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Nutenloses Werkzeug zum Formen von Gewinde und
Verfahren zur Herstellung des Werkzeuges
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nach Linie 3-3 der Fig. 1 in Richtung der Pfeile ; Fig. 4 eine schematisch dargestellte verkleinerte Seitenansicht des führenden Endabschnittes der in Fig. 1 dargestellten Schraube, Fig. 4A eine der Fig. 4 ähnliche schematisch dargestellte verkleinerte Seitenansicht einer Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Schraube ; Fig. 4B eine der Fig. 4 ähnliche schematisch dargestellte verkleinerte Seitenansicht einer weiteren Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Schraube ;
Fig. 4C eine der Fig. 4 ähnliche schematisch dargestellte verkleinerte Seitenansicht nach einer Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Schraube ; und Fig. 5 ist eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines erfindungsgemässen Gewindebohrers mit einem im Schnitt dargestellten Werkstück, in dessen Bohrung das vordere Ende des Gewindebohrers eingesetzt ist.
Wie bereits erwähnt, sollen mit dem nutenlosen Werkzeug Gewindegänge in der zylindrischen Fläche eines Werkstückes geformt werden. Das Werkzeug kann die Form einer Gewindedrück-und Befestigungsschraube (Fig. l, 2 ; 3 und 4) oder die Form eines Gewindebohrers (Fig. 5) haben.
In den Fig. l, 2. 3 und 4 ist eine kombinierte Gewindedrück-und Befestigungsschraube 10 dargestellt, die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden kann. Die Schraube 10 hat einen langen Schraubenschaft 11 mit einem hinteren zylindrischen Schaftabschnitt 11a und einem vorderen kegeligen, im wesentlichen kegelstumpfförmigen führenden Endabschnitt llb. Die Schraube 10 hat ferner einen verbreiterten Kopf 14, der das hintere Ende des hinteren Schaftabschnittes 11a des Schaftes 11 abschliesst. Der Schraubenkopf 14 kann eine beliebige Form haben. Zu Erläuterungszwecken ist in der Zeichnung ein Sechskantkopf dargestellt. Die Schraube 10 weist ein kontinuierlich gewalztes, auf dem Schaft 11
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tes 11 gelegene vordere Schraubenwindungen 12w, 12x. 12y und 12z aufweist.
Das Gewinde 12 ist ein Spitzengewinde mit einer scharfen Spitze oder einem scharfen Scheitel und mit einer breiten Wurzel. Das Gewinde 12 hat einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt und eine im wesentlichen gleich grosse Gangtiefe an allen Radialebenen, die die Längsachse des Schaftes 11 schneiden. Die letzte vordere Schraubenwindung 12w, die auf dem vorderen kegeligen führenden Endabschnitt 11b des Schaftes 11 liegt, hat Scheitel-, Teilkreis-und Wurzeldurchmesser, die etwas kleiner als die entsprechenden Scheitel-, Teilkreis- und Wurzeldurchmesser der ersten hinteren Schraubenwindung 12 sind, die auf dem hinteren Schaftabschnitt lla des Schaftes 11 liegt.
Die aufeinanderfolgend nach vorn gelegenen vorderen Schraubenwindungen 12x, 12y und 12z haben immer kleiner werdende Scheitel-, Teilkreis-und Wurzeldurchmesser in bezug auf die letzte vordere Schraubenwindung 12w. Alle hinteren Schraubenwindungen 12b, 12c usw. haben die gleichen Scheitel-, Teilkreis- und Wurzeldurchmesser wie die erste hintere Schraubenwindung 12a. Das Gewinde 12 hat durchwegs eine konstante Steigung hinsichtlich der hinteren Schraubenwindungen 12a, 12b, 12c usw. und hinsichtlich der vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x, 12y und 12z.
Die Schraube 10 weist mehrere Gruppen von zur Formung des Gewindes dienenden Drücknocken auf, die von den vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x, 12y und 12z getragen werden. In der dargestellten Ausführung sind vier derartige Gruppen oder Sätze Drücknocken auf den vier vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x, 12y und 12z angeordnet. Jede Gruppe besteht aus drei einzelnen Drücknocken. Die von der vorderen Schraubenwindung 12w getragene Drücknockengruppe besteht aus den drei einzelnen Drücknocken 21, 22 und 23 (Fig. 1 und 2). Die von der vorderen Schrauben windung 12x getragene Drücknockengruppe besteht aus drei einzelnen Drücknocken 31 (Fig. 1).
Die von der vorderen Schraubenwindung 12y getragene Drücknockengruppe besteht aus drei einzelnen Drücknocken 41 (Fig. 1), und die von der vorderen Schraubenwindung 12z getragene Drücknockengruppe besteht aus drei einzelnen Drücknocken 51 (Fig. 1). Die drei einzelnen Drücknocken jeder Gruppe sind in Umfangsrichtung auf der zugehörenden Schraubenwindung gleichmässig verteilt. Die drei Einzelnocken 21, 22 und 23 haben einen Abstand von 1200. wie Fig. 2 zeigt. Die drei Drücknocken in allen vier Gruppen sind ausserdem in drei in Umfangsrichtung auf Abstand stehenden Reihen angeordnet, die sich in Axialrichtung des vorderen führenden Endabschnittes 11b des Schaftes 11 erstrecken. In Fig. 1 sind die Einzeldrücknoden 21. 31,41 und 51 der vier Gruppen in einer Reihe angeordnet.
Die Drücknocken 51, 41, 31 und 21 in den vier Gruppen nehmen allmählich an Grösse auf den vier zugehörenden vorderen Schraubenwindungen 12z, 12y, 12x und 12w zu. In gleicher Weise können die drei Einzeldrücknocken 21 und 31 in den entsprechenden Gruppen immer grösser werden. Insbesondere können die Drücknocken 21, 22 und 23, die von der vorderen Schraubenwindung 12w getragen werden, allmählich an Grösse zunehmen.
Die Drücknocken 21, 31 usw. haben die gleiche Ausführung und die gleiche Profilierung. Jeder Drücknocken 21 usw. erstreckt sich in Umfangsrichtung über einen Abschnitt der zugehörenden vorderen
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Schraubenwindung 12w usw. Jeder Nocken hat einen Scheitel mit einer Vorderkante und einer Hinterkante und jeder Drücknocken hat zwei Flanken mit je einer vorderen Fläche und einer hinteren Fläche. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, hat der Drücknocken 21 einen Scheitel 61 mit einer Vorderkante 61a und einer Hinterkante 61b, ferner eine Hinterflanke 62 mit einer Vorderfläche 62a und einer Hinterfläche 62b, und eine Vorderflanke 63 mit einer Vorderfläche 63a und einer Hinterfläche 63b.
Die Vorderkante 61a des DrUcknockenscheite1s 61 erhebt sich radial aus dem Scheitel oder der Spitze der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12w, und die Hinterkante 61b des Drücknockenscheitels 61 senkt sich in Radialrichtung in den Scheitel oder die Spitze der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12w. Bei der dargestellten
Ausführung sind die Vorderkante 61a und die Hinterkante 61b des Drücknockenscheitels 61 im wesentlichen symmetrisch. In gleicher Weise erhebt sich die Vorderfläche 62a der hinteren Drücknockenflanke 62 axial und radial aus der benachbarten hinteren Flanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12w, und die Hinterfläche 62b der hinteren Drücknockenflanke 62 senkt sich in Axial- und Radialrichtung in die benachbarte hintere Flanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12w.
In der dargestellten Aus- führung sind die Vorderfläche 62a und die Hinterfläche 62b der hinteren Drücknockenflanke 62 im wesentlichen symmetrisch. In gleicher Weise hebt sich die Vorderfläche 63a der vorderen Drücknockenflanke 63 in Axial- und Radialrichtung aus der benachbarten Vorderflanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12w heraus und die Hinterfläche 63c der vorderen Drücknockenflanke 63 verläuft in Axialund Radialrichtung in die angrenzende Vorderflanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12w zurück. In der dargestellten Ausführung sind die Vorderfläche 63a und die Hinterfläche 63b der vorderen Nockenflanke 63 im wesentlichen symmetrisch.
Die Spitze oder der Scheitel 71 des Nockens 51 (Fig. 3) ragt radial aus dem Scheitel oder der Spitze der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12z heraus. In gleicher Weise ragen die Flanken 72 und 73 des Nockens 51 axial und radial aus den entsprechenden Flanken der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12z heraus. In Fig. 3 hat die vordere Schraubenwindung 12z einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt oder ein dreieckiges Profil, und ebenso hat der Nocken 51 einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt oder ein dreieckiges Profil. Das Profil der vorderen Schraubenwindung 12z ist kleiner als das Profil des Nockens 51 und liegt innerhalb des Profils des Nockens 51, wie Fig. 3 zeigt.
Der Nocken 51 verläuft also wulstförmig von der Vorderkante des Nockens zur Hinterkante des Nockens über die beiden Flanken 72 und 73 mit einem Profil, das grösser ist als das Profil der zugehörenden vorderen Schraubenwindung 12z. Nicht nur ragen die oberen Enden der Nockenflanken 72 und 73 in Axial-und Radialrichtung von den entsprechenden Flanken der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen 12z, wie erwähnt, nach aussen, sondern die unteren Enden der Nockenflanken 72 und 73 erstrecken sich auch nach unten in die breiten Wurzeln der angrenzenden vorderen Schraubenwindungen, wie die Fig. 1 und 3 zeigen.
Bei der dargestellten Ausführung nehmen die Scheitelhöhen oder Spitzenhöhen der Drücknocken 21, 31, 41 und 51 allmählich zum Vorderende des Führungsabschnittes llb des Schaftes durch die allmähliche Verminderung der Scheiteldurchmesser der entsprechenden vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x, 12y und 12z ab. Der von der ersten vorderen Schraubenwindung 12w getragene breiteste Nocken 23 ragt mit seinem Scheitel in Radialrichtung im wesentlichen so weit nach aussen, wie die Spitze der hinteren Schraubenwindungen 12a, 12b, 12c usw.
Bei der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Schraube 10 ist jeder Nocken 21 usw. symmetrisch zur radialen Mittelachse des Nockens angeordnet. In den in den Fig. 2A und 2B dargestellten Schrauben 10A und 10B sind die Nocken 81 und 101 unsymmetrisch um die radiale Mittelachse der Nocken angeordnet.
In Fig. 2A weist der Nocken 81 einen Scheitel 91 auf, der eine in Radialrichtung sich steil aus der Spitze der zugehörenden vorderen Schraubenwindung erhebende Vorderkante 91 und eine Hinterkante 91b hat, die allmählich in Radialrichtung in die Spitze oder die Scheitel der zugehörenden vorderen Schraubenwindung übergeht. In gleicher Weise hat der Nocken 81 eine Flanke 93, deren Vorderfläche 93a sich steil in Axial- und Radialrichtung aus der angrenzenden Flanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung erhebt, und hat eine Hinterfläche 93b, die allmählich in Axialrichtung und Radialrichtung in die angrenzende Flanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung verläuft.
Der in Fig. 2B dargestellte Nocken 101 hat einen Scheitel 111 mit einer Vorderkante lila, die allmählich sich in Radialrichtung aus der Spitze der zugehörenden vorderen Schraubenwindung erhebt, und hat eine Hinterkante l11b, die steil in Radialrichtung zur Spitze oder zum Scheitel der zugehörenden vorderen Schraubenwindung zurückläuft. In gleicher Weise weist der Nocken 101 eine Flanke 113 auf, deren Vorderfläche 113a sich allmählich in Axialrichtung und Radialrichtung aus der angrenzenden Flanke der zugehörenden vorderen Schraubenwindung erhebt und deren Hinterfläche 113b steil in Axialrichtung und Radialrichtung in die angrenzende dante der zugehörenden vorderen Schraubenwindung zurückfällt.
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Bei der beschriebenen Schraube 10 (Fig. l, 2 und 3) liegen die von dem vorderen Führungsende 11b des Schaftes 11 getragenen Drücknocken 21, 31, 41 und 51 in einer in Axialrichtung fluchtenden Reihe, und die Nocken 21, 31,41 und 51 nehmen allmählich immer kleiner werdende Umfangsabschnitte der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x, 12y und 12z ein. Infolge der allmählichen Verringerung der Spitzendurchmesser oder Aussendurchmesser der vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x. 12y und 12z haben die Drücknocken 21,31, 41 und 51 allmählich immer kleiner werdende Scheitelhöhen. Andere Anordnungen der von dem Führungsende des Schraubenschaftes getragenen Drücknocken sind in den Fig. 4A, 4B und 4C dargestellt.
Die von dem Führungsende 111b des Schraubenschaftes 111 (Fig. 4A) getragenen Drücknocken 121, 131, 141 und 151 liegen in einer in Axialrichtung fluchtenden Reihe, jedoch nehmen die Drücknocken 121, 131,141 und 151 allmählich immer grössere Umfangsabschnitte der zugehörenden vorderen Schrau- benwindungen ein. Infolge der allmählichen Verringerung des Aussendurchmessers der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen haben die Drücknocken 121, 131, 141 und 151 immer niedriger werdende Scheitelhöhen.
Die von dem Führungsende 211b des Schraubenschaftes 211 (Fig. 4B) getragenen Drücknocken 221, 231, 241 und 251 liegen in einer in Axialrichtung fluchtenden Reihe, jedoch nehmen die Drücknocken 221, 231, 241 und 251 im wesentlichen die gleichen Umfangsabschnitte der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen ein. Infolge der allmählichen Verringerung des Aussendurchmessers der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen haben die Drücknocken 221, 231, 241 und 251 immer flacher werdende Scheitelhöhen.
Die von dem Führungsende 311b des Schraubenschaftes 311 (Fig. 4C) getragenen Drücknocken 321, 331, 341 und 351 sind in einer schrägstehenden Reihe angeordnet, jedoch nehmen die Drücknocken 321, 331, 341 und 351 allmählich immer kleiner werdende Umfangsabschnitte der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen ein. Infolge der allmählichen Verringerung des Aussendurchmessers der zugehörenden vorderen Schraubenwindungen haben die Drücknocken 321, 331, 341 und 351 immer flacher werdende Scheitelhöhen.
Zur Herstellung von Innengewinde in einer im allgemeinen zylindrischen Fläche einer in einem Werkstück vorhandenen Vorbohrung wird die Schraube 10 in folgender Weise benutzt : Das vorderste Ende der Schraube 10 wird in die Vorbohrung eingesetzt, die Schraube 10 wird dann gegen das Werkstück gepresst und wird unter Verwendung eines Schraubenschlüssels oder eines andern Werkzeuges gedreht, das am verbreiterten Kopf 14 angreift, der sich am hinteren Ende des Schraubenschaftes 11 befindet. Bei der Druckeinwirkung auf die Schraube 10 und beim Drehen der Schraube 10 drückt zuerst der Drücknocken 51 und drücken dann die beiden folgenden Drücknocken dieser Gruppe allmählich den Anfang eines Innengewindes in die zylindrische Fläche der im Werkstück vorhandenen Bohrung.
Dann drücken die nächste Gruppe Nocken 41, anschliessend die nächste Gruppe Nocken 31 und schliesslich die nächste Gruppe Nocken 21 allmählich das Innengewinde, bis das Innengewinde zur Aufnahme der ersten hinteren Schraubenwindung 12a, die sich auf dem hinteren Schaftabschnitt 11a des Schraubenschaftes 11 befindet, vollständig geformt ist. Bei der weiter fortgesetzten Drehung der Schraube schrauben sich dann die hinteren Schraubenwindungen 12a, 12b, 12c usw. in das fertig gedrückte Innengewinde ein. Schliesslich ist das Innengewinde in der im Werkstück befindlichen Bohrung vollständig geformt und die Schraube 10 ist so eingeschraubt, dass die hinteren Schraubenwindungen 12b, 12c usw., die sich am hinteren Schaftabschnitt 11a des Schraubenschaftes 11 befinden, in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde sind.
Für gewöhnlich wird ein mit einer Abstandsbohrung versehenes zweites Werkstück mittels der Schraube 10 am ersterwähnten Werkstück befestigt, das mittels der Schraube 10 mit Innengewinde versehen worden ist. Diese Ausführung ist jedoch für die Erfindung nicht von Bedeutung. Es ist auch möglich, mehrere Bohrungen, die in mehreren aufeinandergestapelten Werkstücken vorhanden sind, nacheinander mit Innengewinde zu versehen.
Aus der Arbeitsweise der Schraube 10 ist zu sehen, dass die Herstellung des Innengewindes, das innerhalb der im Werkstück vorhandenen Bohrung geformt wird, vollständig durch einen Drückvorgang erfolgt, da bei diesem Gewindeformvorgang keine Späne anfallen, weil der Schraubenschaft 11 der Schraube 10 keine Nuten hat.
Die Schraube 10 wird in folgender Weise hergestellt : Zuerst wird ein Rohling aus zweckdienlichem Metall so geschmiedet oder geformt, dass der Rohling einen im wesentlichen zylindrischen hinteren Schaftabschnitt und einen kegelstumpfförmigen vorderen Führungsabschnitt sowie einen verbreiterten Kopf erforderlicher Form am hinteren Ende des hinteren Schaftabschnittes hat. Zum Formen werden zwei flachgewalzte Gesenke aneinanderpassenden Profiles verwendet, die die üblichen schrägliegenden Erhöhungen
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und Vertiefungen zum Formen des kontinuierlichen Gewindes auf dem langen Schaft des Rohlings haben.
In den Nuten, die zum Formen des Gewindeabschnittes verwendet werden sollen, der vom vorderen Führungsende des Rohlingschaftes getragen wird, sind mehrere Ausnehmungen oder Hohlräume vorhanden, die den Profilen der einzelnen Drücknocken oder Schmiedenocken entsprechen, die von den vorderen Schraubenwindungen des auf dem Führungsende der Schraube befindlichen Gewindes getragen werden. Der Schaft des Rohlings wird dann zwischen den Gesenken einem Walzdruck unterworfen, wodurch das kontinuierliche Gewinde 12 auf dem Schaft 11 der entstehenden Schraube 10 geformt ist, und gleichzeitig hiemit werden die vier Gruppen von Drücknocken 21, 31, 41 und 51 auf den zugehörenden vorderen Schraubenwindungen 12w, 12x. 12y und 12z des von dem vorderen Führungsende 11b des Schraubenschaftes 11 getragenen Gewindes 12 gebildet. Für gewöhnlich besteht der Rohling aus Stahl.
Nach dem Formen der Schraube 10 aus dem Rohling wird die Schraube 10 zum Härten einer Wärmebehandlung unterworfen. Es ist sehr erwünscht, dass die vorderen Schraubenwindungen 12w usw. und die Drücknocken 21 usw. ziemlich hart sind, da die Schraube 10 oft beim Formen von Innengewinde in Bohrungen, die in Stahlwerkstücken gebohrt sind, verwendet wird.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemässen nutenfreien Gewindebohrer 510, der mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden kann. Der Gewindebohrer 510 hat einen langen Bohrerschaft 511 mit einem zylindrischen hinteren Schaftabschnitt 511a und einem kegelstumpfförmigen vorderen Führungende 511b. Das hintere Ende des Schaftes 511 trägt einen Vierkant 514 zur Aufnahme eines zugehörenden Spannfutters od. dgl. (nicht dargestellt). Das Vorderende des Schaftes 511 hat eine Kegelspitze 515, die in eine zylindrische Bohrung 516 eines Werkstückes 517 eingesetzt wird.
Auf dem Schaft 511 des Gewin-. debohrers 510 befindet sich ein kontinuierliches Walzgewinde 512, das auf dem hinteren Schaftatr- schnitt 511a des Schaftes 511 mehrere hintere Schraubenwindungen 512a, 512b, 512c usw. und auf dem vorderen Führungsende 511b des Schaftes 511 mehrere vordere Schraubenwindungen 512w, 612x, 512y und 512z aufweist.
Das von dem Schaft 511 des Gewindebohrers 510 getragene Gewinde 512 kann die gleiche Ausführung haben wie das bereits beschriebene, von dem Schaft 11 der Schraube 10 getragene Gewinde 12. In Fig. 5 ist dieses Gewinde 512 nur schematisch dargestellt. Der Gewindebohrer 510 hat auch eine Gruppe Gewindedrücknocken 521, die von der vorderen Schraubenwindung 512 getragen werden, ferner eine Gruppe von Gewindedrücknocken 531, die von der vorderen Schraubenwindung 512x getragen werden, ferner eine Gruppe von Gewindedrücknocken 541, die von der vorderen Schraubenwindung 512y getragen werden, und eine Gruppe von Gewindedrücknocken 551, die von der vorderen Schraubenwindung 512z getragen werden.
Die von dem vorderen Endabschnitt 511b des Schaftes 511 des Gewindebohrers 510 getragenen Gewindedrücknocken 521 usw. können die gleiche Ausführung und Anordnung haben, wie sie bei den auf dem vorderen Führungsabschnitt llb des Schraubenschaftes 11 der Schraube 10 vorhandenen Gewindedrücknocken 21 usw. bereits beschrieben worden ist.
Die übrige Ausführung des Gewindebohrers 510 kann von der gleichen Ausführung sein wie die bereits beschriebene Schraube 10. Diese Konstruktionseinzelheiten werden daher nicht wiederholt. Auch die Arbeitsweise des Gewindebohrers 510 ist die gleiche wie die Arbeitsweise der Schraube 10, so dass auch diese Arbeitsweise nicht noch einmal beschrieben wird. Das Herstellungsverfahren des Gewindebohrers 510 entspricht dem bereits beschriebenen Herstellungsverfahren der Schraube 10, so dass keine Beschreibung dieses Herstellungsverfahrens erfolgt.
Wie aus der Beschreibung ersichtlich, ist mit der Erfindung ein nutenfreies Werkzeug zum Formen von Gewinde geschaffen, das eine verbesserte Ausführung und Anordnung hat und das auch in einem verbesserten Verfahren hergestellt werden kann. Das Werkzeug kann die Form einer Gewindedrück- und Befesti- gungsschraube oder die Form eines Gewindebohrers haben. Das Werkzeug kann in der zylindrischen Fläche einer in einem Werkstück befindlichen Bohrung ein Gewinde herstellen. Das nutenfreie Werkzeug zum Formen von Gewinde ist sehr vorteilhaft, da das von dem Werkstück hergestellte Innengewinde ohne Bildung von Spänen hergestellt wird.
Das neue Werkzeug ist bei dem Gewindeformvorgang auch leichter zu betätigen als ein vergleichbares bekanntes Werkzeug mit Spanabhebung, da das neue Werkzeug ein wesentlich geringeres Antriebsdrehmoment erfordert als das bekannte Werkzeug mit Spanabhebung.
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