Honen

Das ständige Bestreben der Menschheit war seit eh und je die Qualität in den verschiedenen technischen Bereichen weiterzuentwickeln. Als Präzedenzfall dafür kann sicher die Entwicklung der Bohrungen über Jahrtausende bis zum heutigen Entwicklungsstand gesehen werden. Explizit an einigen Beispielen wird im Folgenden die Entwicklungsgeschichte der Bohrungsherstellung aufgezeigt.

Beim Langhubhonen wird wie beim Honen allgemein mit gebundenen Abrasivstoffen, den Honleisten, Werkstoff von der Werkstückoberfläche fein abgespant. Das Langhubhonen (Bild 2.1) ist die meist angewandte Honvariante und wird hauptsächlich für Innenrundhonaufgaben eingesetzt. Wie der Name schon aussagt, arbeitet man im Vergleich zum Kurzhubhonen mit relativ langen Hüben. Die Schnittgeschwindigkeiten sind im Vergleich zu anderen spanenden Verfahren relativ niedrig, liegen überwiegend im Bereich von 30 bis 100 m/min und bewirken eine verhältnismäßig geringe Erwärmung. Der Kühlschmierstoff sorgt dabei für die notwendige Schmierung, Kühlung und Spülung. Wie mit keinem anderen Endbearbeitungsverfahren ist beim Langhubhonen die Oberfläche modifizierbar und funktionell anpassbar. Durch die Möglichkeiten von geringsten Abtragsraten pro Hub sind in Verbindung mit Honmesseinrichtungen engste Maßtoleranzen gesichert erreichbar. Das bohrungsfüllende Honwerkzeug mit der großflächigen Schneidkorneinwirkung der Honbeläge bewirkt eine schnelle Verbesserung der Formfehler. Die verfahrensspezifische gegenseitige Orientierung von Werkzeug und Werkstück bringt eine gleichachsige Bearbeitung mit sich. So ist mit geringstem Materialabtrag bei Beibehaltung der Bohrungslage eine Verbesserung der Makrogeometrie bei einer funktionsgerechten Mikrogeometrie möglich. Durch relativ einfache Modifizierung der herkömmlichen Hontechnik sind neben den üblichen Maß-, Form- und Oberflächenverbesserungen auch Winkel und Planschlagkorrekturen, wie z. B. bei Pleuelstangen, Getrieberädern und Steuerschiebern, in engen Toleranzgrenzen möglich. Durch weitere Einengung der sonst üblichen Freiheitsgrade können Lagekorrekturen von Bohrungen bewirkt werden; zum Beispiel bei der Achsabstandskorrektur von 2-Takt-Pleuelstangen. Auch das Positionshonen in Verbindung mit Schrupphonen stellt eine weitere Verfahrensvariante dar, wie sie beispielsweise bei Kolbenlaufbahnen von Motorblöcken, um Feindrehen zu ersetzen, in den letzten Jahren in der Großserie umgesetzt wurde.

Üblicherweise werden Präzisionsbohrungen für die verschiedensten Anwendungen in der Produktionskette vorwiegend feingebohrt oder feingedreht vorbearbeitet und anschließend gesondert einer Honmaschine zugeführt. So können die geforderten Qualitätsmerkmale wie Maß/Durchmesser, Form und Oberfläche funktionstauglich hergestellt werden. In jüngerer Zeit sind jedoch auch Honsysteme entwickelt worden, mit denen es möglich ist, Komplettbearbeitungen inklusive der Endbearbeitung Honen auf Bearbeitungszentren (BAZ) durchzuführen. Derartige Komplettbearbeitungen sind auf den üblichen Standard-BAZ oder auf Kombiausführungen möglich. Es sind die jeweiligen Produktionsgegebenheiten, der vorhandene Maschinenpark, die Auslastung, der Anwendungsfall und die notwendigen Produktionsstückzahlen zu berücksichtigen (Bild 3.1).

Das Fertigungsverfahren Honen ist i. d. R. bei allen qualitativ anspruchsvollen Funktionsbohrungen erforderlich. Dem jeweiligen Funktionsprofil müssen Maß- und Formgenauigkeiten mit Oberfläche, sowie die tribologischen Eigenschaften, angepasst sein. Die Forderungen, unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit, müssen aber nicht nur bei Werkstücken mit Einzelbohrungen, sondern auch bei Bauteilen und Komponenten mit mehreren Bohrungen, in verschiedenen Positionen und Winkellagen erfüllt werden. Typische Beispiele in der industriellen Fertigung sind Verdichter und Motorengehäuse bei denen die Kolbenbohrungen in V- und W-Bauform angeordnet sind oder auch Steuer- und Getriebegehäuse sowie Schwenkgabeln aus dem Luftfahrtbereich mit verschiedenen Bohrungsanordnungen.

Von übergeordneter Bedeutung im Kostenspiegel eines Produkts ist bereits im Anfangsstadium der Entwicklung und Konstruktion die Expertise der Fertigung und Qualitätsprüfung. Basierend auf Kriterien wie z. B. Downsizing (im Motorenbereich), Miniaturisierung (im Kleinantriebsbereich), Leistungs- und Lebensdauererhöhung durch Reibungsreduzierung findet die Gestaltung der Bauteile statt. Häufig wird dabei erst bei der Prototypenfertigung ein Handicap in der Fertigung oder auch der Prüftechnik festgestellt. Durch Einbringung von Expertenwissen im Vorfeld können vor allem bei Neuentwicklungen Risiken minimiert werden. Zwangsläufig kommt meist der Endbearbeitung wie dem Honen bei zunehmend höher beanspruchten Bauteilen höchste Bedeutung zu. So sollten beim Honen immer kritische Untersuchungen im Vorfeld stattfinden, wenn es z. B. um die Endbearbeitung von hochbeanspruchten Sacklochbohrungen, in sogenannten Monoblöcken mit Minimalisierung des Freistichs, oder um Bohrungen kleiner ∅ 0,8 mm geht.

In der Kontur- und Rauheitsmesstechnik wird zwischen berührenden und berührungslosen Messgeräten unterschieden. Bei berührenden Verfahren bilden die taktilen Messsysteme, insbesondere das Tastschnittverfahren, die am weitesten verbreiteten Messverfahren. Man unterscheidet zwischen zwei unterschiedlichen Bauarten, dem Bezugsflächentastsystem und dem Kufentastsystem, wobei bei letzterem noch zwischen dem Einkufen- und Zweikufentastsystem unterschieden wird. Bei den berührungslosen Messsystemen haben sich optische Messsysteme etabliert, vor allem wenn es um die Erfassung von stochastischen 3D-Oberflächen geht. Darüber hinaus besteht durch die meist flächenhafte Erfassung ein gewisser Zeitvorteil gegenüber der aufeinanderfolgenden Linienabtastung mittels eines Tastschnittgeräts. Das nachfolgende Bild 6.1 stellt eine Übersicht der geläufigsten Messtechniksysteme zur Kontur- und Rauheitsmessung dar.

Abweichend zu bekannten Darstellungen zur Spanbildung beim Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, entsprechend der Kinematik eines Schleifprozesses nach Denkena (Denkena, Tönshoff 2011), können beim Honen und Superfinishen Weg- und Kraftabhängige Prozesse umgesetzt werden. Das bedeutet, dass eine Zustellgeschwindigkeitsänderung in der Bearbeitungseinheit nicht wie beim Schleifen und Fräsen üblich, direkt proportional zur Tiefe des abgehobenen Spans und der Spanform stehen. Mittels dynamisch situationsgerechter Adaption des Feder-Dämpfungsverhalten im Vorschubssystem können zusätzliche Prozessführungsgrößen in der Steuer- und Regelung des Endbearbeitungsprozesses geschaffen werden.

Beim Kurzhubhonen handelt es sich nach DIN 8589 Teil 14, wie beim Langhubhonen, um ein spanendes Verfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden. Mit den gebundenen Abrasivstoffen wird Werkstoff von der Werkstückoberfläche zum Zwecke der Funktionsoptimierung fein abgespant. Während beim Langhubhonen ausschließlich mit Honsteinen bzw. Honleisten gearbeitet wird, kommen beim Kurzhubhonen neben den Honsteinen auch Honbänder zum Einsatz. Unter dem überbegrifflichen Verfahrensnamen Kurzhubhonen, eigentlich einem Oszillationsfinishen (Bild 8.3), sind unter dem Begriff Rotationsfinishen weitere Fertigungsvarianten angesiedelt. Unter Kurzhubhonen versteh man, wie der Name schon sagt, das Arbeiten mit kurzen Hüben – auch Schwinghüben genannt.

Das Verzahnungshonen ist ein Fertigungsverfahren zur Endbearbeitung von Verzahnungen mit zahnradförmigen Werkzeugen geometrisch unbestimmter Schneide. Der Begriff Honen wurde wohl mit als Ausdruck für hohe Fertigungsqualität vom klassischen Bohrungs- bzw. Wellenhonen übernommen. Beim sogenannten Verzahnungshonen sind nicht alle Verfahrensmerkmale mit dem herkömmlichen Honen vergleichbar. Der Begriff Verzahnungshonen ist jedoch weltweit die gängige Bezeichnung für diese Fertigungstechnologie. Diese in der Praxis übliche Beziehung wird nach DIN 8589-14 mit der Ordnungsnummer 3.3.4.4. als Wälzhonen bezeichnet und definiert als Honen zur Erzeugung von Flächen, die aus einem Bezugsprofilwerkzeug im Abwälzverfahren entstehen. Eingesetzt wird diese Bearbeitung zur Qualitätsverbesserung bei vorbearbeiteten und gehärteten verzahnten Rädern oder Wellen. Die Qualitätsverbesserungen bewirken bei den verschiedensten Getriebearten im Wesentlichen Geräuschreduzierung und Lebensdauererhöhung bei einer Wirkungsgradverbesserung. Bei den neueren Bearbeitungskonzepten mit gesteigerten, hohen Abtragsraten ist die Substitution von zwei Hartbearbeitungsprozessen durch einen Leistungshonprozess möglich (Bausch 2011).