DE102011015879A1

DE102011015879A1 - Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück

Info

Publication number: DE102011015879A1
Application number: DE201110015879
Authority: DE
Inventors: Peter Kopton
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Das Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a) Erzeugen einer Anzahl n ≥ 1 von Nuten (22, 24) in einer eine Gewindeachse (M) umlaufenden Wandung (21) des Werkstückes (2) oder Erzeugen einer eine Anzahl n ≥ 1 von Nuten aufweisenden und eine Gewindeachse umlaufenden Wandung des Werkstückes, b) Einführen von jeweils einem Gewindeerzeugungsbereich (32, 34) eines Gewindeerzeugungswerkzeuges (3) in jede der Nuten (22, 24) in der Wandung des Werkstücks in Richtung entlang der zugehörigen Nut, wobei der Gewindeerzeugungsbereich in zur Gewindeachse radialer Richtung in die zugehörige Nut unter Einhaltung eines radialen Abstandes (Δr) zum Nutgrund (22B, 24B) ragt, c) Erzeugen eines Gewindes (36) in jedem an die Nut(en) angrenzenden Wandungsteilbereich (23, 25) der Wandung des Werkstücks durch Drehen des Gewindeerzeugungswerkzeuges (3) um die Gewindeachse (M) um einen vorgegebenen Drehwinkel und gleichzeitigen axialen Vorschub des Gewindeerzeugungswerkzeuges koaxial zur Gewindeachse mit einer an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung und die Gewindesteigung angepassten axialen Vorschubgeschwindigkeit, wobei während der Drehung und dem gleichzeitigen axialen Vorschub jeder Gewindeerzeugungsbereich in den zugehörigen Wandungsteilbereich eingreift und einen zugehörigen Teil eines Gewindeganges erzeugt und nach der Drehung wieder in dieselbe Nut oder eine andere Nut in der Wandung ragt, d) Herausbewegen jedes Gewindeerzeugungsbereiches (32, 34) des Gewindeerzeugungswerkzeuges aus der zugehörigen Nut (24, 22) in Richtung entlang der Nut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück.
Zur Gewindeerzeugung oder Gewindenachbearbeitung sind sowohl spanabhebende als auch spanlose Verfahren und Gewindewerkzeuge bekann Spanabhebende Gewindeerzeugung beruht auf Materialabtrag des Materials des Werkstücks im Bereich des Gewindeganges. Spanlose Gewindeerzeugung beruht auf einer Umformung des Werkstücks und Erzeugung des Gewindeganges in dem Werkstück durch Druck. Einen Überblick über im Einsatz befindliche Gewindeerzeugungswerkzeuge und Arbeitsverfahren gibt das 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.
Unter die spanabhebenden oder spanenden Gewindeerzeugung fallen die Gewindebohrer (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seiten 181 bis 298) und die Gewindefräser (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372) sowie, nur für Außengewinde, die Schneideisen (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404).
Ein Gewindebohrer ist ein Gewindeschneidwerkzeug, dessen Schneiden oder Gewindeschneidzähne entlang eines Außengewindes unter der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes angeordnet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindebohrer mit zur Werkzeugachse axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse mit von der axialen Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Gewindesteigung abhängiger Drehgeschwindigkeit in ein zylindrisches Kernloch in einem Werkstück bewegt, wobei die Werkzeugachse des Gewindebohrers koaxial zur Mittelachse des Kernloches ausgerichtet wird und seine Schneiden permanent mit dem Werkstück an der Kernlochwandung in Eingriff sind (kontinuierlicher Schnitt), so dass ein durchgehender Gewindegang an der Kernlochwandung entsteht.
Unter die spanlosen Gewindeerzeugungswerkzeuge fallen die sogenannten Gewindefurcher (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299 bis 324) und, nur für Außengewinde, die Gewindewalzwerkzeuge (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404)
Gewindefurcher sind Gewindewerkzeuge mit einem annähernd spiral- oder schraubenförmig umlaufenden Gewindeprofil, entlang dem mehrere Druckstollen (auch als Formzähne, Furchzähne oder Formkeile bezeichnet) angeordnet sind, die durch zueinander versetzte weiter nach außen ragende und im Allgemeinen abgerundete Polygon-Eckbereiche eines annähernd polygonalen Querschnittes des Gewindefurchers gebildet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindefurcher ähnlich wie der Gewindebohrer mit zur Werkzeugachse axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse in ein zylindrisches Kernloch in einem Werkstück bewegt, wobei die Werkzeugachse des Gewindebohrers koaxial zur Mittelachse des Kernloches ausgerichtet wird. Die Drehgeschwindigkeit und die axiale Vorschubgeschwindigkeit werden entsprechend der Gewindesteigung aufeinander abgestimmt. Die Druckstollen des Gewindefurchers sind permanent mit dem Werkstück an der Kernlochwandung in Eingriff und drücken den Gewindegang durch plastische Verformung in die Kernlochwandung, so dass ein durchgehender Gewindegang an der Kernlochwandung entsteht.
Ferner sind ausschließlich spanabhebend arbeitende Kombinationswerkzeuge aus Bohrer und Gewindefräser bekannt, nämlich der sogenannte Bohrgewindefräser (BGF) (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seite 354) und der sogenannte Zirkularbohrgewindefräser (ZBGF) ((vgl. EMUGE Handbuch, Kapitel 10, Seite 355), mit denen zunächst das Kernloch für das Gewinde und dann das Gewinde in dem Kernloch erzeugt werden können.
Der Werkzeugschaft der genannten Gewindeerzeugungswerkzeuge ist In der Regel wenigstens annähernd zylindrisch um seine Längsachse ausgeführt und/oder mit seinem vom Werkstück abgewandten Ende im Spannfutter einer Werkzeugmaschine aufgenommen und gehalten. Die in die erzeugten Innengewinde eingeschraubten bekannten Schrauben oder Schraubgewinde umfassen zu den Innengewinden komplementäre durchgehende helikale Außengewinde.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Erzeugung eines Gewindes, insbesondere zur Erzeugung eines Innengewindes, anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Patentanspruch 1 abhängigen Patentansprüchen.
Das Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück gemäß Patentanspruch 1 umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen einer Anzahl n ≥ 1 von Nuten in einer eine Gewindeachse umlaufenden Wandung des Werkstückes oder Erzeugen einer eine Anzahl n ≥ 1 von Nuten aufweisenden und eine Gewindeachse umlaufenden Wandung des Werkstückes,
b) Einführen von jeweils einem Gewindeerzeugungsbereich eines Gewindeerzeugungswerkzeuges in jede der Nuten in der Wandung des Werkstücks in Richtung entlang der zugehörigen Nut, wobei der Gewindeerzeugungsbereich in zur Gewindeachse radialer Richtung in die zugehörige Nut unter Einhaltung eines radialen Abstandes (Δr) zum Nutgrund ragt,
c) Erzeugen eines Gewindes in jedem an die Nuten) angrenzenden Wandungsteilbereich der Wandung des Werkstücks durch Drehen des Gewindeerzeugungswerkzeuges um die Gewindeachse um einen vorgegebenen Drehwinkel und gleichzeitigen axialen Vorschub des Gewindeerzeugungswerkzeuges koaxial zur Gewindeachse mit einer an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung und die Gewindesteigung angepassten axialen Vorschubgeschwindigkeit, wobei während der Drehung und dem gleichzeitigen axialen Vorschub jeder Gewindeerzeugungsbereich in den zugehörigen Wandungsteilbereich eingreift und einen zugehörigen Teil eines Gewindeganges erzeugt und nach der Drehung wieder in dieselbe Nut oder eine andere Nut in der Wandung ragt,
d) Herausbewegen jedes Gewindeerzeugungsbereiches des Gewindeerzeugungswerkzeuges aus der zugehörigen Nut in Richtung entlang der Nut.

Ein Vorteil dieses Verfahrens gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Gewindeschneid- oder Gewindefurchverfahren besteht darin, dass das Gewindeerzeugungswerkzeug nicht einen üblicherweise bei Gewindebohrern oder Gewindefurchern vorhandenen Anlaufkegel oder Anschnittbereich mehr aufweisen muss, in dem der maximale radiale Abstand der Gewindezähne oder Drückstollen entlang einer Kegelfläche vom Ende des Gewindebohrers oder Gewindefurchers hin zunimmt. Dadurch kann auch bei einem Sackloch axial ein vollständiger Gewindegang entlang einer größeren Gewindelänge erzeugt werden, da der unvollständige Gewindegang, der über die Länge des Anschnittbereichs oder Anlaufkegels entstehen würde, wegfällt Ferner können die Gewindeerzeugungswerkzeuge kürzer ausgebildet werden, was neben anderen Vorteilen insbesondere auch bei kleinen Arbeitshöhen positiv auswirkt.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung kann ferner im Vergleich zu den bekannten Verfahren gemäß dem Stand der Technik das Gewindewerkzeug aufgrund der (nur) axialen Einführbewegung sehr schnell von außen in seine Arbeitsposition an die Wandung des Werkstücks geführt werden, sodann das Gewinde mit einem wesentlich kleineren Drehwinkel oder mit wesentlich weniger Umdrehungen hergestellt werden und schließlich nach Erzeugen des Gewindes das Gewindewerkzeug aufgrund der (nur) axialen Abführbewegung sehr schnell nach außen von der Wandung des Werkstücks weg geführt werden. Beim Gewindebohren oder Gewindefurchen gemäß dem Stand der Technik sind immer mehrere Umdrehungen des Gewindebohrers oder Gewindefurchers notwendig und zwar zunächst beim Eindrehen und dann noch einmal beim Zurückdrehen des Werkzeugs. Beim Verfahren gemäß der Erfindung genügt eine Umdrehung oder sogar nur ein Teil einer Umdrehung entsprechend der Zahl und Anordnung der Nuten, kombiniert mit axialen Zuführ- und Abführbewegungen. Die für das Erzeugen der Nuten erforderliche zusätzliche Zeit ist dabei in der Regel kleiner als die Zeitersparnis beim Gewindeerzeugen.
Ferner kann das Gewinde gemäß der Erfindung bezüglich seiner axialen Position und bezüglich des Gewindeanfangs stellungsgenau eingebracht werden. Die Nuten stellen definierte Positionen für das Gewinde dar.
In einer bevorzugte Ausführungsform ist der Drehwinkel für die Drehung des Gewindeerzeugungswerkzeugs so gewählt, dass er dem Winkelabstand zweier unmittelbar benachbarter Nuten entspricht und/oder dass jeder Gewindeerzeugungsbereich nach der Drehung in eine Nut ragt, die zu der Nut, in die der Gewindeerzeugungsbereich vor der Drehung ragt, unmittelbar benachbart ist. Insbesondere werden die n Nuten in einem gleichen Winkelabstand von 360°/n zueinander erzeugt und der Drehwinkel beträgt 360°/n oder 720°/n oder 1080°/n.
Die Nut(en) verläuft (verlaufen) im Wesentlichen axial und/oder parallel zur Gewindeachse.
Bevorzugt wird jede Nut spanabhebend erzeugt, insbesondere mit einem in Richtung der Nut bewegten Räum- oder Hobelwerkzeug wie einer Räumnadel oder auch mit einem Nutfräser.
In einer ersten Variante ist wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ist ein Gewindeformbereich und erzeugt seinen Teil des Gewindeganges formend und damit spanlos. Insbesondere weisen wenigstens ein Teil der Gewindeerzeugungsbereiche auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung entsprechenden Schraubenlinie um die Werkzeugachse angeordnete Gewindedrückstollen auf, die innerhalb des Gewindeerzeugungsbereiches radial am Weitesten nach außen ragen.
In einer zweiten, auch mit der ersten Variante kombinierbaren Variante ist wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ist ein Gewindeschneidbereich und erzeugt seinen Teil des Gewindeganges spanabhebend. Insbesondere weisen wenigstens eine Teil der Gewindeerzeugungsbereiche auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung entsprechenden Schraubenlinie um die Werkzeugachse angeordnete Gewindeschneidzähne auf, die innerhalb des Gewindeerzeugungsbereiches radial am Weitesten nach außen ragen. An die Gewindeschneidzähne schließen sich im Allgemeinen in Richtung entgegengesetzt zur Schneidrichtung oder Drehrichtung vorzugsweise äußere Freiflächen an.
Die Gewindeerzeugungsbereiche des Gewindeerzeugungswerkzeugs ragen im Allgemeinen radial weiter nach außen als die übrigen Außenflächen des Gewindeerzeugungswerkzeugs.
Die Wandung des Werkstückes, in der das Gewinde erzeugt wird, ist bevorzugt eine Kernlochwandung eines Kernloches, insbesondere eines Sackloches oder eines Durchgangsloches, in dem Werkstück, so dass das Gewinde ein Innengewinde ist. Es ist aber auch die Erzeugung eines Außengewindes an einer äußeren Wandung des Werkstücks möglich.
Im Allgemeinen bestimmt das Außenprofil nur eines Gewindeschneidzahnes oder Gewindeformkeiles bereits das endgültige Gewindeprofil des von diesem Zahn oder Keil erzeugten Gewindegangabschnitts.
In einer besonderen vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Gewinde mit wenigstens zwei axial versetzten Gewindeteilbereichen mitunterschiedlichen Gewindeprofilen erzeugt, wobei insbesondere beliebige Gewindeprofile in beliebiger Abfolge kombinierbar sind.
Bevorzugt weist ein erster Gewindeteilbereich ein Gewindeprofil mit wenigstens teilweise kleineren Maßen oder Außenabmessungen, insbesondere am Gewindegrund, aber ggf. auch an den Gewindeflanken, auf als ein zweiter axial versetzter Gewindeteilbereich.
Dadurch sind insbesondere unterschiedliche Klemmkräfte für die eingedrehte Schraube in den unterschiedlichen Gewindeteilbereichen einstellbar. Insbesondere ist eine größere Klemmwirkung für die eingedrehte Schraube in dem Gewindeteilbereich mit dem kleineren Gewindeprofil einstellbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Gewindeteilbereich ein vorderer Gewindeteilbereich und der zweite Gewindeteilbereich ist ein hinterer Gewindeteilbereich, wobei der vordere Gewindeteilbereich axial oder in Vorschubrichtung vor dem hinteren Gewindeteilbereich liegt. Vorzugsweise kann nun die Schraube zunächst mit kleinerer Klemmwirkung oder leichtgängiger in den hinteren Gewindeteilbereich eingedreht werden, um dann in dem vorderen Gewindeteilbereich mit größerer Klemmwirkung oder schwergängiger mit festerem Sitz weitergedreht zu werden.
Insbesondere wird der erste, vorzugsweise vordere, Gewindeteilbereich mit einer Abflachung im Gewindegrund seines Gewindeprofils erzeugt.
Der zweite, insbesondere hintere, Gewindeteilbereich wird insbesondere mit einem Gewindeprofil erzeugt, das einen radial weiter außen liegenden Gewindegrund aufweist als der erste, vorzugsweise vordere, Gewindeteilbereich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Durchmesser eines Gewindeteilbereichs, insbesondere des ersten Gewindeteilbereichs oder des vorderen Gewindeteilbereichs, kleiner erzeugt oder eingestellt als der Durchmesser eines anderen Gewindeteilbereichs, insbesondere des zweiten Gewindeteilbereichs oder hinteren Gewindeteilbereichs.
Solche Gewinde gemäß der Erfindung wären mit einem bekannten Gewindefurcher oder Gewindebohrer technisch nicht erzeugbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
1 ein Kernloch in einem Werkstück in einer Schnittdarstellung,
2 das Kernloch gemäß 1 mit zwei in einem ersten Verfahrensschritt erzeugten Nuten in einer Schnittdarstellung,
3 das Kernloch gemäß 2 mit in einem zweiten Verfahrensschritt eingebrachtem Gewindewerkzeug mit zwei in den Nuten befindlichen Gewindeerzeugungsbereichen in eine Schnittdarstellung,
4 das Kernloch gemäß 3 mit eingebrachtem Gewindewerkzeug, das in einem dritten Verfahrensschritt um einen Drehwinkel gedreht und mit axialem Vorschub bewegt wird, wobei die Gewindeerzeugungsbereiche einen Teil eines Gewindeganges erzeugt haben, in einer teilweisen Schnittdarstellung,
5 das Kernloch gemäß 3 und 5 mit eingebrachtem Gewindewerkzeug, das in dem dritten Verfahrensschritt um den vollen Drehwinkel gedreht und mit axialem Vorschub bewegt wunde, wobei die Gewindeerzeugungsbereiche den vollständigen Gewindegang erzeugt haben, in einer teilweiser Schnittdarstellung,
6 ein Werkstück mit einem Kernloch mit zwei Nuten und fertig erzeugtem Gewinde zwischen den Nuten in einer perspektivischen Darstellung,
7 das Kernloch gemäß 6 in einer Draufsicht und
8 das Kernloch gemäß 7 in einer Schnittdarstellung gemäß der Linie VIII-VIII in 7
9 eine Ausführungsform eines Gewindeerzeugungswerkzeuges in einer Seitenansicht,
10 ein Werkstück mit einem Sackloch, in dem ein Gewinde mit einem Gewindeerzeugungswerkzeug gemäß 9 erzeugt wurde, in einer perspektivischen Darstellung,

jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 10 mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kernloch 20 in einem Werkstück 2 in einem Schnitt, wobei das Kernloch 20 eine um eine Mittelachse M umlaufende zylindrische Kernlochwandung 21 aufweist mit dem Durchmesser D. Die zur Mittelachse M radiale Richtung ist mit einem Pfeil und dem Bezugszeichen r versehen. Das Kernloch 20 wird vorzugsweise spanabhebend erzeugt, insbesondere mit einem Bohrwerkzeug oder einem Fräswerkzeug
Gemäß 2 werden nun in der Kernlochwandung 21 zwei axiale Nuten 22 und 24 erzeugt, die parallel zueinander und zur Mittelachse M und diametral zur Mittelachse M an entgegen gesetzten Seiten, also insbesondere um 180° versetzt zueinander, ausgebildet und angeordnet sind. Die vom Außendurchmesser oder von der ursprünglichen zylindrischen Kernlochwandlung 21 des Kernloches 20 gemessenen Tiefen der Nuten 22 und 24 sind mit t bezeichnet und bei beiden Nuten 22 und 24 vorzugsweise gleich. Der radial außen liegende Nutgrund der Nut 22 ist mit 22B und entsprechend der Nutgrund der Nut 24 mit 24B bezeichnet. Ein zwischen den Nuten 22 und 24 in 2 gegen den Uhrzeigersinn verlaufender Wandungsteilbereich der Kernlochwandung 21 ist mit 23 bezeichnet und ein auf der anderen Seite zwischen den Nuten 22 und 24 liegender Wandungsteilbereich mit 25.
Der dem Umfangsanteil entsprechende Winkelanteil β einer Nut 22 oder 24 am Gesamtumfang des Kernloches 20 und dessen Kernlochwandung also 360° beträgt zwischen 2% und 12,5%, vorzugsweise zwischen 7,5% und 10% oder, in Winkelgraden angegeben, zwischen 7,2° und 45°, vorzugsweise zwischen 27° und 36°. Bei einem schneidenden Gewindeerzeugungswerkzeug, z. B. Gewindebohrer, kann dabei der Winkelanteil β der Nuten 22 auch kleiner sein als bei einem formenden oder furchenden Gewindewerkzeug wie z. B. einem Gewindefurcher. Der dem verbleibenden Umfangsanteil entsprechende Winkelanteil γ jedes Wandungsteilbereichs 23 und 25 ist dann (360° – 2β)/2 = 180° – β.
Die Erzeugung der Nuten 22 und 24 kann spanabhebend erfolgen, insbesondere mit einer Räumnadel oder einem Fräser.
Grundsätzlich kann auch gleich das Kernloch 20 zusammen mit den Wen 22 und 24 in einem Verfahrensschritt erzeugt werden, insbesondere spanabhebend, beispielsweise mit einem Fräswerkzeug.
Gemäß 3 wird nun ein um seine Werkzeugachse A drehbares Gewindeerzeugungswerkzeug 3 mit zur Mittelachse M des Kernloches 20 koaxialen Werkzeugachse A in das Kernloch 20 eingeführt. Das Gewindeerzeugungswerkzeug 3 weist zwei diametral zur Werkzeugachse A oder um 180° versetzt zueinander angeordnete Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 auf und zwischen den Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 zwei insbesondere zylindrische Außenflächen 33 und 35.
Die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 ragen radial weiter nach außen als die Außenflächen 33 und 35. Der Durchmesser des Gewindeerzeugungswerkzeugs 3 von Außenfläche 33 zu Außenfläche 35 ist mit d bezeichnet. Die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 weisen auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung entsprechenden Spirale oder Schraubenlinie um die Werkzeugachse A angeordnete Gewindeschneidzähne 32A bzw. 34A (von denen in 2 jeweils nur einer im Schnitt zu sehen ist) und sich an die Gewindeschneidzähne 32A bzw. 34A anschließende äußere Freiflächen 32B und 34B auf. In 2 sind die Gewindeschneidzähne 32A und 34A in einer Drehrichtung S um die Werkzeugachse A gesehen vorne angeordnet und verlaufen die Freiflächen 32B und 34B von den Gewindeschneidzähnen 32A und 34A jeweils nach hinten. Die Gewindeschneidzähne 32A und 34A sind die radial am Weitesten nach außen ragenden Bereiche der Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 des Gewindeerzeugungswerkzeugs 3. Die radiale Höhe des Gewindeschneidzahns 32A oder 34A gegenüber dem sonstigen Außenumfang des Gewindeerzeugungswerkzeugs 3, also insbesondere gegenüber dessen Außenflächen 33 und 35, ist mit h bezeichnet und bevorzugt bei beiden Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 gleich.
Der radiale Abstand der Gewindeschneidzähne 32A und 34A zum jeweiligen Nutgrund 22B bzw. 24B der jeweiligen Nut 22 oder 24 ist mit Δr bezeichnet und vorzugsweise ebenfalls gleich bei beiden Nuten 22 und 24. Dieser radiale Abstand Δr ist typischerweise zwischen 1/3 und 1/2 der Nuttiefe t gewählt.
Der Gewindeerzeugungsbereich 32 ragt in radialer Richtung r in die Nut 22 und der Gewindeerzeugungsbereich 34 in die Nut 24. Es gilt also für die jeweiligen Abmessungen d < D und d/2 + h < D/2 + t.
Der radiale Abstand oder die Spaltbreite zwischen dem Wendungsteilbereich 23 der Kernlochwandung 21 und der zugewandten Außenfläche 33 des Gewindeerzeugungswerkzeugs 3 sowie dem Wendungsteilbereich 25 der Kernlochwandung 21 und der ihr zugewandten Außenfläche 35 des Werkzeugs 3 ist mit g bezeichnet und entspricht g = (D – d)/2. Diese Spaltbreite g sowie auch der radiale Abstand Δr zwischen Freifläche 32B oder 34B und Nutgrund 22B bzw. 24B sind jeweils zum Zwecke der besseren Darstellung vergrößert dargestellt. Im Regelfall wird das Spiel zwischen dem Gewindeerzeugungswerkzeug 3 einerseits und der Kernlochwandung 21 des Kernlochs 20 oder den Nuten 22 und 24 andererseits kleiner bemessen sein. Bevorzugt ist 0,01 < g/D < 0,1, jedoch können auch andere Parameterverhältnisse gewählt werden.
4 zeigt nun das in der Drehrichtung S um einen Winkel α gegenüber der in 3 gezeigten Stellung gedrehte Gewindeerzeugungswerkzeug 3 in dem Kernloch 20 des Werkstücks 2.
Zusätzlich zur Drehbewegung in der Drehrichtung S ist das Gewindeerzeugungswerkzeug 3 in einer axialen oder linearen Vorschubbewegung koxial zur Werkzeugachse A und auch zur Mittelachse M nach innen in das Kernloch 20 bewegt, was im Schnitt in 4 nicht zu erkennen ist.
Die Vorschubgeschwindigkeit dieser axialen Vorschubbewegung ist angepasst an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung in der Drehrichtung S und die gewünschte Gewindesteigung P, derart dass in der gleichen Zeit, in der das Werkzeug 3 sich um eine volle Umdrehung oder einen Drehwinkel α = 360° dreht, der axiale Vorschub oder der axiale Weg genau der Gewindesteigung P entspricht. Die axiale Vorschubgeschwindigkeit entspricht also dem Produkt aus der Gewindesteigung P und der Drehfrequenz des Werkzeugs 3.
Durch die Drehbewegung um den Drehwinkel α des Gewindeerzeugungswerkzeugs 3 bei gleichzeitiger axialer Vorschubbewegung um den Weg P α/360° wurde ein Teil des Gewindeganges 36 des Gewindes in der Kernlochwandung 21 des Kernlochs 20 erzeugt und zwar ausgehend von der Nut 22 in dem Wendungsteilbereich 25 und ausgehend von der Nut 24 in dem Wendungsteilbereich 23. Zur Verdeutlichung ist der gesamte schon erzeugte Teilbereich in einem Umlauf des erzeugten Gewindeganges 36 auch im dargestellten Schnitt in 4 gezeigt.
Das Gewindeerzeugungswerkzeug 3 weist nun axial zu seiner Werkzeugachse A in den Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 jeweils eine axiale Reihe von Gewindeschneidzähnen 32A und 34A auf, die axial zueinander versetzt angeordnet sind.
Entsprechend der Anzahl dieser Gewindeschneidzähne 32A und 34A in der jeweiligen Reihe wird bei einer halben Umdrehung um α = 180° des Gewindeerzeugungswerkzeugs 3 bei gleichzeitigem Vorschub um P/2 eine der Anzahl der Gewindeschneidzähne in einer axialen Reihe entsprechende Zahl von Gewindeumläufen des Gewindeganges 36 erzeugt, die jeweils durch die Nuten 22 und 24 unterbrochen sind. Die Gewindeschneidzähne 32A und 34A, die diametral unmittelbar gegenüber liegen, sind dabei jeweils um P/2 versetzt angeordnet, damit die beiden separat erzeugten halben Umläufe des Gewindegangs 36 im Wandungsbereich 23 und im Wandungsbereich 25 dann nach der Nut 22 und 24 entlang des gewünschten Gewindeverlaufs in der Schraubenlinie mit der Gewindesteigung P ineinander übergehen.
Die radiale Höhe h des Gewindeschneidzahns 32A oder 34A bestimmt dabei den Abstand des Gewindegrunds 36B des Gewindeganges 36 von der Kernlochwandung 21.
Eine Umdrehung des Werkzeugs 3 um den Abstandswinkel zwischen den Nuten 22 und 24 im Kernloch 20, im Bespiel der 2 bis 4 180°, als gesamten Drehwinkel α deckt dabei die gesamten dazwischen liegenden Wandungsteilbereiche 23 und 25 ab, so dass in diesen der Gewindegang 35 vollständig erzeugt wird.
Der Zustand nach einer halben Umdrehung ist in 5 gezeigt.
Der Gewindeerzeugungsbereich 32, der zuvor in die Nut 22 ragte, ragt nun in die diametral gegenüberliegende Nut 24 und der Gewindeerzeugungsbereich 34, der zuvor in die Nut 24 ragte, ragt nun in die Nut 22, beide unter dem radialen Abstand Δr zum Nutgrund 24B bzw. 22B.
Dadurch kann nun in einem weiteren Verfahrensschritt das Gewindeerzeugungswerkzeug 3 axial zur Mittelachse M wieder aus dem Kernloch 20 herausgezogen werden, da die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 entlang der Nuten 24 und 22 ohne Beschädigung des erzeugten Gewindeganges 36 axial nach außen bewegt werden können.
Bei allgemein einer Anzahl n > 2 von Nuten und bei einer äquidistanten oder gleichmäßigen Teilung der Nuten in der Kernlochwandung 21, also einem Abstandswinkel von 360°/n, genügt dann eine Drehung um 360°/n, um bereits einen vollständigen Gewindegang zwischen den Nuten zu erzeugen und das Werkzeug wieder aus dem Kernloch herausbewegen zu können.
Bei einer nicht äquidistanten Anordnung oder ungleichen Teilung der Noten ist in der Regel eine vollständige Umdrehung um 360° notwendig, um die Gewindeerzeugungsbereiche wieder in die Nuten zu bringen und das Werkzeug herausziehen zu können, es sei denn es liegt eine Achsensymmetrie oder eine n-zählige Drehsymmetrie vor, bei der schon bei einem kleineren Drehwinkel jeder Gewindeerzeugungsbereich wieder in eine zugehörige Nut ragt.
Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht dann, dass das Gewindeerzeugungswerkzeug 3, das letztendlich ein modifizierter Gewindebohrer ist, keinen Anlaufkegel oder Anschnittbereich aufweisen muss, in dem der maximale radiale Abstand der Gewindeschneidzähne entlang einer Kegelfläche vom Ende des Gewindebohrers hin zunimmt, um einen entsprechenden Zuwachs des Spans und der Eindringtiefe der Gewindeschneidzähne in die Werkstückoberfläche zu erreichen und den Schnittdruck nicht zu hoch werden zu lassen.
Beim Gewindeerzeugungswerkzeug 3 gemäß der Erfindung, das mit seinen Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 in die vorab erzeugten Nuten 22 und 24 eingreift, kann der Gewindegang vielmehr gleich in voller Gewindeprofiltiefe gemäß der radialen Höhe h der Gewindeschneidzähe 32A und 34A erzeugt werden und über die axiale Gewindelänge des Gewindes gesehen geht auch bei einem Sackloch als Kernloch 20 kein Teilbereich mit einem unvollständigen Gewindegang verloren, der ansonsten durch den Anschnitt oder Anlaufkegel des Gewindebohrers bei konventionellen Gewindebohrern entsteht. Der auch bei Umdrehung nur um 180° erzeugte Gewindegang 36 ist deshalb bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig, und zwar über seine gesamte axiale Gewindelänge. Dies ist ein Vorteil, der den gewissen Festigkeitsnachteil durch die Unterbrechungen des Gewindeganges 36 im Bereich der beiden Nuten 22 und 24 mehr als wettmachen kann.
Außerdem kann trotz des zusätzlichen Schrittes zur Erzeugung der Nuten 22 und 24 der eigentliche Gewindeerzeugungsprozess in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden als mit konventionellen Gewindebohrern in einem kreisrunden Kernloch ohne Nuten 22 und 24.
Ferner kann durch die Nuten 22 und 24 in vorteilhafter Weise Kühl- und/oder Schmiermittel, insbesondere in Form von Öl oder Öl-Aerosol, zum Ort der Gewindeerzeugung geführt oder geleitet werden und auch zur Abfuhr der Späne verwendet werden. Ferner können auch zumindest die zuletzt e zeugten Späne von dem Gewindeschneidzahn in die jeweilige Nut 22 oder 24 eingebracht werden und dort mit vergleichsweise großem Volumen mit dem Kühl- und/oder Schmiermittel abgeführt.
Zum Transport von Kühl- und/oder Schmiermittel zu bzw. von den Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 bzw. zum Abtransport von Spänen von spanenden Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 kann das Gewindeerzeugungswerkzeug 3 auch an oder zu den Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 verlaufende Außennuten und/oder innere Kanäle aufweisen, die nicht dargestellt sind.
Das Kernloch 20 kann in den 1 bis 5 sowohl ein Durchgangsloch als auch ein Sackloch sein. Die Wandung des Werkstücks kann somit wie dargestellt die Innenwandung eines durchgehenden oder nicht durchgehen den Loches in dem Werkstück sein zur Herstellung eines Innengewindes. Das Verfahren kann aber ebenso zur Herstellung eines Außengewindes verwendet werden, wobei dann die Nuten und anschließend das Gewinde in der Außenwandung eines Schaftes oder Bolzens oder dergleichen erzeugt erden und die Gewindeerzeugungsbereiche des Gewindeerzeugungswerkzeuges entsprechend an einer Innenfläche angeordnet oder nach innen gerichtet sind und von außen in die Außenwand des Werkstücks eingreifen. Das Gewindeerzeugungswerkzeug ist dann auch im Durchmesser größer als die Wandung des Werkstücks, während es bei einem Innengewinde kleiner ist.
Die 6 bis 8 zeigen ein mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugtes Gewinde in einem Durchgangsloch als Kernloch 20 bei bereits herausgezogenem Gewindeerzeugungswerkzeug 3.
Der Gewindegang 36 ist vollständig in den Wandungsteilbereichen 23 und 25 der Kernlochwandung 21 des Kernlochs 20 erzeugt und nur im Bereich der Nuten 22 und 24 unterbrochen. Die Mittelachse M des Kernloches 20 ist nun die Gewindeachse des erzeugten Gewindes mit dem (unterbrochenen) Gewindegang 36. In 8 ist auch die Gewindesteigung P des Gewindeganges 36 eingezeichnet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann als Gewindeerzeugungswerkzeug anstelle eines modifizierten Gewindebohrers wie anhand von 3 bis 5 gezeigt auch ein modifizierter Gewindefurcher verwendet werden, bei dem die Gewindeerzeugungsbereiche radial nach außen ragende Drückstollen oder Furchzähne statt Gewindeschneidzähnen aufweisen, welche Drückstollen oder Furchzähne den Gewindegang bei der ansonsten gleichen Drehbewegung und gleichzeitigen Vorschubbewegung des Gewindeerzeugungswerkzeugs spanlos durch plastische Eindrücken in die Kernlochwandung 21 erzeugen. Der Druckstollen kann insbesondere in der Mitte der Gewindeerzeugungsbereiche angeordnet sein wieder in einem radialen Abstand zum jeweiligen Nutgrund der Nuten.
Gemäß der Erfindung arbeiten die Gewinderzeugungsbereiche das Gewinde nur durch eine kleine Drehung zwischen einer Nut (z. B. 22 oder 24) und der nächsten Nut (z. B. 24 oder 22) ein, wobei einzelne Gewindegangabschnitte, die Teile der Helix des Gewindes bilden und durch die Nuten unterbrochen oder voneinander getrennt sind, erzeugt werden. Jeder Gewindeerzeugungsbereich und jeder Gewindeschneidzahn oder Gewindeformzahn oder -keil darin erzeugt somit einen zugehörigen individuell erzeugten Gewindegangabschnitt, welcher bei Drehung nur bis zur nächsten Nut, also bei n Nuten um den Drehwinkel 360°/n nur einmalig und nur von diesem Gewindeerzeugungsbereich und dessen Gewindeschneidzahn oder Gewindeformkeil durchlaufen und erzeugt wird. Bei Drehung jedes Gewindeerzeugungsbereichs bis zur übernächsten Nut, also des Werkzeugs um 720°/n, wird der Gewindegangabschnitt zwischen zwei Nuten nur von zwei aufeinanderfolgenden Gewindeerzeugungsbereichen und deren Gewindeschneidzähnen oder Gewindeformkeilen und allgemein durchlaufen und gemeinsam hintereinander eingearbeitet. Umgekehrt betrachtet, bearbeitet jeder Gewindeerzeugungsbereich und jeder Gewindeschneidzahn oder Gewindeformzahn oder -keil dann die Werkstückoberfläche in zwei aufeinander folgenden individuellen Gewindegangabschnitten, einem zwischen der ersten Nut für i = 1 mit 1 ≤ i ≤ s‚ und der nächsten Nut mit i = 2 und einem zwischen der nächsten Nut (i = 2) und der übernächsten Nut (i = 3 oder wieder i = 1, wenn n = 2). Bei allgemein m 360°/n Umdrehungen mit natürlicher Zahl m arbeiten m hintereinander liegende Gewindeschneidzähne oder Gewindeformkeile in demselben Gewindegangabschnitt. Jedoch wird in den seltensten Fallen m größer als 2 oder maximal 3 gewählt werden, vielmehr genügt immer bereits m = 1.
Das Außenprofil nur eines Gewindeschneidzahnes oder Gewindeformkeiles (oder höchstens m Gewindeschneidzähnen oder Gewindeformkeilen) bestimmt also bereits das endgültige Gewindeprofil des von diesem Zahn oder Keil erzeugten Gewindegangabschnitts.
Somit kann gemäß der Erfindung das Gewinde aus einzelnen Gewindegangabschnitten mit praktisch beliebig vorgegebenen Gewindeprofilen zusammengesetzt werden, wobei das Gewindeprofil jedes Gewindegangabschnittes allein und unabhängig von den anderen Gewindegangabschnitten durch das Außenprofil des bei Drehung um 360°/n einzigen dem Gewindegangabschnitt zugeordneten Gewindeschneidzahnes oder Gewindeformkeiles oder bei Drehung um m 360°/n der höchstens m zugeordneten Gewindeschneidzähnen oder Gewindeformkeilen) abgebildet oder als dazu komplementär erzeugt wird.
Bei den bekannten Gewindebohrern oder Gewindefurchern ist diese individuelle Zuordnung von Zahn zu Gewindegangabschnitt nicht möglich. Vielmehr wird bei diesen Werkzeugen gemäß dem Stand der Technik der axial vorne der Stirnseite am nächsten liegende axial vorderste Gewindeschneidzahn bzw. Gewindeformzahn bei der Drehbewegung durch den gesamten Gewindegang über die gesamte Gewindelänge geführt und erzeugt dabei einen bereits in der Länge dem endgültigen Gewinde entsprechenden Vorgewindegang mit einem Vorgewindeprofil. Dieser Vorgewindegang und sein Vorgewindeprofil wird dann durch die nachfolgenden Gewindeschneidzähne bzw. Gewindeformzähne noch weiter, insbesondere am Gewindegrund und/oder an den Gewindeflanken des Gewindeprofils, eingearbeitet oder nachbearbeitet. Der nächstfolgende, zweitvorderste Gewindeschneidzahn bzw. Gewindeformzahn durchläuft beispielsweise den vom vordersten Gewindeschneidzahn bzw. Gewindeformzahn erzeugten Vorgewindegang ebenfalls über mindestens eine Länge, die der Gesamtlänge des Vorgewindes abzüglich des Abstandes zwischen vorderstem Gewindeschneidzahn bzw. Gewindeformzahn und zweitvordersten Gewindeschneidzahn bzw. Gewindeformzahn, entspricht. So wird also durch nacheinander dieselben Werkstückstellen bearbeitende entlang der Gewindehelix angeordnete Gewindeschneidzähne bzw. Gewindeformzähne das Gewindeprofil des Gewindeganges mit Gewindeflanken sukzessive in das Werkstück eingearbeitet. Diese Arbeitsabfolge wird besonders im Anlaufbereich dieser bekannten Gewindewerkzeuge deutlich.
Die Erfindung ermöglicht somit in einer besonderen Ausführungsform eine axiale Unterteilung des Gewindes über seine Gewindelänge in verschiedene Gewindeabschnitte, in denen im Prinzip beliebige Gewindeprofile in beliebiger Abfolge oder Kombination erzeugt werden können. Dabei können sogar Gewinde erzeugt werden, bei denen erste Gewindegangabschnitte, die in der Vorwärtsrichtung des Werkzeugs oder in Richtung in das Gewinde vor zweiten Gewindegangabschnitten liegen, ein Gewindeprofil mit kleineren Maßen oder Außenabmessungen, insbesondere im Gewindegrund, aber ggf. ach an den Gewindeflanken, aufweisen als die zweiten Gewindegangabschnitte, was bei einem bekannten Gewindebohrer oder Gewindefurcher technisch unmöglich wäre.
Die 9 zeigt zur Illustrierung solcher Weiterbildungen gemäß der Erfindung ein Ausführungsbeispiel eines Gewindeerzeugungswerkzeuges 14 gemäß der Erfindung und 10 ein mit diesem Gewindeerzeugungswerkzeug 14 nach 9 erzeugtes Gewinde in einem Sackloch eines Werkstücks.
In der in 9 gezeigten Ausführungsform eines Gewindeerzeugungswerkzeuges 14 sind ein Gewindeerzeugungsbereich 32 und ein Gewindeerzeugungsbereich 34 vorgesehen, durch dazwischen liegende Außenflächen des Werkzeugs 4 voneinander getrennt. Die Außenflächen haben einen geringeren Radius von der Werkzeugachse A oder einen geringeren Außendurchmesser als die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 und bilden Freiräume zwischen den schneidenden Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34. Die beiden Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 sind schneidend ausgebildet und haben mehrere im Drehsinn um die Werkzeugachse A vorne angeordnete Gewindeschneidzähne 32A und 34A. An den Gewindeschneidzähnen 32A ist eine im Drehsinn vorne angeordnete Außenschneide vorgesehen (nur 32D bei 32A zu sehen) sowie eine anschließende Spanfläche zum Leiten und Abführen der erzeugten Späne. Außen schließt sich entgegengesetzt zum Drehsinn an die Gewindeschneidzähne 32A und 34A eine äußere Freifläche an, die an einem im Drehsinn hinteren Seitenbereich (nur 34E bei 34A zu sehen) endet. Die Gewindeschneidzähne 32A und 34A sind die radial am Weitesten nach außen ragenden Bereiche der Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34.
Die beiden Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 sind jeweils in zwei axial zur Werkzeugachse A zueinander versetzt angeordnete Gewindeerzeugungsteilbereiche 72 und 82 bzw. 74 und 84 unterteilt.
In dem zur Stirnseite 6 hin angeordneten vorderen Gewindeerzeugungsteilbereich 72 bzw. 74 sind die Gewindeschneidzähne 32A bzw. 34A in ihrem Gewindeschneidprofil oder Außenprofil mit jeweils einer Abflachung 32F bzw. 34F im Zahnkopfbereich versehen, der sich beim komplementär erzeugten Gewindegang im Werkstück auf den entsprechenden Gewindegrund abbildet.
In dem von der Stirnseite 6 abgewandten und hinter dem vorderen Gewindeerzeugungsteilbereich 72 bzw. 74 liegenden hinteren Gewindeerzeugungsteilbereich 82 bzw. 84 sind dagegen die Gewindeschneidzähne 32A bzw. 34A mit einem Gewindeschneidprofil oder Außenprofil versehen, das dem vollständigen Gewindeprofil des erzeugten Gewindes entspricht, und im Beispiel der 9 einen eher spitzen oder in eine Außenkante oder einen Grat übergehenden Zahnkopf 32G aufweisen, der sich in einen entsprechend gestalteten Gewindegrund des Gewindeganges im Werkstück abbildet.
Die axiale Länge der vorderen Gewindeerzeugungsteilbereiche 72 und 74 ist gemeinsam mit 11 bezeichnet und die der hinteren Gewindeerzeugungsteilbereiche 82 und 84 mit L2, wobei strenggenommen die beiden um 180° versetzten Gewindeerzeugungsteilbereiche 72 und 74 oder 82 und 84 jeweils um eine Gewindesteigung P axial zueinander versetzt sind. Die Gewindesteigung P ist der axiale Abstand der Gewindeschneidzähne 32A und 34A zueinander.
Dieses Gewindeerzeugungswerkzeug 14 gemäß 9 wird nun zur Erzeugung des in 10 gezeigten Gewindes 36 wieder zunächst axial zur Mittelachse M mit dazu koaxialer oder zusammenfallender Werkszeugachse A axial in das Kernloch 20 im Werkstück 2 zugestellt.
Nun wird das Werkzeug um seine Werkzeugachse A gedreht um 180° und bewegt sich dabei um eine halbe Gewindesteigung P/2 nach vorne oder ins Kernloch 20 hinein, bis der Gewindeerzeugungsbereich 32 in der Nut 24 und der Gewindeerzeugungsbereich 34 in der Nut 22 angeordnet sind, also gerade vertauscht sind.
Bei dieser Arbeitsbewegung erzeugen nun in einem in Vorwärtsrichtung vorderen Gewindeteilbereich 76 des Gewindes 36 jeder Gewindeschneidzahn 32A des vorderen Gewindeerzeugungsteilbereiches 72 jeweils genau einen zugehörigen Gewindegangabschnitt zwischen der Nut 22 und der Nut 24 und jeder Gewindeschneidzahn 34A des vorderen Gewindeerzeugungsteilbereiches 74 jeweils genau einen zugehörigen Gewindegangabschnitt zwischen der Nut 24 und der Nut 22. Jeder Gewindegangabschnitt hat ein Gewindeprofil, das genau dem Außenprofil des zugehörigen Gewindeschneidzahnes 32A oder 34A entspricht, im vorliegenden Beispiel einem z. B. trapezförmigen Festsitzgewinde. Die äußeren Abflachungen 32F und 34F der Gewindeschneidzahnes 32A oder 34A bilden sich dabei auf einen entsprechend abgeflachten oder weniger tiefen Gewindegrund 36F der Gewindegangabschnitte ab. Die axiale Länge des vorderen Gewindeteilbereiches 76 des Gewindes 36 entspricht dabei im Wesentlichen der Länge L1 der Gewindeerzeugungsteilbereiche 72 und 74 des Gewindeerzeugungswerkzeuge 14 und kann z. B. wie dargestellt 16 Gewindegänge oder Gewindesteigungen P betragen, ist aber in der Länge L1 und der Zahl der Gewindesteigungen P nicht beschränkt.
Der Durchmesser des vorderen Gewindeteilbereiches 76, der von Gewindegrund 36F zu gegenüberliegende Gewindegrund 36F senkrecht zur Mittelachse M gemessen wird, und der entsprechende Durchmesser der den vorderen Gewindeteilbereich 76 erzeugenden vorderen Gewindeerzeugungsbereiche 72 und 74 des Werkzeugs ist in 9 und 10 jeweils mit E bezeichnet.
In einem in Vorwärtsrichtung hinteren Gewindeteilbereich 86 des Gewindes 36 wird bei derselben Arbeitsbewegung des Gewindeerzeugungswerkzeuges 14 durch jeden Gewindeschneidzahn 32A des hinteren Gewindeerzeugungsteilbereiches 82 jeweils genau ein zugehöriger Gewindegangabschnitt zwischen der Nut 22 und der Nut 24 und durch jeden Gewindeschneidzahn 34A des hinteren Gewindeerzeugungsteilbereiches 84 jeweils genau einen zugehörigen Gewindegangabschnitt zwischen der Nut 24 und der Nut 22 erzeugt. Wieder hat jeder Gewindegangabschnitt ein Gewindeprofil, das genau dem Außenprofil des zugehörigen Gewindeschneidzahnes 32A oder 34A entspricht, im vorliegenden Beispiel einem metrischen Gewinde. Die stegartigen Zahnköpfe 32G und 34G der Gewindeschneidzahnes 32A oder 34A bilden sich dabei auf einen entsprechenden Gewindegrund 36G der Gewindegangabschnitte im hinteren Gewindeteilbereich 86 ab. Die axiale Länge des hinteren Gewindeteilbereiches 76 des Gewindes 36 entspricht dabei im Wesentlichen der Länge L2 der hinteren Gewindeerzeugungsteilbereiche 82 und 84 des Gewindeerzeugungswerkzeuges 14 und kann z. B. wie dargestellt 3 Gewindegänge oder drei Gewindesteigungen P betragen ohne Beschränkung der Allgemeinheit.
Der Durchmesser des hinteren Gewindeteilbereiches 86, der von Gewindegrund 36G zu diametralem Gewindegrund 36G senkrecht zur Mittelachse M gemessen wird, und der entsprechende Durchmesser des diesen hinteren Gewindeteilbereich 86 erzeugenden hinteren Gewindeerzeugungsteilbereichs 82 und 84 des Werkzeugs ist in 9 und 10 jeweils mit F bezeichnet.
Alle derart erzeugten Gewindegangabschnitte in den Gewindeteilbereichen 76 und 86 liegen auf einer gemeinsamen Gewindehelix mit der Gewindesteigung P.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser E des vorderen Gewindeteilbereiches 76 kleiner als der Durchmesser F des hinteren Gewindeteilbereiches 86. Dadurch kann im vorderen Gewindeteilbereich 76 eine Klemmwirkung für eine Schraube oder einen Gewindebolzen erreicht werden, während im als Vollgewinde ausgebildeten hinteren Gewindeteilbereich 76 eine solche Klemmwirkung nicht auftritt.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Gewinde mit anderer praktisch beliebiger axialer Aufteilung seines Gewindeprofils erzeugt werden. Beispielsweise könnten auch einfach die Gewindeprofile im vorderen Gewindeteilbereich 76 und im hinteren Gewindeteilbereich 86 vertauscht werden, so dass die Klemmung im hinteren Gewindeteilbereich 86 bewirkt wird.
Bevorzugte Werkstoffe des Werkstücks sind Metalle, insbesondere Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen und andere Leichtmetalle, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Werkstoffe beschränkt. Ferner kommen als Werkstücke sowohl dickwandige oder massive Werkstücke als auch dünnwandige Bauteile oder Bleche, insbesondere aus Stahl oder anderen Werkstoffen, in Betracht.
Bezugszeichenliste

2: Werkstück
3: Gewindeerzeugungswerkzeug
20: Kernloch
21: Kernlochwandung
22, 24: Nut
22B, 24B: Nutgrund
23, 25: Wandungsbereich
32, 34: Gewindeerzeugungsbereich
32A, 34A: Gewindeschneidzahn
32B, 34B: Freifläche
32D: Außenschneide
34E: Seitenbereich
32F, 34F: Abflachung
32G, 34G: Zahnkopf
33, 35: Außenfläche
36: Gewindegang
A: Werkzeugachse
D: Kernlochdurchmesser
d: Werkzeugdurchmesser
g: Spaltbreite
S: Drehsinn
M: Mittelachse
P: Gewindesteigung
t: Nuttiefe
r: Radius
h: radiale Höhe
Δr: radialer Abstand
α: Drehwinkel
β, γ: Winkelanteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Gewindetechnik und Frästechnik, Herausgeber: EMUGE-FRANKEN, Verlag: Publicis Corporate Publishing, Erscheinungsjahr: 2004 (ISBN 3-89578-232-7) [0002]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 8, Seiten 181 bis 298 [0003]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372 [0003]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404 [0003]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299 bis 324 [0005]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404 [0005]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seite 354 [0007]
EMUGE Handbuch, Kapitel 10, Seite 355 [0007]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen einer Anzahl n ≥ 1 von Nuten (22, 24) in einer eine Gewindeachse (M) umlaufenden Wandung (21) des Werkstückes (2) oder Erzeugen einer eine Anzahl n ≥ 1 von Nuten aufweisenden und eine Gewindeachse umlaufenden Wandung des Werkstückes, b) Einführen von jeweils einem Gewindeerzeugungsbereich (32, 34) eines Gewindeerzeugungswerkzeuges (3) in jede der Nuten (22, 24) in der Wandung des Werkstücks in Richtung entlang der zugehörigen Nut, wobei der Gewindeerzeugungsbereich in zur Gewindeachse radialer Richtung in die zugehörige Nut unter Einhaltung eines radialen Abstandes (Δr) zum Nutgrund (22B, 24B) ragt, c) Erzeugen eines Gewindes (36) in jedem an die Nut(en) angrenzenden Wandungsteilbereich (23, 25) der Wandung des Werkstücks durch Drehen des Gewindeerzeugungswerkzeuges (3) um die Gewindeachse (M) um einen vorgegebenen Drehwinkel und gleichzeitigen axialen Vorschub des Gewindeerzeugungswerkzeuges koaxial zur Gewindeachse mit einer an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung und die Gewindesteigung angepassten axialen Vorschubgeschwindigkeit, wobei während der Drehung und dem gleichzeitigen axialen Vorschub jeder Gewindeerzeugungsbereich in den zugehörigen Wandungsteilbereich eingreift und einen zugehörigen Teil eines Gewindeganges erzeugt und nach der Drehung wieder in dieselbe Nut oder eine andere Nut in der Wandung ragt, d) Herausbewegen jedes Gewindeerzeugungsbereiches (32, 34) des Gewindeerzeugungswerkzeuges aus der zugehörigen Nut (24, 22) in Richtung entlang der Nut.
Verfahren nach Anspruch 1 mit wenigstens einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Merkmale: a) der Drehwinkel (α) entspricht dem Winkelabstand zweier unmittelbar benachbarter Nuten, b) der Drehwinkel (α) wird so gewählt, dass jeder Gewindeerzeugungsbereich nach der Drehung in eine Nut ragt, die zu der Nut, in die der Gewindeerzeugungsbereich vor der Drehung ragt, unmittelbar benachbart ist, c) die n Nuten werden in einem gleichen Winkelabstand von 360°/n zueinander erzeugt und der Drehwinkel beträgt 360°/n oder 720°/n oder 1080°/n.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit wenigstens einen oder einer beliebigen Kombination der folgenden Merkmale: a) jede Nut wird im Wesentlichen als parallel zur Gewindeachse verlaufende axiale Nut erzeugt, b) jede Nut wird spanabhebend erzeugt, insbesondere mit einem in Richtung der Nut bewegten Räum- oder Hobelwerkzeug wie einer Räumnadel oder auch mit einem Fräser, insbesondere Nutfräser.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Merkmale: a) wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ist ein Gewindeformbereich und erzeugt seinen Teil des Gewindeganges formend und damit spanlos, b) wenigstens ein Teil der Gewindeerzeugungsbereiche (32 und 34) des Gewindeerzeugungswerkzeugs (3) weisen auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung entsprechenden Schraubenlinie um die Werkzeugachse (A) angeordnete Gewindedrückstollen auf, die innerhalb des Gewindeerzeugungsbereiches radial am Weitesten nach außen ragen,
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Merkmale a) wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ist ein Gewindeschneidbereich und erzeugt seinen Teil des Gewindeganges spanabhebend b) wenigstens eine Teil der Gewindeerzeugungsbereiche (32 und 34 des Gewindeerzeugungswerkzeugs (3) weisen auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung entsprechenden Schraubenlinie um die Werkzeugachse (A) angeordnete Gewindeschneidzähne (32A bzw. 34A) auf, die innerhalb des Gewindeerzeugungsbereiches radial am Weitesten nach außen ragen, wobei sich an die Gewindeschneidzähne (32A, 34A) in Richtung entgegengesetzt zur Schneidrichtung oder Drehrichtung vorzugsweise äußere Freiflächen (32B, 34B) anschließen,
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dies Gewindeerzeugungsbereiche (32 und 34) des Gewindeerzeugungswerkzeugs (3) ragen radial weiter nach außen als die übrigen Außenflächen (33, 35) des Gewindeerzeugungswerkzeugs (3).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wandung des Werkstückes, in der das Gewinde erzeugt wird, eine Kernlochwandung eines Kernloches, insbesondere eines Sackloches oder eines Durchgangsloches, in dem Werkstück ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die die Wandung des Werkstückes und die Nuten in der Wandung gemeinsam in einem Bearbeitungsverfahrensschritt oder mit einem Bearbeitungswerkzeug, insbesondere einem Fräser, erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Merkmale a) das Außenprofil nur eines Gewindeschneidzahnes oder Gewindeformkeiles eines Gewindeerzeugungswerkzeuges bestimmt bereits das endgültige Gewindeprofil des von diesem Zahn oder Keil erzeugten Gewindegangabschnitts, b) das Gewinde (36) wird mit wenigstens zwei axial versetzten Gewindeteilbereichen (76 und 86) mit unterschiedlichen Gewindeprofilen erzeugt, wobei insbesondere beliebige Gewindeprofile in beliebiger Abfolge kombinierbar sind, c) ein erster Gewindeteilbereich weist ein Gewindeprofil mit wenigstens teilweise kleineren Maßen oder Außenabmessungen, insbesondere am Gewindegrund und/oder an den Gewindeflanken, auf als ein zweiter Gewindeteilbereich (86), d) der erste Gewindeteilbereich ist ein vorderer Gewindeteilbereich (76) und der zweite Gewindeteilbereich ist ein hinterer Gewindeteilbereich (86), wobei der vordere Gewindeteilbereich (76) axial oder in Vorschubrichtung vor dem hinteren Gewindeteilbereich (86) liegt, e) der erste, vorzugsweise vordere, Gewindeteilbereich (76) hat in seinem Gewindeprofil eine Abflachung (32F, 34F) im Gewindegrund, f) der zweite, insbesondere hintere, Gewindeteilbereich (86) hat ein Gewindeprofil, das einen radial weiter außen liegenden Gewindegrund aufweist als das Gewindeprofil des ersten, vorzugsweise vorderen, Gewindeteilbereichs (76), g) der Durchmesser (E) eines Gewindeteilbereichs, insbesondere des ersten Gewindeteilbereichs oder des vorderen Gewindeteilbereichs (76), ist kleiner als der Durchmesser (F) eines anderen Gewindeteilbereichs, insbesondere des zweiten Gewindeteilbereichs oder hinteren Gewindeteilbereichs (86).