EP2976184B2

EP2976184B2 - Honing method and honing tool

Info

Publication number: EP2976184B2
Application number: EP14708570.8A
Authority: EP
Inventors: Fabio Antonio XAVIER; Oliver Bachmann; Florian KRANICHSFELD; Herbert Rauscher
Original assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Current assignee: Elgan Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: JP6092461B2; KR101844124B1; ES2652645T5; JP2016516595A; ES2652645T3; EP2976184B1; CN105246649A; KR20150132548A; DE102013204714B4; DE202014010306U1; WO2014146919A1; CN105246649B; BR112015023549B1; DE102013204714A1; EP2976184A1; PL2976184T3; SI2976184T1; SI2976184T2; HUE035781T2; US20160303702A1

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Erfindung betrifft ein Honverfahren zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung in einem Werkstück mithilfe mindestens einer Honoperation gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein bei der Durchführung des Honverfahrens verwendbares Honwerkzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das Honen von Zylinderlaufflächen bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen für Hubkolbenmaschinen.The invention relates to a honing method for machining the inner surface of a bore in a workpiece using at least one honing operation according to the preamble of claim 1, as well as a honing tool according to the preamble of claim 6 that can be used when performing the honing method. A preferred field of application is the honing of cylinder running surfaces the manufacture of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating piston engines.

Die Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen von Brennkraftmaschinen oder anderen Hubkolbenmaschinen sind im Betrieb einer starken tribologischen Beanspruchung ausgesetzt. Daher kommt es bei der Herstellung von Zylinderblöcken oder Zylinderlaufbuchsen darauf an, diese Zylinderlaufflächen so zu bearbeiten, dass später bei allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Schmierung durch einen Schmiermittelfilm gewährleistet ist und der Reibwiderstand zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen möglichst gering gehalten wird.The cylinder surfaces in cylinder blocks (cylinder crankcases) or cylinder liners of internal combustion engines or other reciprocating piston engines are exposed to severe tribological stress during operation. Therefore, when manufacturing cylinder blocks or cylinder liners, it is important to machine these cylinder sliding surfaces in such a way that sufficient lubrication is ensured by a lubricant film later under all operating conditions and the frictional resistance between parts moving relative to one another is kept as low as possible.

Die qualitätsbestimmende Endbearbeitung solcher tribologisch beanspruchbaren Innenflächen erfolgt in der Regel mit geeigneten Honverfahren, die typischer Weise mehrere aufeinanderfolgende Honoperationen umfassen. Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden. Bei einer Honoperation wird ein aufweitbares Honwerkzeug innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung zur Erzeugung einer Hubbewegung in Axialrichtung der Bohrung mit einer Hubfrequenz auf und ab bzw. hin- und her bewegt und gleichzeitig zur Erzeugung einer der Hubbewegung überlagerten Drehbewegung mit einer Umdrehungsfrequenz gedreht. Die am Honwerkzeug angebrachten Schneidstoffkörper werden über ein Zustellsystem mit einer radial zur Werkzeugachse wirkenden Zustellkraft an die zu bearbeitende Innenfläche angedrückt. Beim Honen entsteht an der Innenfläche ein für die Honbearbeitung typisches Kreuzschliffmuster mit sich überkreuzenden Bearbeitungsspuren, die auch als "Honriefen" bezeichnet werden.The quality-determining finishing of such tribologically stressable inner surfaces is usually carried out using suitable honing processes, which typically include several successive honing operations. Honing is a machining process with geometrically undefined cutting edges. During a honing operation, an expandable honing tool is moved up and down or back and forth within the bore to be machined to generate a stroke movement in the axial direction of the bore with a stroke frequency and simultaneously rotated at a rotational frequency to generate a rotary movement superimposed on the stroke movement. The cutting material bodies attached to the honing tool are pressed against the inner surface to be machined via a feed system with a feed force acting radially to the tool axis. When honing, a cross-cut pattern typical for honing, with intersecting traces of processing, which are also referred to as "honing marks", is created on the inner surface.

Mit steigenden Anforderungen an die Sparsamkeit und Umweltfreundlichkeit von Mobren ist die Optimierung des tribologischen Systems Kolben/Kolbenringe/Zylinderlauffläche von besonderer Bedeutung, um geringe Reibung, geringen Verschleiß und geringen Ölverbrauch zu erreichen. Der Reibungsanteil der Kolbengruppe kann bis zu 35% betragen, so dass der Reibungsreduzierung in diesem Bereich wünschenswert ist.With increasing demands on the economy and environmental friendliness of Mobren, the optimization of the tribological system piston / piston rings / cylinder running surface is of particular importance in order to achieve low friction, low wear and low oil consumption. The proportion of friction in the piston group can be up to 35%, so that the reduction in friction in this area is desirable.

Es werden unterschiedliche Ansätze verfolgt, um die mechanischen Verluste eines Motors zu reduzieren. Hierzu gehören u.a. die Nutzung thermisch gespritzter Zylinderlaufflächen, die Verwendung beschichteter Kolbenringe, die Entwicklung besonders optimierter Honoberflächen etc..Different approaches are being pursued to reduce the mechanical losses of a motor. These include the use of thermally sprayed cylinder sliding surfaces, the use of coated piston rings, the development of particularly optimized honing surfaces, etc.

Eine Technologie, die für die Reduzierung der Reibung und des Verschleißes immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Vermeidung bzw. Reduzierung von Zylinderverzügen bzw. Deformationen des Motorblocks (Zylinderkurbelgehäuses) bei der Montage und/oder im Betrieb. Nach einer konventionellen Honbearbeitung soll eine Zylinderbohrung typischerweise eine Bohrungsform haben, die möglichst wenig, z.B. maximal wenige Mikrometer, von einer idealen Kreiszylinderform abweicht. Während der Montage oder des Betriebs des Motors kann es jedoch zu deutlichen Formfehlern kommen, die bis zu mehreren Hundertsteln Millimeter betragen und die Performance des Motors verringern können. Die Ursachen von Verzügen bzw. Deformationen sind unterschiedlich. Es kann sich um statische oder quasi statische thermische und/oder mechanische Belastungen handeln oder um dynamische Belastungen. Auch die Konstruktion und das Design von Zylinderblöcken haben Einfluss auf die Neigung zu Deformationen. Die Dichtfunktion des Kolbenringpakets wird durch solche schwer kontrollierbaren Deformationen typischerweise verschlechtert, wodurch sich der Blow-by, der Ölverbrauch und auch die Reibung erhöhen können.One technology that is becoming more and more important for reducing friction and wear is the avoidance or reduction of cylinder distortion or deformation of the engine block (cylinder crankcase) during assembly and / or during operation. After a conventional honing operation, a cylinder bore should typically have a bore shape that is as little as possible, e.g. a maximum of a few micrometers, deviates from an ideal circular cylinder shape. During the assembly or operation of the motor, however, significant form errors can occur that can amount to several hundredths of a millimeter and reduce the performance of the motor. The causes of distortion or deformation are different. It can be static or quasi-static thermal and / or mechanical loads or dynamic loads. The construction and design of cylinder blocks also have an influence on the tendency to deformation. The sealing function of the piston ring assembly is typically impaired by such deformations that are difficult to control, which can increase blow-by, oil consumption and also friction.

Um Probleme aufgrund von Verzügen bei der Montage oder in bestimmten Betriebszuständen zu verringern, wurde beispielsweise in der DE 28 10 322 C2 vorgeschlagen, den Motorblock für die Honbearbeitung mit Hilfe einer Spanneinrichtung derart zu deformieren, dass die spätere Deformation durch den Zylinderkopf simuliert wird. In dem verspannten Zustand, der dem später nach der Montage vorliegenden Zustand entspricht, findet die Honbearbeitung zur Erzeugung einer kreiszylindrischen Bohrungsform statt, die sich dann auch nach der Montage wieder einstellen sollte.In order to reduce problems due to delays in assembly or in certain operating states, for example, in the DE 28 10 322 C2 proposed to deform the engine block for honing with the aid of a clamping device in such a way that the subsequent deformation is simulated by the cylinder head. In the clamped state, which corresponds to the state later present after assembly, the honing process takes place in order to produce a circular-cylindrical bore shape, which should then also be restored after assembly.

Eine andere Technologie, welche durch eine Invertierung der Zylinderverzüge (Erzeugung einer Negativform des Fehlers) bei der Bearbeitung die Entstehung einer Idealform nach der Montage oder im Betriebszustand des Motors gewährleisten oder annähern soll, ist das sogenannte Formhonen. Dabei wird am unverspannten Werkstück mittels Honen eine von der Kreiszylinderform definiert abweichende Bohrungsform erzeugt, z.B. eine Kleeblattform. Solche Bohrungsformen sind in der Regel unsymmetrisch, weil auch die Deformationen der Zylinderblocks in der Regel nicht symmetrisch sind. Im Betriebszustand soll sich dabei eine möglichst ideale Kreiszylinderform ergeben, so dass das Kolbenringpaket über den gesamten Bohrungsumfang gut abdichten kann. Verschiedene Varianten des Formhonens werden beispielsweise in der EP 1 790 435 B1 und in dem darin genannten Stand der Technik beschrieben.Another technology, which by inverting the cylinder distortion (generating a negative shape of the defect) during machining, is supposed to guarantee or approximate the creation of an ideal shape after assembly or when the engine is in operation, is so-called form honing. In this case, a bore shape that deviates from the circular cylinder shape is created on the unstressed workpiece by means of honing, for example a clover leaf shape. Such bore shapes are usually asymmetrical because the deformations of the cylinder blocks are also usually not symmetrical. In the operating state, the ideal circular cylinder shape should result, so that the piston ring package can seal well over the entire circumference of the bore. Different variants of shape honing are for example in the EP 1 790 435 B1 and in the prior art cited therein.

Die EP 1 321 229 A1 , die die Basis für die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 6 bildet, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrung, die im unbelasteten Zustand eine Ausgangsform aufweist und im Betriebszustand eine von der Ausgangsform abweichende Sollform. Bei dem Verfahren wird die Verformung einer Bohrung zur Sollform im Betriebszustand ermittelt, mittels der Sollform und der Verformung wird die Ausgangsform ermittelt und die Bohrung wird mit einem Bearbeitungsverfahren in die Ausgangsform gebracht. Bei dem Ausführungsbespiel ist die Ausgangsform der Bohrung in einem oberen Bereich weitgehen zylindrisch und in einem unteren Bereich elliptisch. Die beiden Bereiche gehen in einen mittleren Übergangsbereich ineinander über. Zur Bearbeitung kommt eine Honmaschine zum Einsatz die ein bis vier Honsteine hat. Da sich die Bohrungsgeometrie im mittleren Bereich zwischen dem zylindrischen und dem elliptischen Bereich kontinuierlich ändert, kommen Honsteine mit sehr geringer axialer Streckung zum Einsatz.The EP 1 321 229 A1 , which forms the basis for the preambles of claims 1 and 6, describes a method for producing a bore that has an initial shape in the unloaded state and a desired shape that deviates from the initial shape in the operating state. In the process, the deformation of a The nominal shape of the hole is determined in the operating state, the original shape is determined by means of the nominal shape and the deformation, and the hole is brought into the original shape using a machining process. In the exemplary embodiment, the initial shape of the bore is largely cylindrical in an upper area and elliptical in a lower area. The two areas merge into one another in a central transition area. A honing machine with one to four honing stones is used for processing. Since the bore geometry changes continuously in the middle area between the cylindrical and the elliptical area, honing stones with very low axial stretching are used.

Die internationale Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer WO 01/76817 A1 offenbart ein hydraulisch aufweitbares Honwerkzeug mit einer ringförmigen Schneidgruppe am spindelabgewandten Ende des Honwerkzeugs. Die Schneidbeläge sind am Ende von nach außen aufspreizbaren Zungen angebracht, die einstückig mit dem Werkzeugkörper ausgebildet sind. Die Zungen werden bei der Zustellung zur Vergrößerung des wirksamen Außendurchmessers nach außen aufgespreizt.The international patent application with publication number WO 01/76817 A1 discloses a hydraulically expandable honing tool with an annular cutting group at the end of the honing tool facing away from the spindle. The cutting surfaces are attached to the end of outwardly expandable tongues which are formed in one piece with the tool body. The tongues are spread outward during delivery to enlarge the effective outer diameter.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 16 52 074 A1 offenbart ein Honwerkzeug mit einer Schneidgruppe, die aus zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Honsegmenten mit außenliegenden Rippen besteht, auf denen der Schneidbelag sitzt.The German Offenlegungsschrift DE 16 52 074 A1 discloses a honing tool with a cutting group that consists of two diametrically opposed honing segments with external ribs on which the cutting surface sits.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Honverfahren und ein bei seiner Durchführung verwendbares Honwerkzeug bereitzustellen, die es erlauben, Hubkolbenmaschinen herzustellen, die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Reibungsverlusten, Ölverbrauch und Blow-by haben.It is an object of the present invention to provide a generic honing method and a honing tool that can be used to carry it out, which allow reciprocating piston machines to be produced which have improved properties with regard to friction losses, oil consumption and blow-by.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Honverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 6 bereitgestellt, welches im Rahmen des Honverfahrens verwendet werden kann.To achieve this object, the invention provides a honing method with the features of claim 1. Furthermore, a honing tool with the features of claim 6 is provided, which can be used in the context of the honing process.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.Advantageous further developments are given in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the content of the description by reference.

Bei dem Honverfahren wird eine flaschenförmige Bohrung, d.h. eine Bohrung mit einer Flaschenform, erzeugt. Eine "flaschenförmige Bohrung" hat direkt anschließend an einen Bohrungseintritt einen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser, entfernt von dem Bohrungseintritt einen zweiten Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, und zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt einen Übergangsabschnitt mit einem kontinuierlichen Übergang vom ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser. Der erste Bohrungsabschnitt und der zweite Bohrungsabschnitt haben in der Regel kreiszylindrische Grundform und liegen koaxial zueinander. Der Übergangsabschnitt kann teilweise konisch ausgebildet sein und an seinen den äußeren Bohrungsabschnitten zugewandten Enden jeweils mit geeigneten Radien in die benachbarten Bohrungsabschnitte übergehen.In the honing process, a bottle-shaped bore, i. a hole with a bottle shape. A "bottle-shaped bore" has a first bore section with a first diameter directly adjoining a bore entry, a second bore section with a second diameter which is larger than the first diameter away from the bore entry and a transition section with between the first and the second bore section a continuous transition from the first diameter to the second diameter. The first bore section and the second bore section generally have a circular cylindrical basic shape and are coaxial with one another. The transition section can be partially conical and, at its ends facing the outer bore sections, merge with suitable radii into the adjacent bore sections.

Bei geeigneter Auslegung der flaschenförmigen Makroform können wesentliche Vorteile bezüglich Reibungsreduzierung, reduziertem Blow-by sowie reduziertem Ölverbrauch erzielt werden. Weiterhin können sich Verbesserungen bei der Verschleißbeständigkeit des Kolbenringpakets und positive Einflüsse auf die Geräuschentwicklung während des Betriebs ergeben. Im relativ engeren ersten Bohrungsabschnitt nahe dem Bohrungseintritt, also im "Flaschenhals", findet in einer Brennkraftmaschine ein wesentlicher Teil der Verbrennung statt. Ein eventuelles hohes Ölangebot in diesem Abschnitt könnte zu Emissions- und Ölverbrauchproblemen führen. In diesem engeren ersten Bohrungsabschnitt kann das Ringpaket der Kolbenringe seine konventionellen Funktionen (insbesondere die Abdichtung gegen Verbrennungsgase sowie das Abstreifen des Ölfilms in der Rückwärtsbewegung) aufgrund relativ hoher Ringspannung gut erfüllen. Durch die Druckwellen der Verbrennung beschleunigt sich der Kolben im ersten Bohrungsabschnitt und erreicht den Übergangsabschnitt mit sich allmählich vergrößerndem Durchmesser. Im Übergangsabschnitt wird die Kolbenringspannung durch die Vergrößerung des Durchmessers reduziert. Da hier jedoch bereits eine erhebliche Kolbengeschwindigkeit vorliegt und der Innendruck im Zylinderraum nachlässt, werden Blow-by, Ölverbrauchswert und Motorgeräuschemission nicht nachteilig beeinflusst. Durch geeignete Radien zwischen dem Übergangsabschnitt und den daran angrenzenden ersten und zweiten Bohrungsabschnitten kann ein sanfter Einlauf und Auslauf der Kolbenringe am Übergangsabschnitt erreicht werden, so dass Ringverschleiß oder Motorfresser vermieden werden können. In der Abwärtsbewegung erreicht das Ringpaket nach Durchlaufen des Übergangsabschnitts beim Eintritt in den zweiten Bohrungsabschnitt seine niedrigste Spannung, so dass dort, wo der Kolben seine maximale Geschwindigkeit erreicht, der Reibungsverlust automatisch reduziert wird.With a suitable design of the bottle-shaped macro-shape, significant advantages in terms of friction reduction, reduced blow-by and reduced oil consumption can be achieved. Furthermore, improvements in the wear resistance of the piston ring set and positive influences on the noise development during operation can result. A substantial part of the combustion takes place in an internal combustion engine in the relatively narrower first bore section near the bore inlet, that is to say in the "bottle neck". Any high oil supply in this section could lead to emissions and oil consumption problems. In this narrower first bore section, the ring set of the piston rings can fulfill its conventional functions (in particular the sealing against combustion gases and the stripping of the oil film in the backward movement) due to the relatively high ring tension. Due to the pressure waves of the combustion, the piston accelerates in the first bore section and reaches the transition section with a gradually increasing diameter. In the transition section, the piston ring tension is reduced by increasing the diameter. However, since there is already a considerable piston speed here and the internal pressure in the cylinder chamber decreases, blow-by, oil consumption and engine noise emissions are not adversely affected. By means of suitable radii between the transition section and the first and second bore sections adjoining it, a smooth inlet and outlet of the piston rings at the transition section can be achieved, so that ring wear or engine seizure can be avoided. In the downward movement, after passing through the transition section, the ring pack reaches its lowest tension when entering the second bore section, so that the friction loss is automatically reduced where the piston reaches its maximum speed.

Im Rahmen des Honverfahrens, welches zu einer flaschenförmigen Bohrung mit einsatzoptimaler Oberflächenstruktur führt, wird bei mindestens einer Honoperation ein für diesen Zweck besonders taugliches Honwerkzeug verwendet, welches hier aufgrund seiner Konstruktion auch als "Ringwerkzeug" bezeichnet wird. Ein "Ringwerkzeug" im Sinne dieser Anmeldung hat mindestens eine ringförmige Schneidgruppe mit drei oder mehr um den Umfang des Werkzeugkörpers des Honwerkzeugs verteilten, radial zustellbaren Schneidstoffkörpern, die als in Umfangsrichtung des Honwerkzeugs relativ breite und in Axialrichtung des Honwerkzeuges relativ schmale Honsegmente gestaltet sind. Die in Axialrichtung des Honwerkzeugs gemessene axiale Länge der Honsegmente ist dabei kleiner als die in Umfangsrichtung gemessene Breite und die axiale Länge des mit Schneidstoffkörpern ausgestatteten Schneidbereichs ist kleiner als der wirksame Außendurchmesser des Honwerkzeugs.As part of the honing process, which leads to a bottle-shaped bore with a surface structure that is optimal for use, a honing tool that is particularly suitable for this purpose is used in at least one honing operation, which is also referred to here as a "ring tool" due to its design. A "ring tool" within the meaning of this application has at least one ring-shaped cutting group with three or more radially adjustable cutting material bodies distributed around the circumference of the tool body of the honing tool, which are designed as honing segments that are relatively wide in the circumferential direction of the honing tool and relatively narrow in the axial direction of the honing tool. The one in the axial direction The axial length of the honing segments measured by the honing tool is smaller than the width measured in the circumferential direction and the axial length of the cutting area equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outer diameter of the honing tool.

Wenn mindestens drei Honsegmente vorgesehen sind, so können die Bearbeitungskräfte über den gesamten durch radiale Zustellung verfügbaren wirksamen Außendurchmesserbereich des Honwerkzeugs gut und relativ gleichmäßig über den Umfang verteilt werden. Es können z.B. in einer Schneidgruppe genau drei, genau vier, genau fünf oder genau sechs Honsegmente gleicher oder unterschiedlicher Umfangsbreite vorgesehen sein. Mehr als sechs Honsegmente innerhalb einer Schneidgruppe sind zwar möglich, machen die Konstruktion aber komplizierter und sind in der Regel nicht erforderlich.If at least three honing segments are provided, the machining forces can be distributed well and relatively evenly over the entire effective outer diameter range of the honing tool available through radial infeed. E.g. exactly three, exactly four, exactly five or exactly six honing segments of the same or different circumferential width can be provided in a cutting group. More than six honing segments within a cutting group are possible, but make the construction more complicated and are usually not necessary.

Durch die radiale Zustellbarkeit (Verschiebung der Honsegmente in Radialrichtung bei der Zustellung) kann erreicht werden, dass die Eingriffsbedingungen zwischen Schneidstoffkörper und Bohrungsinnenfläche unabhängig vom eingestellten Durchmesser praktisch konstant bleiben. Durch Vermeidung von Schneidstoffkörper-Verkippung während der radialen Zustellung kann ungleichmäßiger Verschleiß vermieden werden.Due to the radial advancement (displacement of the honing segments in the radial direction during advancement) it can be achieved that the engagement conditions between the cutting material body and the inner surface of the bore remain practically constant regardless of the set diameter. By avoiding tilting of the cutting material body during the radial infeed, uneven wear can be avoided.

Diese Maßnahmen können sich einzeln und in Kombination positiv auf die erzielbare Oberflächenqualität auswirken, insbesondere bezüglich der Gleichmäßigkeit der Oberflächenqualität über unterschiedliche Bohrungsabschnitte.These measures can have a positive effect, individually and in combination, on the surface quality that can be achieved, in particular with regard to the uniformity of the surface quality over different bore sections.

Die axiale Länge der Honsegmente kann z.B. bei weniger als 30% des wirksamen Außendurchmessers des Honwerkzeugs liegen, insbesondere zwischen 10% und 20% dieses Außendurchmessers. Bei Ringwerkzeugen für die Bearbeitung typischer Zylinderbohrungen in Motorblöcken für PKW oder LKW kann die axiale Länge z.B. im Bereich von 5 mm bis 20 mm liegen. Bezogen auf die Bohrungslänge einer zu bearbeitenden Bohrung liegt die axiale Länge typischerweise bei weniger als 10% dieser Bohrungslänge. Werden die oberen Grenzen deutlich überschritten, so leidet in der Regel die Möglichkeit zur axialen Konturverfolgung bzw. Konturerzeugung. Außerdem sind geringe axiale Längen vorteilhaft, um einen ausreichenden Flächendruck für die Bearbeitung zu erzeugen. Andererseits ist eine Mindestlänge in Axialrichtung vorteilhaft, um zur Bearbeitung der Bohrungsenden einen Honüberlauf zu ermöglichen und um eine Kippneigung des Honwerkzeugs zu begrenzen.The axial length of the honing segments can e.g. are less than 30% of the effective outer diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of this outer diameter. In the case of ring tools for machining typical cylinder bores in engine blocks for cars or trucks, the axial length can e.g. range from 5 mm to 20 mm. In relation to the bore length of a bore to be machined, the axial length is typically less than 10% of this bore length. If the upper limits are clearly exceeded, the possibility of axial contour tracking or contour generation suffers. In addition, short axial lengths are advantageous in order to generate sufficient surface pressure for machining. On the other hand, a minimum length in the axial direction is advantageous in order to allow a honing overflow for machining the bore ends and to limit the tendency of the honing tool to tilt.

Ein derartiges Ringwerkzeug stellt eine Abkehr von konventionellen Konzepten der Honwerkzeugauslegung dar, welche davon ausgehen, dass zur Erzielung geringer Formfehler einer gehonten Bohrung Honwerkzeuge mit in Axialrichtung relativ langen, in Umfangsrichtung dagegen relativ schmalen Honleisten verwendet werden sollten. Ein Ringwerkzeug ist besonders gut an die Bearbeitung von flaschenförmigen Bohrungsformen bzw. allgemein von Bohrungsformen mit in Axialrichtung signifikant variierendem Bohrungsdurchmesser angepasst. In einer ringförmigen Schneidgruppe ist der Schneidstoff (gebundene Schneidkörner geeigneter Körnung, Dichte und Härte) in einem axial relativ schmalen Ring konzentriert, wobei typischerweise mehr als die Hälfte des Umfangs einer ringförmigen Schneidgruppe mit Schneidmittel besetzt ist und dementsprechend wirksam zum Materialabtrag beiträgt.Such a ring tool represents a departure from conventional concepts of honing tool design, which assume that honing tools with honing stones that are relatively long in the axial direction and relatively narrow in the circumferential direction should be used in order to achieve low form defects in a honed bore. A ring tool is particularly well adapted to the machining of bottle-shaped bore shapes or, in general, of bore shapes with a bore diameter that varies significantly in the axial direction. In an annular cutting group, the cutting material (bound cutting grains of suitable grain size, density and hardness) is concentrated in an axially relatively narrow ring, with typically more than half of the circumference of an annular cutting group being occupied by cutting means and accordingly contributing effectively to the removal of material.

Der Schneidbereich, in dem eine oder mehrere ringförmige Schneidgruppen liegen, ist im Vergleich zum wirksamen Außendurchmesser des Honwerkzeugs in Axialrichtung kurz bzw. schmal, wodurch die Erzeugung und/oder Verfolgung einer in Axialrichtung verlaufenden Kontur möglich wird.The cutting area in which one or more ring-shaped cutting groups are located is short or narrow in the axial direction compared to the effective outer diameter of the honing tool, which makes it possible to generate and / or follow a contour running in the axial direction.

Eine ringförmige Schneidgruppe zeichnet sich im Vergleich zu konventionellen Honleisten dadurch aus, dass in dem von der ringförmigen Schneidgruppe abgedeckten axialen Abschnitt wesentlich mehr Kontaktfläche zwischen Schneidstoffkörpern und Bohrungsinnenfläche existiert als in einem vergleichbar schmalen axialen Abschnitt eines konventionellen Honwerkzeugs. Bei manchen Ausführungsformen sind an einer ringförmigen Schneidgruppe mehr als 60% des Umfangs mit Schneidmittel belegt, eventuell sogar mehr als 70% oder mehr als 80% des Umfangs des Honwerkzeugs.A ring-shaped cutting group is distinguished from conventional honing stones in that the axial section covered by the ring-shaped cutting group has significantly more contact area between the cutting material bodies and the inner surface of the bore than in a comparatively narrow axial section of a conventional honing tool. In some embodiments, more than 60% of the circumference of an annular cutting group is occupied by cutting means, possibly even more than 70% or more than 80% of the circumference of the honing tool.

Vorzugsweise ist eine Schneidgruppe derart in der Nähe eines spindelabgewandten Endes des Werkzeugkörpers angeordnet, dass sich die Schneidgruppe ausschließlich in der spindelabgewandten Hälfte des Werkzeugkörpers befindet. Wenn mehrere ringförmige Schneidgruppen vorgesehen sind, kann diese Bedingung für alle Schneidgruppen gelten. Eine Anordnung nahe am spindelfernen Ende ermöglicht u.a. Bearbetungen mit sehr geringem Honüberlauf.A cutting group is preferably arranged in the vicinity of an end of the tool body facing away from the spindle in such a way that the cutting group is located exclusively in the half of the tool body facing away from the spindle. If several annular cutting groups are provided, this condition can apply to all cutting groups. An arrangement close to the end remote from the spindle enables, among other things, Machining with very little honing overflow.

Bei der Honbearbeitung kann die Hubposition des Honwerkzeugs innerhalb der Bohrung als Leitgröße genutzt werden, um mit hoher örtlicher Auflösung den Anpressdruck bzw. die Zustellkraft als Funktion der Hubposition der ringförmigen Schneidgruppe vorzugeben. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe einer zustellbaren ringförmigen Schneidgruppe eine Bohrung mit axial veränderlicher Kontur zu erzeugen oder auch einer bereits vorher erzeugten axial variierenden Kontur ohne unerwünschte Andruckkraftspitzen zu folgen. Bei Verwendung eines Ringwerkzeugs kann in allen axialen Bereichen der Bohrung mit im Wesentlichen gleicher Überdeckung gearbeitet werden, so dass bei Bedarf sehr gleichmäßige Rauhigkeitsbilder bzw. Oberflächenstrukturen erzeugt werden können. Bei Verwendung eines Ringwerkzeugs kann gegebenenfalls auch mit sehr geringem Honüberlauf an den axialen Enden einer Bohrung gearbeitet werden, ohne dass Probleme mit ungleichmäßigem Schneidkörperverschleiß auftreten.During the honing process, the stroke position of the honing tool within the bore can be used as a guide variable in order to specify the contact pressure or the feed force as a function of the stroke position of the annular cutting group with high local resolution. This makes it possible, with the aid of an adjustable ring-shaped cutting group, to produce a bore with an axially variable contour or to follow an axially varying contour that has already been produced beforehand without undesired pressure force peaks. When using a ring tool, it is possible to work with essentially the same overlap in all axial areas of the bore, so that, if necessary, very uniform roughness patterns or surface structures can be generated. When using a ring tool, it is possible to work with very little honing overflow at the axial ends of a bore without problems with uneven cutting body wear.

Vorzugsweise wird mit einem elektromechanischen Schneidgruppen-Zustellsystem gearbeitet. Im Gegensatz zu einer hydraulischen Aufweitung ist dadurch eine präzise Vorgabe des Zustellwegs (Wegsteuerung) möglich, wodurch eine axiale Kontur gezielt erzeugt und/oder eine vorgegebene axiale Kontur präzise verfolgt werden kann.An electromechanical cutting group feed system is preferably used. In contrast to hydraulic expansion, this enables a precise specification of the infeed path (path control), whereby an axial contour is specifically generated and / or a given axial contour is precise can be tracked.

An dem Honwerkzeug können ein oder mehrere Sensoren eines Durchmessermesssystems angeordnet sein, so dass eine in-prozess-Durchmessermessung möglich ist. Beispielsweise können zwischen benachbarten Honsegmenten am Werkzeugkörper jeweils Messdüsen eines pneumatischen Durchmessermesssystems angebracht sein. Hierdurch kann die Präzision der erzielbaren Bohrungskonturen verbessert werden.One or more sensors of a diameter measuring system can be arranged on the honing tool so that an in-process diameter measurement is possible. For example, measuring nozzles of a pneumatic diameter measuring system can be attached between adjacent honing segments on the tool body. In this way, the precision of the hole contours that can be achieved can be improved.

Durch Verwendung eines Ringwerkzeugs sind ein gleichmäßiger Verschleiß der Schneidstoffkörper und sehr gute Formwerte sowie gleichmäßige Oberflächenrauheiten der Bohrung über die gesamte Standzeit der ringförmigen Schneidgruppe gewährleistet.Using a ring tool ensures uniform wear of the cutting material body and very good shape values as well as uniform surface roughness of the bore over the entire service life of the ring-shaped cutting group.

Es sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Ringwerkzeugen möglich, zwischen denen ein Nutzer in Abhängigkeit von der zu bewältigenden Bearbeitungsaufgabe auswählen kann.Different configurations of ring tools are possible, between which a user can choose depending on the machining task to be mastered.

Bei manchen Ausführungsformen hat das Ringwerkzeug eine einzige ringförmige Schneidgruppe, deren Honsegmente über ein einziges gemeinsames Zustellsystem radial zugestellt bzw. zurückgezogen werden können. Typischerweise hat die ringförmige Schneidgruppe drei oder mehr gleichmäßig oder ungleichmäßige über den Umfang des Honwerkzeugs verteilte Honsegmente, in der Regel nicht mehr als sechs. Vorzugsweise ist die einzige ringförmige Schneidgruppe in der Nähe des spindelabgewandten freien Endes des Werkzeugkörpers angeordnet, z.B. bündig mit der spindelabgewandten Stirnseite. Derartige Konstruktionen sind besonders gut für die Bearbeitung von Zylinderbohrungen mit reduziertem Honüberlauf geeignet. Derartige Einschränkungen bei der Bearbeitung ergeben sich beispielsweise bei Sacklochbohrungen oder bei Zylinderbohrungen in Motorblöcken für Monoblock- oder V-Motoren.In some embodiments, the ring tool has a single ring-shaped cutting group, the honing segments of which can be radially advanced or withdrawn via a single common infeed system. Typically, the annular cutting group has three or more honing segments evenly or unevenly distributed over the circumference of the honing tool, usually not more than six. Preferably the single annular cutting group is arranged in the vicinity of the free end of the tool body remote from the spindle, e.g. flush with the face facing away from the spindle. Such constructions are particularly suitable for the machining of cylinder bores with reduced honing overflow. Such restrictions in machining arise, for example, in the case of blind bores or cylinder bores in engine blocks for monoblock or V-engines.

Es ist auch möglich, dass eine ringförmige Schneidgruppe zwei unabhängig voneinander zustellbare Gruppen von Honsegmenten aufweist, wobei die Honsegmente der Gruppen in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Vorteile einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe (beispielsweise hinsichtlich der Bearbeitung von Bohrungen mit kurzem Honüberlauf) mit den Vorteilen einer Doppelzustellung zweier voneinander unabhängiger Gruppen von Honsegmenten zu kombinieren. Mit einem derartigen Werkzeug können zwei aufeinanderfolgende Honoperationen mit unterschiedlichen Schneidstoffen ohne zwischengeschalteten Werkzeugwechsel durchgeführt werden. Die Honsegmente einer Gruppe von Honsegmenten haben normalerweise den gleichen Schneidbelag, während die Gruppen untereinander unterschiedliche Schneidbeläge haben, beispielsweise Diamantbeläge unterschiedlicher Körnung.It is also possible for an annular cutting group to have two groups of honing segments that can be advanced independently of one another, the honing segments of the groups being arranged alternately in the circumferential direction. This makes it possible to combine the advantages of a single ring-shaped cutting group (for example with regard to the machining of bores with a short honing overflow) with the advantages of a double feed of two independent groups of honing segments. With such a tool, two consecutive honing operations with different cutting materials can be carried out without an intervening tool change. The honing segments of a group of honing segments normally have the same cutting surface, while the groups have mutually different cutting surfaces, for example diamond surfaces of different grain size.

Es ist auch möglich, dass ein Ringwerkzeug eine erste ringförmige Schnedgruppe und mindestens eine zweite ringförmige Schneidgruppe aufweist, die axial versetzt zur ersten ringförmigen Schneidgruppe angeordnet ist und unabhängig von der ersten ringförmigen Schneidgruppe zugestellt werden kann. Auch hierdurch sind zwei aufeinanderfolgende Honoperationen mit unterschiedlichen Schneidstoffen ohne zwischengeschalteten Werkzeugwechsel möglich. Da die unterschiedlichen Schneidstoffe auf die mindestens zwei axial gegeneinander versetzt liegenden ringförmigen Schneidgruppen verteilt sind, die jeweils einen großen Teil des Umfangs des Honwerkzeugs abdecken können, sind hier in beiden Honoperationen besonders hohe Abtragsleistungen bzw. relativ kurze Honzeiten möglich. Derartige Ringwerkzeuge können für alle Bohrungen eingesetzt werden, die genügend Honüberlauf erlauben. Mit zwei oder mehr ringförmigen Schneidgruppen ist auch eine Überbrückung von Pulsationsfenstern oder Querbohrungen bzw. Bohrungsunterbrechungen jeglicher Art besonders einfach möglich. Ein solches Ringwerkzeug hat vorzugsweise genau zwei ringförmige Schneidgruppen, wodurch trotz einfachem Aufbau ein flexibler Einsatz möglich ist.It is also possible that a ring tool has a first ring-shaped cutting group and at least one second ring-shaped cutting group, which is arranged axially offset to the first ring-shaped cutting group and can be advanced independently of the first ring-shaped cutting group. This also enables two consecutive honing operations with different cutting materials without an intermediate tool change. Since the different cutting materials are distributed over the at least two axially offset annular cutting groups, which can each cover a large part of the circumference of the honing tool, particularly high removal rates or relatively short honing times are possible in both honing operations. Such ring tools can be used for all bores that allow sufficient honing overflow. With two or more ring-shaped cutting groups, bridging of pulsation windows or transverse bores or bore interruptions of any kind is particularly easy. Such a ring tool preferably has exactly two ring-shaped cutting groups, whereby flexible use is possible despite its simple construction.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist am Werkzeugkörper ein integriertes, mehrachsig bewegliches Gelenk, z.B. ein Kugelgelenk oder ein kardanisches Gelenk, vorgesehen. So können Positionsfehler der Maschine und/oder ein Kernversatz der Bohrung ausgeglichen werden, ohne die Bohrungsposition zu verändern. Ausführungsbeispiele ohne Gelenk sind auch möglich. Derartige Ringwerkzeuge können starr an eine Honspindel oder eine starr mit der Honspindel gekoppelte Antriebsstange angekoppelt werden.In preferred embodiments, an integrated, multi-axis movable joint, e.g. a ball joint or a cardan joint, is provided. In this way, position errors in the machine and / or a core offset in the hole can be compensated for without changing the hole position. Embodiments without a joint are also possible. Such ring tools can be rigidly coupled to a honing spindle or a drive rod rigidly coupled to the honing spindle.

Die Flaschenform der Bohrung kann durch jedes geeignete spanabhebende Bearbeitungsverfahren erzeugt werden, beispielsweise durch Feindrehen (Feinspindeln), also mit Hilfe eines Bearbeitungsverfahrens mit geometrisch bestimmter Schneide, oder durch Honen. Daran können sich eine oder mehrere Honoperationen anschließen, um zur endgültig gewünschten Bohrungsgeometrie mit geeigneter Oberflächenstruktur zu gelangen.The bottle shape of the bore can be produced by any suitable machining process, for example by precision turning (fine spindles), that is to say with the aid of a machining process with a geometrically defined cutting edge, or by honing. This can be followed by one or more honing operations in order to arrive at the final desired bore geometry with a suitable surface structure.

Vorzugsweise wird zunächst durch Feindrehen oder Honen eine Bohrung mit kreiszylindrischer Bohrungsform erzeugt und danach wird in einer Flaschenhonoperation durch Honen mit axial variierendem Honabtrag eine flaschenförmige Bohrungsform erzeugt. Im Vergleich zum Feindrehen können durch Honen Oberflächen mit besonders gleichmäßiger Oberflächenqualität ohne umlaufende Spuren erzeugt werden. Zur Gleichmäßigkeit der Oberflächenqualität trägt auch der Selbstschärfungseffekt der Schneidstoffkörper bei. Beim Honen ist eine kontinuierliche Prozessüberwachung möglich.Preferably, a bore with a circular cylindrical bore shape is first produced by precision turning or honing and then a bottle-shaped bore shape is produced in a bottle honing operation by honing with axially varying honing removal. Compared to fine turning, honing can produce surfaces with a particularly uniform surface quality without any circumferential marks. The self-sharpening effect of the cutting material body also contributes to the uniformity of the surface quality. Continuous process monitoring is possible during honing.

Bei einer Verfahrensvariante wird bei der Flaschenhonoperation ein aufweitbares Honwerkzeug mit mindestens einer ringförmigen Schneidgruppe verwendet, also ein Ringwerkzeug. Dabei werden Honsegmente der Schneidgruppe in einem Abwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von Hubposition, weg- und/oder kraftgesteuert radial nach außen zugestellt und bei einem Aufwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von der Hubposition radial zurückgezogen. Durch diese Bearbeitungsvariante ergibt sich im besonders schwierig zu bearbeitenden Übergangsabschnitt von Anfang an ein relativ glatter Konturverlauf.In a variant of the method, an expandable honing tool with at least one ring-shaped cutting group, that is to say a ring tool, is used in the bottle honing operation. In this case, honing segments of the cutting group are fed in a downward stroke according to the bottle shape and depending on the stroke position, in a path- and / or force-controlled manner radially outward retracted radially on an upward stroke according to the bottle shape depending on the stroke position. This machining variant results in a relatively smooth contour from the start in the transition section, which is particularly difficult to machine.

Alternativ ist es auch möglich, dass bei der Flaschenhonoperation ein aufweitbares Honwerkzeug mit Honleisten verwendet wird, deren Länge mehr als 50% der Länge der Bohrung beträgt. Die Länge der Honleisten kann beispielsweise zwischen 50% und 80% der Länge der Bohrung betragen. Bei der Flaschenhonoperation wird dann in einer ersten Phase das Honwerkzeug in einer ersten Hublage zwischen einem oberen und einem unteren Umsteuerpunkt auf und ab bzw. hin- und her bewegt, um die Bohrung zunächst auf ihrer gesamten Länge in eine kreiszylindrische Form zu bringen. Danach wird in einer zweiten Phase der obere Umsteuerpunkt inkrementell, d.h. über mehrere Hübe hinweg, in Richtung des unteren Umsteuerpunkts verändert, so dass sich die Hublänge allmählich reduziert. Dadurch ergibt sich eine Verlagerung der Hublage in Richtung einer zweiten Hublage, die im Bereich des zweiten Bohrungsabschnitts liegt. Danach wird in einer dritten Phase das Honwerkzeug in der zweiten Hublage hin- und her bewegt. Bei dieser Verfahrensvariante entsteht die Grundform des Übergangsabschnitts im Wesentlichen während der zweiten Phase der allmählichen Hublagenverlagerung und Hubhöhenreduzierung, wobei gleichzeitig und auch in der dritten Phase noch die Durchmesservergrößerung im zweiten Bohrungsabschnitt erzeugt wird.Alternatively, it is also possible for the bottle honing operation to use an expandable honing tool with honing stones, the length of which is more than 50% of the length of the bore. The length of the honing stones can for example be between 50% and 80% of the length of the bore. During the bottle honing operation, in a first phase the honing tool is moved up and down or back and forth in a first stroke position between an upper and a lower reversing point in order to first bring the bore into a circular cylindrical shape over its entire length. Then, in a second phase, the upper reversal point is incrementally, i.e. over several strokes, changed in the direction of the lower reversing point so that the stroke length is gradually reduced. This results in a shift of the stroke position in the direction of a second stroke position, which lies in the area of the second bore section. Then, in a third phase, the honing tool is moved back and forth in the second stroke position. In this variant of the method, the basic shape of the transition section arises essentially during the second phase of the gradual shifting of the stroke position and the reduction in stroke height, with the increase in diameter in the second bore section being generated at the same time and also in the third phase.

Wenn die Flaschenhonoperation mittels eines Honwerkzeugs mit relativ langen Honleisten durchgeführt wird, kann im Übergangsabschnitt eine relativ raue Oberflächenstruktur mit einem Profil ähnlich einem Sägeprofil entstehen. Um die erwünschte gleichmäßige Oberflächenstruktur auch im Übergangsabschnitt zu erhalten, wird daher vorzugsweise nach der Flaschenhonoperation eine Glatthonoperation zur Glättung des Bohrungsprofils im Übergangsbereich durchgeführt, wobei bei der Glättungshonoperation ein Ringwerkzeug verwendet wird, also ein aufweitbares Honwerkzeug mit mindestens einer ringförmigen Schneidgruppe. Mit Hilfe des Ringwerkzeugs können Rillen oder Grate im Übergangsabschnitt beseitigt und die Radien des Übergangsabschnitts verrundet werden.If the bottle honing operation is carried out using a honing tool with relatively long honing stones, a relatively rough surface structure with a profile similar to a saw profile can arise in the transition section. In order to obtain the desired uniform surface structure also in the transition section, a smooth honing operation is therefore preferably carried out after the bottle honing operation to smooth the bore profile in the transition area, a ring tool being used in the smooth honing operation, i.e. an expandable honing tool with at least one ring-shaped cutting group. With the help of the ring tool, grooves or burrs in the transition section can be removed and the radii of the transition section rounded.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn bei der Glättungshonoperation die Schneidstoffkörper der ringförmigen Schneidgruppe mit konstanter Zustellkraft an die Innenfläche der Bohrung gedrückt werden. Dies wird bei manchen Verfahrensvarianten dadurch erreicht, dass eine Honmaschine mit einem hydraulischen Zustellsystem für das Ringwerkzeug verwendet wird. Die Verfolgung der Kontur der flaschenförmigen Bohrung durch die Honsegmente des Ringwerkzeugs kann sich dabei schon aus der bauartbedingten Nachgiebigkeit der hydraulischen Aufweitung ergeben.It has been found to be advantageous if, during the smooth honing operation, the cutting material bodies of the annular cutting group are pressed against the inner surface of the bore with a constant feed force. In some method variants, this is achieved by using a honing machine with a hydraulic feed system for the ring tool. The tracking of the contour of the bottle-shaped bore through the honing segments of the ring tool can already result from the design-related flexibility of the hydraulic expansion.

Die Erfindung betrifft auch ein Honwerkzeug, welches besonders zur Durchführung des Honverfahrens geeignet ist, aber auch bei anderen, nicht erfindungsgemäßen Honverfahren verwendet werden kann.The invention also relates to a honing tool which is particularly suitable for carrying out the honing process, but can also be used in other honing processes not according to the invention.

Die Erfindung betrifft auch ein Werkstück mit mindestens einer Bohrung, die eine gehonte Innenfläche aufweist, wobei die Bohrung eine flaschenförmige Bohrung ist, die anschließend an einen Bohrungseintritt einen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser, entfernt von dem Bohrungseintritt einen zweiten Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, und zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt einen Übergangsabschnitt mit einem kontinuierlichen Übergang vom ersten zum zweiten Durchmesser aufweist, wobei das Werkstück unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Honwerkzeugs bearbeitet wurde.The invention also relates to a workpiece with at least one bore which has a honed inner surface, the bore being a bottle-shaped bore which, following a bore entry, has a first bore section with a first diameter, and remote from the bore entry a second bore section with a second diameter, which is larger than the first diameter, and between the first and the second bore section has a transition section with a continuous transition from the first to the second diameter, the workpiece having been machined using a honing tool according to the invention.

Insbesondere kann es sich bei dem Werkstück um einen Zylinderblock oder eine Zylinderlaufbuchse für eine Hubkolbenmaschine handeln. Bei der Hubkolbenmaschine kann es sich z.B. um eine Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) oder um einen Kompressor handeln.In particular, the workpiece can be a cylinder block or a cylinder liner for a reciprocating piston machine. With the reciprocating engine it can e.g. be an internal combustion engine (internal combustion engine) or a compressor.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine flaschenförmige Zylinderbohrung in einem Motorblock; Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a bottle-shaped cylinder bore in an engine block;
Fig. 2 zeigt in 2A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs mit einfacher Aufweitung einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe sowie in 2B einen Querschnitt durch die Schneidgruppe; Fig. 2 FIG. 2A shows a longitudinal section through an embodiment of a ring tool with simple expansion of a single annular cutting group, and FIG. 2B shows a cross section through the cutting group;
Fig. 3 zeigt in 3A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs mit doppelter Aufweitung einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe sowie in 3B einen Querschnitt durch die Schneidgruppe; Fig. 3 FIG. 3A shows a longitudinal section through an embodiment of a ring tool with double expansion of a single annular cutting group, and FIG. 3B shows a cross section through the cutting group;
Fig. 4 zeigt in 4A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs mit doppelter Aufweitung bei zwei übereinander angeordneten ringförmigen Schneidgruppen sowie in 4B einen Querschnitt durch eine der Schneidgruppen; Fig. 4 FIG. 4A shows a longitudinal section through an embodiment of a ring tool with double widening with two ring-shaped cutting groups arranged one above the other, and FIG. 4B shows a cross section through one of the cutting groups;
Fig. 5 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Bohrung, die mittels eines Honwerkzeugs mit relativ langen Honleisten bearbeitet wird; Fig. 5 shows schematically a longitudinal section through a bore that is machined by means of a honing tool with relatively long honing stones;
Fig. 6 zeigt schematisch die Hubposition eines Honwerkzeugs mit langen Honleisten als Funktion der Honzeit t bei der Flaschenhonoperation. Fig. 6 shows schematically the stroke position of a honing tool with long honing stones as a function of the honing time t during the bottle honing operation.
Fig. 7 zeigt ein Messdiagramm eines abgerundeten Profils eines flaschenförmigen Zylinders nach dem Einsatz eines Ringwerkzeuges. Fig. 7 shows a measurement diagram of a rounded profile of a bottle-shaped cylinder according to FIG Use of a ring tool.
Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm, welches die Abhängigkeit der Hubposition HP (durchgezogene Linie) und der Aufweitposition AP (gestrichelte Linie) als Funktion der Honzeit t bei einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Fig. 8 shows a schematic diagram which shows the dependency of the stroke position HP (solid line) and the expansion position AP (dashed line) as a function of the honing time t in a second embodiment.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Honverfahren und Honwerkzeugen beschrieben, die im Rahmen von Ausführungsformen der Erfindung beider materialabtragenden Bearbeitung von Werkstücken verwendet werden können, die eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, welche im fertig bearbeiteten Zustand die Makroform einer Flasche haben sollen.In the following, exemplary embodiments of honing methods and honing tools are described which can be used in the context of embodiments of the invention for material-removing machining of workpieces that have one or more bores which, in the finished state, should have the macro shape of a bottle.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine solche flaschenförmige Bohrung 110 in einem Werkstück 100 in Form eines Motorblocks (Zylinderkurbelgehäuses) für eine Brennkraftmaschine. Die Bohrung ist in Bezug auf ihre Bohrungsachse 112 rotationssymmetrisch und erstreckt sich über eine Bohrungslänge L von einem im Einbauzustand dem Zylinderkopf zugewandten Bohrungseintritt 114 bis zum Bohrungsaustritt 116 an gegenüberliegenden Ende. Die Bohrung kann in drei aneinander angrenzende Abschnitte unterschiedlicher Funktion unterteilt werden, die gleitend, d.h. ohne Bildung von Stufen oder Kanten, ineinander übergehen. Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through such a bottle-shaped bore 110 in a workpiece 100 in the form of an engine block (cylinder crankcase) for an internal combustion engine. The bore is rotationally symmetrical with respect to its bore axis 112 and extends over a bore length L from a bore inlet 114 facing the cylinder head in the installed state to the bore outlet 116 at the opposite end. The bore can be divided into three adjoining sections of different functions, which merge into one another in a sliding manner, ie without the formation of steps or edges.

Ein erster Bohrungsabschnitt 120 am eintrittsseitigen Ende hat einen ersten Durchmesser D1 und eine erste Länge L1. Am gegenüberliegenden austrittsseitigen Ende erstreckt sich über eine zweite Länge L2 ein zweiter Bohrungsabschnitt 130, dessen Innendurchmesser (zweiter Durchmesser) D2 größer als der erste Durchmesser D1 ist. Zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 120 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 130 befindet sich ein teilweise konischer Übergangsabschnitt 140, in dem ein kontinuierlicher Übergang vom ersten Durchmesser zum zweiten Durchmesser erfolgt. Zwischen dem mittleren, im Wesentlichen konischen Teil des Übergangsabschnitts und dem ersten Bohrungsabschnitt wird ein erster Radius R1 gebildet, während zwischen dem Übergangsabschnitt und dem zweiten Bohrungsabschnitt ein zweiter Radius R2 gebildet wird. Die Radien R1 und R2 können im Wesentlichen gleich sein, es ist jedoch auch möglich, dass der erste Radius kleiner oder größer als der zweite Radius ist.A first bore section 120 at the inlet end has a first diameter D1 and a first length L1. At the opposite end on the outlet side, a second bore section 130 extends over a second length L2, the inner diameter (second diameter) D2 of which is greater than the first diameter D1. Between the first bore section 120 and the second bore section 130 there is a partially conical transition section 140 in which there is a continuous transition from the first diameter to the second diameter. A first radius R1 is formed between the central, essentially conical part of the transition section and the first bore section, while a second radius R2 is formed between the transition section and the second bore section. The radii R1 and R2 can be essentially the same, but it is also possible for the first radius to be smaller or larger than the second radius.

Bei typischen Bohrungsgeometrien kann die erste Länge L1 beispielsweise zwischen 15% und 40% der Bohrungslänge L betragen. Die zweite Länge L2 ist typischerweise größer als die erste Länge und liegt häufig zwischen 40% und 60% der Bohrungslänge L. Der Übergangsabschnitt ist gegenüber den daran angrenzenden Bohrungsabschnitten normalerweise relativ kurz. Typische dritte Längen L3 können im Bereich von 5% bis 20% der Bohrungslänge L liegen. Auch Abweichungen von diesen geometrischen Verhältnissen sind möglich.With typical bore geometries, the first length L1 can be between 15% and 40% of the bore length L, for example. The second length L2 is typically greater than the first length and is frequently between 40% and 60% of the bore length L. The transition section is normally relatively short compared to the bore sections adjoining it. Typical third lengths L3 can be in the range from 5% to 20% of the bore length L. Deviations from these geometric relationships are also possible.

Der Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Durchmesser D1 und dem zweiten Durchmesser D2 liegt deutlich außerhalb der für die Honbearbeitung typischen Toleranzen, die für eine Zylinderform in der Größenordnung von maximal 10 µm (bezogen auf den Durchmesser) liegen. Bei einem Absolutwert des Innendurchmessers in der Größenordnung zwischen 70 mm und 150 mm kann der Durchmesserunterschied beispielsweise zwischen 20 µm und 90 µm liegen.The difference in diameter between the first diameter D1 and the second diameter D2 lies well outside the tolerances typical for honing, which for a cylindrical shape are in the order of magnitude of a maximum of 10 μm (based on the diameter). In the case of an absolute value of the inside diameter of the order of magnitude between 70 mm and 150 mm, the difference in diameter can be between 20 μm and 90 μm, for example.

Die Radien R1, R2, die Längen der äußeren Bohrungsabschnitte und des Übergangsabschnitts und der Tangentenwinkel T zwischen der Bohrungsachse und einer Tangente an den Übergangsabschnitt können so optimiert sein, dass sich in typischen Betriebszuständen des Motors geringer Blow-by, geringer Ölverbrauch und geringer Verschleiß der Kolbenringe ergeben.The radii R1, R2, the lengths of the outer bore sections and the transition section and the tangent angle T between the bore axis and a tangent to the transition section can be optimized so that in typical operating states of the engine there is low blow-by, low oil consumption and low wear of the Piston rings result.

Die Flaschenform der Bohrung führt dazu, dass die Bohrung im eintrittsnahen Bereich vergleichsweise eng ist, so dass die Kolbenringe des in der Bohrung laufenden Kolbens unter hoher Ringspannung an die Bohrungsinnenfläche 118 gedrückt werden. Dadurch wird dort, wo die Verbrennung hauptsächlich erfolgt und hohe Drücke auftreten, eine zuverlässige Abdichtung erreicht und der Ölfilm wird im Abwärtshub abgestreift. Der durch die Verbrennung beschleunigte Kolben bewegt sich dann Richtung Bohrungsaustritt, wobei die Kolbenringe zunächst den Übergangsabschnitt mit dem sich kontinuierlich erweiterten Innendurchmesser und anschließend den zweiten Bohrungsabschnitt (teilweise) durchlaufen. Im Übergangsabschnitt können sich die Kolbenringe allmählich entspannen, wobei die Abdichtung ausreichend bleibt, weil die Druckdifferenz an den Kolbenringen sinkt. Zu Beginn des zweiten Bohrungsabschnitts erreicht das Ringpaket seine niedrigste Spannung, so dass gerade im Bereich maximale Kolbengeschwindigkeit Reibungsverluste durch verringerte Ringspannung reduziert werden. Beim Aufwärtshub nimmt die Ringspannung dann wieder zu, sobald die Kolbenringe den austrittsseitigen Radius des Übergangsabschnitts erreichen und diesen in Richtung des ersten Bohrungsabschnitts durchlaufen.The bottle shape of the bore means that the bore is comparatively narrow in the area near the inlet, so that the piston rings of the piston running in the bore are pressed against the inner surface 118 of the bore with high ring tension. In this way, where the combustion mainly takes place and high pressures occur, a reliable seal is achieved and the oil film is stripped off on the downward stroke. The piston accelerated by the combustion then moves in the direction of the bore outlet, the piston rings first passing through the transition section with the continuously expanding inner diameter and then (partially) passing through the second bore section. In the transition section, the piston rings can gradually relax, with the seal remaining sufficient because the pressure difference across the piston rings drops. At the beginning of the second bore section, the ring pack reaches its lowest tension, so that friction losses due to reduced ring tension are reduced precisely in the area of maximum piston speed. During the upward stroke, the ring tension then increases again as soon as the piston rings reach the exit-side radius of the transition section and run through it in the direction of the first bore section.

Ein Feinbearbeitungsprozess, der eine solche Bohrung sowohl hinsichtlich der Makroform (Flaschenform) als auch hinsichtlich der Oberflächenstruktur der tribologisch beanspruchten Bohrungsinnenfläche in hoher Qualität wirtschaftlich erzeugen kann, umfasst bei Ausführungsformen der Erfindung mindestens eine Honoperation, bei welcher ein Honwerkzeug besonderer Konstruktion verwendet wird, welches in dieser Anmeldung auch als "Ringwerkzeug" bezeichnet wird. Ein Ringwerkzeug hat mindestens eine ringförmig am Werkzeugkörper angebrachte Schneidgruppe mit um den Umfang des Werkzeugkörpers verteilten Schneidstoffkörpern, die mittels eines zugeordneten Zustellsystems in Radialrichtung zugestellt beziehungsweise zurückgezogen werden können. Die Schneidstoffkörper sind als Honsegmente gestaltet, deren Breite in Umfangsrichtung deutlich größer ist als ihre Länge in Axialrichtung. Die für den Materialabtrag an Werkstück zuständigen Schneidstoffkörper sind in einer axial relativ schmalen Zone (einem Ring der Schneidgruppe) konzentriert und nehmen einen relativ großen Anteil des Umfangs des Honwerkzeugs ein. Dadurch können mit relativ hoher Materialabtragsleistung Bohrungsformen erzeugt werden, bei denen in Axialrichtung Bohrungsabschnitte unterschiedlicher Durchmesser aneinander angrenzen.In embodiments of the invention, a fine machining process that can economically produce such a bore in high quality both with regard to the macro shape (bottle shape) and with regard to the surface structure of the tribologically stressed bore inner surface comprises at least one honing operation in which a honing tool of special construction is used, which is this application is also referred to as a "ring tool". A ring tool has at least one cutting group attached to the tool body in a ring shape with cutting material bodies distributed around the circumference of the tool body, which can be advanced or withdrawn in the radial direction by means of an associated infeed system. The cutting material bodies are designed as honing segments with a width in the circumferential direction is significantly greater than its length in the axial direction. The cutting material bodies responsible for removing material from the workpiece are concentrated in an axially relatively narrow zone (a ring of the cutting group) and take up a relatively large proportion of the circumference of the honing tool. As a result, hole shapes can be produced with a relatively high material removal rate, in which hole sections of different diameters adjoin one another in the axial direction.

Fig. 2 zeigt in 2A einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs 200 mit einer einzigen ringförmigen Schneidgruppe 220 und einfacher Aufweitung. Fig. 2B zeigt einen Querschnitt durch die Schneidguppe Das Ringwerkzeug 200 hat einen Werkzeugkörper 210, der eine Werkzeugachse 212 definiert, die gleichzeitig die Rotationsachse des Ringwerkzeugs während der Honbearbeitung ist. Am spindelseitigen Ende des Ringwerkzeuges (in Fig. 2A oben) befindet sich eine nicht näher dargestellte Kupplungsstruktur zum Ankoppeln des Ringwerkzeuges an eine Antriebsstange einer Honmaschine oder einer anderen Bearbeitungsmaschine, welche eine Arbeitsspindel hat, die sowohl um die Spindelachse drehbar als auch parallel zur Spindelachse oszillierend hin- und her bewegbar ist. Fig. 2 2A shows a longitudinal section through an embodiment of a ring tool 200 with a single ring-shaped cutting group 220 and a simple expansion. Figure 2B shows a cross section through the cutting group. The ring tool 200 has a tool body 210 which defines a tool axis 212, which is at the same time the axis of rotation of the ring tool during the honing operation. At the end of the ring tool on the spindle side (in Figure 2A above) there is a coupling structure, not shown in detail, for coupling the ring tool to a drive rod of a honing machine or another processing machine, which has a work spindle that can be rotated around the spindle axis as well as oscillating back and forth parallel to the spindle axis.

Am spindelabgewandten Ende des Werkzeugkörpers (in Fig. 2A unten) befindet sich die ringförmige Schneidgruppe 220, die mehrere (im Beispielsfall drei) gleichmäßig über den Umfang des Werkzeugkörpers verteilte Schneidstoffkörper 220-1, 220-2, 220-3 aufweist, welche mithilfe eines Schneidstoffkörper-Zustellsystems radial zur Werkzeugachse 212 nach außen zugestellt werden können, um die abrasiv wirkenden Außenseiten des Schneidstoffköpers mit einer definierten Andrückkraft bzw. Anpresskraft an die Innenfläche einer zu bearbeitenden Bohrung anzudrücken. Jeder der drei bogenförmig gekrümmten Schneidstoffkörper ist als ein in Umfangsrichtung sehr breites, in Axialrichtung dagegen schmales Honsegment gestaltet, welches ein Umfangswinkelbereich zwischen 115° und 120° abdeckt. Die Honsegmente sind vom Werkzeugkörper entkoppelt und relativ zu diesem radial zur Werkzeugachse 212 verschiebbar. Der durch die Honsegmente gebildete Ring schließt am spindelabgewandten Seite bündig mit dem Werkzeugkörper ab, so dass der Ring vollständig innerhalb der spindelabgewandten Hälfte des Werkzeugkörpers am spindelabgewandten Ende des Ringwerkzeugs sitzt.At the end of the tool body facing away from the spindle (in Figure 2A below) is the ring-shaped cutting group 220, which has several (in the example three) cutting material bodies 220-1, 220-2, 220-3 evenly distributed over the circumference of the tool body, which are advanced radially to the outside of the tool axis 212 using a cutting material body infeed system can be used to press the abrasively acting outer sides of the cutting material body with a defined pressing force or pressing force against the inner surface of a hole to be machined. Each of the three arcuately curved cutting material bodies is designed as a honing segment which is very wide in the circumferential direction but narrow in the axial direction and which covers a circumferential angle range between 115 ° and 120 °. The honing segments are decoupled from the tool body and are displaceable relative to the latter radially to the tool axis 212. The ring formed by the honing segments ends flush with the tool body on the side facing away from the spindle, so that the ring sits completely within the half of the tool body facing away from the spindle on the end of the ring tool facing away from the spindle.

Die axiale Länge LHS der Honsegmente liegt bei weniger 15%, insbesondere bei weniger als 10% der Bohrungslänge L. Die Honsegmente sind ca. 4 mm bis 35 mm, insbesondere ca. 10 mm hoch (in Axialrichtung), was im Beispielsfall zwischen 5% und 30%, insbesonder zwischen 10% und 20% des wirksamen Außendurchmessers der Schneidgruppe entspricht. Die axiale Länge LHS entspricht hier gleichzeitig der axialen Länge des gesamten Schneidbereichs des Honwerkzeugs.The axial length LHS of the honing segments is less than 15%, in particular less than 10% of the bore length L. The honing segments are approx. 4 mm to 35 mm, in particular approx. 10 mm high (in the axial direction), which in the example is between 5% and 30%, in particular between 10% and 20% of the effective outer diameter of the cutting group. The axial length LHS here simultaneously corresponds to the axial length of the entire cutting area of the honing tool.

Jeder Schneidstoffkörper ist an einer Außenseite einer zugeordneten Tragleiste 224-1, 224-2 aus Stahl durch Löten befestigt. Alternativ kann der Schneidstoffkörper auch durch Kleben oder mittels Schrauben befestigt werden, wodurch eine leichtere Auswechslung möglich ist. Jede Tragleiste hat an ihrer Innenseite eine Schrägfläche, die mit einer konischen Außenfläche eines axial verschiebbaren Zustellkonus 232 in der Weise zusammenwirkt, dass die Tragleisten mit den davon getragenen Schneidstoffkörpern nach radial außen zugestellt werden, wenn der Zustellkonus mittels einer maschinenseitigen Zustellvorrichtung gegen die Kraft von Rückholfedern 234, 226, 228 in Richtung des spindelabgewandten Endes des Ringwerkzeugs gedrückt wird. Bei entgegengesetzter Zustellbewegung werden die Tragleisten mit den Honsegmenten mit Hilfe umlaufender Rückholfedern 226, 228 nach radial innen zurückgeholt. Die radiale Position der Schneidstoffkörper wird dadurch spielfrei über die axiale Position des Zustellkonus 232 gesteuert.Each cutting material body is fastened by soldering to an outside of an associated support strip 224-1, 224-2 made of steel. Alternatively, the cutting material body can also be attached by gluing or by means of screws, which makes it easier to replace. Each support strip has an inclined surface on its inside which cooperates with a conical outer surface of an axially displaceable feed cone 232 in such a way that the support strips with the cutting material bodies carried by them are fed radially outwards when the feed cone is countered by means of a machine-side feed device against the force of return springs 234, 226, 228 is pressed in the direction of the end of the ring tool facing away from the spindle. In the case of an opposing feed movement, the support strips with the honing segments are brought back radially inwards with the aid of revolving return springs 226, 228. The radial position of the cutting material body is thereby controlled without play via the axial position of the feed cone 232.

Dieses Werkzeugkonzept ist besonders geeignet für die Bearbeitung von Zylinderbohrungen mit reduziertem Honüberlauf, beispielsweise mit maximal 5 mm Honüberlauf. Derartige Geometrien treten typischerweise bei Sacklochbohrungen oder im Monoblock - oder V-Motoren auf.This tool concept is particularly suitable for machining cylinder bores with reduced honing overflow, for example with a maximum honing overflow of 5 mm. Such geometries typically occur in blind bores or in monoblock or V-engines.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Ringwerkzeugs 300 gezeigt, welches ebenfalls eine einzige ringförmige Schneidgruppe 320 aufweist, die am spindelabgewandten, stirnseitigen Ende des Werkzeugkörpers 310 angeordnet ist. Fig. 3A zeigt einen Längsschnitt durch das Ringwerkzeug, Fig. 3B einen Querschnitt durch die Schneidgruppe. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel von Fig. 2 handelt es sich aber um Honwerkzeug mit Doppelaufweitung. Die ringförmige Schneidgruppe 320 hat zwei unabhängig voneinander zustellbare Gruppen von Honsegmenten, wobei die Honsegmente der Gruppen jeweils in Umfangsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet sind. Eine erste Gruppe von Honsegmenten hat drei um jeweils 120° umfangsversetzt zueinander angeordnete erste Honsegmente 320-1. Jeweils dazwischen sind drei zweite Honsegmente 320-2 einer zweiten Gruppe von Honsegmenten angeordnet. Die erste Gruppe hat Schneidstoffkörper mit einem relativ groben Schneidbelag, während die zweite Gruppe Schneidstoffkörper mit einem relativ dazu feineren Schneidbelag aufweist. Zwischen unmittelbar benachbarten Honsegmenten sind jeweils axiale Führungsleisten 326 angeordnet. Zwischen dem Werkeugkörper 310 und der zur Ankopplung des Honwerkzeugs an eine Arbeitsspindel o.dgl vorgesehenen Kupplungsstruktur 340 ist ein Kugelgelenk 350 vorgesehen, so dass das Honwerkzeug gegenüber der Honspindel in mehreren Achsen begrenzt beweglich ist.In Fig. 3 An exemplary embodiment of a ring tool 300 is shown, which likewise has a single ring-shaped cutting group 320 which is arranged on the end of the tool body 310 facing away from the spindle. Figure 3A shows a longitudinal section through the ring tool, Figure 3B a cross section through the cutting group. In contrast to the embodiment of Fig. 2 but it is a honing tool with double expansion. The annular cutting group 320 has two groups of honing segments that can be advanced independently of one another, the honing segments of the groups being arranged alternately with one another in the circumferential direction. A first group of honing segments has three first honing segments 320-1 arranged circumferentially offset from one another by 120 °. Three second honing segments 320-2 of a second group of honing segments are arranged in between. The first group has cutting material bodies with a relatively coarse cutting surface, while the second group has cutting material bodies with a relatively finer cutting surface. Axial guide strips 326 are arranged between immediately adjacent honing segments. A ball joint 350 is provided between the tool body 310 and the coupling structure 340 provided for coupling the honing tool to a work spindle or the like, so that the honing tool can move to a limited extent in several axes with respect to the honing spindle.

Die ersten Honsegmente können mit Hilfe eines ersten Zustellsystems radial zugestellt werden. Zu diesem gehört eine zentrisch am Werkzeugkörper verlaufende erste Zustellstange 332-I, die am spindelabgewandten Ende einen konischen Abschnitt hat, der mit den Schrägflächen von Tragleisten der ersten Gruppe von Honsegmenten zusammenwirkt. Ein zweites Zustellsystem dient der Zustellung der zweiten Gruppe von Honsegmenten und weist ein rohrförmiges Zustellelement 332-A auf, welches die Zustellstange 332-I umschließt und an ihrem spindelabgewandten Ende eine konische Außenfläche hat, die mit Schrägflächen an den Tragleisten der zweiten Honsegmente zusammenwirkt.The first honing segments can be advanced radially with the aid of a first delivery system. This includes a first feed rod 332-I running centrally on the tool body, which has a conical section at the end remote from the spindle, which is connected to the inclined surfaces of the support strips of the first group of honing segments interacts. A second feed system is used to feed the second group of honing segments and has a tubular feed element 332-A, which surrounds the feed rod 332-I and at its end remote from the spindle has a conical outer surface which interacts with inclined surfaces on the support strips of the second honing segments.

Mit Hilfe des ersten Zustellsystems können die drei Honsegmente der ersten Gruppe von Honsegmenten aufgeweitet werden, um eine bestimmte Honoperation, beispielsweise eine Glatthonoperation oder eine Strukturhonoperation, durchzuführen. Wird stattdessen die andere Gruppe von Honsegmenten zugestellt, die eine andere Schneidbelagsorte aufweisen, kann eine andere Honoperation, beispielsweise eine Entgrathonoperation oder eine Plateauhonoperation, durchgeführt werden. Mit Hilfe des Ringwerkzeuges mit Doppelaufweitung können zwei unterschiedliche Honoperationen nacheinander durchgeführt werden, ohne zwischenzeitlich einen Werkzeugwechsel vorzunehmen oder eine andere Honspindel zur Bearbeitung zu nutzen.With the aid of the first delivery system, the three honing segments of the first group of honing segments can be expanded in order to carry out a specific honing operation, for example a smooth honing operation or a structure honing operation. If the other group of honing segments is delivered instead, which has a different type of cutting surface, another honing operation, for example a deburring operation or a plateau honing operation, can be carried out. With the aid of the ring tool with double expansion, two different honing operations can be carried out one after the other without having to change tools or using another honing spindle for machining.

Fig. 4 zeigt in 4A einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Ringwerkzeugs 400 mit Doppelaufweitung, welches im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von Fig. 3 zwei ringförmige Schneidgruppen 420-1 und 420-2 aufweist, die axial versetzt zueinander im spindelabgewandten Teil des Werkzeugkörpers 410 angebracht sind. Jede der ringförmigen Schneidgruppe (Querschnitt in Fig. 4B) hat drei gemeinsame zustellbare Honsegmente, die jeweils zwischen ca. 110° und 115° des Umfangs abdecken. Die axiale Länge der Honsegmente ist demgegenüber klein und beträgt typischerweise weniger als 10% der Bohrungslänge und/oder zwischen 10% und 20% des wirksamen Außendurchmessers des Honwerkzeugs im Bereich der Schneidstoffkörper. Zwischen benachbarten Honsegmenten sind am Werkzeugkörper jeweils Messdüsen 440 eines pneumatischen Durchmessermesssystems angebracht. Die Schneidgruppen liegen axial nahe beieinander, so dass der Schneidbereich des Honwerkzeugs, im welchem die beiden ringförmigen Schneidgruppen liegen, in Axialrichtung wesentlich kürzer ist als der wirksame Außendurchmessers des Honwerkzeugs. Fig. 4 FIG. 4A shows a schematic longitudinal section through an embodiment of a ring tool 400 with double expansion, which differs from the embodiment of FIG Fig. 3 has two annular cutting groups 420-1 and 420-2, which are attached axially offset to one another in the part of the tool body 410 facing away from the spindle. Each of the annular cutting groups (cross-section in Figure 4B ) has three joint adjustable honing segments, each covering between approx. 110 ° and 115 ° of the circumference. In contrast, the axial length of the honing segments is small and is typically less than 10% of the bore length and / or between 10% and 20% of the effective outer diameter of the honing tool in the area of the cutting material body. Measuring nozzles 440 of a pneumatic diameter measuring system are attached to the tool body between adjacent honing segments. The cutting groups are axially close to one another, so that the cutting area of the honing tool, in which the two annular cutting groups are located, is significantly shorter in the axial direction than the effective outer diameter of the honing tool.

Bei manchen Ausführungsformen sind die Schneidstoffkörper in Bezug auf den Werkzeugkörper elastisch nachgiebig gelagert. Dadurch kann ggf. die Fähigkeit zur Konturverfolgung bei Axialbewegung verbessert werden. Beispielsweise können zwischen den Trägerelementen und den Schneidstoffkörpern Federelemente (z.B. Blattfedern, Spiraldruckfedern der dergleichen) zwischengeschaltet sein. Es ist auch möglich, die Trägerelemente in sich elastisch nachgiebig zu gestalten, z.B. indem an geeigneten Stellen Schwächungen des Trägermaterialquerschnitts in Form von Schlitzen oder dergleichen konstruktiv vorgesehen sind.In some embodiments, the cutting material bodies are mounted in an elastically resilient manner with respect to the tool body. This can improve the ability to follow the contour during axial movement. For example, spring elements (e.g. leaf springs, spiral compression springs, etc.) can be interposed between the carrier elements and the cutting material bodies. It is also possible to make the support elements inherently resilient, e.g. in that weakenings in the cross section of the carrier material in the form of slots or the like are structurally provided at suitable points.

Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, unter Verwendung von einem oder mehreren Ringwerkzeugen der in dieser Anmeldung beschriebenen Art flaschenförmige Bohrungen mit einer gewünschten Oberflächenstruktur der Bohrungsinnenfläche herzustellen. Ein erstes Ausführungsbeispiel wird im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 beschreben.There are different possibilities of using one or more ring tools of the type described in this application to produce bottle-shaped bores with a desired surface structure of the bore inner surface. A first embodiment is described in connection with Figures 5 and 6 describe.

Bei dieser Verfahrensvariante wurde zunächst ein konventionelles Honwerkzeug mit axial relativ langen, schmalen Honleisten verwendet, um ausgehend von einer z.B. durch Feinbohren vorbearbeiteten Bohrung eine gehonte Bohrung mit Kreiszylinderform zu erzeugen. Die axiale Leistenlänge I betrug dabei ca. 1/2 bis 2/3 der gesamten Bohrungslänge L. Bei einer ersten Honoperation (Vorhonen) wurde mit Diamantleisten vom Typ D107 gearbeitet, eine anschließende Zwischenhonoperation wurde mit feiner Körnung (Körnung D54) durchgeführt. Dadurch wurde eine im Wesentlichen kreiszylindrische Bohrungsform mit geringer Abweichung zur Idealform und mit einer relativ glatten Oberfläche (R_Z < 8 µm) hergestellt. Der eintrittsseitige und austrittsseitige Honüberlauf S betrug dabei ähnlich wie bei konventionellen Verfahren ca. 1/3 der Leistenlänge. Der Honüberlauf kann bei der Bearbeitung von V- oder Monoblockmotoren verkürzt werden.In this variant of the method, a conventional honing tool with axially relatively long, narrow honing stones was initially used in order to produce a honed hole with a circular cylinder shape starting from a hole that was pre-machined, for example, by fine boring. The axial strip length I was about 1/2 to 2/3 of the total bore length L. In a first honing operation (pre-honing), diamond stones of the D107 type were used, a subsequent intermediate honing operation was carried out with fine grain (D54 grain). As a result, an essentially circular-cylindrical bore shape with little deviation from the ideal shape and with a relatively smooth surface (R _Z <8 μm) was produced. The honing overflow S on the inlet and outlet side was approximately 1/3 of the last length, similar to conventional methods. The honing overflow can be shortened when machining V or monoblock engines.

Eine nachfolgende dritte Honoperation war als Flaschenhonoperation konzipiert. Mit Hilfe einer Flaschenhonoperation wird durch axial variierenden Materialabtrag mit geometrisch unbestimmtem Schneiden eine flaschenförmige Bohrungsform erzeugt. Dabei wurde in der dritten Honoperation (Flaschenhonoperation) ebenfalls mit relativ langen Honleisten mit Leistenlänge I = 2/3 L und einer speziellen Hubsteuerung gearbeitet, die anhand von Fig. 6 erläutert wird. Fig. 6 zeigt schematisch die Hubposition HP des Honwerkzeugs als Funktion der Honzeit t bei der Flaschenhonoperation. Nach dem Einfahren des Honwerkzeuges verläuft die Bearbeitung der Zylinderlauffläche zunächst von einem ersten Zeitpunkt t₁ bis zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ mit der gleichen Hublänge in einer ersten Hublage genau wie bei der Bearbeitung einer kreiszylindrischen Bohrung. Der Begriff "Hublage" bezeichnet hierbei den Bereich zwischen dem oberen Umsteuerpunkt UO und dem unteren Umsteuerpunkt UU einer Hubbewegung. Jede Verlagerung eines Umsteuerpunktes ändert somit auch die Hublage.A subsequent third honing operation was designed as a bottle honing operation. With the help of a bottle honing operation, a bottle-shaped bore shape is created by axially varying material removal with geometrically undefined cutting. In the third honing operation (bottle honing operation), relatively long honing stones with a length of I = 2/3 L and a special stroke control were used, which are based on Fig. 6 is explained. Fig. 6 shows schematically the stroke position HP of the honing tool as a function of the honing time t in the bottle honing operation. After the honing tool has been retracted, the machining of the cylinder running surface initially runs from a first point in time t ₁ to a second point in time t ₂ with the same stroke length in a first stroke position, exactly as when machining a circular cylindrical bore. The term "stroke position" here refers to the area between the upper reversing point UO and the lower reversing point UU of a stroke movement. Each shift of a reversing point therefore also changes the stroke position.

Ab einem definierten zweiten Zeitpunkt t₂ schaltet die Honmaschine automatisch auf eine inkrementelle Veränderung der Hublage um und nach jedem Hub wird der obere Umsteuerpunkt UO inkrementell in Richtung des unteren Umsteuerpunkts UU verändert. Die zeitliche Lage des zweiten Zeitpunkts t₂ kann beispielsweise über eine bestimmte Hubanzahl oder über eine vorgegebene Honzeit oder über einen vorgegebenen Materialabtrag oder eine anderen auslösenden Parameter definiert werden. Das Ausmaß des Inkrements IN, um das sich der obere Umsteuerpunkt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hüben verändert, kann ebenfalls nach Bedarf eingestellt werden. Nach Abschluss der Hubverlagerungsphase zu einem dritten Zeitpunkt t₃ wird die Bohrung mit der erreichten, neuen dritten Hublage so lange gehont, bis der zweite Bohrungsabschnitt den gewünschten Durchmesser erreicht und die Flaschenform (vgl. Fig. 1) erzeugt ist.From a defined second point in time t ₂ , the honing machine automatically switches to an incremental change in the stroke position and after each stroke the upper reversing point UO is changed incrementally in the direction of the lower reversing point UU. The temporal position of the second point in time t ₂ can be defined, for example, via a certain number of strokes or via a predetermined honing time or via a predetermined material removal or another triggering parameter. The extent of the increment IN by which the upper reversing point changes between two successive strokes can also be set as required. After completion of the stroke displacement phase at a third point in time t ₃ , the bore is honed with the new third stroke position reached until until the second bore section reaches the desired diameter and the bottle shape (cf. Fig. 1 ) is generated.

Je nachdem, wie die inkrementelle Variation der Hubverlagerung und der zeitliche Ablauf der Hubverlagerung vorgegeben werden, ergeben sich unterschiedliche Radien und Tangentenwinkel im Übergangsabschnitt. Diese Parameter können daher über die Parameter der Hubverlagerung vorgegeben werden. Die Flaschenhonoperation wird zweckmäßig mit Honleisten durchgeführt, deren Schneidstoffkörner feiner sind als diejenigen beim Vorhonen oder Zwischenhonen. Beispielsweise kann mit Diamantkörnern im Bereich D35 gearbeitet werden, um eine Flaschenform mit bereits relativ feiner Oberflächenstruktur zu erhalten.Depending on how the incremental variation of the stroke displacement and the timing of the stroke displacement are specified, different radii and tangent angles result in the transition section. These parameters can therefore be specified via the parameters of the stroke displacement. The bottle honing operation is expediently carried out with honing stones whose cutting material grains are finer than those used for pre-honing or intermediate honing. For example, you can work with diamond grains in the area D35 in order to obtain a bottle shape with an already relatively fine surface structure.

Bei der Erzeugung der Flaschenform mit Hilfe relativ langer Honleisten und inkrementeller Hubverlagerung kann sich im Übergangsbereich eine relativ raue Oberflächenstruktur mit kleinen Stufen ähnlich einem Sägeprofil ergeben. Derartige Strukturen sind in der Regel unerwünscht. Um die erwünschte Oberflächenstruktur gleichmäßig auf der gesamten Bohrungsinnenfläche inklusive dem Übergangsabschnitt und den daran anschließenden Radien zu erhalten, wird daher bei dem hier beschriebenen Verfahren nach der Flaschenhonoperation eine Verrundung der Radien und eine Glättung der Oberfläche mit Hilfe eines Ringwerkzeus durchgeführt. Hier kann mit nochmals feineren Schneidmitteln gearbeitet werden, beispielsweise im Bereich D10 bis D15, insbesondere D12. Die Auswahl eines geeigneten Ringwerkzeuges (z.B. Einfachaufweitung, Doppelaufweitung mit zwei Schneidgruppen, angeordnet in einem gemeinsamen Ring, oder Doppelaufweitung mit zwei Schneidgruppen, angeordnet in zwei axial versetzten ringförmigen Schneidgruppen) hängt unter anderem vom Design des Zylinderblocks ab. Die Werkzeugauswahl kann beispielsweise am Ausmaß der möglichen Honüberläufe und/oder an der Lage und Größe von Querbohrungen orientiert sein. Wenn beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse eine große Querbohrung hat, ist es in der Regel sinnvoll, mit einem Ringwerkzeug mit Einfachaufweitung (vgl. z.B. Fig. 2) zu arbeiten. In einem beispielhaften Prozess wurde ein solches Ringwerkzeug mit einer ringförmigen Schneidgruppe eingesetzt, um Rillen oder Grate, welche während der Bearbeitung der Flaschenhonoperation in dem Übergangsabschnitt entstanden sind, zu glätten. Mit Hilfe des Ringwerkzeuges können auch die Radien des Übergangsbereichs verrundet und die Oberflächenwerte so verändert werden, dass sie im Wesentlichen identisch mit den Oberflächenwerten in den benachbarten ersten und dritten Bohrungsabschnitten sind.When creating the bottle shape with the help of relatively long honing stones and incremental stroke displacement, a relatively rough surface structure with small steps similar to a saw profile can result in the transition area. Such structures are generally undesirable. In order to obtain the desired surface structure evenly over the entire inner surface of the bore including the transition section and the adjoining radii, in the method described here, after the bottle honing operation, the radii are rounded and the surface smoothed with the aid of a ring tool. Even finer cutting means can be used here, for example in the range D10 to D15, in particular D12. The selection of a suitable ring tool (e.g. single expansion, double expansion with two cutting groups, arranged in a common ring, or double expansion with two cutting groups, arranged in two axially offset annular cutting groups) depends, among other things, on the design of the cylinder block. The tool selection can be based, for example, on the extent of the possible honing overflows and / or on the position and size of transverse bores. If, for example, a cylinder crankcase has a large cross bore, it usually makes sense to use a ring tool with a single expansion (cf. Fig. 2 ) to work. In an exemplary process, such a ring tool with an annular cutting group was used in order to smooth out grooves or burrs which were formed in the transition section during the machining of the bottle honing operation. With the aid of the ring tool, the radii of the transition area can also be rounded and the surface values can be changed so that they are essentially identical to the surface values in the adjacent first and third bore sections.

Fig. 7 zeigt hierzu ein Messdiagramm eines abgerundeten Profils eines flaschenförmigen Zylinders nach dem Einsatz eines Ringwerkzeuges mit Einfachaufweitung in dem hier dargestellten Prozess. Die Skalierung in der x-Achse des Diagramms (parallel zur Bohrungsachse) beträgt 5 mm pro gezeigter Maßeinheit, in der y-Achse (in Radialrichtung der Bohrung) beträgt eine Maßeinheit 10 µm. Fig. 7 shows a measurement diagram of a rounded profile of a bottle-shaped cylinder after using a ring tool with single expansion in the process shown here. The scaling in the x-axis of the diagram (parallel to the bore axis) is 5 mm per unit of measurement shown, in the y-axis (in the radial direction of the bore) a unit of measurement is 10 µm.

Die Verwendung eines Ringwerkzeuges bringt hier nicht nur Vorteile im Hinblick auf den glatten, kantenfreien Verlauf der Bohrungskontur in Axialrichtung. Da bei Ringwerkzeugen der hier beschriebenen Art die Schneidstoffkörper einer ringförmigen Schneidgruppe einen großen Teil des Umfangs des Honwerkzeugs (beispielsweise zwischen 70% und 80%) einnehmen, ergibt sich außerdem beim Honen eine sehr gleichmäßige Überdeckung der bearbeiteten Bohrungsinnenfläche bei allen axialen Positionen. Der Begriff "Überdeckung" bezeichnet hierbei qualitativ die Gleichmäßigkeit der Verteilung von Honriefen über die gesamte Bohrungslänge und den Umfang. Werden konventionelle Honwerkzeuge mit axial relativ langen Honleisten verwendet, kann unter Umständen eine ungleichmäßige Rauheit oder Welligkeit in der Bohrung generiert werden. Dieses Problem kann je nach Blockdesign noch schärfer auftreten, wenn beispielsweise Motorblöcke mit kürzeren Honausläufen bearbeitet werden müssen. Bei einem Honauslauf von nur wenigen Millimetern Länge kann es zu einem ungleichmäßigen Verschleiß der langen Honleisten kommen, so dass die Bohrung im unteren Umsteuerpunkt einen geringeren Durchmesser als im oberen Umsteuerpunkt bekommen kann. Solche Probleme sind bei Verwendung konventioneller Honwerkzeuge (mit langen Honleisten) zwar durch Wahl geeigneter Honparameter weitgehend zu vermeiden, die Auslegung der entsprechenden Honprozesse ist aber relativ zeit- und kostenintensiv. Häufig müssen mehrere Versuche durchgeführt werden, bis eine Honprozessauslegung so optimiert ist, dass ungleichmäßige Bearbeitung mit langen Leisten vermieden wird. Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges können viele der konventionell auftretenden Probleme vermieden werden. Zu den Vorteilen von Ringwerkzeugen gehören unter anderem:

1. Weil ein großer Anteil des Umfangs des Honwerkzeuges im Bereich einer ringförmigen Schneidgruppe mit Schneidstoffkörpern besetzt ist, kann eine Bohrungsinnenfläche mit Hilfe eines Ringwerkzeuges viel schneller strukturiert werden als mit Hilfe eines Leistenwerkzeuges. Dadurch können ggf. Taktzeiten verkürzt werden.
2. Wird die Hublänge verstellt, um beispielsweise die Form zu korrigieren, ergeben sich bei Verwendung von Ringwerkzeugen keine störenden Ungleichmäßigkeiten der Rauheitsverteilung, da die Überdeckung auch bei veränderter Hublänge beibehalten wird.
3. Ringförmige Schneidgruppen verschleißen im Wesentlichen gleichmäßig, so dass unerwünschte Konizitäten vor allem im Bereich des unteren Umsteuerpunkts bei Verwendung von Ringwerkzeugen vermieden werden können.
4. Die Einrichtung einer Honmaschine für einen neuen Honprozess kann bei Verwendung von Ringwerkzeugen viel einfacher und schneller als bei Verwendung konventioneller Leistenhonwerkzeuge verlaufen. Die Überdeckung wird, bedingt durch die Werkzeugkonstruktion, im Rahmen der Anforderungen ausreichend gleichmäßig sein.

The use of a ring tool not only brings advantages with regard to the smooth, edge-free course of the bore contour in the axial direction. Since in ring tools of the type described here the cutting material bodies of an annular cutting group take up a large part of the circumference of the honing tool (for example between 70% and 80%), the honing also results in a very even coverage of the machined inner surface of the bore in all axial positions. The term "overlap" qualitatively refers to the uniformity of the distribution of honing marks over the entire length of the bore and the circumference. If conventional honing tools with axially relatively long honing stones are used, uneven roughness or waviness may be generated in the bore. Depending on the block design, this problem can be even more acute if, for example, engine blocks with shorter honing runs have to be machined. If the honing run-out is only a few millimeters long, the long honing stones may wear unevenly, so that the bore in the lower reversal point can have a smaller diameter than in the upper reversal point. When using conventional honing tools (with long honing stones), such problems can be largely avoided by selecting suitable honing parameters, but the design of the corresponding honing processes is relatively time-consuming and costly. Frequently, several attempts have to be carried out until a honing process design is optimized in such a way that uneven machining with long strips is avoided. When using a ring tool, many of the conventional problems can be avoided. The advantages of ring tools include:

1. Because a large proportion of the circumference of the honing tool in the area of an annular cutting group is occupied by cutting material bodies, an inner surface of the bore can be structured much faster with the aid of a ring tool than with the aid of a strip tool. As a result, cycle times can be shortened if necessary.
2. If the stroke length is adjusted, for example to correct the shape, there are no disruptive irregularities in the roughness distribution when using ring tools, since the overlap is retained even if the stroke length is changed.
3. Ring-shaped cutting groups wear essentially evenly, so that undesired conicities, especially in the area of the lower reversal point, can be avoided when using ring tools.
4. Setting up a honing machine for a new honing process can be much easier and quicker when using ring tools than when using conventional last honing tools. Due to the tool design, the coverage will be sufficiently uniform within the framework of the requirements.

Wird anstelle eines Ringwerkzeuges mit einfacher Aufweitung ein Ringwerkzeug mit einem einzigen Schneidgruppenring und Doppelaufweitung (vgl. z.B. Fig. 3) für die Strukturierung verwendet, wird es in der Regel erforderlich sein, die Hubanzahl gegenüber der Verwendung eines einfach aufweitenden Ringwerkzeuges zu erhöhen, um eine gleichmäßige Überdeckung zu gewährleisten. Die Vorteile von Ringwerkzeugen bleiben aber erhalten und die erforderliche Hubanzahl für eine gleichmäßige Strukturerung der Bohrungsinnenfläche wird immer noch geringer sein als die entsprechende Hubzahl bei Verwendung eines konventionellen Honwerkzeugs mit langen Honleisten.If, instead of a ring tool with a single expansion, a ring tool with a single cutting group ring and double expansion (cf. Fig. 3 ) used for structuring, it will usually be necessary to increase the number of strokes compared to using a simply expanding ring tool in order to ensure even coverage. The advantages of ring tools are retained, however, and the number of strokes required for an even structure of the inner surface of the bore will still be less than the corresponding number of strokes when using a conventional honing tool with long honing stones.

Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges kann die Zustellkraft zweckmäßig mittels einer hydraulischen Aufweitung ausgeübt werden, so dass die Oberfläche im Wesentlichen mit konstanter Kraft bearbeitet werden kann. Die Verfolgung der in Axialrichtung variierenden Kontur kann sich dann durch die Bauart bedingt allein schon durch die Nachgiebigkeit der hydraulischen Aufweitung einstellen.When using a ring tool, the infeed force can expediently be exerted by means of a hydraulic expansion so that the surface can be machined with essentially constant force. The tracking of the contour, which varies in the axial direction, can then be set due to the type of construction alone due to the flexibility of the hydraulic expansion.

Nach der Glättung der Bohrungsinnenfläche und Verrundung der Radien mit Hilfe eines Ringwerkzeuges können ein oder mehrere weitere Honoperationen nachgeschaltet werden, um die endgültig gewünschte Oberflächenstruktur an der flaschenförmigen Bohrung zu erzeugen.After the inner surface of the bore has been smoothed and the radii have been rounded with the aid of a ring tool, one or more further honing operations can be performed in order to produce the final desired surface structure on the bottle-shaped bore.

Bei dem hier beispielhaft beschriebenen Prozess schließt sich zunächst eine fünfte Honoperation an, die hier als "Spiralstrukturhonen mit Ringwerkzeug" bezeichnet wird. Bei dieser Honoperation werden die axialen Geschwindigkeiten und die Drehzahl des Honwerkzeuges so aufeinander abgestimmt, dass relativ große Honwinkel, beispielsweise in der Größenordnung um 140°, erzeugt werden. Selbstverständlich können bei anderen Verfahrensvarianten auch andere Honwinkel und/oder Rauheitsprofile erzeugt werden. Das Spiralstrukturhonen ist in dem Beispielsfall so ausgelegt, dass praktisch kein globaler Materialabtrag mehr erzielt wird, sondern lediglich in die nach dem Verrunden sehr glatte Oberfläche mit Hilfe eines relativ grobkörnigen Schneidstoffkörpers mit geringer Schneidkorndichte Riefen geeigneter Tiefe und Verteilung erzeugt werden. Es können z.B. Schneidstoffkörper mit Schneidmittelkorndichte 1,25 bis 15 Vol. % und/oder Korngröße 35 bis 200 µm verwendet werden (vgl. z.B. DE 10 2005 018 277 A1 ).The process described here by way of example is followed by a fifth honing operation, which is referred to here as "spiral structure honing with a ring tool". During this honing operation, the axial speeds and the rotational speed of the honing tool are coordinated with one another in such a way that relatively large honing angles, for example of the order of magnitude of 140 °, are generated. Of course, other honing angles and / or roughness profiles can also be generated in other method variants. In the example, spiral structure honing is designed so that virtually no global material removal is achieved, but rather grooves of suitable depth and distribution are created in the very smooth surface after the rounding with the aid of a relatively coarse-grained cutting material body with a low cutting grain density. For example, cutting material bodies with cutting material grain density 1.25 to 15 vol.% And / or grain size 35 to 200 µm can be used (cf. eg DE 10 2005 018 277 A1 ).

Anschließend wird in einer sechsten und letzten Honoperation die vorher strukturierte Oberfläche noch entgratet (Entgrathonen). Hierzu wird vorzugsweise ebenfalls ein Ringwerkzeug mit feinen Schneidmitteln verwendet, beispielsweise das gleiche Ringwerkzeug, welches auch für die vierte Honoperation (Verrundung der Radien und Glatthonen) verwendet wurde. Hier kann mit unterschiedlichen Aufweitungsarten gearbeitet werden. Die Aufweitungsart kann hydraulisch/hydraulisch, hydraulisch/mechanisch oder mechanisch/mechanisch ausgelegt sein. Bei einer mechanischen Aufweitung kann z.B. kraftgesteuert über eine servomechanische Aufweitung (hydraulic-like) oder positions- und kraftgesteuert gefahren werden.The previously structured surface is then deburred in a sixth and final honing operation (deburring). For this purpose, a ring tool with fine cutting means is preferably also used, for example the same ring tool that was also used for the fourth honing operation (rounding of the radii and smooth honing). Different types of expansion can be used here. The type of expansion can be designed to be hydraulic / hydraulic, hydraulic / mechanical or mechanical / mechanical. In the case of mechanical expansion, e.g. be driven force-controlled via a servomechanical expansion (hydraulic-like) or position and force-controlled.

Bei einer alternativen Verfahrensvariante wird bei der Flaschenhonoperation, also bei der Erzeugung einer flaschenförmigen Bohrungsform aus einer vorher noch kreiszylindrischen Bohrungsform, ein aufweitbares Ringwerkzeug verwendet. Hierzu ist vorgesehen, dass die Steuerung des Aufweitungssystems für die radiale Zustellung der Honsegmente mit der Steuerung für die Hubposition gekoppelt wird, damit das Ringwerkzeug den Übergangsabschnitt mit dem sich verändernden Durchmesser genau generieren kann und auch im zylindrischen ersten und zweiten Bohrungsabschnitt mit geeigneter Andrückkraft arbeitet (vgl. Fig. 8). Die Flaschenhonoperation kann als zweite Honoperation unmittelbar nach dem Vorhonen vorgesehen sein und insoweit die zweite bis vierte Honoperation des ersten Ausführungsbeispiels ersetzen. Die hubabhängige Steuerung der Aufweitung erfolgt dann so, dass die Honsegmente der Schneidgruppe bei einem Abwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von der Hubposition weg- und kraftgesteuert radial nach außen zugestellt und bei einem Aufwärtshub entsprechend der Flaschenform in Abhängigkeit von der Hubposition im Bereich des Übergangsabschnitts wieder radial zurückgezogen werden. So kann von Anfang an ein glatter Konturverlauf im Übergangsabschnitt erreicht werden.In an alternative variant of the method, an expandable ring tool is used in the bottle honing operation, that is to say in the production of a bottle-shaped bore shape from a previously circular-cylindrical bore shape. For this purpose, it is provided that the control of the expansion system for the radial infeed of the honing segments is coupled with the control for the lifting position so that the ring tool can precisely generate the transition section with the changing diameter and also work with a suitable pressure force in the cylindrical first and second bore sections ( see. Fig. 8 ). The bottle honing operation can be provided as a second honing operation immediately after the pre-honing and to this extent replace the second to fourth honing operations of the first exemplary embodiment. The stroke-dependent control of the widening is then carried out in such a way that the honing segments of the cutting group are delivered radially outwards in a way and force-controlled manner during a downward stroke according to the bottle shape depending on the stroke position and again in the area of the transition section in an upward stroke according to the bottle shape depending on the stroke position be retracted radially. In this way, a smooth contour can be achieved in the transition section right from the start.

An der Honmaschine kann dies dadurch erreicht, dass bestimmte Hubbereiche entsprechend den ersten bis dritten Bohrungsabschnitten im Steuerprogramm eingegeben werden, so dass die Schneidgruppe durch weg- und kraftgesteuerte Aufweitung beim Abwärtshub ab Ende des ersten Bohrungsabschnitts aufweitet. Beim Aufwärtshub fährt die Aufweitung der Schneidgruppe dann ab Ende des dritten Bohrungsabschnitts zurück, so dass der erwünschte programmierte flaschenförmige Zylinder generiert wird. Fig. 8 zeigt hierzu beispielhaft ein schematisches Diagramm, welches die Abhängigkeit der axialen Hubposition HP (durchgezogene Linie) und der radialen Aufweitposition AP (gestrichelte Linie) als Funktion der Honzeit t beim Flaschenhonen mit Ringwerkzeug zeigt.On the honing machine, this can be achieved by entering certain stroke ranges corresponding to the first to third bore sections in the control program, so that the cutting group widens through displacement and force-controlled expansion on the downward stroke from the end of the first bore section. On the upward stroke, the widening of the cutting group then moves back from the end of the third bore section, so that the desired programmed bottle-shaped cylinder is generated. Fig. 8 shows an example of a schematic diagram which shows the dependency of the axial stroke position HP (solid line) and the radial expansion position AP (dashed line) as a function of the honing time t during bottle honing with a ring tool.

Ringwerkzeuge der hier beschriebenen Art können nicht nur zur Erzeugung bzw. Bearbeitung von flaschenförmigen Bohrungen verwendet werden, sondern können auch ohne Modifikation bei der Bearbeitung von Bohrungen mit anderer Geometrie erhebliche Vorteile bringen. Beispielsweise ist es möglich, ein Ringwerkzeug mit Doppelaufweitung und einem einzigen Schneidgruppenring identisch oder ähnlich dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 dazu zu verwenden, an einer Bohrung eine Freiform mit einem unrunden Bohrungsquerschnitt zu erzeugen. Dies wird üblicherweise als Formhonen bezeichnet. Beispielsweise kann mit Hilfe des Ringwerkzeuges ein Bohrungsabschnitt mit Kleeblattform oder Ellipsenform des Querschnitts erzeugt werden. Hierzu muss die Honmaschine die Möglichkeit besitzen, das erste Zustellsystem und das zweite Zustellsystem gleichzeitig zu steuern, wobei je nach Hubposition und Winkelposition der Schneidgruppe zu der Bohrung die Aufweitungen mit unterschiedlicher Kraft/Position gesteuert werden müssen, so dass die Freiform entstehen kann.Ring tools of the type described here can not only be used for producing or machining bottle-shaped bores, but can also bring considerable advantages without modification when machining bores with a different geometry. For example, it is possible to use a ring tool with double expansion and a single cutting group ring identical to or similar to the exemplary embodiment from Fig. 3 to use to create a free form with a non-circular bore cross-section on a bore. This is commonly referred to as form honing. For example, with the aid of the ring tool, a bore section with a clover leaf shape or an elliptical cross section can be produced. For this purpose, the honing machine must be able to control the first infeed system and the second infeed system at the same time, depending on the stroke position and angular position of the cutting group in relation to the hole, the widenings must be controlled with different forces / positions so that the free form can arise.

Es ist auch möglich, mit einem Ringwerkzeug eine Bohrungsform zu erzeugen und/oder zu bearbeiten, die einen kegelstumpfförmigen Bohrungsabschnitt (Konusabschnitt) aufweist, der relativ abrupt oder mit Übergangsradius in einen angrenzenden zylindrischen Bohrungsabschnitt übergeht, ohne dass sich ein weiterer Bohrungsabschnitt anschließt. Dadurch kann z.B. eine Bohrung mit Trichterform erzeugt werden, die einen eingangsseitigen zylindrischen ersten Bohrungsabschnitt mit einem ersten Durchmesser hat, der sich in einem angrenzenden zweiten Bohrungsabschnitt zum Bohrungsgrund hin konisch bis zu einem Maximaldurchmesser vergrößert. Der Durchmesserunterschied zwischen dem zylindrischen ersten Bohrungsabschnitt und dem Maximaldurchmesser im konischen zweiten Bohrungsabschnitt kann z.B. zwischen ca. 20 µm und ca. 90 µm liegen. Die axiale Länge des zylindrischen ersten Bohrungsabschnitts kann z.B. zwischen 20% und 80% der gesamten Bohrungslängeliegen.It is also possible to use a ring tool to create and / or machine a bore shape that has a frustoconical bore section (conical section) that merges relatively abruptly or with a transition radius into an adjacent cylindrical bore section without being followed by a further bore section. As a result, e.g. a bore with a funnel shape can be produced, which has an inlet-side cylindrical first bore section with a first diameter, which in an adjacent second bore section increases conically towards the bottom of the bore up to a maximum diameter. The difference in diameter between the cylindrical first bore section and the maximum diameter in the conical second bore section can e.g. between approx. 20 µm and approx. 90 µm. The axial length of the cylindrical first bore portion can e.g. between 20% and 80% of the total bore length.

Weiterhin ist es möglich, mithilfe eines Ringwerkzeugs in einer Bohrung einen tonnenförmigen Bohrungsabschnitt, d.h. eine Ausbauchung in einer ansonsten weitgehend zylindrischen Bohrung zu erzeugen. Die Ausbauchung kann etwa mittig oder aber in der Nähe eines der Bohrungsenden liegen.Furthermore, it is possible, with the aid of a ring tool, to create a barrel-shaped bore section in a bore, i. to produce a bulge in an otherwise largely cylindrical bore. The bulge can be approximately in the middle or in the vicinity of one of the bore ends.

Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges ist es auch relativ kostengünstig möglich, eine Zylinderlauffläche so zu bearbeiten, dass im Bereich des oberen Totpunktes und/oder im Bereich des unteren Totpunktes schmale Streifen mit anderen Oberflächenstrukturen vorliegt als im mittleren Bereich höchster Kolbengeschwindigkeit. Diese Variante wird hier als "Streifenhonen" bezeichnet. Ein hierzu geeignetes konventionelles Verfanren und ein entsprechend angepasstes Honwerkzeug sind z.B. in der DE 195 42 892 C2 beschrieben. Dort wird zusätzlich zu einer Honbearbeitung, die die gesamte axiale Länge des Honwerkzeuges mit langen Honleisten bearbeitet, eine kurzhubige Honbearbeitung mit Hilfe kurzer Honleisten durchgeführt, wobei diese Honbearbeitung nur den Bereich des oberen Totpunktes bzw. des unteren Totpunktes abdeckt.When using a ring tool, it is also relatively inexpensive to machine a cylinder running surface in such a way that narrow strips with different surface structures are present in the area of the top dead center and / or in the area of the bottom dead center than in the middle area of the highest piston speed. This variant is referred to here as "strip honing". A conventional misalignment suitable for this and a correspondingly adapted honing tool are for example in the DE 195 42 892 C2 described. There, in addition to a honing process that processes the entire axial length of the honing tool with long honing stones, a short-stroke honing process with the aid of short honing stones is carried out, this honing process only covering the area of top dead center or bottom dead center.

Bei Verwendung eines Ringwerkzeuges mit Doppelaufweitung und zwei axial versetzten Schneidgruppen (vgl. z.B. Fig. 4) sind entsprechende Oberflächenbearbeitungen ebenfalls möglich. Beispielsweise kann mit der ersten ringförmigen Schneidgruppe eine langhubige Bearbeitung der gesamten Bohrungslänge durchgeführt werden, bevor dann beispielsweise mit der zweiten Schneidgruppe im Bereich des oberen Totpunktes eine kurzhubige Bearbeitung zur Erzeugung einer besonderen Struktur im Bereich des oberen Totpunktes durchgeführt wird.When using a ring tool with double expansion and two axially offset cutting groups (cf. Fig. 4 ) Corresponding surface treatments are also possible. For example, long-stroke machining of the entire length of the bore can be carried out with the first annular cutting group, before short-stroke machining is then carried out, for example, with the second cutting group in the area of top dead center to produce a special structure in the area of top dead center.

Bei entsprechender variabler Steuerung des Verhältnisses zwischen Hubfrequenz und Drehfrequenz der Arbeitsspindel kann auf einfache Weise auch erreicht werden, ein solches Streifenhonen mit unterschiedlichen Honwinkeln in unterschiedlichen axialen Bohrungsabschnitten durchzuführen (vgl. z.B. Fig. 4 aus DE 10 2007 032 370 A1 ).With a correspondingly variable control of the ratio between the stroke frequency and the rotational frequency of the work spindle, it is also possible in a simple manner to carry out such strip honing with different honing angles in different axial bore sections (cf. Fig. 4 out DE 10 2007 032 370 A1 ).

Claims

Honing method for machining the internal surface of a bore in a workpiece with the aid of at least one honing operation, in particular for honing cylinder faces during the production of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating piston engines,
wherein, during a honing operation, an expandable honing tool is moved up and down within the bore in order to produce a reciprocating movement in the axial direction of the bore and at the same time is rotated in order to produce a rotational movement combined with the reciprocating movement,
wherein a bore shape deviating from the circular cylinder shape is produced, characterized in that
a bottle-shaped bore is produced, said bore having, following a bore inlet, a first bore section with a first diameter, a second bore section with a second diameter, which is larger than the first diameter, away from the bore inlet, and a transition section with a continuous transition from the first to the second diameter between the first and the second bore section,
wherein, during at least one honing operation, use is made of an annular tool (200, 300, 400) which has at least one annular cutting group (220, 320, 420) having three or more cutting material bodies which are distributed about the circumference of a tool body and radially infeedable by shifting in the radial direction during the infeeding, and are designed as honing segments which are wide in the circumferential direction and are narrow in the axial direction, wherein an axial length of the honing segments, as measured in the axial direction, is smaller than the width measured in the circumferential direction, and the axial length of the cutting region equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outside diameter of the honing tool.
Honing method according to claim 1, characterized in that first of all a bore having a circular-cylindrical bore shape is produced and then, in a bottle honing operation, a bottle-shaped bore shape is produced by honing with axially varying honing removal.
Honing method according to claim 2, characterized in that, during the bottle honing operation, use is made of an expandable honing tool having at least one annular cutting group, wherein honing segments of the cutting group are infed radially during a downward stroke in accordance with the bottle shape depending on the stroke position and are radially retracted during an upward stroke in accordance with the bottle shape depending on the stroke position.
Honing method according to claim 2, characterized in that, during the bottle honing operation, use is made of an expandable honing tool with honing sticks, the length of which is more than 50% of the length of the bore, wherein, in a first phase, the honing tool is moved up and down between an upper and a lower reversing point in a first stroke position, then, in a second phase, the upper reversing point is changed incrementally in the direction of the lower reversing point, and therefore the stroke position is shifted in the direction of a second stroke position in the region of the second bore section, and then, in a third phase, the honing tool is moved up and down in the second stroke position.
Honing method according to claim 4, characterized in that, after the bottle honing operation, a smoothing honing operation for smoothing the bore profile in the transition region is carried out, wherein, during the smoothing honing operation, use is made of an expandable honing tool having at least one annular cutting group, wherein preferably, during the smoothing honing operation, the cutting material bodies are pressed at a constant infeed force on to the internal surface of the bore.
Honing tool, in particular for carrying out the honing method according to any of the preceding claims, with a tool body (210, 310, 410) which defines a tool axis, at least one cutting group (220, 320, 420) which is attached to the tool body and has cutting material bodies for the material-removing machining of the internal surface of a bore, and a cutting-group infeed system, assigned to the cutting group, for exerting an infeed force, acting radially with respect to the tool axis, on the cutting material bodies of the cutting group,
characterized in that
the honing tool (200, 300, 400) is designed as an annular tool and has at least one annular cutting group (220, 320, 420) having three or more cutting material bodies (220-1, 220-2, 220-3) which are distributed about the circumference of the tool body and radially infeedable by shifting in the radial direction during the infeeding, and are designed as honing segments which are wide in the circumferential direction and are narrow in the axial direction, wherein an axial length (LHS) of the honing segments, as measured in the axial direction, is smaller than the width measured in the circumferential direction, and the axial length of the cutting region equipped with cutting material bodies is smaller than the effective outside diameter of the honing tool, wherein the annular tool (200, 300) has a single annular cutting group (220, 320) which is arranged at a free end of the tool body (210, 310).
Honing tool according to claim 6, characterized in that the axial length of the honing segments is less than 30% of the effective outside diameter of the honing tool, in particular between 10% and 20% of said outside diameter, and/or in that the axial length of the honing segments lies within the range of 5 mm to 20 mm, and/or in that the axial length of the honing segments is less than 10% of the bore length of the bore to be honed.
Honing tool according to claim 6 or 7, characterized in that more than half of the circumference of an annular cutting group (220, 320, 420), in particular more than 70% of said circumference, is occupied with cutting material bodies.
Honing tool according to any of claims 6 to 8, characterized in that a cutting group is composed of three, four, five or six honing segments.
Honing tool according to any of claims 6 to 9, characterized in that the cutting group (220, 320, 420) is arranged in the vicinity of a spindle-remote end of the tool body in such a manner that the cutting group is located exclusively in the spindle-remote half of the tool body.
Honing tool according to any of claims 6 to 10, characterized in that an annular cutting group (320) has two groups of honing segments (320-1, 320-2) which are infeedable independently of each other, wherein honing segments of the groups are arranged in an alternating manner in the circumferential direction.
Honing tool according to any of claims 6 to 11, characterized in that one or more sensors of a diameter measuring system are arranged on the honing tool, wherein measuring nozzles (440) of a pneumatic diameter measuring system are in each case attached to the tool body, preferably between adjacent honing segments.
Honing tool according to any of claims 6 to 12, characterized in that an integrated, multi-axially movable joint, in particular a ball and socket joint (350), is provided on the tool body.