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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zur Erzeugung
eines Gewindes.
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Zur
Gewindeerzeugung oder Gewindenachbearbeitung sind ausschließlich
spanabhebend, ausschließlich spanlos und sowohl spanabhebend
als auch spanlos arbeitende Verfahren und Gewindewerkzeuge bekannt.
Spanabhebende Gewindeerzeugung beruht auf Abtrag des Materials des
Werkstücks im Bereich des Gewindeganges (oder: Gewindeprofils).
Spanlose Gewindeerzeugung beruht auf einer Erzeugung des Gewindeganges
in dem Werkstück durch Druck und die dadurch bewirkte Umformung
oder plastische Verformung des Werkstücks. Unter die spanabhebenden
oder spanenden Gewindeerzeugung fallen die Gewindebohrer (vgl.
Handbuch
der Gewindetechnik und Frästechnik, Herausgeber: EMUGE-FRANKEN,
Verlag: Publicis Corporate Publishing, Erscheinungsjahr: 2004 (ISBN 3-89578-232-7),
im Folgenden nur als "EMUGE-Handbuch" bezeichnet, Kapitel 8, Seiten
181 bis 298) und die Gewindefräser (vgl.
EMUGE-Handbuch,
Kapitel 10, Seiten 325 bis 372).
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Ein
Gewindebohrer umfasst Schneiden, die entlang eines Außengewindes
mit der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes angeordnet sind.
Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindebohrer mit axialem Vorschub
und unter Drehung um seine Werkzeugachse mit von der Vorschubgeschwindigkeit
abhängiger Drehgeschwindigkeit in eine Bohrung des Werkstücks
bewegt, wobei seine Schneiden permanent mit dem Werkstück
in Eingriff sind (kontinuierlicher Schnitt).
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Beim
Gewindefräser sind mehrere Fräszähne
mit Frässchneiden entlang des Werkzeugumfangs und/oder
axial zur Werkzeugachse versetzt angeordnet. Zum Erzeugen des Gewindes
wird der Gewindefräser um seine eigene Werkzeugachse rotiert
und mit seiner Werkzeugachse in einer linearen Vorschubbewegung
einerseits und zusätzlich einer Zirkularbewegung um eine
Mittelachse des zu erzeugenden Gewindes oder der Vorbohrung im Werkstück
andererseits bewegt, wodurch sich eine schraubenförmige
Bewegung des Werkzeugs ergibt, deren Steigung der Gewindesteigung
des zu erzeugenden Gewindes entspricht. Die Frässchneiden
des Gewindefräsers greifen intermittierend nacheinander in
das Werkstück ein (unterbrochener Schnitt). Beim Zirkulargewindebohrfräser
arbeitet zusätzlich ein vor dem Gewindefräsbereich
angeordneter Bohrbereich in der Zirkularbewegung zum Erzeugen der
Bohrung (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372)..
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Unter
die spanlosen Gewindeerzeugungswerkzeuge fallen die sogenannten
Gewindefurcher (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299
bis 324) sowie die sogenannten Zirkulargewindeformer.
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Gewindefurcher
weisen an einem Werkzeugschaft ein Außenprofil auf, das
die Werkzeugachse spiral- oder schraubenförmig mit der
Steigung des zu erzeugenden Gewindes umläuft und einen
annähernd polygonalen Querschnitt aufweist. Die abgerundeten
Polygon-Eckbereiche bilden Drückstollen oder Furchzähne
oder Formkeile, die das Gewinde durch plastische Verformung und
Fließen des Werkstückmaterials und Verdichtung
des Werkstückmaterials in das Werkstück eindrücken. Zur
Erzeugung eines Innengewindes in einer bereits vorhandenen Bohrung
wird der Gewindefurcher mit einer linearen Vorschubbewegung axial
zur Werkzeugachse und unter Drehung des Werkzeugs um diese Werkzeugachse
in die Bohrung eingeführt. Bekannte Ausführungsbeispiele
solcher (axialen) Gewindefurcher finden sich auch in
DE 101 36 293 A1 ,
DE 199 58 827 A1 ,
oder auch in
DE 39
34 621 C2 .
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Aus
WO 02/094491 A1 sind
ein Zirkulargewindeformer und ein Zirkularformverfahren zur spanlosen
Gewindeerzeugung bekannt. Dieser bekannte Zirkulargewindeformer
ist langgestreckt und umfasst einen Arbeitsbereich mit einem oder
mehreren durch Ringnuten voneinander getrennten ringförmigen
Umfangsprofilen(en) mit jeweils wenigstens drei Drückstollen
nach Art eines Polygons. Dieses Werkzeug formt in einer schraubenförmigen
Bewegung spanlos das Gewinde in der Bohrung. Ein weiterer Zirkularformer
und ein weiteres Zirkularformverfahren sind aus
DE 103 18 203 A1 bekannt.
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Schließlich
sind auch kombinierte Verfahren mit wenigstens zwei Arbeitsschritten
zum Erzeugen von Innengewinden bekannt, bei denen in einem Arbeitsschritt
ein Vorgewinde erzeugt wird und in einem weiteren Arbeitsschritt
aus dem Vorgewinde das Innengewinde durch Formen fertiggestellt
wird. Solche kombinierte Verfahren sind aus
DE 10 2004 033 772 A1 ,
DE 70 17 590 U und
DE 196 49 190 C2 bekannt.
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Mitunter
kommt es vor der Erzeugung des Gewindes an der Oberfläche
des Werkstücks zu Rückständen und Verschmutzungen,
beispielsweise durch anklebende oder hochviskose ölige
oder fettige Rückstände und auch Materialrückstände
durch vorherige spanende Prozesse, wie anklebende oder anhaftende
Späne, die auch nicht durch eine Reinigung mit Spülflüssigkeiten
oder Druckluft vollständig entfernt werden können.
Außerdem stellt auch die Spanbildung bei einem spanabhebenden
Prozess vor oder während der Gewindeerzeugung ein gewisses
Problem dar, das zwar durch Vorsehen von Nuten zur Spanabführung
und das Einleiten von Kühl- und Schmiermittel, das zugleich
die Späne wegspült, oder auch durch Druckluft
zum Wegblasen der Späne meist bewältigt wird,
jedoch im Einzelfall auch noch einer verbesserten Lösung
bedarf.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug und ein Verfahren zur
Erzeugung eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, anzugeben,
mit denen die genannten Probleme beim Stand der Technik bei deren
Auftreten wenigstens teilweise beseitigt oder zumindest gelindert
werden können.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Werkzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs
31 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch
1 oder Anspruch 31 abhängigen Ansprüchen.
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Die
Erfindung beruht auf der Überlegung, an oder in einem Werkzeug
zur Gewindeerzeugung wenigstens einen Bürstenbereich (oder:
eine Bürste) zu integrieren.
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Die
Borsten des Bürstenbereichs können insbesondere
eine oder mehrere der folgenden Funktionen oder Arbeitsschritte
erfüllen:
- • Reinigung der
Werkstückoberfläche vor oder bei oder nach der
Gewindeerzeugung von Rückständen oder Verschmutzungen,
insbesondere also der Werkstückoberfläche noch
ohne Gewinde und/oder der Gewindeoberflächen und des Gewindeganges
des erzeugten Gewindes
- • Unterstützen des Abtrags und der Abfuhr
von Spänen, die in einem spanenden Prozess vor oder bei
der Gewindeerzeugung erzeugt wurden oder werden,
- • Abtragen oder Verrunden von Kanten oder Graten oder
Materialüberständen an der Werkstückoberfläche,
insbesondere während der Gewindeerzeugung oder am erzeugten
Gewinde,
- • Glätten oder Polieren der Werkstückoberfläche, insbesondere
vor oder während der Gewindeerzeugung im oder am erzeugten
Gewinde.
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Es
ist also mit diesem Werkzeug ein Verfahren durchführbar
oder wird durchgeführt, bei dem diese Funktionen oder Arbeitsschritte
einzeln oder in beliebiger Kombination mit der für die
Gewindeerzeugung vorgesehenen oder durchgeführten Arbeitsbewegung
des Werkzeugs synchron oder gleichzeitig durchgeführt werden,
also kein gesonderter Arbeitsvorgang erforderlich ist.
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Bevorzugt
sind die Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs wenigstens
teilweise aus einem metallischen Werkstoff (Metall oder Metalllegierung)
gebildet, wobei ein Material mit vergleichsweise hoher Zähigkeit
und Elastizität bevorzugt ist, insbesondere ein Stahl oder
Messing.
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Die
Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs können
aber auch wenigstens teilweise aus einem entsprechend belastungsfähigen
und beständigen Polymerwerkstoff gebildet sein, insbesondere
einem Kunststoff wie beispielsweise PA, insbesondere PA 6 oder PA
6.6, oder PP oder POM oder PE oder PT oder eine Mischung oder ein
Copolymer aus Polymeren, insbesondere den genannten Polymeren.
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Ferner
könne die Borsten auch an ihren Oberflächen beschichtet
sein, beispielsweise mit Diamantstaub oder verschleißfesten
oder abrasiven Beschichtungen.
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Vorteilhafterweise
ragen die Borsten wenigstens eines oder jedes Bürstenbereichs
von der Werkzeugachse oder Drehachse des Werkzeugs aus gesehen nach
außen, insbesondere in im Wesentlichen radialer Richtung
oder auch in von einer radialen Richtung abweichenden aber nach
außen gerichteten Richtung(en), beispielsweise einer axial
gesehen nach vorne oder nach hinten geneigten Richtung, also nicht
mehr senkrecht zur Werkzeugachse oder Drehachse stehenden, sondern
einen spitzen oder stumpfen Winkel mit dieser einschließenden
Richtung(en).
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Es
versteht sich dabei, dass sich mit zunehmendem Gebrauch und Verschleiß die
Borsten abhängig von dem Material, aus dem sie bestehen, auch
in unterschiedlichem Maße verformen können und
dann Abweichungen von ihrer ursprünglichen Form und Richtung
auftreten können, wie dies bei vielen Bürsten
der Fall ist.
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Als
Gewindezeugungsbereich(e) kann oder können alle bekannten
Gewindeerzeugungsbereiche zum Einsatz kommen, insbesondere wenigstens
ein Ge windefräsbereich, Gewindebohrbereich, Gewindefurchbereich
und/oder Zirkulargewindeformbereich. Beispielsweise können
die eingangs genannten bekannten Gewindeerzeugungsbereiche und -verfahren
verwendet werden oder auch die aus
EP 1 669 149 A1 bekannte kombinierte, sowohl
schneidende als auch formende Ausführungsform.
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In
einer Ausführungsform sind wenigstens ein Bürstenbereich
und wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich axial zur Werkzeugachse
hintereinander angeordnet. Hier kann bei einer axialen Vorschubbewegung
der Bürstenbereich zunächst die Werkstückoberfläche
bearbeiten, bevor der Gewindeerzeugungsbereich das Gewinde erzeugt.
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Vor
allem bei axial arbeitenden Werkzeugen wie zum Beispiel Gewindebohrern
oder Gewindefurchern kann der Bürstenbereich auch während
der Rückholbewegung aus dem Werkstück heraus das gerade
erzeugte Gewinde zusätzlich säubern, insbesondere
auf dessen Kerndurchmesser.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens ein Bürstenbereich
und wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich in Umfangsrichtung um
die Werkzeugachse nebeneinander angeordnet.
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Ferner
kann wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich wenigstens zwei Gewindeerzeugungs-Teilbereiche
aufweisen, zwischen denen vorzugsweise wenigstens ein Bürstenbereich
angeordnet ist.
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Es
kann auch ein Werkzeug mit einem ersten Gewindeerzeugungsbereich
zum, vorzugsweise spanenden, Erzeugen eines Vorgewindes (oder: Rohgewindes)
in der bzw. einer Werkstückoberfläche und einem,
vorzugsweise spanlos arbeitenden, zweiten Gewindeerzeugungsbereich
zum Nachbearbeiten, insbesondere Glätten oder weiteren
Ausformen, des Vorgewindes durch Eindrücken oder Einformen
in die Werkstückoberfläche vorgesehen sein.
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Das
Werkzeug zur Erzeugung eines Gewindes kann neben Gewindeerzeugungsbereich(en) auch
wenigstens einen zusätzlichen spanabhebenden (oder: spanend
arbeitenden) Bereich mit wenigstens einer Schneide aufweisen. In
einer ersten Variante ist wenigstens ein spanabhebender Bereich zum
Erzeugen oder Vorbereiten einer Werkstückoberfläche
für das Gewinde durch den oder die Gewindeerzeugungsbereich(e)
geeignet und bestimmt. Insbesondere ist mit diesem Werkzeug ein
Erzeugen eines Gewindes auch in das Vollmaterial eines Werkstücks
möglich, da der zusätzliche spanabhebende Bereich
die Werkstückoberfläche für den Gewindeerzeugungsbereich
durch Materialabtrag aus dem Werkstück selbst herstellt.
Es ist also eine Vorbearbeitung des Werkstücks, insbesondere
das Vorerzeugen einer Bohrung (Kernlochbohrung) bei einem Innengewinde,
nicht notwendig, wenn auch natürlich zusätzlich
möglich. Der spanabhebende Bereich zum spanabhebenden Erzeugen
der Werkstückoberfläche ist vorzugsweise als Bohrer
ausgebildet, insbesondere mit kontinuierlichem Schnitt, insbesondere als
Spiralbohrer oder als Zirkularbohrer, kann aber auch als Fräser
ausgebildet sein, also insbesondere mit diskontinuierlichem oder
unterbrochenem Schnitt.
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Zwischen
wenigstens einem Gewindeerzeugungsbereich und wenigstens einem zusätzlichen spanabhebenden
Bereich ist nun vorzugsweise (ebenfalls) wenigstens ein Bürstenbereich
vorgesehen.
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Das
Werkzeug umfasst ferner vorzugsweise Nuten und/oder Kanäle
zur Führung eines fluiden Mediums, insbesondere eines Spül-
und/oder Kühl- und/oder Schmiermittels, und/oder zur Führung
von abgehobenen Spänen, im Fall spanabhebend arbeitender
Gewindeerzeugungsbereiche oder zusätzlicher Bereiche.
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Die
Nuten trennen dann insbesondere Gewindeerzeugungs-Teilbereiche des
oder der Gewindeerzeugungsbereiche(s) und ggf. auch Teilbereiche des
oder der zusätzlichen spanabhebenden Bereiche(s) voneinander.
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Die
Nuten oder Kanäle können gerade und/oder parallel
oder axial zur Werkzeugachse und/oder oder schräg zur Werkzeugachse
und/oder in Längsrichtung des Werkzeugs verlaufen oder
auch um die Werkzeugachse gedrallt oder schraubenförmig
(Drallnuten) verlaufend ausgebildet sein.
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Bei
der Gewindeerzeugung mit einem Werkzeug gemäß der
Erfindung kommen in der Regel unterschiedliche Arbeitsverfahren
zum Einsatz abhängig von der Gestaltung der Gewindeerzeugungsbereiche
und ggf. der zusätzlichen spanabhebenden Bereiche. Das
Werkzeug wird bei allen Verfahren um seine Werkzeugachse gedreht
und axial zur Werkzeugachse zum Werkstück zugestellt in
einer Vorschubbewegung entlang einer Vorschubrichtung axial oder
parallel zur Werkzeugachse relativ zu dem Werkstück.
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Bei
Gewindebohrbereichen oder Gewindefurchbereichen wird nun lediglich
die Vorschubgeschwindigkeit an die Drehgeschwindigkeit um die Werkzeugachse
angepasst entsprechend der Steigung des Gewindes. In dieser Ausführungsform
mit ausschließlich axialem Vorschub weist der Gewindeerzeugungsbereich
eine Gestalt auf, die bei der aus Drehbewegung und Vorschubbewegung
zusammengesetzten Bewegung des Gewindeerzeugungsbereichs sich auf
das Gewinde im Werkstück abbildet, insbesondere also eine
um die Werkzeugachse spiralförmig oder schraubenförmig
(oder: helixförmig) laufende Grundgestalt mit gleicher
Steigung wie das erzeugte oder zu erzeugende Gewinde.
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Bei
Gewindefräsern oder Zirkulargewindebohrfräsern
oder Zirkulargewindeformern wird zusätzlich eine Kreisbewegung
um eine zentrale Gewindeachse durchgeführt, so dass das
Werkzeug eine schraubenförmige oder helixartige Bewegung vollführt.
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In
dieser Ausführungsform weist jeder Gewindeerzeugungsbereich
wegen der bereits helixförmigen Bewegung des Werkzeugs
im Allgemeinen eine steigungslose Grundgestalt, also einen Verlauf im
Wesentlichen senkrecht zur Werkzeugachse und ohne Steigung.
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Wenn
ein zusätzlicher spanabhebender Bereich vorhanden ist,
kann mit diesem die Werkstückoberfläche in einem
gesonderten Arbeitschritt oder auch simultan mit derselben Arbeitsbewegung
wie der Gewindeerzeugungsbereich erzeugen. Beispielsweise kann der
spanabhebende Bereich als axialer Bohrbereich eine Bohrung oder
Werkstückoberfläche durch eine ausschließlich
axiale Vorschubbewegung erzeugen oder als zirkular arbeitender Bohrbereich
durch eine zirkulare Vorschubbewegung jeweils unter Drehung des
Werkzeugs in dem Schneidsinn des Bohrbereichs.
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Die
Werkzeugachse oder Drehachse des Werkzeugs ist in der Regel eine
Längsachse und/oder Hauptträgheitsachse des Werkzeugs und/oder
eine zentral durch das Werkzeug verlaufende Achse. Das Werkzeug
umfasst ferner im Allgemeinen auch einen Werkzeugschaft zum Koppeln
oder Einspannen in einen Werkzeughalter oder ein Werkzeugfutter
einer Werkzeugmaschine oder Spindel oder allgemein eines Antriebs.
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Die
Arbeitsbereiche, also Gewindeerzeugungsbereich(e) und ggf. spanabhebende(r)
Bereich(e), und/oder der oder die Bürstenbereich oder Borstenträger
können einstückig mit dem Werkzeugträgerkörper
ausgebildet sein oder auch als vorgefertigte(s) Teil(e) mit diesem
verbunden sein, beispielsweise aufgeschrumpft oder aufgelötet
oder aufgeschweißt oder aufgeklebt oder aufgeschraubt werden.
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Die
Bürstenbereiche können insbesondere jeweils einen
oder einen gemeinsamen Borstenträger aufweisen, an dem
die Borsten gehalten sind und der an dem Werkzeugträgerkörper
befestigt ist, beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben, Verpressen,
Stecken, Klemmen, Löten, Schweißen um nur einige
Befestigungsmöglichkeiten zu nennen.
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Die
Befestigung ist vorzugsweise lösbar, um die Bürstenbereiche
gegebenenfalls austauschen zu können.
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Beispielsweise
kann ein am vorderen Ende des Werkzeugs angeordneter Bürstenbereichen
an der Stirnseite des Werkzeugs befestigt werden durch eine zentrale
Schraubverbindung, vorzugsweise mit einem Innengewinde im Werkzeugträgerkörper
und einem Außengewinde am Borstenträger. Am Umfang des
Werkzeuges angeordnete Bürstenbereiche können
auch lösbar durch Schraubverbindungen und/oder Klemmverbindungen
befestigt werden.
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Insbesondere
kann eine Befestigung analog wie bei austauschbaren Schneidelementen,
insbesondere Wendeschneidplatten, bei Fräsern oder Gewindefräsern,
auch für die Bürstenbereiche oder deren Borstenträger
gewählt werden. Insbesondere kann dann ein Standardwerkzeug
mit einem Bürstenbereich gemäß der Erfindung
nachgerüstet werden, indem der Borstenträger an
den für die Schneidelemente vorgesehenen Befestigungspositionen
befestigt werden und dafür mit entsprechend angepassten Befestigungsbereichen
versehen werden.
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Ferner
kann, ähnlich wie ein Wendeschneidelement, auch ein Wendebürstenbereich
realisiert werden, in dem mehrere Borstenbereiche um jeweils einen
Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind und der lösbar
am Werkzeugträgerkörper befestigt ist. Durch Abnehmen,
Drehen (Wenden) und erneutes Befestigen des Wendebürstenbereichs
kann ein nächster Borstenbereich zum Einsatz kommen, beispielsweise
von gleicher Ausbildung als Ersatz für einen abgenutzten
Borstenbereich oder als alternativer Borstenbereich mit anderer
Ausgestaltung oder anderen Eigenschaften, z. B. anderem Borstenmaterial
oder anderer Anordnung oder Zahl der Borsten.
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Ferner
können zusätzliche Verschleißschutzschichten
auf das Werkzeug oder dessen Arbeitsbereiche und/oder die Borsten
der Bürstenbereiche aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn der Werkzeug-Trägerkörper aus einem
Werkzeugstahl, insbesondere einem Schnellarbeitsstahl wie HSS-Stahl
oder HSS-E-Stahl sein. Die Arbeitsbereiche sind vorzugsweise aus
Hartmetall oder aus einer Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder
K-Stahl oder Cermet, oder aus Sinterhartmetall, insbesondere aus
Wolframkarbid oder Titannitrid oder Titankarbid oder Titankarbonitrid
oder Aluminiumoxid, oder aus einer Schneidkeramik, insbesondere
polykristallines Bornitrid (PKB), oder aus polykristallinem Diamant
(PKD) gefertigt.
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Wenigstens
ein Gewindeerzeugungsbereich weist in einer besonderen Ausführungsform
vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich einen entgegen der Vorschubrichtung,
vorzugsweise konisch oder linear, zunehmenden Außendurchmesser
auf.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen
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1 ein
Werkzeug mit einem Gewindebohrbereich und einem vorgelagerten Bürstenbereich
in perspektivischer Seitenansicht,
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2 den
Bürstenbereich des Werkzeugs gemäß 1 in
einer perspektivischen Stirnansicht,
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3 ein
Werkzeug mit Bürstenbereichen in axialen Nuten in einer
Längsansicht und
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4 ein
Werkzeug mit Bohrbereich und Gewindeformbereich und dazwischen angeordnetem Bürstenbereich.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind in 1 bis 4 mit
den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein Werkzeug 2 zum Erzeugen eines Gewindes, das einen Gewindebohrbereich 4 an
einem vorderen Bereich eines Trägerkörpers 9 des
Werkzeugs 2 aufweist und einen axial vor dem Gewindebohrbereich 4 angeordneten
Bürstenbereich 3. Das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse oder
Drehachse A drehbar, wobei der Drehsinn D im gezeigten Ausführungsbeispiel
bei der Erzeugung des Gewindes rechtsdrehend oder in Uhrzeigerrichtung
gerichtet ist. Dazu ist das Werkzeug 2 mit einem Werkzeugschaft 5 an dem
Trägerkörper 9 mit einer Werkzeugaufnahme
eines nicht dargestellten Drehantriebs, insbesondere einer Maschinenspindel,
verbindbar.
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Der
Gewindebohrbereich 4 weist mehrere Teilbereiche auf, beispielsweise
drei Teilbereiche 41, 42 und 43 in 1 und
im Allgemeinen 2 bis 20 Teilbereiche. Die Teilbereiche 41 bis 43 des
Gewindebohrbereiches 4 sind durch dazwischenliegende Nuten 51 bis 53 voneinander
getrennt, wobei in 1 nur die Nuten 51 und 53 sichtbar
sind. Die Nuten 51 bis 53 dienen zur Spanabfuhr
und zur Unterbrechung der Späne. An einer Seite der Teilbereiche 41 bis 43 sind
die eigentlichen Gewindebohrschneiden ausgebildet, die gemäß der
Gewindeprofilform ausgebildet sind und somit Gewindebohrzähne 48 bilden
sowie insgesamt auf einem helikalen Gewinde-Außenprofil liegen,
das den zu erzeugenden Gewindeprofilen in der Steigung und in der Überlagerung
der einzelnen Gewindebohrzähne 48 entspricht.
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An
der Stirnseite des Gewindebohrbereichs 4 ist am Trägerkörper 9 des
Werkzeugs 2 nun zentral der Bürstenbereich 3 drehfest
befestigt, im dargestellten Beispiel lösbar über
eine Schraubverbindung. Der Bürstenbereich 3 dreht
sich somit im gleichen Drehsinn D und mit derselben Drehgeschwindigkeit
mit dem Werkzeug 2 und insbesondere dem Gewindebohrbereich 4 des
Werkzeugs 2 um die Drehachse A mit.
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Der
Bürstenbereich 3 weist nach außen von der
Drehachse A wegragende Borsten 30 auf, die an einem Bürstenträger 38 gehalten
sind. Gemäß 1 sind die
Borsten 30 in fünf Bürstenteilbereiche 31 bis 35,
die entlang des Umfangs um die Drehachse D verteilt angeordnet sind,
aufgeteilt oder gruppiert.
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Die
Bürstenteilbereiche 31 bis 35 dienen
dabei bei der Vorwärtsbewegung zum Vorreinigen und ggf.
Polieren der – nicht dargestellten – Werkstückoberfläche,
in der die Teilbereiche 41 bis 43 des Gewindebohrbereiches 4 die
zugehörigen Teilabschnitte des Gewindeganges erzeugen und
auch ggf. der weiterführenden Bohrung, die tiefer als das
zu erzeugende Gewinde liegt.
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Der
von der Werkstückoberfläche durch die Borsten 30 entfernte
Abtrag, beispielsweise Schmutzpartikel, Grat, Schmiermittelrückstände
und andere Rückstände, wird über die
Nuten 51 bis 53 während der Drehbewegung
des Werkzeugs 2 abgeführt, wobei vorzugsweise
zur Unterstützung ein Spülmedium, das zugleich
zum Kühlen dienen kann, zugeführt werden kann.
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Bei
der Rückwärtsbewegung oder dem Herausdrehen des
Werkzeugs 2 aus dem Werkstück bewirkt der Bürstenbereich 3 mit
seinen Borsten 30 ein Herausbürsten oder Entfernen
von Spänen, Rückständen und Schmutz aus
dem Gewindegang des bei der Vorwärtsbewegung erzeugten
Gewindes und der Gewindekernoberfläche des Werkstücks
sowie eventuell auch eine Verrundung von Kanten, Graten oder anderen Überständen,
insbesondere am oder im Gewindeprofil oder an Absätzen,
Freistichen oder ähnlichen Übergängen
in der Bohrung.
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Es
kann auch eine kleinere oder größere Zahl von
Bürstenteilbereichen am Umfang verteilt angeordnet sein,
insbesondere eine der Zahl der Teilbereiche des Gewindeerzeugungsbereichs,
insbesondere Gewindebohrbereichs 4 in 1,
entsprechende Zahl von Bürstenteilbereichen, die dann auch
unmittelbar einem zugehörigen Gewindeerzeugungs-Teilbereich
oder dessen zugehöriger Nut (Spannut) zugeordnet oder vor
diesem angeordnet sind, oder eine kleinere Zahl von Bürsten(teil)bereichen
als Gewindeerzeugungs-Teilbereichen, z. B. ein Bürstenteilbereich
nur an jeder zweiten Nut oder auch ein einziger, insbesondere umlaufender,
Bürstenbereich. Es kann also auch ein dichterer Bürstenbereich 3 mit
mehr Borsten 30 entlang des Umfangs vorgesehen sein, also
insbesondere mit weniger und sich über einen weiteren Bereich
des Umfangs erstreckenden Teilbereichen oder auch ein geschlossener
Bürstenbereich, der sich über den gesamten Umfang
erstreckt.
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Die
Dichte, Länge, Dicke und das Material der Borsten wird
abhängig von der gewünschten Anwendung, insbesondere
dem zu bearbeitenden Werkstückmaterial und ggf. vorhandenen
Prozessbedingungen wie beispielsweise der Beschaffenheit der Rückstände
an der Werkstückoberfläche, gewählt.
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Bevorzugt
ist als Material ein Stahldraht, wobei aber auch Kunststoff oder
Polymermaterialfasern für die Borsten verwendet werden
können. Die Dicke der Borsten liegt typischerweise in einem
Bereich zwischen 0,01 mm und 0,8 mm und/oder ist vorzugsweise kleiner
als die Breite des Gewindeganges, so dass die Borsten in den Gewindegang
eintauchen können. Die Zahl der Borsten pro Quadratzentimeter liegt
typischerweise zwischen 20 bis 300.
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Die
Länge der Borsten 30, in radialer Richtung gesehen
oder von der Drehachse D gemessen, ist einerseits bestimmt durch
den Durchmesser des Borstenträgers 38, an dem
die Borsten 30 befestigt sind und andererseits durch die
Außenabmessungen des Gewindebohrbereichs 4 oder
allgemeiner des Gewindeerzeugungsbereichs. Wie im Beispiel der 1 und 2 können
die Borsten 30 in ihrer radialen Außenabmessung
bis zur Außenabmessung des Gewindebohrbereichs 4 oder
sogar darüber hinausragen. Insbesondere für eine
Vorreinigung der Bohrung kann der Bürstenbereich auch einen
kleineren Durchmesser aufweisen als der Kerndurchmesser des erzeugten
Gewindes.
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Bei
Erzeugen eines Innengewindes hat dann die entsprechende Vorbohrung,
in der der Gewindebohrbereich 4 das Innengewinde erzeugt,
einen Innendurchmesser oder Kerndurchmesser, der kleiner ist als
der Außendurchmesser des Bürstenbereichs 3.
Dadurch verbiegen sich die Borsten 30 bei der Drehung an
der Werkstückoberfläche und der mechanische Bürsteffekt
wird durch diese elastische Spannung in den Borsten 30 weiter
erhöht.
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Der
Gewindebohrbereich 4 und allgemein der Gewindeerzeugungsbereich
kann in jeder an sich bekannten Ausführung ausgebildet
sein. Insbesondere können in den Nuten auch – nicht
dargestellt – Kanäle im Werkzeug 2 zur
Zufuhr von Kühl- und/oder Schmier- und/oder Spülmedium
angeordnet sein.
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Anstelle
der in 1 spiralig verlaufenden Nuten 51 bis 53 können
auch gerade oder axial zur Werkzeugachse A verlaufende Nuten vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel mit geraden Nuten zeigt 3.
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In 3 weist
das Werkzeug 2 vier Teilbereiche 41 bis 44 des
Gewindebohrbereichs 4 auf, die durch jeweils eine Nut 51 bis 54,
die axial oder parallel zur Drehachse A verläuft, voneinander
getrennt sind. Es ist nun ein Bürstenbereich 3 in
dem Gewindebohrbereich 4 angeordnet oder integriert derart, dass
jeweils ein Bürstenteilbereich 31 bis 34 des Bürstenbereichs 3 in
jeweils einer der Nuten 51 bis 54 angeordnet ist,
beispielsweise indem jeweils ein vorgefertigter – nicht
weiter dargestellter – Bürstenträger
mit Borsten 30 mit dem Trägerkörper 9 des Werkzeugs 2 verbunden,
insbesondere verlötet, wird. Die Bürstenteilbereiche 31 bis 34 verlaufen
also im Ausführungsbeispiel der 3 axial
zwischen den Teilbereichen 41 bis 44 des Gewindebohrbereichs 4 und
können somit die Abfuhr der beim Gewindeschneiden oder
Gewindebohren entstehenden Späne unterstützen
oder diese herausbürsten.
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Die
Borsten 30 der Bürstenbereiche 31 bis 34 ragen
dabei in einer Ausführungsform höchstens so weit
nach außen wie die Gewindeschneidzähne 48 des
Gewindebohrbereichs 4 oder auch etwas weniger weit nach
außen, um nicht den Gewindeschneidvorgang zu stören,
wobei auch Werte für den Außenradius der Borsten
von weniger als dem halben Kerndurchmesser des erzeugten Gewindes möglich
sind. In anderen Anwendungsfällen kann abhängig
von der Bürstenhärte der Außenradius
der Borsten auch weiter außen liegen, insbesondere zwischen
dem halben Kerndurchmesser des erzeugten Gewindes und dem halben
Gewindenenndurchmesser zuzüglich einem bestimmten Zusatzwert,
der beispielsweise bis zu 20% betragen kann.
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Die
in den Nuten angeordneten Bürstenbereiche 31 bis 34 haben
den Vorteil, dass auch bei Grundlöchern oder Sacklöchern
bis zum Bohrungsgrund gebürstet und zugleich ein Gewinde
erzeugt werden kann, während in der Ausführungsform
mit einem axial vorgelagerten Bürstenbereich das Gewinde in
einem Kernloch nur bis zu einer Tiefe erzeugt werden kann, die abzüglich
des Bürstenbereichs bemessen ist.
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Mit
den Bürstenbereichen 3 und 31 bis 35 gemäß 3 kann
mit der Drehung des Werkzeugs 2 während der Gewindeerzeugung
durch die Gewindeerzeugungs-Teilbereiche 41 bis 44 zugleich
die Werkstückoberfläche im Gewinde und zwar sowohl am
Gewindekern als auch im Gewindegang gebürstet und damit
von Rückständen und beim Gewindeschneiden entstehenden
Spänen gereinigt werden und auch zusätzlich geglättet,
an Kanten verrundet und/oder poliert werden.
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Solche
in den Nuten angeordneten Bürstenbereiche gemäß 3 können
natürlich auch bei Spiralnuten gemäß 1 vorgesehen
sein, wobei dann spiralig verlaufende Borstenträger vorgesehen werden.
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Ferner
können auch Bürstenbereiche, die axial vor dem
Gewindeerzeugungsbereich liegen wie in 1, mit Bürstenbereichen,
die in Umfangsrichtung versetzt zu Gewindeerzeugungsbereichen liegen
wie in 3, in einem Werkzeug 2 kombiniert werden.
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4 zeigt
ein Kombinationswerkzeug mit einem nach Art eines Spiralbohrers
ausgebildeten Bohrbereich 6 an dem vorderen Ende des Trägerkörpers 9 und
einem axial zur Drehachse A nachfolgenden Gewindeformbereich 7 zum
spanlosen Formen oder Eindrücken eines Gewindes in die
von dem Bohrbereich 6 erzeugte Bohrung. Der Gewindeformbereich 7 wird
dabei im Zirkulargewindeformverfahren in einer Zirkularbewegung
in der vom Bohrbereich 6 erzeugten Bohrung bewegt und umfasst
steigungslos angeordnete Drückstollen oder Formkeile 70 zum
Eindrücken des Gewindes in die Werkstückoberfläche,
wobei die Drückstollen 70 in mehreren, im Beispiel
der 4 zwei, Gewindeform-Teilbereichen 71 und 72 und
entlang einer Spirallinie angeordnet sind. Die Zirkularbewegung
des Werkzeugs 2 führt dann zu einer Erzeugung
eines Gewindes mit der Steigung, die dem axialen Abstand der einzelnen Drückstollen 70 entspricht.
Die beiden Gewindeform-Teilbereiche 71 und 72 sind
durch zwei spiralförmige Nuten 51 und 52 voneinander
getrennt, die für Kühl- und/oder Schmiermittel
vorgesehen sein können und bis nach vorne verlaufen und
dadurch den Bohrbereich 6 auch in zwei Bohr-Teilbereiche 61 und 62 trennen.
-
Axial
zur Werkzeugachse A zwischen dem Bohrbereich 6 und dem
Gewindeformbereich 7 ist nun ein Bürstenbereich 3 angeordnet,
der in zwei Bürsten-Teilbereiche 31 und 32 unterteilt
ist. Ein Bürsten-Teilbereich 31 ist zwischen dem
Bohr-Teilbereich 61 und dem Gewindeform-Teilbereich 71 angeordnet
ist und der andere Bürsten-Teilbereich 32 ist zwischen
dem Bohr-Teilbereich 62 und dem Gewindeform-Teilbereich 72 angeordnet.
Dadurch werden Bohrspäne und Mikrospäne und Rückstände
auf der Oberfläche des Werkstücks über
die Bürsten-Teilbereiche 31 und 32 entfernt
und über die Nuten 51 und 52 abgeführt,
ohne störend zwischen die Werkstückoberfläche
und die Drückstollen 70 des Gewindeformbereichs 7 zu
gelangen und dort dann in das Gewinde mit eingedrückt zu
werden.
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Abweichend
von den dargestellten Ausführungsformen können
auch anders gestaltete oder arbeitende Gewindeerzeugungsbereiche
am Werkzeug vorgesehen sein, beispielsweise Gewindefräsbereiche
oder Gewindefurchbereiche. Ebenso kann das Werkzeug auch andere
spanabhebende Bereiche vor oder zusätzlich zu den Gewindeerzeugungsbereichen
umfassen, beispielsweise Stirnfräsbereich(e), Anfasbereich(e)
zum Anfasen des Gewindeeingangsbereichs oder Kernschneidbereiche
zum Erzeugen einer glatten Gewindekernoberfläche, um nur
einige Möglichkeiten zu nennen.
-
- 2
- Werkzeug
- 3
- Bürstenbereich
- 4
- Gewindebohrbereich
- 5
- Werkzeugschaft
- 6
- Bohrbereich
- 7
- Gewindeformbereich
- 8
- Stirnschneide
- 9
- Trägerkörper
- 30
- Borsten
- 31
bis 35
- Bürsten-Teilbereich
- 41
bis 44
- Gewindebohr-Teilbereich
- 51
bis 54
- Nut
- 61,
62
- Bohr-Teilbereich
- 71,
72
- Gewindeform-Teilbereich
- A
- Werkzeugachse
- D
- Drehsinn
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10136293
A1 [0006]
- - DE 19958827 A1 [0006]
- - DE 3934621 C2 [0006]
- - WO 02/094491 A1 [0007]
- - DE 10318203 A1 [0007]
- - DE 102004033772 A1 [0008]
- - DE 7017590 U [0008]
- - DE 19649190 C2 [0008]
- - EP 1669149 A1 [0020]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Handbuch der
Gewindetechnik und Frästechnik, Herausgeber: EMUGE-FRANKEN,
Verlag: Publicis Corporate Publishing, Erscheinungsjahr: 2004 (ISBN
3-89578-232-7), im Folgenden nur als "EMUGE-Handbuch" bezeichnet,
Kapitel 8, Seiten 181 bis 298 [0002]
- - EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372 [0002]
- - EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372 [0004]
- - EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299 bis 324 [0005]