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Das Honen – zerspanendes Fertigungsverfahren für feinste Oberflächen

Beim Honen handelt es sich um ein zerspanendes Feinbearbeitungsverfahren, das aus dem Englischen stammt und Begriffe wie „schärfen“ oder „fein abziehen“ umfasst. Diese Methode wird universell für fast alle Werkstoffe eingesetzt und repräsentiert in vielen Produktionsketten den abschließenden Fertigungsprozess. Die Hauptziele des Honens sind die Verbesserung der Form- und Maßgenauigkeit sowie die Optimierung der tribologischen Eigenschaften der Werkstückoberfläche.

Die Tribologie, auch als Reibungslehre bekannt, spielt eine entscheidende Rolle beim Honen. Sie befasst sich mit der wissenschaftlichen Untersuchung von Reibung, Verschleiß und der notwendigen Schmierung. Diese Aspekte sind besonders in Branchen wie der Automobilindustrie von höchster Bedeutung, wo Präzision und Zuverlässigkeit entscheidend sind. Ein klassisches Anwendungsbeispiel für das Honen ist das Zylinderhonen. Dieses Verfahren wird bei der Oberflächenbehandlung von Kolbenlaufflächen in Zylindern von Verbrennungsmotoren sowie bei hydraulischen Bauelementen angewendet. Es verbessert nicht nur die Leistungsfähigkeit

Zylinder Honen – wenn hochwertige Oberflächen gefragt sind

Das Honen, im Volksmund auch manchmal als „Ziehschleifen“ bezeichnet, zeigt seine enge Verwandtschaft zum Schleifen. Allerdings erreicht das Honen eine wesentlich höhere Oberflächengüte und wird daher in Fällen eingesetzt, wo herausragende Oberflächenqualität und präzise Geometrie gefordert sind, wie beispielsweise beim Zylinder Honen an Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren.

Der Begriff „Kreuzschleifen“ wäre jedoch eine treffendere Vergleichsbezeichnung zum Schleifen, speziell beim Zylinder Honen. Dieser Terminus verweist auf die charakteristische Kreuzstruktur der Honspuren, die durch die überlagerte Rotations- und Translationsbewegung des Honwerkzeugs entsteht. Diese spezifische Bewegung führt zu einer optimierten Oberflächenstruktur, die wesentlich zur Leistungssteigerung und Effizienz von Motorzylindern beiträgt.

Beim Honprozess ist die sogenannte Honahle von zentraler Bedeutung. An deren Ende befinden sich die Honleisten, die mit Schleifmitteln ausgerüstet sind. Diese wird in das Werkstück eingeführt, wo sie nicht nur rotiert, sondern sich auch gleichzeitig auf und ab bewegt – ein Vorgang, der als Oszillation bekannt ist. Diese überlagerte Bewegung von Rotation und Oszillation erzeugt den charakteristischen Kreuzschliff, der für das Honen typisch ist.

Das „Kreuzschleifen“ spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Gleiteigenschaften des Werkstücks. Die dabei entstehenden feinen „Furchen“ auf der Oberfläche ermöglichen es, dass sich Öl ansammeln kann, was für die reibungslose Bewegung eines Kolbens unerlässlich ist.

Öle sind auch während des Honvorgangs selbst von entscheidender Bedeutung. Um zu verhindern, dass sich die Honleisten mit Schleifschlamm zusetzen, wird das Werkstück während des Honens intensiv mit sogenannten Honölen gespült. Diese Öle helfen dabei, die Schleifpartikel wegzuspülen und sorgen für eine ständige Kühlung und Schmierung des Prozesses, was die Effizienz und Qualität der Bearbeitung weiter erhöht.

Honen im Vergleich – verschiedene Einsatzmöglichkeiten beim Honen

Überall dort, wo es um Funktionen wie Führen, Gleiten oder Dichten von beweglichen Oberflächen in Bohrungen geht, ist das Honen unverzichtbar. Dieses Präzisionsverfahren verbessert maßgeblich die Oberflächeneigenschaften und trägt zur Leistungssteigerung der Bauteile bei. Je nach Anforderung an Maß-, Form- und Oberflächengenauigkeit stehen verschiedene Honmethoden wie Langhubhonen, Kurzhubhonen oder Kugelhonen zur Verfügung, die jeweils spezifische Oberflächencharakteristika erzeugen und die Funktionalität sowie Langlebigkeit des Endprodukts sichern.

Das Langhubhonen

Das Langhubhonen ist eines der Hauptverfahren beim Honen und wird oft für tiefe Bohrungen verwendet. Dabei führt die mit Schleifsteinen bestückte Honahle eine kombinierte Rotations- und lineare Hubbewegung aus. Dies sorgt für präzise Oberflächen mit hoher Maß- und Formgenauigkeit. Das Langhubhonen ist besonders geeignet für Anwendungen, die eine gleichmäßige und feine Oberflächenstruktur erfordern.

Typischerweise erstreckt sich beim Langhubhonen die oszillierende Bewegung des Honwerkzeugs über die gesamte Länge des zu bearbeitenden Werkstücks. Dadurch, dass sich das Honwerkzeug sowohl in der Längsachse als auch drehend im Werkstück bewegt, entsteht der für das Honen charakteristische Kreuzschliff (auch Kreuzstrich). Beim Kreuzschleifen bilden sich kleine Furchen an der Oberfläche, in denen sich Öl sammeln und den Schmiereffekt auslösen kann. Im Allgemeinen wird das Langhubverfahren bei Innenflächen von Bohrungen und Rohren eingesetzt. Dabei wird die Honahle, bestehend aus einem Metallkern, der mit prismatisch geformten Honsteinen besetzt ist, in das Werkstück eingeführt. Die Außenkonturen der Honahle entsprechen der Werkstückgeometrie. Zum Ausgleich des Werkzeugverschleißes stehen zur Befestigung der Honsteine mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: federnd befestigt oder mechanisch sowie hydraulisch oder pneumatisch verstellbar. Während sich mit den Varianten federnd/pneumatisch lediglich die Oberflächengüte verbessern lässt, sind fest einstellbare und hydraulisch verstellbare Hornsteine in der Lage Formabweichungen zu verringern – zum Beispiel im Hinblick auf die Zylindrizität und Rundheit. Beim Honen lassen sich Maß-, Form- und Oberflächentoleranzen von unter 1 µm erzielen.
Typische Merkmale des Honverfahrens sind:

  • Überlagerung von Oszillation, Rotation und Werkzeugzustellung
  • aus der geometrischen Bewegungslehre (Kinematik) resultierender Kreuzschliff
  • Flächenberührung der Schleifmittel mit der Mantelfläche der Bohrung
  • Ausrichtung von Werkzeug und Bohrung sind gleichachsig

Das Kurzhubhonen

Im Gegensatz zum Langhubhonen kommt es beim Kurzhubhonen zu einem Sinusschliff, da sich der Umkehrpunkt der Honahle innerhalb des Werkstücks befindet. Das Kurzhubhonen, das in der Regel beim Außenhonen zum Einsatz kommt, wird auch Microfinish oder Superfinish genannt. Während beim Langhubhonen beide Bewegungen (Rotation und Oszillation) über das Werkzeug ausgeführt werden, besteht die Besonderheit beim Kurzhubhonen in der Möglichkeit, die beiden Bewegungsabläufe zu trennen (Werkstück rotiert, Werkzeug oszilliert).

Das Flachhonen

effizienten Methode in der modernen Fertigung macht. Es ist besonders vorteilhaft in Branchen, wo Präzision und minimale Oberflächenschädigung kritische Faktoren sind, wie in der Halbleiter-, Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Die Integration des Flachhonens in Produktionslinien führt zu einer signifikanten Reduktion der Bearbeitungszeiten und einer verbesserten Konsistenz der Endprodukte. Diese Effizienzsteigerung, kombiniert mit der Fähigkeit, gleichbleibend hohe Qualitätsstandards zu erfüllen, macht das Flachhonen zu einer attraktiven Alternative zum traditionellen Läppverfahren.

Zusammenfassend bietet das Flachhonen durch seine genaue Materialabtragung und die hervorragende Oberflächenfinish eine herausragende Lösung für Industrien, die höchste Ansprüche an die Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit stellen. Mit der zunehmenden Akzeptanz dieses Verfahrens in der Industrie dürfte es eine Schlüsselrolle in der Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien spielen.

Beim Flachhonen erfolgt das Abtragen mit geometrisch unbestimmten Schneiden durch gebundenes Schleifkorn, das auf Honscheiben zusammengefasst ist. Die Werkstücke lagern in außen verzahnten Kunststoff- oder Stahlläuferscheiben und werden von zwei Stiftkränzen bewegt. Die Kontaktzone bzw. Abtragzone zwischen Werkstück und Scheibe ist vollflächig. Durch die spannungsfreie Aufnahme in Läuferscheiben lässt sich quasi jedes feste Material bearbeiten. Das Anwendungsspektrum reicht von thermoplastischem Kunststoff (weich) bis zu Keramik und Saphir (sehr hart). Zu den bekanntesten Anwendungsfällen zählen beim Flachhonen Keramik-Wassermischer, Wendeplatten und Hydraulikpumpen.

Das Honen mittels Laser

Beim Honen mittels Laser handelt es sich um ein relativ neues Verfahren, das nicht dem Zerspanen, sondern dem „thermischen Abtragen“ zugehörig ist. Dieses innovative Verfahren nutzt einen Laserstrahl, der die metallische Oberfläche aufschmilzt und teilweise verdampft, wodurch feine „Furchen“ entstehen, die das Öl für den Schmiereffekt aufnehmen. Ein signifikanter Vorteil des Laserhonens liegt in der Erzeugung harter Kanten durch den thermischen Schmelzprozess, die sich als äußerst verschleißfest erweisen. Im Vergleich zu anderen Methoden kann dieses Verfahren die Lebensdauer um etwa 75 Prozent verlängern, wodurch es besonders für das Zylinder Honen geeignet ist.

Die Werkzeuge beim Honen im Detail

Es sind im Wesentlichen drei Komponenten, die für den Honvorgang optimal aufeinander abgestimmt sein müssen: Die Honleisten, die Honahle und je Anforderung die entsprechende Werkzeugmaschine. Für Letztere spielt es eine entscheidende Rolle, welche Dimensionen die Werkstücke besitzen und ob es sich um Einzel- oder Serienfertigung handelt.

Honleisten

Nach DIN 69186 handelt es sich bei den Honleisten um ein Verbundsystem aus Korn- und Bindungsstoffen. Honleisten dienen der Spanabnahme und können mit Siliziumkarbit oder Korund ebenso bestückt sein wie mit einem Belag aus Bornitrid oder Diamant. Eine Profilbearbeitung ist bei normalen Hartstoffkörpern wie Siliziumkarbit oder Korund im Allgemeinen nicht erforderlich, da sich mit diesen Materialien bestückte Honleisten während des Einsatzes schnell der Form des zu bearbeitenden Werkstücks anpassen. Indem der Anpressdruck oder die Geschwindigkeit der Oszillation erhöht wird, lässt sich eine Nachschärfung erzielen. Als Anwendungsbereich für konventionelle Schneidstoffe gilt das Zylinder Honen bei den Kolbenlaufbahnen der Verbrennungsmotoren – da sich bereits bei geringem Honleistenanpressdruck die Schneidstoffe effektiv einsetzen lassen. Im Gegensatz dazu müssen Honleisten mit Belag aus Bornitrid oder Diamant vor dem Honen der Form des jeweiligen Werkstücks angepasst werden. Dieses zeitliche Manko macht aber eine Vielzahl von Vorteilen wett. So lässt sich mit Honleisten aus Bornitrid und Diamant eine sehr gute Wirtschaftlichkeit erkennen mit hohen Standzeiten, einer optimalen Formhaltigkeit und gerade auch bei kleinen Bohrungen eine hohe Form-, Maß- und Oberflächengenauigkeit.

Das Honwerkzeug (Honahle)

So gut wie alle Honahlen sind an ihrem rohrförmigen Werkzeugkörper zu erkennen. Am Werkzeugkörper wird die Umlenkung der axialen Zustellbewegung in eine radiale mittels eines verschiebbaren Zustellkonus betrieben. Für das Bearbeiten der Werkstücke stehen unterschiedliche Honahlen zur Verfügung:

  • Ein-Leisten-Honahlen: zumeist bei der Bearbeitung von hochgenauen Kleinteilen
  • Mehr-Leisten-Honahlen: diverse Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichsten Ausführungen; dank hohem Schneidaufnahmevolumen und vorteilhafter Honparameter lassen sich hier die größten Zerspanungsleistungen erzielen.
  • Schafthonwerkzeuge: sind während des Bearbeitungsprozesses aufweitbar; bestehen aus geschlitztem Werkzeugkörper, der durch Zustellkonusverschiebung aufgeweitet werden kann; Einsatzgebiete bei Durchmessern von 2,5 mm – ca. 30 mm.
  • Dornhonwerkzeuge: vor der Bearbeitung eingestellt; Durchmesser der Schneidbelagsfläche ausgelegt auf Maß der zu bearbeitenden Bohrung. Honvorgang im Doppelhub (Abwärtshub für Materialabtrag, Aufwärtshub zum Glätten der Oberfläche)
  • Das Schalenwerkzeug: mehrere Honleisten fest auf Halbschalen aufgebracht; vollflächiges Werkzeug daher geeignet für Bohrungen mit größeren Unterbrechungen

Werkzeugmaschinen fürs Honen

Ähnlich wie beim Fräsen wird auf einer Honmaschine ein Werkzeug in die zu bearbeitende Bohrung eingeführt – wo es sowohl rotierend wie auch oszillierend hin und her bewegt wird. Zwar sind Honarbeiten im Prinzip auch auf gewöhnlichen Vertikal-Bohrmaschinen und Drehmaschinen möglich, doch für die Serienfertigung werden spezielle Honmaschinen mit senkrechter bzw. waagrechter Spindel eingesetzt. Entscheidend für die Güte und wesentliches Merkmal des Honens ist die Prozesskinematik – die Hub-, Dreh- und Zustellbewegung des Werkzeugs. Dadurch kommt es zu dem verfahrenstypischen Honwinkel.
Praxistipp Zylinder Honen: Beim Zylinder Honen sollte der Honwinkel zwischen 40 und 80 Grad betragen. Zunächst Zylinderbohrung mit montierten Hauptlagerdeckeln feinbohren. Dabei eine Honzugabe beachten (ca. 0,08 mm bezogen auf Durchmesser). Nach dem Honen sollte die Zylinderbohrung mindestens 20 Prozent offene Grafitadern aufweisen. Damit der Ölfilm auf der Zylinderoberfläche gut haftet, die Rauheit messen (Gerätemesswerte und Diagrammauswertung) sowie den Schleifschlamm fortwährend mit Honölen ausspülen.

Für die primäre Bearbeitung wie das Zylinder Honen bei Motorblöcken bieten renommierte Hersteller von Honmaschinen sowohl Lösungen für die modulare Einzelmaschine als auch für verkettete Produktionslinien oder Transferanlagen an. Andere Baureihen legen den Fokus auf Werkstattfertigung und Erstmusterbau, bei denen höchste Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und Bedienkomfort erfüllt sein müssen. Auch Kombi-Präzisions-Werkzeugmaschinen, auf denen sich Prozesse wie Finishen, Schleifen und Honen in einer Aufspannung erledigen lassen, sowie Honmaschinen für speziell lange Werkstücke mit großem Durchmesser (für Innen- und Außenhonbearbeitung) sind auf dem Markt zu finden.

Besonderheiten

Flexibles Honen – Präzision und Effizienz in der Oberflächenbearbeitung

Das flexible Honen ist eine moderne und fortschrittliche Methode der Oberflächenbearbeitung, die speziell in der Endbearbeitung von Werkstücken eingesetzt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung von flexibel arrangierten Honsteinen aus, die oft aus Nylonborsten bestehen, an denen Schleifmittelkugeln angebracht sind. Diese Konstruktion ermöglicht es, dass die Schleifmaterialien mühelos in Nuten, Querbohrungen oder Abstufungen eindringen können – ein entscheidender Vorteil, insbesondere beim Zylinderhonen.

Optimale Zylinderoberflächen durch flexibles Honen
Beim Zylinderhonen erfüllt das flexible Verfahren eine wichtige Aufgabe: Es rauht glattgelaufene Zylinderoberflächen gezielt auf, um die Haftung des Ölfilms zu verbessern und den Schmiereffekt zu optimieren. Diese Verbesserung sorgt dafür, dass Kolbenringe effektiver arbeiten, da sie auf einer größeren Fläche tragen können. Zudem verlängert das Honen die Lebensdauer der bearbeiteten Oberflächen, indem Bearbeitungsspitzen abgetragen und feingebohrte Oberflächen veredelt werden.

Vorteile des flexiblen Honens
Ein wesentlicher Vorteil des flexiblen Honens gegenüber starren Methoden ist die Vermeidung von Blechmantelbildung. In starren Verfahren kann es durch hohen Anpressdruck dazu kommen, dass Material nicht abgetragen, sondern lediglich verschoben wird, was zu scheinbar glatten, aber funktional eingeschränkten Oberflächen führt. Das flexible Honen entfernt solche fehlerhaften Schichten zuverlässig und sorgt für eine optimale Oberflächenstruktur.

Dieser Ansatz ist besonders effektiv in Anwendungen, bei denen ein „Plateau-Finish“ erforderlich ist, wie bei Hydraulikzylindern oder Kolbenringen in Motorenzylindern. Das Plateau-Finish, das durch den Kreuzschliff des Honens erzielt wird, ist entscheidend für mechanische Bewegungen unter hoher Beanspruchung. Besonders bei Fahrzeugmotoren mit hohem Ölverbrauch kann das flexible Honen eine spürbare Verbesserung bewirken, da es glattgelaufene Zylinderoberflächen saniert.

Herausforderungen und Feinabstimmung
Ein möglicher Nachteil des flexiblen Honens mit Nylonborsten besteht darin, dass die Schleifmittel nicht zu tief in Querbohrungen eindringen dürfen. Ein zu aggressiver Prozess könnte dazu führen, dass Schleifkugeln abreißen oder die Nylonborsten an der Zylinderwand schleifen, was die Zylinderoberfläche beschädigen könnte. Daher ist eine sorgfältige Abstimmung des Honprozesses erforderlich, um optimale Ergebnisse zu erzielen und gleichzeitig die Integrität des Werkstücks zu erhalten.

Fazit
Das flexible Honen ist eine effektive Methode, um Oberflächen zu veredeln, Entgraten durchzuführen und funktionale Eigenschaften wie die Haftung eines Ölfilms zu verbessern. Es bietet klare Vorteile gegenüber starren Methoden und ist besonders für anspruchsvolle Anwendungen wie das Zylinderhonen unverzichtbar. Durch die präzise Anpassung des Prozesses können Fehler vermieden und bestmögliche Ergebnisse erzielt werden – ein weiterer Beweis für die Vielseitigkeit und Effizienz moderner Honverfahren.

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