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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Werkzeug zum Fräsen
von Gewinden in einem Werkstück. Werkzeuge der genannten
Art werden auch als Gewindefräser oder Gewindewirbler bezeichnet.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fräsen
eines Gewindes in einem Werkstück.
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Grundsätzlich
können Werkzeuge und Verfahren der eingangs genannten Art
sowohl zur Herstellung von Außen- als auch Innengewinden
verwendet werden. Im vorliegenden Fall sind die Gewindefräser
insbesondere zur Herstellung von Gewinden der Größe
M0,6 bis M6 ausgebildet. Derartige Gewinde müssen beispielsweise
im Medizin- und Dentalbereich bei sehr kurzer Gewindelänge
hochpräzise sein.
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HINTERGUND DER ERFINDUNG
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Die
Fertigung von Gewinden kann auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Grundsätzlich sind folgende Fertigungsverfahren zum Herstellen
eines Gewindes bekannt: Gewindedrehen, Gewindeschneiden, Gewindebohren,
Gewindefräsen etc. Jedes Fertigungsverfahren hat seine
Vor- und Nachteile.
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Die
Herstellung von Gewinden der Größe M0,6–M6
stellt erhöhte Anforderungen an die Werkzeuge zur Formung
der Gewindeprofile. So sind die Toleranzen für die Zylindrizität
eines Innengewindes sehr eng, was sehr präzise Werkzeuge
erfordert und auch die Einhaltung eines sehr genauen Prozessablaufs
bei der Herstellung des Gewindes mit sich bringen kann. Gerade im
Medizin- oder Dentalbereich (Zahnimplantate etc) dürfen
zudem keinerlei Grate oder dergleichen entstehen, da ansonsten nach
dem Einschrauben von Bauteilen in das hergestellte Gewinde winzige
Materialspäne anfallen können.
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Ein
drehantreibbares Werkzeug zum spanlosen Erzeugen oder Nachbearbeiten
eines Gewindes durch Eindrücken in eine Werkzeugoberfläche
ist in der
DE
10 2005 051 908 B3 offenbart.
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Zur
Herstellung von feinen Innen- und Außengewinden hat sich
zudem allgemein das Gewindefräsen bewährt. So
werden sogenannte Profil- oder Gewindefräser verwendet,
die umfangseitig ein oder mehrere Schneidzähne bzw. Schneidnasen
aufweisen. Man spricht auch von ein- oder mehrgängigen
Gewindefräsern oder Gewindewirblern. Eingängige
Gewindefräser sind z. B. in
DE 200 07 664 U1 ,
DE 88 03 350 U1 ,
JP 2000-343330 A oder
DE 93 17 904 U1 gezeigt.
Mehrgängige Gewindefräser sind z. B. in
EP 0 733 430 A1 ,
EP 0 904 880 A1 oder
DE 39 39 795 A1 offenbart.
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Wie
den zuvor genannten Druckschriften entnommen werden kann, sind bei
einem eingängigen Gewindefräser ein oder mehrere
Schneidzähne nur auf einem einzigen Umfangskreis eines
Werkzeugkopfs angeordnet. Ein mehrgängiger Gewindefräser
weist auf wenigstens zwei, in Längsrichtung des Gewindefräsers
gesehen hintereinander liegenden Umfangskreisen jeweils ein oder
mehrere Schneidzähne auf. Die Umfangskreise sind durch Schnitte
von auf der Längsachse des Gewindefräsers senkrecht
stehenden Ebenen mit dem Außenumfang des Werkzeugkopfs
gebildet.
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Grundsätzlich
gilt sowohl für ein- als auch mehrgängige Gewindefräser,
dass zur Herstellung des Gewindes die um ihre Längsachse
rotierenden Gewindefräser eine helikale Bewegung am Werkstück
beschreiben und dabei durch die Schneidkontur der Schneidzähne
das Gewindeprofil im Werkstück erzeugen. Alternativ zu
einer Vorschubbewegung der Gewindefräser in Längsrichtung
des herzustellenden Gewindes ist auch eine Vorschubbewegung des
Werkstücks in Längsrichtung des herzustellenden
Gewindes gegenüber dem Gewindefräser möglich.
Es kann auch das Werkzeug um seine Langsachse drehen und gleichzeitig
das Werkstück um eine hierzu parallele Achse rotieren.
Durch gleichzeitige Bewegung in Längsrichtung dieser zueinander
parallelen Achsen des Fräsers oder des Werkstücks
wird dann das Innengewinde gefräst. Je nach Gewindesteigung
des herzustellenden Gewindes muss unter Umständen die Fräserachse
zur Werkstückachse geschwenkt werden. Es ist noch anzumerken,
dass im Gleichlauf oder Gegenlauf gefräst werden kann.
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Bei
den mehrgängigen Gewindefräsern wird die vollständige
Gewindekontur bzw. -profil durch die Geometrie des Werkzeugfräsers
bzw. die Kontur der einzelnen Schneidzähne hergestellt.
Damit kann u. U. zwar eine Gratbildung am Kerndurchmesser eines herzustellenden
Innengewindes reduziert werden, jedoch sind durch die mehrgängigen
Gewindefräser auch beachtliche Nachteile bedingt. So erfolgt
ein konisches Auslenken des Werkzeugfräsers während des
Ferti gungsprozesses. Damit ist das gefertigte Gewindeloch nicht
auf der ganzen Tiefe nutzbar. Die mehrgängigen Gewindefräser
haben eine W-förmige Fräserkontur, durch deren
Eingriff im Werkstück aber sehr oft Rattermarken in den
Gewindespitzen auftreten. Damit können aber oftmals die
sehr hohen Qualitätsansprüche an die zu fertigenden
Innengewinde nicht erfüllt werden. Außerdem ist
bei den mehrgängigen Gewindefräsern die Steigung
des herzustellenden Gewindes nicht frei wählbar, sondern
durch die Fräskontur und Geometrie des Werkzeugs definiert. Der
Abstand der vorhandenen zwei oder drei oder mehr Gewindegänge
gibt die Steigung des herzustellenden Gewindes fest vor.
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Ein
weiterer gewichtiger Nachteil derartiger mehrgängiger Gewindefräser
besteht darin, dass nach dem notwendigen Vorbohren des Gewindelochs
die Fertigung des Gewindes üblicherweise in drei Arbeitsschritten
erfolgt. So wird das herzustellende Gewinde etwa 0,1 mm kleiner
als der Nenndurchmesser des herzustellenden Gewindes vorgefräst.
Dann erfolgt ein Fräsen auf das Endmaß des herzustellenden
Gewindes. Der dritte Schritt besteht darin, nochmals ein Leerdurchlauf
auf dem Endmaß des herzustellenden Gewindes durchzuführen,
um ein gleichmäßiges Maßverhalten im
hergestellten Innengewinde zu erzielen. Dadurch wird aber das Werkzeug,
hier der mehrgängige Gewindefräser, immer auf
der gesamten Fräskontur eingesetzt und somit auch die gesamte
Fräskontur belastet und abgenützt. Damit die Vollausformung
des Gewindes bei mehrgängigen Gewindefräsern einwandfrei
ausgeformt wird, wird im direkten Vergleich mit eingängigen Gewindefräsern
der Bohrlochdurchmesser immer um etwa 0,1 mm kleiner vorgebohrt
als in der entsprechenden Norm des herzustellenden Gewindes beschrieben,
was wiederum die gesamte Fräs- bzw. Schneidkontur der mehrgängigen
Gewindefräser hoch belastet und damit insgesamt die Standzeit bzw.
Lebensdauer eines solchen Gewindefräsers reduziert.
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Ein
Vorteil der eingängigen Gewindefräser besteht
darin, dass die Steigung des herzustellenden Gewindeprofils nicht
durch das Werkzeug vorgegeben ist, sondern frei festgelegt werden
kann, da in Längsrichtung des Gewindefräsers gesehen
nur ein Schneidzahn zur Herstellung des Gewindeprofils vorhanden
ist. Mit anderen Worten: An einem eingängigen Gewindefräser
ist nur auf einem einzigen Umfangskreis wenigstens ein Schneidzahn
vorhanden, der ein dem herzustellenden Gewindeprofil entsprechendes
Schneidprofil hat. Da bei derartigen eingängigen Gewindefräsern
nur Schneidzähne des einzigen Schneidzahnkreis in Eingriff
mit dem Werkstück sind, ist eine geometrische Abweichung
vom theoretischen Gewindeprofil nicht messbar. Damit sind Gewinde
absolut zylindrisch reproduzierbar und in ihrer gesamten Tiefe nutzbar.
Das ist insbesondere bei beengten Platzverhältnissen in
der Implantattechnik notwendig. Das in einer Ebene zu fertigende
Werkzeug, also der eingängige Gewindefräser, ist
bezüglich seines Einsatzverhaltens leichter beherrschbar. Da
die im Einsatz befindliche Schneidlänge kurz ist, nämlich
nur einem Gewindegang entspricht, ist auch ein Rattern des Werkzeugs
nicht festzustellen.
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Ein
bekannter eingängiger Gewindefräser ist in den
beigefügten 9–15 dargestellt,
der im Einzelnen in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher
erläutert wird. Wie ersichtlich, hat dieser bekannte eingängige
Gewindefräser ein Schneid- bzw. Fräsprofil mit
einem Schneidzahn, wobei die Flanken des Schneidzahns länger
sind als die herzustellende Gewindetiefe. Diese Ausgestaltung ermöglicht
dadurch, dass das Loch, in dem das Gewinde einzubringen ist, mit
dem Kerndurchmesser vorgebohrt wurde, eine präzise Fräsung
eines metrischen Innengewindes mit zylindrischem Kerngewindeabschnitt. In
der Praxis hat sich aber nunmehr gezeigt, dass im Eckbereich des
zylindrischen Teils des Kerndurchmessers des herzustellenden Innengewindes
beim Eintauchen der Schneide an beiden Schneidzahnflanken des Schneidprofils
eine Gratbildung möglich ist. Bereits nach kurzer Einsatzzeit
eines solchen eingängigen Gewindefräsers ist mit
dieser nachteiligen Gratbildung zu rechnen. Beim Einsatz eines derartigen
bekannten Gewindefräsers wurde nun bisher durch mehrfaches
Nachschneiden und wiederholtes Nachbohren des Kerndurchmessers des
herzustellenden Gewindes die Gradbildung minimiert, konnte aber
bisher nicht vermieden werden.
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Die
in den oben genannten Druckschriften
DE 200 07 664 U1 ,
DE 88 03 350 U1 oder
DE 93 17 904 U1 offenbarten
eingängigen Gewindefräser haben ein Schneid- bzw.
Fräsprofil, das genau dem vorbestimmten Profil des herzustellenden
Gewindes entspricht. Wie bei dem zuvor erläuterten bekannten eingängigen
Gewindefräser tritt aufgrund dieser Schneidkontur wieder
das Problem der Gratbildung in den Eckbereichen des Kerndurchmessers
des herzustellenden Gewindes auf.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Das
der Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht darin,
ein Werkzeug zum Fräsen von hochpräzisen Gewinden
der Größe M0,6–M6 bereitzustellen, bei
dem eine Gratbildung, insbesondere im Bereich des Kerndurchmessers
eines herzustellenden Innengewindes, möglichst vermieden
wird. Ferner besteht das technische Problem, ein Verfahren bereitzustellen,
bei dem in kostengünstiger Weise mit Hilfe eines eingängigen
Gewindefräsers ein möglichst weitgehend gratfreies
Gewinde in einem Werkstück hergestellt werden kann.
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Das
erstgenannte technische Problem wird durch einen Gewindefräser
gelöst, der zum Herstellen eines gemäß den üblichen
Normen definierten Innen- oder Außengewindes der Größe
M0,6–M6, insbesondere M0,7, M0,8, M0,9, M1 und alle weiteren Zwischenstufen,
an einem Werkstück ausgebildet ist und vorzugsweise eines
oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweist. Der Gewindefräser
besitzt einen Werkzeugschaft zum Aufnehmen in einer Werkzeugaufnahme
einer Werkzeugmaschine und er rotiert während der Herstellung
des Gewindes um seine Längsachse. An den Werkzeugschaft
schließt sich ein Werkzeugkopf an, der in einer einzigen,
zur Längsachse im Wesentlichen senkrecht stehenden Umfangsebene
wenigstens einen Schneidzahn aufweist. Die Schneidkontur des Schneidzahns
ist so geformt, dass zwei geradlinige Schneidflanken einen Winkel
einschließen, der dem herzustellenden Gewinde entspricht.
Jede Schneidflanke eines Schneidzahns grenzt an eine geradlinige
Längsschneide an, die gegenüber einer zur Längsachse
des Gewindefräsers parallelen Achse um einen Winkel von
ungefähr 1°–5° geneigt ist.
Der Übergang zwischen einer Schneidflanke und einer angrenzenden
Längsschneide erfolgt stufenlos mit einem vorbestimmten Übergangsradius.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, erstmals einen eingängigen
Gewindefräser so auszubilden, dass das Schneidprofil bzw.
die Schneidkontur speziell ausgeformt ist, so dass durch die Übergangsradien
die Gratbildung am Kerndurchmesser unterbunden wird, gleichzeitig
aber die eigentliche Gewindeform des Gewinde der Größe
M0,6–M6 im Bereich des Kerndurchmessers nicht beeinträchtigt
wird. Insbesondere ist diese Schneidkontur so an das herzustellende
Gewinde angepasst, dass der vorgegebene kleine Übergangsradius
im Bereich des Kerndurchmessers des herzustellenden Gewindes in einem
ersten Durchlaufs, auch Schruppdurchlauf genannt, noch nicht mit
dem Werkstück in Eingriff gelangt, in einem zweiten Fertigfräsdurchlauf
dieser Übergangsradius dann aber in Eingriff kommt. Auf diese
Weise kann zum einen die bisher ansonsten unvermeidliche Gratbildung
unterbunden, zum anderen aber auch die Standzeit des Gewindefräsers
gegenüber bekannten Gewindefräsern erhöht,
da der Übergangsradius während des Schruppdurchlaufs nicht
belastet wird. Der erfindungsgemäße Gewindefräser
kann aber auch die gewünschte Form des Gewindes in einem
Durchlauf fräsen, ohne dass es zur bisherigen Gratbildung
kommt. Unter Umständen ist dann allerdings die Standzeit
nicht ganz so lang wie wenn der Gewindefräser in einem
zweistufigen Herstellungsprozess mit Schrupp- und Fertigfräsdurchlauf
eingesetzt wird.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers ist der Mittelpunkt des Übergangsradius
zwischen einer Längsschneide und einer angrenzenden Schneidflanke
so gewählt, dass der Übergangsradius sowohl an
die zugehörige Schneidflanke als auch an die angrenzende
Längsschneide tangential anschließt. Der Radiusmittelpunkt
des Übergangsradius ist dabei zur zugehörigen
Schneidflanke so angeordnet, dass der theoretische Verbindungspunkt, auch
Tangentenpunkt genannt, zwischen Längsschneide und Übergangsradius
im Wesentlichen auf dem vorgegebenen Kerndurchmesser des zu fräsenden
Gewindes liegt. Insbesondere kann der theoretische Verbindungspunkt
bzw. Tangentenpunkt innerhalb zugelassener Toleranzen von der Ideallage
abweichen.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers ist der Übergangsradius zwischen
einer Längsschneide und einer angrenzenden Schneidflanke
unabhängig vom zu fräsenden Gewindes der Größe M0,6–M6
möglichst klein zu wählen. Beispielsweise ist
der Übergangsradius kleiner als 0,12 mm, insbesondere kleiner
als 0,1 mm oder 0,08 mm. In einer beispielhaften Ausführungsform
beträgt der Übergangsradius sogar nur 0,06 mm
oder 0,03 mm. In Kombination mit der geneigten Längsschneide
wird somit die definierte Abweichung vom vorgegebenen Gewindeprofil
(beispielsweise gemäß DIN-Norm) möglichst
klein gehalten, gleichzeitig aber auch die gewünschte Gratfreiheit
erzielt.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers bilden die zwei Schneidflanken eine Spitze
des Schneidzahns, die eine Rundung aufweist, deren Radius kleiner
ist als das vorgegebene theoretische Ideal des herzustellenden Gewindeprofils.
Insbesondere ist der Radius an der Spitze möglichst klein
gewählt. Beispielsweise ist dieser Radius kleiner als 0,12
mm, insbesondere kleiner als 0,1 mm oder 0,08 mm. In einer beispielhaften
Ausführungsform beträgt der Übergangsradius
sogar nur 0,03 mm.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers ist dieser dazu ausgebildet, ein Innengewinde
zu fräsen. Bei diesen Innengewinden kann es sich beispielsweise
um metrische Innengewinde der Größen M0,6–M6,
insbesondere M1,4–M4,0 handeln. Insbesondere sind mit einem
erfindungsgemäßen Gewindefräser metrische
ISO-Gewinde der Größe M0,6–M6 herzustellen.
Vorzugsweise beträgt dabei der von den Schneidflanken des
Schneidzahns eingeschlossene Winkel 60°.
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Das
weitere technische Problem wird durch ein Verfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung gelöst, das insbesondere die folgenden
Verfahrensschritte umfasst. In einem Werkstück wird zuerst
ein Loch hergestellt, das einen Innendurchmesser aufweist, der bereits
exakt dem vorgegebenen Kerndurchmesser des herzustellenden Innengewindes entspricht.
Das Loch kann mit einem separaten Bohrer oder Fräser oder
auch mit einem an dem erfindungsgemäßen Gewindefräser
ausgebildeten Bohr- oder Fräswerkzeug hergestellt werden.
Daraufhin wird mit einem Gewindefräser der oben genannten Art
gemäß der vorliegenden Erfindung das herzustellende
Innengewinde so vorgefräst bzw. geschruppt, dass die Übergangsradien
zwischen den Längsschneiden und den jeweiligen angrenzenden Schneidflanken
des Gewindefräsers gerade noch nicht mit dem Werkstück
in Eingriff gelangen. Mit anderen Worten: Der Gewindefräser
wird soweit radial im Loch, das mit dem Gewinde zu versehen ist,
nach außen bewegt, das ein Eingriff des Schneidzahns mit dem
Werkstück bis zu der Stelle am Grund der Schneidzahnkontur
erfolgt, an der der Übergangsradius tangential an die zugehörige
Schneidflanke anschließt.
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Ist
das Rohgewinde in diesem Schruppdurchlauf erstellt, erfolgt die
Fertigstellung des Gewindes. Dazu wird mit demselben Gewindefräser,
der auch zum Vorfräsen verwendet wurde, nochmals ein Durchlauf
durchgeführt, wobei der Gewindefräser diesmal
weiter als beim Schruppvorgang in das Material des Werkstücks
eindringt. Bei diesem definierten Fertigfrässchritt gelangen
die beiden Übergangsradien zwischen den Längsschneiden
und den jeweiligen angrenzenden Schneidflanken des Gewindefräsers
mit dem Werkstück in Eingriff, die jeweils an die Übergangsradien
anschließenden Längsschneiden aber im Wesentlichen
nicht. In anderen Worten bedeutet dies, dass diesmal der Gewindefräser
mit einem größeren Anteil der Schneidkontur mit
dem Werkstück in dem vorgefrästen bzw. geschruppten Rohgewinde
in Eingriff gelangt, jedoch nur soweit, dass nur noch ungefähr
die Stellen mit dem Werkstück in Eingriff gelangen, an
denen die Übergangsradien tangential in die anschließenden
Längsschneiden übergehen.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens rotiert der Gewindefräser um seine Längsachse
mit ungefähr 10.000–40.000 U/min, wobei auch jegliche Zwischenwerte,
insbesondere in Abstufung von 1.000 U/min mit offenbart sind.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens bewegt sich Gewindefräser auf einer helikalen
Bahn entsprechend dem herzustellenden Gewinde und rotiert dabei
um seine Längsachse. Alternativ ist es auch wie beim Stand
der Technik möglich, dass das Werkstück rotiert
und der Gewindefräser sich longitudinal seiner Längsachse
bewegt.
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Durch
entsprechende Kombination der Längsbewegung und der Rotationsbewegung
des Werkstücks wird die Steigung des Gewindes festgelegt.
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Der
Vollständigkeit halber ist noch anzumerken, dass im vorliegenden
Fall unter dem Begriff Gewinde der Größe M0,6–M6
auch alle denkbaren Zwischengrößen zu subsumieren
sind. Die Gewindeprofile der hier interessierenden Art umfassen
sowohl metrische Gewinde wie z. B. das internationale metrische
ISO-Profil als auch Rund-Trapez-, Whitworth-Rohr-, und Sägengewindeprofile.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren
Verständnis mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung unter Heranziehung der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Seitenansicht eines beispielhaften Werkzeugs gemäß der
vorliegenden Erfindung,
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2 eine
Draufsicht des in der 1 gezeigten erfindungsgemäßen
Werkzeugs,
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3 eine
vergrößerte Darstellung der Einzelheit A in der 1 des
erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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4 eine
Einzelheit B des in der 3 gezeigten Werkzeugkopfes;
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5 eine
schematische perspektivische Ansicht des in den 1 bis 4 gezeigten
erfindungsgemäßen Werkzeugs;
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6 eine
vergrößerte Darstellung der in der 2 gezeigten
Draufsicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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7 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers und eines hiermit hergestellten Innengewindes
in einem Werkstück,
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8 eine
schematisierte Längsschnittansicht eines ersten Schruppvorgangs
zur Herstellung eines Innengewindes mit einem erfindungsgemäßen Gewindefräser,
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9 eine
der 8 gleichende schematische Schnittansicht mit in
Richtung des Innengewindenenndurchmessers weiter eingerücktem
erfindungsgemäßen Werkzeug zum Endfertigen des
Innengewindes im Werkstück,
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10 bis 12 verschiedene
Ansichten eines eingängigen Gewindefräsers nach
dem Stand der Technik.
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BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Ein
eingängiger Gewindefräser 100 gemäß dem
Stand der Technik ist in den 10 bis 12 gezeigt.
Der bekannte Gewindefräser 100 umfasst einen Werkzeugschaft 105 und
einen Werkzeugstiel 115, 120. An der Spitze des
Werkzeugstiels 120 befindet sich der eigentliche Werkzeug-
bzw. Fräskopf 125. Der Fräskopf 125 dieses
bekannten Gewindefräsers 100 ist in den 11 und 12 vergrößert dargestellt.
Der Fräskopf 125 umfasst hier einen Schneidzahn 130 der
ein Schneidprofil aufweist, das dem zu erstellenden Gewindeprofil
entspricht. Die Schneidflanken 150, 160 sind entsprechend
dem herzustellenden Gewinde zueinander geneigt und bilden eine abgerundete
Schneidspitze 170. Die eine Schneidflanke 160 endet
in einer Kehle 135, die dann auf den Stieldurchmesser 120 übergeht.
In üblicher Weise weist diese Fräskopfausbildung
eine Schneidfläche 145 auf. In der in der 12 gezeigten
Draufsicht ist die Schneidzahnausbildung nochmals gut ersichtlich.
Wie ersichtlich ist, sind die beiden Schneidflanken länger
als die eigentliche Gewindetiefe, wodurch es zur eingangs erwähnten
problematischen Gratbildung kommen kann.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist in den 1 bis 5 dargestellt.
Der erfindungsgemäße Gewindefräser 200 besteht
aus einem Werkzeugschaft 205, einem sich am Werkzeugschaft 205 anschließenden Übergangsstück 210 und
einem am oberen Ende des Übergangsstücks 210 anschließenden
Schneidenträger 215. Der Schneidenträger 215 weist
an seinem freien Ende einen Werkzeug- bzw. Fräserkopf 220 auf.
In der 1 ist eine Längsachse 260 eingezeichnet, um
die der Gewindefräser im Einsatz mit hoher Umdrehungszahl
rotiert. Die Fräserabschnitte 205, 210, 215 können
ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht das
Werkzeug 200 aus einem einstückigen Teil.
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Die 2 zeigt
eine Draufsicht des in der 1 gezeigten
erfindungsgemäßen Gewindefräsers 200.
Grundsätzlich sind hier die gleichmäßig
auf einem einzigen Umfangskreis am Werkzeugkopf 220 auf
gleicher höher angeordneten Gewindezähne 230 erkennbar.
Zur besseren Darstel lung dieser Einzelheiten wird auf die 6 verwiesen.
Diese zeigt eine vergrößerte Darstellung der in
der 2 gezeigten Draufsicht eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers 200.
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Wie
in der 6 gezeigt, sind am Werkzeugkopf 220 drei
Schneidzähne 230 gleichmäßig
voneinander beabstandet auf einem Umfangskreis angeordnet. Wie später
noch unter Bezugnahme auf die 3 und 4 sowie
die 7 bis 9 erläutert wird, weisen
diese Schneidzähne 230 ein Schneidprofil oder
eine Schneidkontur auf, die dem zu fräsenden Gewinde entspricht.
Jeder Schneidzahn 230 ist mit einer Freifläche 235 versehen,
die in üblicher Weise ausgebildet ist. Zwischen den einzelnen Schneidzähnen 230 ist,
wie insbesondere in der 3 ersichtlich, der Werkzeugkopf 220 und
auch der Schneidenträger 215 wie üblich
eingeschliffen, um eine einwandfreie Spanabfuhr zu ermöglichen. Diese
geschliffenen Flächen sind mit dem Bezugzeichen 250 gekennzeichnet.
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In
der 3 und 4 sind die drei Schneidzähne 230 schematisch
dargestellt. Gleichfalls sind auch die eingeschliffenen Flächen 250 gezeigt.
Ein Schneidzahn 230 besitzt eine abgerundete Spitze 300,
die über einen Radius 305 zwei Schneidflanken 310 verbindet.
Die beiden Schneidflanken 310 weisen hier einen eingeschlossenen
Winkel von 60° auf. Beide Schneidflanken 310 gehen
mit einem Übergangsradius 315 in eine Längsschneide 320 über. Diese
Längsschneide 320 schließt sich tangential
an den Radius 315 an. Die beiden Längsschneiden
sind dabei um einen vorbestimmten Winkel β (ca. 1°–5°, insbesondere
2,5°–3,5°, noch weiter bevorzugt 3°) gegenüber
einer Parallelen zur Längsachse 260 geneigt.
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Wie
aus der vergrößerten Darstellung des Schneidzahns 230 gemäß der 4 ersichtlich,
beträgt bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Gewindefräsers 200 gemäß der
vorliegenden Erfindung der Abstand zwischen der Spitze 305 des Schneidzahns 230 und
dem Mittelpunkt des Übergangsradius 315 0,2 mm,
womit ein Gewinde gemäß ISO-Norm von M0.8 hergestellt
werden kann.
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Der
grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen
Gewindefräsers 200 gemäß den 1 bis 4 ist
auch aus der perspektivischen Darstellung gemäß der 5 ersichtlich.
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In
der 7 ist in einer schematischen Schnittansicht die
Beziehung zwischen dem Gewindefräser 200 und dem
in einem Werkstück 400 herzustellenden Gewinde
besser ersichtlich. Eine de tailliertere Erläuterung eines
beispielhaften Gewindefräsverfahrens wird später
noch unter Bezugnahme auf die 8 und 9 erläutert.
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Der
in der 7 gezeigte Gewindefräserkopf 220 umfasst
die Schneidzähne 230, die mit den Schneidflanken 310,
den Übergangsradien 315 und den leicht geneigten
Längsschneiden 320 ausgebildet sind. Der Gewindefräser 200 dreht
während der Herstellung des Gewindes um die Längsachse 260 mit
hoher Geschwindigkeit. Gleichzeitig wird er in Richtung des Pfeils 410 oder 420 longitudinal
bewegt, so dass bei gleichzeitiger Drehung des Werkstücks 400 um
eine hier nicht gezeigte Längsachse das Innengewinde gefräst
wird. Das Innengewinde ist ein metrisches ISO-Gewinde mit einer
Gewindetiefe von 0,14 mm und einem oberen Radius an den Gewindespitzen
von R0,06 mm. Der Abstand zweier benachbarter Gewindegänge
beträgt 0,25 mm.
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Es
wird nun unter Bezugnahme auf die 8 und 9 eine
beispielhafte Vorgehensweise zur Herstellung eines Gewindes unter
Benutzung eines Gewindefräsers 200 der zuvor erläuterten
Bauart nach der vorliegenden Erfindung erläutert. In der 8 ist
eine schematische Seiten- bzw. Schnittansicht zeigt, die den erfindungsgemäßen
Gewindefräser 200 in einem ersten Roh- bzw. Schruppfräsdurchlauf
zur Herstellung eines metrischen ISO-Gewindes 500 zeigt.
Die 9 ist eine der 8 gleichende schematische
Schnittansicht, wobei der erfindungsgemäße Gewindefräser 200 einen
Fertigfräsdurchlauf durchführt. In den 8 und 9 gleichende Bezugszeichen
kennzeichnen auch die gleichen Bauteile bzw. Abschnitte eines herzustellenden
Gewindes 500.
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Das
in der 8 gezeigte, herzustellende Gewinde 500 ist
ein metrisches ISO-Gewinde 500 der Größe
M0,6–M6 mit einem Kerndurchmesser 510, einem Nenndurchmesser 520 und
einem Flankendurchmesser 530. Derartige Gewinde 500 der Größe
M0,6–M6 weisen oftmals gerade in der Medizin- oder Dentaltechnik äußerst
kurze Gewindelängen über teilweise nur zwei Gewindegänge
auf, so dass bei metrischen ISO-Gewinde dieser Art die reproduzierbare
Zylindrizität des metrischen Gewindes 500 der
Größe M0,6–M6 sichergestellt sein muss, was
insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Gewindefräser 200 bereits
auch bereits am ersten Gewindegang der Fall ist. Dieses metrische
ISO-Gewinde 500 hat eine Größe von M1.6
und eine Gewindetiefe von 0,19 mm. Die Gewindetiefe ist dabei der Abstand
zwischen dem Nenndurchmesser 520 und dem Kerndurchmesser 510.
Gemäß den Vorgaben ist soll der Gewindegrund 540 mittels
eines Radius 550, der hier 0,025 mm beträgt, abgerundet
sein. Die beiden Gewindeflanken 560 weisen einen eingeschlossenen
Winkel α von 60° auf.
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Wie
bereits zuvor erläutert, ist das Schneidprofil des bzw.
der Schneidzähne 230 eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers 200 mit entsprechend zueinander
geneigten Schneidflanken 310 ausgebildet. Diese beiden
Schneidflanken 310 gehen dann in passendem Abstand zur
Spitze des Schneidzahns 305 in einen Übergangsradius 315 über.
Die beiden Übergangsradien 315 enden dann tangential
in eine Längsschneide 320. Wie in der 8 gezeigt,
wird bei einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens der erfindungsgemäße Gewindefräser 200 nur
soweit mit dem Material des Werkstücks 400 in
Eingriff gebracht, dass nur bis zum tangentialen Anschluss der Übergangsradien 315 an
die Schneidflanken 310 eine Fräsung erfolgt. In
einem weiteren Durchlauf wird dann das Gewinde 500 fertig
gefräst, indem der Gewindefräser 200 soweit
eingerückt wird, dass gerade noch mit der Stelle des Übergangs
des Übergangsradius 315 in die Längsschneide 320 gefräst wird.
Durch die Kombination von Übergangsradius 315 und
leicht geneigter Längsschneide 320 wird die Gratbildung
am Kerndurchmesser des zu fräsenden Gewindes 500 vermieden.
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Der
guten Ordnung halber sei hier nochmals herausgestellt, dass mit
dem erfindungsgemäßen Gewindefräser 200,
der das neue und vorteilhafte Schneidprofil bzw. Schneidkontur mit Übergangsradius
und leicht geneigter Längsschneide aufweist nicht nur gemäß dem
zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines Gewindes 500 verwendet werden kann,
sondern auch so eingesetzt werden kann, dass nur mit einem Durchlauf
ein Gewinde 500 gefräst wird. Dabei wird mit dem
zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Gewindefräser 200 soweit
in das Material des Werkstücks 400 eingefräst,
dass bis zu der Stelle des Übergangs zwischen Übergangsradius 315 und
der sich daran anschließenden Längsschneide 320 gefräst
wird. Auch bei dieser Vorgehensweise lässt sich der ansonsten bisher
entstandene Grat am Kerndurchmesser des zu fräsenden Gewindes 500 vermeiden.
Allerdings wird dann natürlich die gesamte Schneidkontur
höher belastet, so dass vorzugsweise zur Verlängerung
der Standzeit bzw. Lebensdauer eines erfindungsgemäßen
Gewindefräsers eine Herstellung eines Gewindes 500 durch
zweimaligen Durchlauf, nämlich Schruppdurchlauf und Fertigfräsdurchlauf
erfolgt, und zwar in der vorgenannten Art und Weise.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005051908
B3 [0005]
- - DE 20007664 U1 [0006, 0013]
- - DE 8803350 U1 [0006, 0013]
- - JP 2000-343330 A [0006]
- - DE 9317904 U1 [0006, 0013]
- - EP 0733430 A1 [0006]
- - EP 0904880 A1 [0006]
- - DE 3939795 A1 [0006]