Anspruch 1 sowie durch ein Honverfahren nach Anspruch 6.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben. Dabei können die im Zusammenhang mit der Honvorrichtung beschriebenen Merkmale auch für das Verfahren relevant sein und die im Zusammenhang mit Weiterbildungen des Verfahrens beschriebenen Merkmale auch für die Honvorrichtung relevant sein

Die Honvorrichtung umfasst ein Honwerkzeug, eine Gelenkstange oder eine Kopplungsstange, und eine Spindel. Die Gelenkstange oder die Kopplungsstange sind also alternativ zueinander vorgesehen, wobei in der Regel eine Gelenkstange vorgesehen ist.

Das Honwerkzeug ist mit mehreren um den Umfang des Honwerkzeugs verteilt angeordneten radial zustellbaren Honelementen ausgebildet. Honelemente umfassen Honsteine und eine Unterkonstruktion. Honsteine sind die durch abrasiven Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche Materialabtrag bewirkenden Teile der Honelemente.

Das Honwerkzeug ist über die Gelenkstange gelenkig mit der Spindel gekoppelt. Falls eine Kopplungsstange vorgesehen ist, ist das Honwerkzeug starr mit der Spindel verbunden, die Achse von Spindel Kopplungsstange und Honwerkzeug fallen also bei der Bearbeitung zwingend aufeinander. Die gelenkige Kopplung kann vorliegend über ein erstes Schwenkgelenk und ein zweites Schwenkgelenk gebildet sein. Die Schwenkgelenke bilden an den Enden der Gelenkstange die Verbindung zur Spindel und zum Honwerkzeug. Die gelenkige Kopplung ermöglicht die Kompensation eines Achsversatzes zwischen Spindel und Werkstücköffnung.

Die Spindel ist ausgelegt, um mit einer Antriebseinheit angetrieben zu werden. Die Antriebseinheit ist stationär gehalten und versetzt die Spindel und damit die Honvorrichtung in Bewegung. Diese Bewegung ist die typische Honbewegung in der die Honvorrichtung in eine oszillatorische Translationsbewegung mit überlagerter Rotationsbewegung gegenüber dem Werkstück, das die zu bearbeitende Werkstücköffnung umfasst, versetzt wird.

Die Honvorrichtung umfasst eine Messeinrichtung zur Messung des Durchmessers der Werkstücköffnung mit wenigstens einer an dem Honwerkzeug angeordneten Luftmessdüse. Die Luftmessdüse ist typischerweise in einer Luftmessleiste angeordnet, die bspw. zwischen zwei Honelementen angeordnet ist. Typischerweise sind mehrere Luftmessdüsen um den Umfang des Honwerkzeug verteilt angeordnet. Die Luftmessdüsen werden über Druckluftleitungen mit Druckluft gespeist. Es können auch ein oder mehrere

Luftmessdüsenpaare vorgesehen sein, wobei insbesondere sich die Luftmessdüsen eines Paares diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Die Honvorrichtung weist weiter ein elektromechanisches Zustellsystem auf. Über das elektromechanische Zustellsystem sind die Honelemente in radialer Richtung zustellbar. Das Zustellsystem umfasst eine Kraftmesseinheit und ist ausgebildet, um die Honelemente mit einer vorgebbaren Kraft gegen eine Öffnungswand der zu bearbeitenden Werkstücköffnung zuzustellen. Das Zustellsystem ist also derart ausgebildet, dass die Honelemente mit einer definierten Kraft in den Kontakt mit der Öffnungswand gebracht werden können. Der Anpressdruck der Honsteine der Honelemente kann somit genau eingestellt werden. Der lokale Materialabtrag hängt vom lokalen Anpressdruck bzw. von der Anpresskraft ab.

Das Zustellsystem stellt die Honelemente mit einer definierten Kraft zu, dabei ist vorgesehen, dass die um den Umfang verteilt angeordneten Honelemente alle mit der gleichen zugestellt werden.

Die Honvorrichtung umfasst weiter einen Signalwandler, der ausgebildet ist, um ein über die Luftmessdüse erfasstes pneumatisches Messsignal in ein elektrisches Signal zu wandeln. Luftmessdüsen richten einen Druckluftstrahl auf die zu messende Öffnungswand. Basierend auf dem resultierenden Staudruck bzw. der Staudruckänderung entsteht ein pneumatisches Messsignal, welches den lokalen Durchmesser charakterisiert.

Der Signalwandler ist an der Honvorrichtung, also an Spindel, Gelenkstange oder Honwerkzeug angeordnet. Die Honvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht aus den gegenüber dem Werkstück bei der Bearbeitung mit der typischen Honbewegung (Rotation plus oszillatorische Translationsbewegung) bewegten Teile.

Herkömmlicherweise wurde der Signalwandler im Bereich der gegenüber dem Werkstück unbewegten Maschinenkonstruktion, beispielsweise im Bereich des Antriebs der Honspindel angeordnet. Zum einen ist hierdurch eine Drehdurchführung für die Druckluftleitungen erforderlich und zum anderen muss das pneumatische Messsignal die axiale Länge der Spindel, der Gelenksstange und des Honwerkzeug zurücklegen. Je länger die vom pneumatischen Messsignal zurückzulegende Strecke ist, desto träger ist die Erfassung des lokalen Durchmessers bzw. desto stärker wird das Signal verzögert oder sogar abgefälscht. Mit herkömmlichen Honvorrichtungen mit Luftmessdüsen wurde daher dynamisch bedingt ein Mittelwert des Öffnungsdurchmessers gemessen, wobei über den Umfang und die axiale Erstreckung der Öffnung gemittelt wurde. Weiterhin wurde die Amplitude des Messignals, welche einem realen lokalen Bohrungsdurchmesser zugeordnet werden kann, bei einer dynamischen Bewegung der Messdüse verfälscht. Eine Ermittlung des lokalen Durchmessers mit Auflösung in axialer Richtung war mit herkömmlichen Systemen während der Honbearbeitung nicht oder allenfalls mit reduzierten, nicht serienfähigen Axialgeschwindigkeiten möglich. Beispielsweise durch die kompressible Natur des bei pneumatischen Messungen verwendeten Gases ließ sich bei den herkömmlichen Vorrichtungen keine Zuordnung zwischen zeitlichem Eingang der Messsignale und einer Position in der Werkstücköffnung ermitteln.

Wenn der Signalwandler an der Gelenkstange angeordnet ist, hat dies den Vorteil, dass er außerhalb der zu bearbeitenden Werkstückbohrung/öffnung jedoch nah an der Werkstücköffnung angeordnet ist, sodass die Leitungslänge und daher die Trägheit des pneumatischen Messsignals gering ist. Es kann von Vorteil sein, den Signalwandler möglichst im Bereich des Gelenks (also nahe an dem Gelenk) der Gelenksstange, mit dem diese mit dem Honwerkzeug verbunden ist, anzuordnen. Der Signalwandler kann am Honwerkzeug selbst angeordnet sein, um einen möglichst kurzen Weg des pneumatischen Signals von der Messdüse zum Signalwandler zu erreichen. Eine Anordnung am Honwerkzeug selbst erfordert jedoch zusätzliche Abschirmungsmaßnahmen für den Signalwandler, da dieser sich bei der Honbearbeitung in einem Bereich befindet, indem er Kühlschmiermittel ausgesetzt ist. Jedoch wird die Messgenauigkeit durch Anordnung in diesem Bereich maximiert, was je nach Genauigkeitsanforderungen wünschenswert sein kann. Es kann auch vorteilhaft sein, den Signalwandler an der Spindel anzuordnen. Bspw. kann er im Bereich der Spindel um das Gelenk, mit dem die Spindel mit der Gelenkstange gekoppelt ist, angeordnet sein. Hierdurch wird der Signalwandler durch Stellungsänderungen der Gelenkstange nicht beeinflusst .

Der Signalwandler kann kabelgebunden oder kabellos die Messsignale an eine Steuereinheit kommunizieren. Die Steuereinheit wiederum kann die Messsignale nutzen, um das elektromechanische Zustellsystem und/oder die Hubbewegung entsprechend anzusteuern.

Das Honwerkzeug kann wenigstens 2 Luftmessdüsen umfassen. Wenn 2 Luftmessdüsen vorgesehen sind, können diese sich diametral gegenüberliegend angeordnet sein. Es können auch wenigstens 3 Luftmessdüsen vorgesehen sein. Mehrere Luftmessdüsen können gleichmäßig um den Umfang des Honwerkzeugs verteilt angeordnet sein. Die Messgenauigkeit kann hierdurch erhöht werden. Einzelne lokale Rundheitsfehler werden dadurch nivelliert. Die Luftmessdüsen können in einer Ebene, also auf axial gleicher Höhe angeordnet sein. Es können Luftmessdüsen an unterschiedlichen axialen Positionen vorgesehen sein. Es können alle angeordneten Messdüsen einer gemeinsamen Auswertung zugeführt werden, wodurch ein Messwert entsteht. Das pneumatische Signal kann also gemittelt werden bevor es in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Hierzu kann die Leitungsführung und/oder der Signalwandler entsprechend ausgebildet sein. Die Messungen einzelner Messdüsen können auch separat voneinander ausgewertet werden. Werden die Messungen einzelner Messdüsen bzw. Messdüsenpaare separat voneinander ausgewertet, sind gleichzeitig Durchmessermaße an unterschiedlichen Orten der Bohrung verfügbar.

Honsteine der Honelemente können eine Erstreckung in der Axialrichtung aufweisen, die geringer ist als ein Bearbeitungsradius des Honwerkzeugs. Insbesondere kann die axiale Erstreckung geringer als 70%, insbesondere 50%, insbesondere 33% des Bearbeitungsradius des Honwerkzeugs sein. Mit Bearbeitungsradius des Honwerkzeugs ist der Radius der Honsteine im maximal nach radial außen zugestellten Zustand gemeint.

Die Honleisten können eine minimale Länge von 10mm, insbesondere 12mm, insbesondere 15mm aufweisen. Eine Mindestlänge führt zu einer Mindeststandzeit, wobei die genannte Längenangabe einen großtechnischen Einsatz der Vorrichtung bzw. eine Anwendung des Verfahrens ermöglicht.

Für die Schaffung von bauchigen Zielformen lässt sich eine Formänderungslänge definieren, als die Länge entlang der axialen Erstreckung die bei Beginn der Durchmessererweiterung beginnt und beim Ende der Durchmesserverringerung endet. Die verwendeten Honsteine (bzw. der mit Schneidbelag bestückte Bereich) weisen in diesem Fall vorzugweise eine Länge (axiale Erstreckung) von höchstens 70% der Formänderungslänge, insbesondere 60%, insbesondere 50%, insbesondere 40% der Formänderungslänge auf. Hierdurch kann die gewünschte Kontur sicher geschaffen werden.

Für die Schaffung von sich zu einem Öffnungsende hin aufweitenden Zielformen, bei denen der sich aufweitende Bereich in das Öffnungsende mündet, lässt sich eine Aufweitungslänge definieren, als die Länge entlang der axialen Erstreckung die bei Beginn der Durchmessererweiterung beginnt und beim Ende der Durchmessererweiterung bzw. dem Ende der Bohrung endet. Die verwendeten Honsteine, bzw. der mit Schneidbelag bestückte Bereich der Honelemente, weist vorzugweise eine Länge (axiale Erstreckung) von höchstens 70% der Aufweitungslänge, insbesondere 60%, insbesondere 50%, insbesondere 40% der Aufweitungslänge auf. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass mit einem Überlauf gehont wird, dass also die Honleisten an dem Ende der Durchmessererweiterung aus der Öffnung hinausfahren. Der Überlauf kann zwischen 10% und 90% der Länge der Honsteine betragen.

Für die Schaffung von flaschenartigen Zielformen, also von Zielformen die einen kreiszylindrischen ersten Abschnitt mit einem ersten konstanten Durchmesser und einen kreiszylindrischen zweiten Abschnitt mit einem zweiten größeren konstanten Durchmesser aufweisen, die über einen Übergangsabschnitt, der einen sich aufweitenden Durchmesser umfasst, verbunden sind, Lässt sich eine Flaschenbauchlänge definieren als die Summe der Länge des zweiten Abschnitts mit dem zweiten größeren konstanten Durchmesser und der Länge des Übergangsabschnitts. Die verwendeten Honsteine, bzw. der mit Schneidbelag bestückte Bereich der Honelemente, weist vorzugweise eine Länge (axiale Erstreckung) von höchstens 90% der Flaschenbauchlänge, insbesondere 80%, insbesondere 60%, insbesondere 50% der Flaschenbauchlänge auf. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass mit einem Überlauf gehont wird, dass also die Honleisten an dem Ende der Durchmessererweiterung aus der Öffnung hinausfahren. Der Überlauf kann zwischen 10% und 90% der Länge der Honsteine betragen. Das Zustellsystem kann einen elektromechanischen Motor umfassen. Der elektromechanische Motor kann über einen Schlitz in der Spindel mit einer in der Spindel verlaufenden Zustellstange eines Zustellsystems der Honvorrichtung gekoppelt sein. Das Zustellsystem kann bspw. vorsehen, dass der elektromechanische Motor eine Gewindeschnecke in Rotation versetzen kann, welche mit einem entsprechenden gewindetragenden Gegenstück in Eingriff steht. Das gewindetragende Gegenstück kann bspw. in axialer Richtung mit der Zustellstange bewegungsgekoppelt sein, jedoch gegenüber dieser über eine entsprechende Lagerung rotierbar sein. Das Zustellsystem ist, bspw. über eine Steuereinheit, mit dem Signalwandler gekoppelt. Das Zustellsystem kann mit hoher Zustelldynamik die Zustellkraft der Honelemente in Abhängigkeit von den Messsignalen variieren.

Die einzelnen Honelemente können miteinander unverbunden sein, also einzeln bewegbar. Es kann vorgesehen sein, dass alle Honelemente des Honwerkzeugs mittels eines gemeinsamen Zustellkonus radial zustellbar sind. Je Honelement kann jeweils ein Honstein vorhanden sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Honelement mehrere Honsteine umfasst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Honbearbeitung einer Werkstücköffnung, wird diese durch einen formgebenden Honbearbeitungsschritt von einer Ausgangsform in eine Zielform überführt. Die Ausgangsform und die Zielform unterscheiden sich derart in ihrer Form, dass an wenigstens 2 Stellen der Werkstücköffnung eine voneinander unterschiedliche Durchmesserdifferenz zwischen der Ausgangsform und der Zielform vorliegt. Die formgebende Honbearbeitung zur Veränderung der Werkstücköffnung von der Ausgangsform in die Zielform wird unter Verwendung einer Honvorrichtung, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben ist, durchgeführt. Die Honelemente zur Erzeugung der unterschiedlichen Durchmesserdifferenzen werden mit lokal unterschiedlicher Kraft gegen die zu bearbeitende Öffnungswand zugestellt. An unterschiedlichen axialen Positionen werden die Honelemente also mit unterschiedlicher Kraft gegen die Öffnungswand gedrängt.

Die Zustellkraft variiert also über die Hub- bzw. Senkbewegung des Honwerkzeugs hinweg. Während der formgebenden Honbearbeitung werden Messsignale mittels der Messeinrichtung erfasst, die den lokalen Durchmesser der Werkstücköffnung charakterisieren. Die Kraft, mit der die Honelemente gegen die zu bearbeitende Öffnungswand zugestellt werden, wird während der Honbearbeitung in Abhängigkeit von den während der Honbearbeitung erfassten Messsignalen angepasst. Die Kraft, mit der die Honelemente gegen die zu bearbeitende Öffnungswand zugestellt werden, die Zustellkraft, variiert also abhängig von den Messignalen. Die Zustellkraft wird also nicht nur in einer vorab festgelegten Art und Weise abhängig von der axialen Position des Honwerkzeugs in der Werkstücköffnung gesteuert variiert, sondern es werden bei der Bestimmung der jeweils anzuwendenden Zustellkraft die während der Honbearbeitung erfassten Messsignale berücksichtigt. Die Zustellkraft kann an einer jeweiligen axialen Position über die Dauer der Bearbeitung konstant gehalten werden, es ist aber auch möglich, dass die Zustellkraft an einer jeweiligen axialen Position über die Zeit variiert. Typischerweise wird die Zustellkraft an einer jeweiligen axialen Position reduziert, um bei Annährung an die Zielform einen geringeren Materialabtrag zu erreichen und damit genauer an die Zielform heranzukommen.

Die lokale Zustellkraft kann also basierend auf der momentanen Position des Honwerkzeugs, der Zielform und den jeweils erfassten Messsignalen bestimmt und eingestellt werden. Die Messsignale charakterisieren dabei den jeweiligen momentanen Zustand bzw. Durchmesser der Werkstücköffnung. Herkömmliche Honverfahren haben entweder eine vorab ermittelte Form der Öffnung oder eine Annahme über die Form zugrunde gelegt und basierend darauf einen Ablauf der Honbearbeitung festgelegt.

Die Zustellkraft kann aufgrund der inprozess-ermittelten momentanen Ist-form (charakterisiert durch die Messsignale) und dem sofortigen Vergleich mit der Zielform dynamisch an den Abtrag angepasst werden, der noch lokal zum Erreichen der Zielform erforderlich ist.

Vor Beginn der formgebenden Honbearbeitung kann die Ausgangsform der Werkstücköffnung mittels eines Messhubs, in dem die Honelemente keinen materialabtragenden Kontakt mit der Bohrungswand haben, der mit dem Honwerkzeug der Honvorrichtung durchgeführt wird, erfasst oder geprüft werden. Ein separater Messhub kann mit erhöhter Genauigkeit durchgeführt werden. Durch die Verwendung des Honwerkzeugs selbst kann dies zeitsparend und effizient durchgeführt werden. Der Messhub kann rotierend (mit rotierendem Honwerkzeug) durchgeführt werden. Ein rotierender Messhub kann für genauere Messungen sorgen. Bspw. kann der Messhub mit Rotationsgeschwindigkeiten von mehr als 2001/min durchgeführt werden. Eine etwaige umlaufende Maßschwankung kann dadurch vermittelt bzw. herausgemittelt werden. Nach Abschluss der formgebenden Honbearbeitung kann die Form der Werkstücköffnung mittels eines Messhubs, in dem die Honelemente keinen materialabtragenden Kontakt mit der Bohrungswand haben, der mit dem Honwerkzeug der Honvorrichtung durchgeführt wird, erfasst oder geprüft wird. Es kann ein Vergleich mit der angestrebten Zielform vorgenommen werden.

Die formgebende Honbearbeitung kann einen Honschritt mit sich verändernder Hublänge umfassen, wobei ein Honschritt mit über die Öffnungslänge variierender Anpresskraft der Honelemente auf den Honschritt mit sich verändernder Hublänge zeitlich nachfolgt. In dem Honschritt mit sich verändernder Hublänge kann die Zustellkraft konstant gehalten werden oder zusätzlich noch über die je Hub bearbeiteten Länge variiert werden.

Eine erste Vorbearbeitung kann durch die Bearbeitung mit verändernder Hublänge erfolgen und die finale Formgebung durch die Bearbeitung mit über die Öffnungslänge variierender Anpresskraft. Die Bearbeitung mit verändernder Hublänge kann also Teil der formgebenden Bearbeitung sein. Die Zielform kann entlang einer bearbeiteten Länge der Werkstücköffnung wenigstens einen Bereich umfassen, der einen größeren oder kleineren Durchmesser aufweist als jeweils ein in axial Richtung davor und dahinterliegender Bereich. Die Zielform kann also bspw. bauchig ausgebildet sein. Die Zielform kann auch eine lokale Taillierung umfassen. Derartige Formen sind besonders vorteilhaft mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens fertigbar, da dieses ein präzise Schaffung lokal variabler Durchmesser ermöglicht .

Die Zielform kann einen zylindrischen Bereich und einen sich konisch aufweitenden Bereich umfassen. Die Zielform kann einen weiteren zylindrischen Bereich mit größerem Durchmesser als der andere zylindrische Bereich umfassen. Der konische Bereich kann in axialer Richtung zwischen den zylindrischen Bereichen liegen. Der konische Bereich kann den Übergang zwischen den beiden zylindrischen Bereichen bilden.

Die Zielform kann kreiszylindrisch ausgebildet sein und die Ausgangsform von einer Kreiszylinderform abweichen. In den einzelnen axialen Ebenen haben die Zielformen einen kreisförmigen Querschnitt, der Durchmesser der einzelnen Querschnitte kann sich jedoch über die Länge der Öffnung ändern. Wichtige Zielformen im Sinne der vorliegenden Erfindung können Formen sein, bei denen der Durchmesser der jeweiligen Kreisquerschnitte über die Länge zunimmt, jedoch in Längsrichtung nicht wieder abnimmt. Diese können auch als rein aufweitende Formen bezeichnet werden. Wichtige Zielformen können auch Formen sein, die als bauchige Formen bezeichnet werden können. Bei derartigen Formen ist vorgesehen, dass ein Bereich vorhanden ist, in dem der Durchmesser der jeweiligen Kreisquerschnitte über die Länge zunächst zunehmen und in axialer Richtung folgend ein Bereich vorgesehen ist, in dem der Durchmesser der Kreisquerschnitte in axialer Richtung sich wieder verringert. Wichtige Zielformen können auch Formen sein, die als tail _l ierte Formen bezeichnet werden können. Bei derartigen Formen ist vorgesehen, dass ein Bereich vorhanden ist, in dem der Durchmesser der jeweiligen Kreisquerschnitte über die Länge zunächst abnimmt und in axialer Richtung folgend ein Bereich vorgesehen ist, in dem der Durchmesser der Kreisquerschnitte in axialer Richtung sich wieder vergrößert, nimmt

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher beschrieben, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente ggf. lediglich einmal mit Bezugszeichen versehen sind.

Es zeigen:

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung;

Figur 2 einen Teil eines Zustellsystems der Vorrichtung aus Figur 1;

Figur 3 eine herkömmliche Honbearbeitung einer Bohrung; Figur 4 eine Korrektur einer bauchigen Ausgangsform;

Figur 5 eine Schaffung einer bauchigen Zielform;

Figur 6 eine Schaffung einer flaschenähnlichen Zielform; und

Figur 7 ein Honwerkzeug

Figur 8 eine Illustration einer Schaffung einer bauchigen Zie1form;

Figur 9 eine Illustration einer Schaffung einer flaschenähnlichen Zielform;

Figur 10 eine Schaffung einer sich zu einem Öffnungsende hin aufweitenden Zielform; und

Figur 11 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine Honvorrichtung 10 zur Bearbeitung einer Werkstücköffnung 24.

Die Honvorrichtung 10 umfasst ein Honwerkzeug 12 mit mehreren um den Umfang des Honwerkzeugs 12 verteilt angeordneten radial zustellbaren Honelementen 14. Die Honelemente 14 umfassen Honsteine 32 und eine Unterkonstruktion 34. Die Honvorrichtung 10 umfasst weiter eine Gelenkstange 16, und eine Spindel 18, wobei das Honwerkzeug 12 über die Gelenkstange 16 gelenkig mit der Spindel 18 gekoppelt ist. Die gelenkige Kopplung ist vorliegend über ein erstes Schwenkgelenk 36 und ein zweites Schwenkgelenk 38 gebildet. Die Schwenkgelenke 36, 38 bilden an den Enden der Gelenkstange 16 die Verbindung zur Spindel 18 und zum Honwerkzeug 12, wobei die Spindel 18 ausgelegt ist, um mittels einer Antriebseinheit 20 in eine oszillatorische Translationsbewegung mit überlagerter Rotationsbewegung gegenüber einem Werkstück 22 versetzt zu werden

Die Honvorrichtung 10 umfasst weiter eine Messeinrichtung 26 zur Messung des Durchmessers der Werkstücköffnung 24.

Die Messeinrichtung 26 umfasst mehrere an dem Honwerkzeug 12 angeordnete Luftmessdüsen 28. Die jeweilige Luftmessdüse 28 ist in einer Luftmessleiste 30 angeordnet, die zwischen zwei Honelementen 14 angeordnet ist. Die Luftmessdüsen 28 werden über Druckluftleitungen 40 mit Druckluft gespeist.

Die Honvorrichtung 10 umfasst weiter ein elektromechanisches Zustellsystem 42 (Figur 2), über welches die Honelemente 14 in radialer Richtung R zustellbar sind. Das Zustellsystem 42 umfasst eine Kraftmesseinheit 44 und ist ausgebildet, um die Honelemente 14 mit einer vorgebbaren Kraft gegen eine Öffnungswand 52 der zu bearbeitenden Werkstücköffnung 24 zuzustellen.

Die Honvorrichtung 10 umfasst einen Signalwandler 54, der ausgebildet ist, um ein über die Luftmessdüse 28 erfasstes pneumatisches Messsignal in ein elektrisches Signal zu wandeln, wobei der Signalwandler 54 an der Honvorrichtung 10 angeordnet ist. Vorliegend ist der Signalwandler 54 an der Gelenkstange 16 angeordnet. Er kann auch an dem Honwerkzeug 12 angeordnet sein. Er kann auch an der Spindel 18, vorzugsweise im Bereich des Gelenks 36 angeordnet sein.

Der Signalwandler 54 kann kabelgebunden oder, wie vorliegend illustriert, kabellos die Messsignale an eine Steuereinheit 56 kommunizieren. Die Steuereinheit 56 wiederum kann die Messsignale nutzen, um das elektromechanische Zustellsystem 42 entsprechend anzusteuern .

Die Honsteine 32 der Honelemente 14 weisen eine Erstreckung 66 in einer Axialrichtung A auf, die in Fig. 7 dargestellt ist. Die Erstreckung 66 kann wie im Beispiel von Figur 1 geringer als ein Bearbeitungsradius 68 des Honwerkzeugs 12 sein.

Das Zustellsystem 42 umfasst einen elektromechanischen Motor 46, insbesondere der über einen Schlitz 48 in der Spindel 18 mit einer in der Spindel 18 verlaufenden Zustellstange 50 eines Zustellsystems 42 der Honvorrichtung 10 gekoppelt ist, was in Figur 2 gezeigt ist.

Der elektromechanische Motor 46 kann eine Gewindeschnecke 43 in Rotation versetzen, welche mit einem entsprechenden gewindetragenden Gegenstück 41 in Eingriff steht. Das gewindetragenden Gegenstück 41 ist im vorliegenden Beispiel in axialer Richtung A mit der Zustellstange 50 bewegungsgekoppelt, jedoch gegenüber dieser über eine entsprechende Lagerung 58 rotierbar.

Die einzelnen Honelemente 14 sind miteinander unverbunden. Und wie im Beispiel von Fig. 7 gezeigt können alle Honelemente 14 des Honwerkzeugs 12 mittels eines gemeinsamen Zustellkonus 70 radial zustellbar sein.

Es kann je Honelement 14 jeweils ein Honstein 32 vorhanden sein.

In Figur 3 ist eine klassische Honbearbeitung illustriert. Eine Ausgangsform 60 und eine Zielform 62 sind beide kreiszylindrisch. Die Kraft F mit der die Honelemente 14 bzw. Honsteine 32 bei dieser Bearbeitung gegen die Wand 52 der Werkstücköffnung 24 gedrängt werden ist über die axiale Länge und die Dauer der Bearbeitung konstant, da auch der gewünschte Materialabtrag an allen Stellen der Bohrung nominell konstant ist.

In Figur 4 ist eine erfindungsgemäße Honbearbeitung illustriert. Die verwendete Zustellkraft F variiert über die axiale Erstreckung der Öffnung 24. Mittels des Pfeils mit dem Bezugszeichen t ist illustriert, dass die verwendete Kraft F auch über die Zeit variiert. Im Beispiel von Figur 4 wird eine bauchige Ausgangsform 60 in eine kreiszylindrische Zielform 62 überführt. Die Zustellkraft wird an den Stellen der Bohrung dynamisch minimiert (hier in der Mitte der Bohrung), an denen bereits der Zieldurchmesser vorhanden ist. In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Honbearbeitung illustriert bei der eine kreiszylindrische Ausgangsform 60 in eine bauchige Zielform 62 überführt wird. Die verwendete Kraft F variiert über die axiale Erstreckung der Öffnung 24. Mittels des Pfeils mit dem Bezugszeichen t ist illustriert, dass die verwendete Kraft F auch über die Zeit variiert. Die Zustellkraft wird an den Stellen der Bohrung dynamisch maximiert (hier in der Mitte der Bohrung), an denen am meisten Material abgetragen werden muss, um die Zielform zu erreichen.

Im Beispiel von Figur 6 wird eine kreiszylindrische Ausgangsform 60 in eine flaschenähnliche Zielform 62 überführt. Die flaschenähnliche Zielform 62 umfasst zwei kreiszylindrische Abschnitte mit unterschiedlichen

Durchmessern, die über einen im Wesentlichen konischen Abschnitt verbunden sind. Im oberen kreiszylindrischen Abschnitt ist die Zustellkraft gering, da hier auch der erforderliche Materialabtrag gering ist. Im unteren kreiszylindrischen Abschnitt ist die Zustellkraft hoch.

Bei den Beispielen aus Figur 4, 5 und 6 weisen die Ausgangsform 60 und die Zielform 62 jeweils an wenigstens 2 Stellen der Werkstücköffnung 24 eine voneinander unterschiedliche Durchmesserdifferenz zwischen der Ausgangsform 60 und der Zielform 62 auf.

Die formgebende Honbearbeitung zur Veränderung der Werkstücköffnung 24 von der Ausgangsform 60 in die Zielform 62 erfolgt jeweils unter Verwendung einer Honvorrichtung 10 wie sie bspw. in Figur 1 illustriert ist.

Während der Honbearbeitung werden Messsignale mittels der Messeinrichtung 26 erfasst, die den lokalen Durchmesser der Werkstücköffnung 24 charakterisieren, und die Kraft mit der die Honelemente 14 gegen die zu bearbeitende Öffnungswand 52 zugestellt werden, wird während der Honbearbeitung in Abhängigkeit von den während der Honbearbeitung erfassten Messsignalen angepasst, um die Zielform zu erreichen.

Vor Beginn der formgebenden Honbearbeitung ist die Ausgangsform 60 der Werkstücköffnung 24 mittels eines Messhubs, in dem die Honelemente 14 keinen materialabtragenden Kontakt mit der Bohrungswand hatten und der mit dem Honwerkzeug 12 der Honvorrichtung 10 durchgeführt wurde erfasst worden.

Nach Abschluss der formgebenden Honbearbeitung wird die Form der Werkstücköffnung 24 mittels eines Messhubs, in dem die Honelemente 14 keinen materialabtragenden Kontakt mit der Bohrungswand haben und der mit dem Honwerkzeug 12 der Honvorrichtung 10 durchgeführt wird, geprüft.

Die Öffnungen 24 sind in den Figuren 8 bis 10 im Schnitt und halbiert dargestellt.

Figur 8 zeigt eine Illustration einer Schaffung einer bauchigen Zielform 62. Bei dem illustrierten Verfahren wird also eine bauchige Zielform 62 geschaffen und eine Formänderungslänge 100 ist definiert ist, als die Länge entlang der axialen Erstreckung die bei Beginn einer Durchmessererweiterung 104 beginnt und beim Ende der Durchmesserverringerung 106 endet. Die Formänderungslänge 100 ist gewöhnlich kleiner als eine Öffnungslänge 102 (Länge der bearbeiteten Öffnung) kann sich aber auch über die gesamte Öffnungslänge 102 erstrecken.

Ein mit Schneidbelag bestückter Bereich der Honelemente weist die Erstreckung 66 auf, die bei einer derartigen Bearbeitung insbesondere höchstens 70% der Formänderungslänge, insbesondere 60%, insbesondere 50%, insbesondere 40% der Formänderungslänge beträgt.

Figur 9 zeigt eine Illustration einer Schaffung einer flaschenähnlichen Zielform 62. Bei dem illustrierten Verfahren wird also eine flaschenartige Zielform 62 geschaffen, die einen kreiszylindrischen ersten Abschnitt 110 mit einem ersten konstanten Durchmesser und einen kreiszylindrischen zweiten Abschnitt 112 mit einem zweiten, größeren konstanten Durchmesser aufweist, die über einen Übergangsabschnitt 114, der einen sich aufweitenden Durchmesser umfasst, verbunden sind. Eine Flaschenbauchlänge 108 ist definiert als die Summe der Länge des zweiten Abschnitts 112 mit dem zweiten, größeren konstanten Durchmesser und der Länge des Übergangsabschnitts 114. Der mit Schneidbelag bestückte Bereich der Honelemente kann dabei insbesondere eine axiale Erstreckung 66 von höchstens 90% der Flaschenbauchlänge 108, insbesondere 80%, insbesondere 60%, insbesondere 50% der Flaschenbauchlänge aufweisen. Es kann insbesondere mit einem Überlauf gehont werden, bei dem die Honleisten an dem Ende der Durchmessererweiterung aus der Öffnung hinausfahren. Insbesondere kann der Überlauf zwischen 10% und 90%, insbesondere 20% bis 80%, insbesondere 30% bis

70%, der Länge des mit Schneidbelag bestückten Bereichs 66 der Honelemente betragen.

Figur 10 zeigt eine Illustration einer Schaffung einer sich zu einem Öffnungsende 122 hin aufweitenden Zielform. Bei dem illustrierten Verfahren wird also eine sich zu einem Öffnungsende 122 hin aufweitenden Zielform 62 geschaffen. Bei der Zielform 62 mündet der sich aufweitende Bereich 120 in das Öffnungsende 122. Eine Aufweitungslänge 124 ist definiert als die Länge entlang der axialen Erstreckung die bei Beginn einer Durchmessererweiterung bzw. des sich aufweitenden Bereichs 120 beginnt und beim Ende der Öffnung 122 in die die Durchmessererweiterung 120 mündet, endet.

Der mit Schneidbelag bestückte Bereich der Honelemente kann insbesondere eine axiale Erstreckung 66 von höchstens 70% der Aufweitungslänge 124, insbesondere 60%, insbesondere 50%, insbesondere 40% der Aufweitungslänge 124 aufweisen. Insbesondere kann mit einem Überlauf gehont werden. Die Honelemente können also an dem Ende der Durchmessererweiterung 120 aus der Öffnung 24 hinausfahren, insbesondere wobei der Überlauf zwischen 10% und 90% (10% bis 90% des mit Schneidbelag bestückten Bereichs fahren aus der Öffnung 24 aus), insbesondere zwischen 20% bis 80%, insbesondere zwischen 30% bis 70%, der Länge (Erstreckung 66) des mit Schneidbelag bestückten Bereichs der Honelemente 14 beträgt.

Figur 11 zeigt eine Honvorrichtung 10 zur Bearbeitung einer Werkstücköffnung 24. Die Honvorrichtung 10 in Figur 11 umfasst ein Honwerkzeug 12 und eine Spindel 18 die ähnlich denen aus Figur 1 ausgebildet sind. Die Honvorrichtung 10 umfasst statt einer Gelenkstange 16 eine Kopplungsstange 130, wobei das Honwerkzeug 12 über die Kopplungsstange 130 starr mit der Spindel 18 gekoppelt ist. Die Kopplungsstange 130 ist hierzu über starre Kopplungseinrichtungen 136 und 138 mit Spindel 18 und Honwerkzeug 12 verbunden.