Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug zur spanlosen Fertigerzeugung
eines vorerzeugten Gewindes, insbesondere einen Gewindefurcher,
anzugeben, bei dem Positionierung des Werkzeugs in einem vorerzeugten
Gewinde verbessert ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Werkzeugs und ein im Vergleich zum Stand der Technik
verbessertes Verfahren zur Erzeugung eines Gewindes angegeben werden.
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Werkzeugs zur spanlosen Fertigerzeugung
eines vorerzeugten Gewindes gelöst
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens
zur Herstellung des Werkzeugs durch die Merkmale des Anspruchs 31
und hinsichtlich des Verfahrens zur Erzeugung eines Gewindes durch
die Merkmale des Patentanspruchs 32. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen ergeben sind jeweils aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß Anspruch
1 ist das Werkzeug ausgebildet und bestimmt zur spanlosen Fertigerzeugung eines
vorerzeugten Gewindes,
- a) umfassend wenigstens
einen um eine Werkzeugachse drehbaren oder drehenden Formgebungsbereich
(oder: An- bzw. Einlaufbereich, Anfurchbereich, Anformbereich, Anfurchkegel)
mit mehreren entlang einer die Werkzeugachse spiralförmig oder
schraubenförmig
oder helixförmig umlaufenden
Formgebungskurve (oder: Gewindegang) aufein anderfolgend angeordneten
Formkeilen (oder: Furchzahn, Drückstollen,
Drückstege),
- b) wobei die Formkeile im Querschnitt zwei Flanken aufweisen,
die ausgehend von einer Formkeilspitze (oder: Formkeilkopf), die
insbesondere einen spitzen Winkel oder eine Abrundung oder eine
Abflachung ausbildet, auseinanderlaufen,
- c) wobei (im Formgebungsbereich) der radiale Abstand der Formkeilspitzen
von der Werkzeugachse entgegen einer Vorschubrichtung des Werkzeugs
zunimmt, und
- d) wobei mindestens eine der Flanken zumindest eines Formkeils,
insbesondere eines entlang der Formgebungskurve entgegen der Vorschubrichtung
ersten Formkeils und/oder insbesondere mehrerer, vorzugsweise entlang
der Formgebungskurve aufeinanderfolgender Formkeile, mindestens
eine Verbreiterung aufweist zur Positionierung, insbesondere Zentrierung,
des Formkeils im vorerzeugten Gewinde.
Bei
dem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um einen Gewindefurcher.
Ferner kann mit einem derartigen Werkzeug zwar grundsätzlich ein
Außengewinde
fertigerzeugt werden, es wird aber bevorzugt zur Fertigerzeugung
von Innengewinden eingesetzt.
Die
Verbreiterung einer Flanke lässt
sich insbesondere über
die Steigung der Flanke in Relation zu einer durch die Formkeilspitze
gelegten, senkrecht zur Werkzeugachse orientierten Formkeilgeraden
(bei symmetrischer Ausbildung die Querschnittsmittelachse des Formkeils)
definieren. Ausgehend von der Formkeilspitze liegt eine Verbreiterung
der Flanke ab dem Flankenpunkt vor, ab dem ein auf diesen Punkt
folgender Flankenabschnitt einen größeren Betrag der Steigung aufweist
als ein vor diesem Punkt liegender Flankenabschnitt. Bei Flanken,
die eine Krümmung
aufweisen, beginnt die Verbreiterung somit ausgehend von der Formkeilspitze
ab dem Punkt, ab dem die Flanke nach außen gekrümmt ist, d.h. sich von der
Formkeilgeraden und damit auch von der gegenüberliegenden Flanke wegkrümmt. Bei einer
aus geradlinigen Abschnitten gebildeten Flanke beginnt die Verbreiterung
ausgehend von der Formkeilspitze ab einem Knickpunkt, bei dem der
Steigungsbetrag nach dem Knickpunkt größer als der Steigungsbetrag
vor dem Knick punkt ist, d.h. nach diesem Punkt entfernt sich die
Flanke schneller von der Formkeilgeraden als vorher.
Unter
dem ersten Formkeil ist dabei ein im Wesentlichen vollständig ausgebildeter
Formkeil zu verstehen, das heißt
ein entlang der Formgebungskurve entgegen der Vorschubrichtung erster
Formkeil, dessen Querschnittsform im weitesten Sinne der Querschnittsform
nachfolgender Formkeile entspricht. Nicht vollständig ausgebildet sind Formkeile, die
beispielsweise bei der Ausbildung einer Werkzeugfase an der Werkzeugspitze,
die das Ansetzen bzw. Einfädeln
des Werkzeugs an bzw. in das vorerzeugte Gewinde erleichtert, oder
bei der Gratentfernung ab- bzw. angeschliffen wurden. Diese nicht
vollständig
ausgebildeten Formkeile sind üblicherweise am
oder nahe dem in Vorschubrichtung vordersten Rand des Werkzeugs
angeordnet. Derartige Formkeile sind nicht als erste Formkeile im
Sinne der vorstehenden Darlegungen anzusehen. Dennoch können auch
unvollständig
ausgebildete Zähne
durchaus einseitig, nämlich
an ihrer der Vorschubrichtung abgewandten Seite, eine Verbreiterung
aufweisen. Unter Berücksichtigung
der unvollständigen
Formkeile kann der erste Formkeil im Sinne der Erfindung daher durchaus
auch der zweite oder dritte oder vierte Formkeil entlang der Formgebungskurve
entgegen der Vorschubrichtung sein.
Der
der Erfindung gemäß Anspruch
1 zugrundeliegende wesentliche Gedanke ist somit, durch das Ausbilden
von Verbreiterungen an den Flanken der Formkeile den Durchmesser
der Formkeile zumindest in einem Teilbereich gegenüber dem Durchmesser
der aus dem Stand der Technik bekannten Formkeile zu erhöhen. Dadurch
reduziert sich in diesem Teilbereich der Abstand zwischen den Formkeilflanken
und den entsprechenden Flanken des vorerzeugten Gewindes.
Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass durch die Verbreiterung der Flanken des Formkeils der axiale
Freiheitsgrad für
die Positionierung des Formkeils im vorerzeugten Gewinde im Vergleich
zum Stand der Technik zumindest reduziert ist. Dadurch wird der
seitliche Versatz der in den Boden der vorerzeugten Gewindeausnehmung
eindringenden Formkeilspitzen unterbunden oder zumindest gering
gehalten, was insgesamt zu einer vollkommen oder zumindest weitestgehend
symmetri schen Gewindegangausbildung führt. Der Verbreiterung der
Formkeilflanken kommt somit eine axiale Führungsfunktion beim Vorschub des
Werkzeugs in das vorerzeugte Gewinde bzw. in die vorerzeugte Gewindeausnehmung
zu.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Werkzeugs gemäß der Erfindung
weist die Verbreiterung der Flanken bei mehreren Formkeilen, insbesondere
bei allen Formkeilen mit Verbreiterung der Flanken, im Querschnitt
im Wesentlichen die gleiche Form, insbesondere das gleiche Profil,
und/oder die gleichen Abmessungen auf.
Zweckmäßig ist
auch, wenn der Durchmesser des Formkeils in jeweils gleicher Höhe über der Werkzeugachse
im Bereich der Verbreiterung bei mehreren Formkeilen, insbesondere
bei allen Formkeilen mit Verbreiterung der Flanken, im Wesentlichen
gleich ist.
Durch
die vorstehenden Merkmale wird die Positionierung des Werkzeugs
im vorerzeugten Gewinde über
zahlreiche Formkeile hinweg stabilisiert. Außerdem werden Reibungsverluste
und Werkzeugverschleiß aufgrund
ungewünschter
Druckkräfte
zwischen Formkeilflanken und Ausnehmungsflanken, die bei unterschiedlichen
Abmessungen entstehen können,
vermieden.
Eine
bevorzugte Weiterbildung des Werkzeugs gemäß der Erfindung sieht vor,
dass zumindest mehrere, insbesondere alle aufeinanderfolgenden Formkeile,
deren Flanken eine Verbreiterung aufweisen, in einem sich von der
Formkeilspitze bis zur Verbreiterung erstreckenden Formbereich zumindest
abschnittsweise, insbesondere vollständig, im Wesentlichen die gleiche
Querschnittsform aufweisen.
Bevorzugt
ist die Querschnittsform des Formbereichs ausgehend von der Formkeilspitze
in einem ersten Abschnitt konvex gekrümmt und in einem nachfolgenden
zweiten Abschnitt konkav gekrümmt.
Alternativ oder additiv ist sie in einem wiederum nachfolgenden
dritten Abschnitt, insbesondere in einem Übergangsbereich zur Verbreiterung,
erneut konvex gekrümmt
ist. Derartige Ausführungsformen
sind besonders einfach herzustellen, insbesondere durch Schleifen,
vorzugsweise durch Schleifscheiben.
Die
Querschnittsform des Formbereichs kann ferner wenigstens annähernd eine
polygonale Form aufweisen, insbesondere die Form eines Dreiecks
oder eines Vierecks, vorzugsweise eines Trapezes, wobei die Ecken
der polygonalen Form spitz und/oder abgerundet ausgebildet sein
können.
Insbesondere kann die Querschnittsform des Formbereichs ein gleichschenkliges
Dreieck, vorzugsweise mit einem 60° -Innenwinkel, oder ein gleichseitiges Dreieck
oder ein Dreieck mit abgerundeter und/oder abgeflachter Spitze sein.
Zweckmäßig ist
ferner, wenn die Flankenübergänge zwischen
Formbereich und Verbreiterung zumindest teilweise abgerundet ausgebildet
sind.
Dieser
Formbereich sichert die eigentliche Funktionalität des Gewindefurchers, das
Fertigfurchen eines vorerzeugten Gewindes. Dabei kann – wie dargelegt – auf unterschiedlichste
Formgebungen zurückgegriffen
werden.
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nehmen
die Abmessungen der Querschnittsform des Formbereichs, insbesondere
des Querschnittsprofils des Formbereichs, bei entlang der Formgebungskurve
entgegen der Vorschubrichtung aufeinanderfolgenden Formkeilen zu. Dabei
können
abschnittsweise aufeinanderfolgende Formkeile durchaus auch identische
Abmessungen aufweisen, solange insgesamt im Formbereich die Abmessungen
zunehmen. Bevorzug ist allerdings, dass die Abmessungen kontinuierlich,
vorzugsweise linear, zunehmen. Damit wird – bei vergleichbarer Form des
Querschnittsprofils – eine
Profilabstufung bezüglich
des Formbereichs der aufeinanderfolgenden Formkeile ausgebildet.
Auf diese Weise wird das zu erzeugende Gewinde Schritt für Schritt
durch die Formkeile, insbesondere die Formbereiche der Formkeile,
ausgehend vom vorerzeugten Gewinde erzeugt. Die sich durch das Furchen
ergebenden Belastungen werden nahezu gleichmäßig auf die furchaktiven Formkeile
verteilt.
Bei
einer Weiterbildung des Werkzeugs gemäß der Erfindung weisen die
Flanken zumindest mehrerer, insbesondere aller aufeinanderfolgender Formkeile
entlang der Formgebungskurve eine Konizität auf, das heißt entlang
der Formgebungskurve sind die jeweils entsprechenden Flankenpunkte
der Formkeile auf einer Kegelmantelfläche angeordnet. Der Konizitätswinkel,
das heißt
der Winkel einer in der Kegelmantelfläche liegenden Gerade zur Kegelachse,
kann dabei für
verschiedenen Flankenpunkte verschieden sein, insbesondere im Formbereich (20),
vorzugsweise an der Formkeilspitze (8), zwischen 5° und 20°, vorzugsweise
zwischen 8° und
16° liegen
und/oder im Bereich der Verbreiterung (19) zwischen 0° und 2°, vorzugsweise
bei etwa 1 °,
liegen.
Zweckmäßig und
vorteilhaft ist auch, wenn zumindest der Formgebungsbereich einen
Werkzeugkern aufweist, der sich entlang der Werkzeugachse erstreckt.
Der Werkzeugkern kann zumindest abschnittsweise entlang der Werkzeugachse eine
Konizität
aufweisen, das heißt
eine konische Außenform.
Bevorzugt sollte der Werkzeugkern entlang der Werkzeugachse jedoch
einen konstanten Durchmesser aufweisen. An der Außenfläche des
Werkzeugkerns sollten die Formkeile angeordnet sein. Um das schrittweise
Furchen des fertigen Gewindes aus dem vorerzeugten Gewinde zu verwirklichen,
sollte ferner die Höhe
der Formkeile über
dem Werkzeugkern entlang der Formgebungskurve entgegen der Vorschubrichtung
des Werkzeugs zunehmen.
Bei
einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform
des Werkzeugs gemäß der Erfindung
ist die Verbreiterung der Flanken als Sockel des Formkeiles ausgebildet.
Unter Sockel ist dabei zu verstehen, dass ein der Formkeilspitze
gegenüberliegender
Basisbereich des Formkeils als Verbreiterung ausgebildet ist. Zu
einem Werkzeugkern hin schließt
der Formkeil bei einer Sockelausbildung der Verbreiterung mit einer
Verbreiterung ab. Der Formkeil umfasst dann einen Formbereich, der
die Formkeilspitze umfasst, und einen Verbreiterungsbereich, der
die Formkeilbasis umfasst. Vorzugsweise gehen beide Bereiche kontinuierlich
oder abrupt ohne weitere Zwischenbereiche ineinander über.
Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterbildung ist
vorgesehen, dass die Verbreiterungen der Formkeile beim Vorschub
in das vorerzeugte Gewinde in Ausnehmungen des vorerzeugten Gewindes
eingreifen zur Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Formkeils
in der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes. In diesem Fall vermindern
die Verbreiterungen den Abstand zwischen Formkeil und vorerzeugter
Gewindeausnehmung, wodurch der Positionierungs-Freiheitsgrad der
Formkeile in der Ausnehmung eingeschränkt und damit eine unerwünschte axial
verschobene Positionierung unterbunden oder zumindest reduziert
wird. Den Formkeilen, insbesondere ihren Verbreiterungen, kommt
somit eine axiale Führungsfunktion
bezüglich
der Werkzeuganordnung im vorerzeugten Gewinde zu.
Zweckmäßig und
vorteilhaft ist auch, wenn zumindest die Formkeilspitze bei mindestens
einem Formkeil beim Vorschub in das vorerzeugte Gewinde in einen
Bodenabschnitt der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes eindringt.
Dadurch wird das Material des Werkstücks, in das das Gewinde eingebracht wird,
kaltverformt. Auf diese Weise wird die eigentliche Furchfunktion
des Formkeils und damit des Werkzeugs verwirklicht. Der Formkeil
kombiniert somit die axiale Führungsfunktion
durch seine Verbreiterungen mit der Furchfunktion durch seine Formkeilspitze
und/oder daran angrenzende Flankenabschnitte. Mit anderen Worten
erfüllt
der Verbreiterungsbereich des Formkeils die axiale Führungsfunktion
und der Formbereich des Formkeils erfüllt die Furchfunktion.
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung kann auch vorgesehen sein, dass der
Formgebungsbereich, insbesondere auf seiner in Vorschubrichtung angeordneten
Seite, einen Einführungsbereich
aufweist mit einem oder mehreren, insbesondere aufeinanderfolgenden,
Formkeilen mit Verbreiterung der Flanken, deren Formkeilspitzen
beim Vorschub in das vorerzeugte Gewinde nicht in einen Bodenabschnitt
der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes eindringen. Mit anderen
Worten ist den furchenden Formkeilen in Vorschubrichtung ein Einführungsbereich
vorgelagert. Die Formkeile des Einführbereichs erfüllen nur
die axiale Führungsfunktion,
leisten jedoch keinen Beitrag zur Weitererzeugung des Gewindes.
Allerdings stellen sie die möglichst
exakte Positionierung der nachfolgenden Formkeile mit Furchfunktion
sicher. Bei diesen kann dann auf Führungsmerkmale verzichtet werden,
so dass die an diesen Furchkeilen wirksamen Kräfte (nahezu) vollständig für das Furchen
zur Verfügung
stehen. Ergänzend
kann vorgesehen sein, dass der Einführungsbereich den oben genannten,
entlang der Formgebungskurve entgegen der Vorschubrichtung ersten
Formkeil umfasst.
Gemäß einer
Ausbildungsform des Werkzeugs ist vorgesehen, dass der Durchmesser
des Formkeils zumindest in einem Teilbereich der Verbreiterung mindestens
90 %, insbesondere 95 %, vorzugsweise etwa 99 % des Durchmessers
der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes in entsprechender Höhe über der
Werkzeugachse des eingeführten
Werkzeugs beträgt.
Theoretisch könnte
der Formkeildurchmesser im Wesentlichen auch gleich dem Durchmesser
der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes in entsprechender Höhe über der Werkzeugachse
des eingeführten
Werkzeugs sein. Dies würde
allerdings das Einführen
(Einfädeln)
des Werkzeugs in das vorerzeugte Gewinde erschweren. Eine geringfügige Differenz
hilft hingegen durch Bereitstellen eines entsprechenden Spiels beim
Einführen.
Auch
kann es zweckmäßig sein,
wenn der Durchmesser des Formkeils in einem sich von der Formkeilspitze
bis zur Verbreiterung erstreckenden Formbereich, soweit er nicht
in den Bodenabschnitt der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes eindringt,
weniger als 90 %, insbesondere weniger als 85 %, vorzugsweise weniger
als 80 %, des Durchmessers der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes
in entsprechender Höhe über der
Werkzeugachse (A) des eingeführten
Werkzeugs beträgt.
Auf diese Weise steht bei jedem Formkeil ausreichend freies Volumen
zur Aufnahme des durch das Furchen verdrängten Materialvolumens zur
Verfügung.
Das verdrängte
Material kann im Wesentlichen radial Richtung Werkzeugachse fließen.
Vorteilhaft
ist auch, wenn die Differenz zwischen Ausnehmungsdurchmesser und
entsprechendem Formkeildurchmesser im Bereich der Verbreiterung
kleiner ist als im Formbereich, insbesondere mindestens 10 % kleiner,
vorzugsweise mindestens oder etwa 25 % kleiner.
Die
vorgenannten Ausbildungen sehen insbesondere vor, dass die Abmessungen,
insbesondere der Durchmesser des Formkeils, im Formbereich des Formkeils
in etwa den Abmessungen eines vergleichbaren Formkeils gemäß dem Stand
der Technik entsprechen, wohingegen die Abmessungen, insbesondere
der Durchmesser des Formkeils, im Verbreiterungsbereich des Formkeils
deutlich breiter als bei vergleichbaren Formkeilen gemäß dem Stand
der Technik ausfällt.
Gemäß einer
Weiterbildung nehmen die Durchmesser der entlang der Formgebungskurve
angeordneten Formkeile entgegen einer Vorschubrichtung des Werkzeugs
in einem sich von der Formkeilspitze bis zur Verbreiterung erstreckenden
Formbereich zu, wobei die Zunahme insbesondere in Relation zur Zunahme
des radialen Abstands der Formkeilspitzen von der Werkzeugachse
steht. Diese Relation kann eine nichtlineare Abhängigkeit sein, vorzugsweise
handelt es sich aber um eine linearer Abhängigkeit.
Auch
kann vorgesehen sein, dass der entlang der Formgebungskurve entgegen
der Vorschubrichtung letzte Formkeil des Formgebungsbereichs keine
Verbreiterung der Flanken aufweist und seine Querschnittsform und/oder
seine Querschnittsabmessungen im Wesentlichen der Querschnittsform und/oder
den Querschnittsabmessungen der fertigerzeugten Gewindeausnehmung
entsprechen. Damit ist das Gewinde nach dem Durchgang dieses letzten Formkeils
des Formgebungsbereichs im Wesentlichen fertiggestellt.
Bei
einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform
des Werkzeugs gemäß der Erfindung
folgt entgegen der Vorschubrichtung auf den Formgebungsbereich ein
Kalibrierbereich (Egalisierbereich) mit entlang einer um die Werkzeugachse spiralförmig oder
schraubenförmig
oder helixförmig umlaufenden
Kurve (oder: Gewindegang) aufeinanderfolgend angeordneten Formkeilen.
Insbesondere grenzt der Kalibrierbereich direkt an den Formgebungsbereich
an, wobei die Formgebungskurve des Formgebungsbereichs kontinuierlich
in die Kurve des Kalibrierbereichs übergeht und beide Kurven die
gleiche Steigung entlang der Werkzeugachse aufweisen. Während der
Formgebungsbereich überwiegend
der Formgebung des Gewindes dient, ist der Kalibrierbereich vornehmlich
zum kalibrieren und glätten
des Gewindes vorgesehen. Dadurch wird das Gewinde besonders exakt
gefertigt. Ferner dient der Kalibrierbereich der Führung des
Werkzeugs in dem Gewinde. Diese Führungsfunktion des Kalibrierbereichs
kann allerdings bei Vorsehen des bereits angesprochenen Einführbereichs
entfallen.
Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterbildung hierzu
ist vorgesehen, dass der radiale Abstand der Formkeilspitzen von
der Werkzeugachse im Kalibrierbereich im Wesentlichen gleich ist
oder entgegen der Vorschubrichtung abnimmt, und vorzugsweise, insbesondere
am Übergang
zum Formgebungsbe reich, dem größten radialen
Abstand der Formkeilspitzen der Formkeile des Formgebungsbereichs entspricht.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsform und/oder die
Querschnittsabmessungen der Formkeile im Kalibrierbereich im Wesentlichen
gleich sind und insbesondere im Wesentlichen der Querschnittsform
und/oder den Querschnittsabmessungen der fertigerzeugten Gewindeausnehmung
entsprechen.
Bevorzugt
weisen wenigstens der Formgebungsbereich und/oder der Kalibrierbereich
in ihrem Querschnitt senkrecht zur Werkzeugachse annähernd eine
polygonale Form auf, vorzugsweise mit einer Eckenzahl e von drei
oder vier oder fünf
oder sechs oder sieben. Ergänzend
können
alle jeweils e-ten der unmittelbar aufeinanderfolgenden Formkeilspitzen
in einer Ebene angeordnet sein, wobei diese Ebene die Werkzeugachse
enthält.
Alternativ können
die jeweils e-ten Formkeilspitzen jedoch auch umlaufend um die Werkzeugachse
angeordnet sein, insbesondere spiralförmig oder schraubenförmig oder
helixförmig
umlaufend.
Ferner
sind die jeweils e-ten Formkeilspitzen bevorzugt auf einer Formkeilspitzenachse
angeordnet, die im Formgebungsbereich um einen vorgegeben Winkel
zur Werkzeugachse geneigt ist und im Kalibrierbereich parallel zur
Werkzeugachse verläuft.
Bei
einer zweckmäßigen und
bevorzugten Ausführungsform
des Werkzeugs gemäß der Erfindung
folgt entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeugs auf Formgebungsbereich
und/oder Kalibrierbereich ein Werkzeugschaft zum Befestigen des Werkzeugs
in einer Gewindeerzeugungseinrichtung (Werkzeugmaschine).
Das
Werkzeug besteht zweckmäßigerweise im
Wesentlich aus Schnellstahl und/oder Hartmetall und ist vorzugsweise – insbesondere
bei Werkzeugen für
anspruchsvolle Anwendungen – von
einer harten und verschleißfesten
Verschleißschutzschicht überzogen.
Gemäß Anspruch
31 sieht das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines Werkzeugs, das den vorstehenden Ausführungen
entspricht, vor, dass die Formkeile zumindest teilweise durch Schleifen
erzeugt werden, insbe sondere mittels Schleifscheiben. Dabei wird
bei allen Formkeilen von einer einheitlichen Grundform ausgegangen,
einem Formkeil-Rohling, der insbesondere auf einem Werkzeugkern
angeordnet ist. Mittels Schleifen wird dieser Rohling dann auf die
gewünschte
Form gebracht. Besonders einfach lassen sich auf diese Weise Formkeilprofile
mit abgerundetem Profil im Formbereich und einem Sockel als Verbreiterung
herstellen. Einfach herstellbar sind auf diese Weise auch Formkeile mit
im Wesentlichen identischer Profilform, die lediglich radial versetzt
ist, das heißt
die bereits angesprochenen aufeinanderfolgenden Formkeile mit Profilabstufung.
Gemäß Anspruch
32 sieht das erfindungsgemäße Verfahren
zum Erzeugen eines Gewindes in einem Werkstück, insbesondere eines Innengewindes, vor,
- a) dass im oder am Werkstück ein Gewinde vorerzeugt wird,
insbesondere spanend oder spanlos, vorzugsweise durch Bohren und/oder
Fräsen und/oder
Drehen und/oder Schleifen und/oder Wickeln und/oder Furchen, und
- b) dass die Fertigerzeugung des Gewindes spanlos erfolgt unter
Verwendung eines Werkzeugs, insbesondere eines Gewindefurchers,
vorzugsweise entsprechend den vorstehenden Ausführungen, mit mindestens einem
Formkeil, der im Querschnitt zwei Flanken aufweist, wobei der Formkeil
im vorerzeugten Gewinde positioniert, insbesondere zentriert, wird
durch mindestens eine seiner Flanken, vorzugsweise durch zumindest
eine Verbreiterung mindestens einer seiner Flanken.
Die
Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich aus den vorstehenden Ausführungen,
insbesondere aus den allgemeinen Darlegungen zum Gewindefurchen
in vorerzeugten Gewinden und aus der Erläuterung der Vorteile des vorbeschriebenen
erfindungsgemäßen Werkzeugs.
Bei
der Fertigerzeugung des Gewindes gemäß dem vorstehenden Verfahren
wird das Werkzeug somit über
einen oder mehrere Formkeile relativ zum vorerzeugten Gewinde, d.h.
insbesondere der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes, positioniert.
Dazu greift der Formkeil in die vorerzeugte Gewindeausnehmung ein.
Sein Positionierfreiheitsgrad ist dabei durch den Abstand seiner
Flanken von Seiten bzw. Flanken der vorerzeugten Gewindeausnehmung
bestimmt. In der Regel wird eine der Flanken des Formkeils an einer Flanke
der Ausnehmung anliegen bzw. entlang gleiten und dadurch den Formkeil und
damit das gesamte Werkzeug relativ zur vorerzeugten Gewindeausnehmung
bzw. dem vorerzeugten Gewinde positionieren. Um eine möglicht zentrierte
Positionierung des Formkeils in der Ausnehmung zu erreichen, sollte
gemäß der Erfindung
der Formkeildurchmesser im Vergleich zum Ausnehmungsdurchmesser
in gleicher Höhe über einer Werkzeugmittelachse
zumindest abschnittsweise kaum oder zumindest nicht viel kleiner
sein, vorzugsweise sollte der Durchmesser des Formkeils zumindest
in einem Teilbereich mindestens 90 %, insbesondere 95 %, vorzugsweise
etwa 99 % des Durchmessers der Ausnehmung des vorerzeugten Gewindes
betragen. Dabei kann dieses Relation auch über die gesamte Formkeilhöhe erfüllt sein,
es reicht aber auch eine abschnittsweise Verwirklichung in Form
einer Verbreiterung zumindest einer der Formkeilflanken zur Reduzierung
des Formkeilspiels in der Ausnehmung. Insbesondere sollte die Profilabstufung aufeinanderfolgender
Formkeile derart ausgebildet sein, dass auch die für die Positionierung
verantwortlichen vordersten Formkeile möglichst wenig Spiel innerhalb
der Ausnehmung haben, das heißt
auch der Durchmesser dieser Positionierformkeile zumindest abschnittsweise – wie oben
beschrieben – kaum
vom Ausnehmungsdurchmesser abweicht.
Zweckmäßigerweise
umfasst die Vorerzeugung folgende Schritte:
- a)
Erzeugung einer zylindrischen Vorbohrung.
- b) Bohren des vorerzeugten Gewindes mit einem Gewindebohrer,
wobei der Außendurchmesser des
vorerzeugten Gewindes kleiner als der Außendurchmesser des fertigerzeugten
Gewindes ist.
Bevorzugt
umfasst die Fertigerzeugung des Gewindes folgende Schritte:
- a) Wenigstens ein Formgebungsbereich des Werkzeugs
wird um eine Werkzeugachse gedreht.
- b) Der Formgebungsbereich mit entlang einer die Werkzeugachse
(A) spiralförmig
oder schraubenförmig
umlaufenden Formgebungskurve aufeinanderfolgend angeordneten Formkeilen
wird in eine Vorschubrichtung bewegt.
- c) Die Formkeile greifen während
der Bewegung in Vorschubrichtung in das vorerzeugte Gewinde ein,
insbesondere werden zumindest einige der Formkeile in eine Werkstückoberfläche im Bereich
des vorerzeug ten Gewindes eingedrückt zur Weitererzeugung oder
Fertigerzeugung des Gewindes.
Als
weitere Schritt bei der Fertigerzeugung des Gewindes kann vorgesehen
sein, dass Formkeile eines entgegen der Vorschubrichtung an den Formgebungsbereich
angrenzenden Kalibrierbereichs das erzeugte Gewinde glätten und/oder
kalibrieren.
Alternativ
oder additiv kann das Verfahren zur Fertigerzeugung des Gewindes
auch vorsehen, dass Formkeile, insbesondere mit einer Verbreiterung
der Flanken, eines an der der Vorschubrichtung des Werkzeugs zugewandten
Seite des Formgebungsbereichs angeordneten Einführbereichs während der
Bewegung in Vorschubrichtung in das vorerzeugte Gewinde eingreifen,
aber nicht in eine Werkstückoberfläche im Bereich
des vorerzeugten Gewindes eingedrückt werden. Diese Formkeile
bilden dann den bereits erwähnten
Einführbereich,
sie übernehmen
die axiale Führungsfunktion.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert.
Es
zeigen jeweils:
1 eine
perspektivische Ansicht eines an sich bekannten Gewindefurchers,
2 schematisch
im Querschnitt die Profilabstufung aufeinanderfolgender Formkeile
bei einem Gewindefurcher gemäß dem Stand
der Technik,
3 in
schematischer Darstellung die Anordnung eines Formkeilprofils gemäß Stand
der Technik in einer vorerzeugten Gewindeausnehmung und die sich
ergebenden Abstände,
4 bis 8 schematisch
im Querschnitt die Profilabstufungen aufeinanderfolgender Formkeile
bei verschiedenen Ausfüh rungsbeispielen
von Gewindefurchern gemäß der Erfindung,
9 eine
seitliche Draufsicht auf einen Teil eines Ausführungsbeispiels eines Gewindefurchers gemäß der Erfindung
mit Formkeilprofilen gemäß 4,
10 schematisch
eine dreidimensionale Teilansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 9, und
11 schematisch
eine seitliche Draufsicht auf die gesamte Ausführungsform des Werkzeugs gemäß 9.
Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in den 1 bis 12 mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt
einen an sich bekannten Gewindefurcher 1 der einen Werkzeugschaft 2 und
zwei Arbeitsbereiche, nämlich
einen Formgebungsbereich 3 und einen Kalibrierbereich 4 umfasst.
Eine Werkzeugachse A, die gleichzeitig eine Drehachse des Gewindefurchers 1 darstellt,
verläuft
parallel zur Längserstreckung
des Gewindefurchers 1 durch die Mitte des Gewindefurchers 1.
Eine Vorschubrichtung V des Gewindefurchers 1 verläuft parallel
zur Werkzeugachse A und ist in 1 durch
die Pfeilrichtung angegeben. Der Gewindefurcher 1 dient
zur spanlosen Innengewindeherstellung, ohne dass hierzu eine Vorerzeugung
des Gewindes erforderlich ist. Der prinzipielle Aufbau dieses bekannten
Gewindefurchers stimmt jedoch mit dem prinzipiellen Aufbau eines
für die
Fertigbearbeitung eines vorerzeugten Gewindes bestimmten Gewindefurchers überein.
Der
Werkzeugschaft 2 kann beispielsweise zylindrisch ausgeführt sein
und trägt
in der Regel an der im Spannfutter eingebrachten Seite einen Vierkant
(hier nicht dargestellt) zur Furchmomentübertragung. Der Werkzeugschaft 2 ist
hier fest mit dem angrenzenden Kalibrierbereich 4 verbunden,
insbesondere sind der Werkzeugschaft 2 und die Arbeitsbereiche 3, 4 einstückig ausgeführt sind.
Die Arbeitsbereiche 3, 4 weisen einen polygonalen
Querschnitt senkrecht zur Werkzeugachse A auf, der annähernd die Form
eines Dreiecks besitzt.
Im
Formgebungsbereich 3 und im Kalibrierbereich 4 ist
an einem Werkzeugkern 5, der ebenfalls einen annähernd dreieckigen
Querschnitt aufweist, ein Formgebungsgewinde mit Formkeilen 7 (Drückstollen)
entlang einer Formgebungskurve 6 ausgebildet. Die Formgebungskurve 6 läuft spiralförmig bzw. schraubenförmig, d.h.
mit Steigung, um den Werkzeugkern 5. Die Formkeile 7 weisen
an ihrem freien äußeren Ende
jeweils eine Formkeilspitze 8 (Formkeilkopf) auf. Die Formkeile 7 sind
entlang der Formgebungskurve 6 und damit aufgrund der Steigung
der Formgebungskurve 6 axial entlang der Werkzeugachse
A versetzt auf den Ecken des polygonalen Werkzeugkerns 5 angeordnet.
Jeder
Gewindegang des Formgebungsgewindes bzw. der Formgebungskurve 6,
also jede Windung um den Werkzeugkern 5, umfasst im dargestellten
Fall drei Formkeile 7. Alle jeweils dritten Formkeile 7 der
entlang des Formgebungsgewindes unmittelbar aufeinanderfolgenden
Formkeile 7 sind mit ihrer Formkeilspitze 8 in
einer Ebene angeordnet, die auch die Werkzeugachse A enthält. Der
radiale Abstand der Formkeilspitzen 8 von der Werkzeugachse
A nimmt im Formgebungsbereich 3 entgegen der Vorschubrichtung
V des Gewindefurchers 1 zu.
Wird
nun der Gewindefurcher 1 in Vorschubrichtung V in eine
Bohrung eingeführt,
so bilden die Formkeile 7 des Formgebungsbereichs 3 ein
Gewinde in der Innenwand der Bohrung aus. Dabei dringen die entlang
der Formgebungskurve 6 aufeinanderfolgenden Formkeile 7 in
die Werkstückoberfläche ein, bis
ein letzter Formkeil 7 des Formgebungsbereichs 3 das
Gewinde in seiner vollen Tiefe und Breite ausformt.
Bei
weiterer rotierender Bewegung des Gewindefurchers 1 in
Vorschubrichtung V kalibrieren und glätten die nachfolgenden Formkeile 7 des
Kalibrierbereichs 4 das erzeugte Gewinde (die Gewindegänge bzw.
Gewinderillen). Die Formkeile 7 im Kalibrierbereich 4 sind
deshalb in ihren Abmessungen und in ihrer Form genau auf das zu
erzeugende Gewinde abgestimmt. Die an den Formgebungsbereich 3 angrenzenden
Formkeile 7 des Kalibrierbereichs 4 entsprechen
in der Regel in der Querschnittsform und in den Abmessungen dem
oder den angrenzenden Formkeile 7 des Formgebungsbereichs 3.
Entgegen der Vorschubrichtung V kann dann im Kalibrierbereich 4 der
radiale Abstand der Formkeilspitzen 8 von der Werkzeugachse
A um einen geringen Betrag abnehmen (aus 1 nicht
ersichtlich), um die Reibung im erzeugten Gewinde zu verringern
und eine im Normalfall auftretende elastische Verformung des Werkstoffes
zu kompensieren. Durch die Spannungen im Werkstoff, die aus der
elastischen Verformung resultieren, würde sonst ein Druck auf die
Formkeile 7 des Kalibrierbereichs 4 wirken, der
die Reibung bei der Vorschubbewegung zusätzlich erhöht.
2 zeigt
schematisch im Querschnitt die Profilabstufung aufeinanderfolgender
Formkeile 7 bei einem Gewindefurcher gemäß dem Stand
der Technik. Zu erkennen ist im Querschnittsprofil ein vorerzeugte
Gewinde 9 und eine vorerzeugte Gewindeausnehmung 11 mit
Flanken 13. In diese vorerzeugte Gewindeausnehmung 11 greifen
nacheinander beim Werkzeugvorschub die Formkeile 7 des
Gewindefurchers ein. Das Profil dieser Formkeile 7 in Relation
zum vorerzeugten Gewinde 9 ist schematisch in 2 dargestellt.
Zu erkennen sind jeweils die Formkeilspitze 8 und zwei
seitliche Formkeilflanken 10. Entgegen der Vorschubrichtung
des Werkzeugs nimmt der radiale Abstand der Formkeilspitze 8 von
der Werkzeugachse A zu. Dies findet in 2 seinen
Niederschlag in den übereinander
dargestellten Formkeilprofilen 7 der eigentlich entlang
der Formgebungskurve 6 nacheinander angeordneten Formkeile 7. 2 zeigt
somit die Profilabstufung der nacheinander angeordneten Formkeile 7.
Aus 2 ergibt sich, dass gemäß dem Stand der Technik die Vergrößerung der
Höhe der
Formkeilspitz 8 über
der Werkzeugachse A verwirklicht ist durch entsprechendes radiales
Verschieben des jeweiligen Formkeilprofils 7. Die Formkeilprofile 7 der
nacheinander entlang der Formgebungskurve 6 angeordneten
Formkeile 7 sind identisch ausgebildet, sie sind lediglich radial
zur Werkzeugachse, das heißt
in 2 in senkrechter Richtung, verschoben. Ein erster
Formkeil 7a (unterstes Formkeilprofil in 2)
greift zwar in die vorerzeugte Gewindeausnehmung 11 ein, drückt jedoch
noch nicht in den Boden 12 der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11.
Alle weiteren Formkeile 7 drücken jedoch in den Boden 12 der
Gewindeausnehmung 11 und tragen damit zur Weiter- bzw.
Fertigerzeugung des Gewindes bei.
Aus 2 ist
ersichtlich, dass der erste Formkeil 7a bezüglich seiner
Anordnung in der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 einen
gewissen Freiheitsgrad parallel zur Werkzeugachse A, d.h. in axialer
Richtung und in 2 in waagrechter Richtung, hat.
Dies ergibt sich daraus, dass das erste Formkeilprofil 7a in
jeweils gleicher Höhe über der Werkzeugachse
A (in 2 nicht dargestellt) einen kleineren Querschnittsdurchmesser
aufweist als die vorerzeugte Gewindeausnehmung 11. Dies
führt in der
Praxis dazu, dass die Formkeile 7 nicht – wie für eine optimale
Gewindefertigerzeugung erforderlich – mittig in den Boden 12 der
vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 drücken, sondern seitlich versetzt.
3 zeigt
in schematischer Darstellung die Anordnung eines Formkeilprofils 7 gemäß Stand
der Technik in Relation zu einer (zu erzeugenden) fertigerzeugten
Gewindeausnehmung 15 und die sich ergebenden Abstände. Mit ΔR ist dabei
der Abstand der Formkeilspitze 8 vom Boden 17 der
fertigerzeugten Gewindeausnehmung 15 bezeichnet und mit Δa der Abstand
der Formkeilflanke 10 von der jeweils zugewandten Flanke 18 der
fertigerzeugten Gewindeausnehmung 15, gemessen parallel
zur Werkzeugachse A (in 3 nicht dargestellt, aber orientierungsmäßig symbolisiert
durch die beiden strichpunktierten Linien), wobei von einer mittigen
Anordnung des Formkeils 7 in der fertigerzeugten Gewindeausnehmung 15 ausgegangen
wird. Zwischen den beiden Formkeilflanken 10 ist ein Winkel α ausgebildet,
der im dargestellten Beispiel etwa 50° beträgt, wobei auch andere Winkel
möglich
sind. Beispielsweise beträgt
der Winkel α für die Fertigerzeugung
eines metrischen Gewindes 60°.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
verlaufen ferner die Flanken 18 der fertigerzeugten Gewindeausnehmung 15 parallel zu
den jeweilig zugewandten Formkeilflanken 10.
Bei
einer auf dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 aufbauenden
Profilabstufung, die sich vergleichbar auch bei anderen Profilformen
angeben lässt, ändert sich
mit geringer werdendem Abstand ΔR
auch der Abstand Δa,
wobei folgender linearer Zusammenhang besteht: Δa = ΔR·tan (α/2). Je näher eine Formkeilspitze 8 somit
einer zu erzielenden Gewindetiefe kommt, das heißt je kleiner ΔR, desto
kleiner wird auch der Abstand Δa
zwischen den Flanken 10, 18.
Entspricht
nun ein vorerzeugtes Gewinde 9 in seinen Abmessungen parallel
zur Werkzeugachse, das heißt
in seinen axialen Abmessungen im Wesentlichen bereits einem zu erzeugenden
fertigerzeugten Gewinde 14 und unterscheidet sich im Wesentlichen
nur in der Ausnehmungstiefe, das heißt in seinen radialen Abmessungen
vom zu erzeugenden fertigerzeugten Gewinde 14, so entspricht
in dem Bereich des Formkeils 7, der nicht in den Boden 12 des vorerzeugten
Gewinde 11 eindringt, der Abstand der Formkeilflanke 10 von
der jeweils zugewandten Flanke 13 der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 (in 3 nicht
dargestellt), gemessen parallel zur Werkzeugachse A und somit in
den Figuren jeweils waagrecht, im Wesentlichen dem Abstand Δa zwischen Formkeilflanke 10 und
Flanke 18 der fertigerzeugten Gewindeausnehmung 15,
wobei auch hier von einer mittigen Anordnung des Formkeils 7 in
der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 ausgegangen wird.
Demnach wird nachfolgend auch der Abstand zwischen Formkeilflanke 10 und
zugewandter Flanke 13 der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 mit Δa bezeichnet.
Der Abstand Δa
bestimmt auch den axialen Freiheitsgrand der Positionierung des
Formkeils 7 in der vorerzeugte Gewindeausnehmung 11,
und zwar beträgt
diese Freiheitsgrad 2·Δa, das heißt zweimal
den Abstand Δa.
Dies bedeutet, ausgehend von einer mittigen Position des Formkeils 7 kann
die tatsächliche
Position des Formkeils 7 um Δa in Vorschubrichtung und um Δa entgegen
der Vorschubrichtung des Werkzeugs abweichen.
Bei
gemäß der Erfindung
ausgebildeten Gewindefurchern umfassen diese nunmehr Formkeile 7, die
eine Verbreiterung 19 an zumindest einer ihrer Flanken 10 aufweisen.
Sinn dieser Verbreiterung 19 ist die Reduzierung des vorgenannten
axialen Freiheitsgrades der Positionierung des Formkeils 7 in
einer vorerzeugten Gewindeausnehmung 11. Dabei soll allerdings
die für
das Fertigerzeugen des Gewindes sinnvolle Profilabstufung der Formkeile 7 im Formgebungsbereich 3 erhalten
bleiben. Deshalb erfolgt die Verbreiterung 19 der Formkeile 7 in
einem Formkeilbereich, der nicht in den Boden 12 des vorerzeugten
Gewinde 11 eindringt.
4 bis 8 zeigen
schematisch im Querschnitt verschiedene Ausführungsformen von Profilabstufungen
aufeinanderfolgender Formkeile 7, wie sie bei verschiedenen
Ausführungsbeispielen von
Gewindefurchern gemäß der Erfindung
ausgebildet sein können.
Dargestellt ist jeweils mit strichpunktierter Linie das vorerzeugte
Gewinde 9 sowie die vorerzeugte Gewindeausnehmung 11.
Die Formkeile 7 weisen jeweils an ihrer Basis eine Verbreiterung 19 auf,
die somit als Sockel ausgebildet ist. Das Formkeilprofil 7 unterteilt
sich in einen Formbereich 20 um die Formkeilspitze 8 und
in einen Verbreiterungsbereich 21 an der der Formkeilspitze 8 gegenüberliegenden
Formkeilbasis. Der Übergang
zwischen Formbereich 20 und Verbreiterungsbereich 21 ist
bei den Ausführungsformen
gemäß 5 bis 8 durch
einen parallel zur Werkzeugachse ausgebildeten Profilabsatz 22 gebildet.
Bei der Ausführungsform
gemäß 4 ist
der Übergang
gerundet ausgebildet. Als Übergangspunkt 23 kann
hier die Profilstelle angesehen werden, ab der die Profilkurve bzw. Formkeilflanke 10 ausgehend
von der Formkeilspitze 8 aus einem nahezu geradlinigen
Verlauf in eine Krümmung
nach außen,
das heißt
von der anderen Formkeilflanke 10 weg, übergeht.
Aus 4 bis 8 ist
ersichtlich, dass die Verbreiterung 19 jeweils für alle hintereinander
entlang der Formgebungskurve angeordneten Formkeile 7 im
Wesentlichen identisch ausgebildet ist (in 4 trifft
dies allerdings auf den gekrümmten Übergangsbereich
zum Formbereich 20 nicht zu), insbesondere zumindest abschnittsweise
den gleichen Durchmesser in jeweils gleicher Höhe aufweist. Die Profilabstufung
erfolgt im Wesentlichen im Formbereich 20 der Formkeile 7,
und zwar dort analog zur anhand von 2 erläuterten
Profilabstufung gemäß Stand
der Technik.
Der
entscheidende Unterschied der Erfindung zum Stand der Technik ist
demnach die Verbreiterung 19 der Formkeile 7.
Dadurch wird der Abstand ΔaVerbreiterung zwischen der Formkeilflanke 10 und
der zugewandten Flanke 13 der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 im
Bereich der Verbreiterung 19, gemessen parallel zur Werkzeugachse
A und damit waagrecht in den Figuren, zumindest abschnittsweise
reduziert und damit der axiale Freiheitsgrad der Positionierung
des Formkeils 7 in der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 verringert.
Die Verbreiterung sichert daher die wunschgemäße Positionierung des Formkeils 7.
Um Reibungsprobleme und Einführprobleme
zu vermeiden, wird jedoch nicht ΔaVerbreiterung = 0 gewählt, vielmehr gilt (in etwa) ΔaVerbreiterung = 0,75·Δa(ohne Verbreiterung),
das heißt
die Verbreiterung reduziert den Abstand um etwa 25%.
4 bis 8 zeigen
weiter, dass der jeweils erste Formkeil 7a nicht in den
Boden 12 der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 eindringt.
Formkeil 7a leistet daher keine Furcharbeit, er sorgt mit seiner
Verbreiterung 19 lediglich für die gewünschte Positionierung, insbesondere
Zentrierung, des Formkeils 7a in der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 und
damit des gesamten Gewindefurchers 1 zum vorerzeugten Gewinde 9.
Formkeil 7a definiert damit einen Einführbereich 24 des Formgebungsbereichs 3 eines
Gewindefurchers 1 (vgl. 12).
Alle nachfolgenden Formkeile 7 dringen in den Boden 12 der
vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 ein und tragen damit
zur Fertigerzeugung des Gewindes durch Furchen bei.
4 bis 8 zeigen
auch, dass beim jeweils letzten, das heißt in den Figuren höchsten, Formkeil 7 keine
Verbreiterung 19 mehr vorhanden ist. Bei diesem Formkeil 7 entspricht
der Profilverlauf weitestgehend dem Profilverlauf des fertigerzeugten Gewindes.
In 4 weist
der abgestufte Profilbereich der Formkeile 7, das heißt der Formbereich 20,
die Form eines Hügels
auf, das bedeutet, er ist an der Formkeilspitze 8 und an
den Formkeilflanken 10 gerundet ausgebildet. Ausgehend
von der Formkeilspitze 8 verläuft die Rundung an jeder Flanke 10 zunächst konvex
gekrümmt,
geht dann in eine konkave Rundung über, um schließlich wieder
konvex gekrümmt
zu verlaufen. Schließlich
geht die jeweilige Flanke 10 mit einem Knick in einen geradlinigen
Sockelbereich (Verbreiterungsbereich) über. Dieser Knick könnte selbstverständlich auch
gerundet ausgebildet werden. In 5 bis 8 ist
der Formbereich 20 auf Basis eines Dreiecks ausgebildet,
in 5 als gleichseitiges Dreieck, wobei die beiden Formkeilflanken 10 im
Formbereich 20 im Winkel von etwa 60° zueinander stehen. In 5 ist
die Formkeilspitze 8 spitzwinklig ausgebildet (bis auf
die "höheren" Formkeile 7,
die eine Abrundung aufweisen), während
sie in 6 und 7 abgerundet und in 8 abgerundet
und abgeflacht ausgebildet ist. Alle Ausführungsformen sind insbesondere
dazu bestimmt, ein metrisches Gewinde zu erzeugen.
9 und 10 zeigt
eine seitliche Draufsicht bzw. einer dreidimensionalen Darstellung
schematisch einen Teil eines Ausführungsbeispiels eines Gewindefurchers 1 gemäß der Erfindung.
Die Werkzeugachse A und die Vorschubrichtung V sind dargestellt.
Ein Formgebungsbereich 3 weist Formkeile 7 mit
Profilen entsprechend 4 auf. Die Verbreiterungen 19 der
Formkeile 7 sind zu erkennen. Der Formgebungsbereich 3 grenzt
an einen Kalibrierbereich 4 mit Formkeilen 7,
die im Wesentlichen identisch ausgebildet sind und im Wesentlichen
die Form einer zu erzeugenden fertigerzeugten Gewindeausnehmung
aufweisen, an. Die Formkeilspitzen 8 sind jeweils zu erkennen,
ebenso der Werkzeugkern 5, auf dem die Formkeile 7 aufsetzen.
Ein erster Formkeil 7a ist so ausgebildet, dass er beim
Eindringen in die vorerzeugte Gewindeausnehmung 11 (in 9 und 10 nicht
dargestellt) nicht in das Werkstück selbst
eindringt, d.h. keine Furcharbeit verrichtet. Er definiert daher
einen Einführungsbereich 24,
dem eine axiale Führungsfunktion,
aber keine Furchfunktion zukommt. Zu erkennen ist in 10 auch,
dass entgegen der Vorschubrichtung V vor dem erste Formkeil 7a noch
ein weiterer, nicht vollständiger Formkeil 16 angeordnet
ist. Dieser Formkeil 16 wurde beim Gratentfernen bzw. beim
Ausbilden einer Werkzeugfase an der Werkzeugspitze abschliffen.
Im kommt dennoch zumindest eine Einführungs- bzw. Einfädelfunktion
beim Einsetzen des Werkzeug an das vorerzeugte Gewinde zu.
10 zeigt
ferner, dass das dargestellte Werkzeug 1 im Querschnitt
ein Siebeneck aufweist und dass die Formkeile 7 so angeordnet
sind, dass jeweils jeder siebte Formkeil 7 in einer Ebene
liegt, die auch die Werkzeugachse A enthält. Mit anderen Worten sind
die jeweils siebten Formkeile 7 im Wesentlichen entlang
einer Linie (Geraden) angeordnet. Bei einem Umlauf um das Werkzeug 1 erfasst
man sieben Formkeile 7.
11 zeigt
schematisch eine seitliche Draufsicht auf das vollständige Ausführungsbeispiel eines
Gewindefurchers 1 der 9 und 10. Schematisch
zu erkennen sind die Formkeile 7. Der Gewindefurcher 1 weist
auf der in 11 rechten Seite einen Werkzeugschaft 2 auf
zur Aufnahme des Gewindefurchers 1 in eine Gewindeerzeugungseinrichtung
(Werkzeugmaschine). Der Arbeitsbereich unterteilt sich in den Formgebungsbereich 3 und
den Kalibrierbereich 4, wobei die Höhe der Formkeile 7 im Formgebungsbereich 3 entgegen
der Vorschubrichtung V des Gewindefurchers 7 ansteigt und
im Kalibrierbereich 4 im Wesentlichen konstant ist. Ferner weist
der Gewindefurcher 1 auf der in 11 linken Seite
des Formgebungsbereichs 3, aber noch vom Formgebungsbereich 3 umfasst,
einen Einführungsbereich 24 auf.
In diesem Einführungsbereich 24 ist der
Formkeil 7a so ausgebildet, dass er beim Vorschub in das
Werkstück
zwar in die vorerzeugte Gewindeausnehmung 11 eingreift
und damit – über entsprechend
ausgebildete Verbreiterungen 19 – die axiale Positionierung
des Gewindefurchers 1 relativ zum vorerzeugten Gewinde 9 bestimmt,
jedoch nicht in den Boden 12 der vorerzeugten Gewindeausnehmung 11 eindringt,
das heißt
keine Furcharbeit leistet (in 11 nicht
dargestellt). Der Formkeil 7a des Einführbereichs 24 übernimmt
somit die axiale Führungsfunktion,
die restlichen Formkeile 7 des Formgebungsbereichs 3 übernehmen
den Hauptanteil der Furcharbeit und die Formkeile 7 des
Kalibrierbereichs 4 kalibrieren und glätten das erzeugte Gewinde und
stellen es damit endgültig
fertig.