DE102014112162A1

DE102014112162A1 - Werkzeug und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere beim oder zum Erzeugen eines Gewindes

Info

Publication number: DE102014112162A1
Application number: DE102014112162.7A
Authority: DE
Inventors: Helmut Glimpel; Dietmar Hechtle
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: DE102014112162B4

Abstract

Das Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks (2), insbesondere beim Erzeugen eines Gewindes in dem Werkstück, hat die Merkmale: a) das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse (A) in einer Drehbewegung (BD, RD) drehbar und zumindest in einer Vorschubbewegung (VB) und in einer zur Vorschubbewegung entgegengesetzten Rückwärtsbewegung (RB) bewegbar, b) das Werkzeug weist eine Anzahl l von Bearbeitungsbereichen (52, 54) zum schneidenden oder spanenden Bearbeiten des Werkstücks (2), insbesondere einer zum Erzeugen eines Gewindes vorgesehenen Wandung, auf, wobei l ≥ 1 ist und alle l Bearbeitungsbereiche (52, 54) einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse (A) aufweisen, c) das Werkzeug weist eine Anzahl n von Nuterzeugungsbereichen (42, 44) zum Erzeugen jeweils einer Nut (22, 24) in dem Werkstück (2) bei einer Vorschubbewegung des Werkzeuges auf, wobei n ≥ l ist und alle n Nuterzeugungsbereiche (42, 44) so ausgebildet sind, dass sie selbst oder zumindest die von ihnen erzeugten Nuten (22, 24) einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse (A) aufweisen, d) jeder der l Bearbeitungsbereiche (52, 54) ist, in seinem Verlauf gesehen, vor oder hinter einem zugehörigen der n Nuterzeugungsbereiche angeordnet und in dem Verlauf diesem Nuterzeugungsbereich oder der von diesem erzeugten Nut angepasst, vorzugsweise so dass jeder der l Bearbeitungsbereiche (52, 54) in einer von dem zugehörigen Nuterzeugungsbereich erzeugten Nut in einer deren Verlauf folgenden Einführ- oder Herausführbewegung bewegbar ist, e) jeder vorbestimmte Verlauf ist entweder ein axialer Verlauf im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse (A) oder ein um die Werkzeugachse (A), vorzugsweise unter einer vorgegebenen Drallsteigung (PN) und/oder einem vorgegebenen Drallwinkel (θ), gedrallter Verlauf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere beim oder zum Erzeugen eines Gewindes.
Zur Gewindeerzeugung oder Gewindenachbearbeitung sind sowohl spanabhebende als auch spanlose Verfahren und Gewindewerkzeuge bekannt. 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).
Unter die spanlosen Gewindeerzeugungswerkzeuge zählen unter anderem 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).
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 mittels eines Bohr- oder Frästeils an der vorderen Spitze des Werkzeugs erzeugt wird und dann das Gewinde in dem Kernloch durch ein Gewindefrästeil zirkular arbeitend erzeugt wird. Der Bohrteil ragt bei beiden Werkzeugen radial weiter nach außen Die Dokumente DE 1 176 450 und US 3,359,581 und EP 2 218 536 A1 offenbaren spezielle Verfahren zum Herstellen eines von, vorzugweise zwei um 180° versetzten oder vier um 90° versetzten, axialen geraden Nuten unterbrochenen Innengewindes mittels spezieller Gewindewerkzeuge, deren Gewindeschneidstege oder Gewindeformbereiche in Umfangsrichtung den Nuten in Größe und Lage angepasst sind und die dadurch schnell zu einer axialen Position verbracht werden können und dann durch eine kurze Drehung des Gewindewerkzeuges bis zur nächsten Nut das gesamte Gewinde erzeugen. Die Prozesszeit zum Erzeugen eines Gewindes wird dadurch gegenüber konventionellem Gewindebohren oder Gewindefurchen, bei dem eine Drehung durch das gesamte Gewinde mit der entsprechenden Zahl von Umläufen erforderlich ist, verkürzt.
Aus DE 10 2011 001 772 A1 ist ein Werkzeug zum Herstellen eines Gewindes bekannt, das wenigstens einen Nuterzeugungsbereich zum Erzeugen einer zur Werkzeugachse axialen Nut in dem Werkstück und wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich zum Erzeugen des Gewindes in dem Werkstück aufweist. Jeder Gewindeerzeugungsbereich ist nun in einer axialen Projektion parallel zur Werkzeugachse hinter dem wenigstens einen Nuterzeugungsbereich angeordnet und weist im Querschnitt in der axialen Projektion eine kleinere Ausdehnung auf als dieser Nuterzeugungsbereich. Dadurch hat jeder Gewindeerzeugungsbereich in einer zur axialen Richtung senkrechten Projektionsebene einen Abstand vom Nutrand, insbesondere dem Nutgrund und ist in axialer Richtung durch die vom in der Projektion davor liegenden Nuterzeugungsbereich erzeugte Nut im Werkstück frei bewegbar oder einführbar oder hindurchführbar und kann zur Erzeugung des Gewindes von einer Nut in die nächste oder auch übernächste Nut zeitgleich zu der der Gewindesteigung angepassten axialen Vorschubbewegung gedreht werden. Dadurch können die Nuten und das Gewinde mit einem Werkzeug erzeugt werden.
Die DE 10 2012 105 183 A1 beschreibt ausgehend von DE 10 2011 001 772 A1 Kombinationswerkzeuge mit Nuterzeugungsbereichen und Gewindeerzeugungsbereichen, deren Nuterzeugungsbereiche um eine Werkzeugachse gedrallt ausgebildet sind, wobei entsprechend gedrallte Gewindeerzeugungsbereiche hinter den Nuterzeugungsbereichen deren Drall folgend angeordnet sind. Dadurch werden entsprechend gedrallte Nuten erzeugt, in die die Gewindeerzeugungsbereiche entlang deren Drall eingeführt werden, dann von einer Nut zu einer anderen Nut oder auch wieder in dieselbe Nut gedreht werden und dabei das Gewinde erzeugen und dann wieder aus den Nuten herausgedreht werden. Die gedrallten Nuten haben gegenüber geraden axialen Nuten den Vorteil, dass die beim Nuterzeugen erforderlichen Axialkräfte reduziert werden. Das Kernloch für das Gewinde wird spanabhebend erzeugt, insbesondere mit einem Bohrwerkzeug oder einem Fräswerkzeug, und die Nuten im Kernloch im Anschluss mit einem gesonderten Werkzeug, insbesondere dem kombinierten Nut- und Gewindeerzeugungswerkzeug.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein neues Werkzeug und ein neues Verfahren jeweils zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere beim Erzeugen eines Gewindes in dem Werkstück, anzugeben, mit dem eine Verkürzung von Bearbeitungszeiten möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe geeignete Ausführungsformen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind insbesondere in den Patentansprüchen angegeben, die insbesondere auf ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere beim Erzeugen eines Gewindes in dem Werkstück, insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere beim Erzeugen eines Gewindes in dem Werkstück,, insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 8, gerichtet sind.
Die beanspruchbaren Merkmalskombinationen und Gegenstände gemäß der Erfindung sind nicht auf die gewählte Fassung und die gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche beschränkt. Vielmehr kann jedes Merkmal einer Anspruchskategorie, beispielsweise einer Vorrichtung, kann auch in einer anderen Anspruchskategorie, beispielsweise einem Verfahren beansprucht werden. Ferner kann jedes Merkmal in den Patentansprüchen, auch unabhängig von deren Rückbeziehungen, in einer beliebigen Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) in den Patentansprüchen beansprucht werden. Außerdem kann jedes Merkmal, das in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist, für sich, unabhängig oder losgelöst von dem Zusammenhang, in dem es steht, allein oder in jeglicher Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen, das oder die in den Patentansprüchen oder in der Beschreibung oder Zeichnung beschrieben oder offenbart ist oder sind, beansprucht werden.
Das Werkzeug gemäß Anspruch 1 ist zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere beim Erzeugen eines Gewindes in dem Werkstück, geeignet und bestimmt und umfasst die folgenden Merkmale:

a) das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse in einer Drehbewegung drehbar und zumindest in einer Vorschubbewegung und in einer zur Vorschubbewegung entgegengesetzten Rückwärtsbewegung bewegbar,
b) das Werkzeug weist eine Anzahl l von Bearbeitungsbereichen zum schneidenden oder spanenden Bearbeiten des Werkstücks, insbesondere einer zum Erzeugen eines Gewindes vorgesehenen Wandung, auf, wobei l ≥ 1 ist und alle l Bearbeitungsbereiche einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse aufweisen,
c) das Werkzeug weist eine Anzahl n von Nuterzeugungsbereichen zum Erzeugen jeweils einer Nut in dem Werkstück bei einer Vorschubbewegung des Werkzeuges auf, wobei n ≥ l ist und alle n Nuterzeugungsbereiche so ausgebildet sind, dass sie selbst oder zumindest die von ihnen erzeugten Nuten einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse aufweisen,
d) jeder der l Bearbeitungsbereiche ist, in seinem Verlauf gesehen, vor oder hinter einem zugehörigen der n Nuterzeugungsbereiche angeordnet und in dem Verlauf, und vorzugsweise in den Abmessungen, diesem Nuterzeugungsbereich oder der von diesem erzeugten Nut angepasst ist, vorzugsweise so dass jeder der l Bearbeitungsbereiche in einer von dem zugehörigen Nuterzeugungsbereich erzeugten Nut in einer deren Verlauf folgenden Einführ- oder Herausführbewegung bewegbar ist,
e) wobei jeder vorbestimmte Verlauf entweder ein axialer Verlauf im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse oder ein um die Werkzeugachse, vorzugsweise unter einer vorgegebenen Drallsteigung oder einem vorgegebenen Drallwinkel, gedrallter Verlauf ist.

Das Werkzeug ist in einer Ausführungsform zum Herstellen eines Gewindes in dem Werkstück an einer eine Gewindeachse umlaufenden Wandung vorgesehen und umfasst dazu eine Anzahl m ≥ 1 von Gewindeerzeugungsbereiche zum Erzeugen des Gewindes in der Wandung des Werkstücks mit n ≥ m, wobei jeder der m Gewindeerzeugungsbereichen eine vorbestimmte Gewindesteigung aufweist und einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse aufweist, der entweder ein axialer Verlauf im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse oder ein um die Werkzeugachse gedrallter Verlauf ist, und, in seinem jeweiligen Verlauf gesehen, hinter einem zugehörigen der n Nuterzeugungsbereiche angeordnet ist und in den Abmessungen und in dem Verlauf diesem Nuterzeugungsbereich oder der von diesem erzeugten Nut angepasst ist, so dass jeder der m Gewindeerzeugungsbereichen in einer von dem zugehörigen Nuterzeugungsbereich erzeugten Nut in einer deren Verlauf folgenden Bewegung bewegbar ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8 ist zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück mittels eines Werkzeuges nach der Erfindung vorgesehen und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) Erzeugen einer, vorzugsweise zylindrischen, Innen- oder Außenwandung, insbesondere einer Bohrung mit einer Wandung, in dem Werkstück mittels der Bearbeitungsbereiche des Werkzeugs durch Drehen des Werkzeuges um die Werkzeugachse in einer Bearbeitungsdrehrichtung, insbesondere Bohrdrehrichtung, und durch gleichzeitigen axialen Vorschub des Werkzeuges in das oder zu dem Werkstück,
b) Erzeugen einer Anzahl n ≥ 1 von Nuten in der Wandung des Werkstückes mittels der Nuterzeugungsbereiche durch eine Nuterzeugungsbewegung des Werkzeuges, die dem vorbestimmten Verlauf der Bearbeitungsbereiche und/oder Nuterzeugungsbereiche des Werkzeuges folgt, indem bei einem axialen Verlauf auch die Nuterzeugungsbewegung des Werkzeuges axial ohne Drehung erfolgt und bei einem gedrallten Verlauf auch die Nuterzeugungsbewegung des Werkzeuges gedrallt durch Superposition von axialer Vorschubbewegung und Drehung erfolgt, wobei vorzugsweise die axiale Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges dem Produkt aus der Drallsteigung und der Drehzahl (oder: Drehfrequenz) entspricht,
b) Einführen (oder: Nachführen) von jeweils einem Gewindeerzeugungsbereich des Werkzeugs in jeweils eine der erzeugten Nuten in einer Einführbewegung, die dem vorbestimmten Verlauf und entsprechend dem Verlauf der zugehörigen Nut folgt, indem bei einem axialen Verlauf auch die Einführbewegung des Werkzeuges axial ohne Drehung erfolgt und bei einem gedrallten Verlauf auch die Einführbewegung des Werkzeuges gedrallt durch Superposition von axialer Vorschubbewegung und Drehung erfolgt, wobei vorzugsweise die axiale Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges dem Produkt aus der Gewindesteigung und der Drehzahl (oder: Drehfrequenz) entspricht,
c) Erzeugen eines Gewindes in jedem an die Nut(en) angrenzenden Wandungsteilbereich der Wandung des Werkstücks mittels der Gewindeerzeugungsbereiche des Werkzeuges in einer Gewindeerzeugungsbewegung, bei der eine Drehbewegung des Werkzeuges um die Werkzeugachse und eine gleichzeitige axiale Vorschubbewegung des Werkzeuges mit einer an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung und die Gewindesteigung angepassten axialen Vorschubgeschwindigkeit und bei der jeder Gewindeerzeugungsbereich in den zugehörigen Wandungsteilbereich eingreift und einen zugehörigen Teil eines Gewindeganges erzeugt, wobei nach Abschluss der Gewindeerzeugungsbewegung jeder Gewindeerzeugungsbereich wieder in dieselbe Nut oder in eine andere Nut in der Wandung ragt,
d) Herausbewegen des Werkzeuges aus dem Werkstück in einer dem vorbestimmten Verlauf angepassten Rückwärtsbewegung, wobei jeweils ein Gewindeerzeugungsbereich, ein Nuterzeugungsbereich und ein Bearbeitungsbereich gemeinsam durch jeweils eine Nut herausbewegt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Werkzeugs oder Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich weiterhin aus den vom Patentanspruch 1 bzw. 8 jeweils abhängigen Patentansprüchen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Bearbeitungsbereiche Bohrschneiden zum Erzeugen einer Bohrung in dem Werkstück bei im allgemeinen vergleichsweise schneller Drehung des Werkzeuges um die Werkstückachse und gleichzeitiger axialer Vorschubbewegung des Werkzeugs umfassen, wobei die Bohrschneiden in der Vorschubbewegung gesehen den Nuterzeugungsbereichen axial vorgelagert angeordnet sind.
In einer speziellen Ausführungsform können die Bearbeitungsbereiche Fasenschneiden zum Erzeugen von Fasen an den Enden des Gewindes oder der Gewindewandung oder der Bohrung in dem Werkstück umfassen, die vorzugsweise zwischen Nuterzeugungsbereichen und Bohrschneiden angeordnet sind.
Vorteilhaft kann auch sein, wenn die Bearbeitungsbereiche Kernlochschneiden zum Wegschneiden von ins Kernloch beim Gewindeerzeugen geflossenem oder verdrängtem Werkstückmaterial umfassen, die vorzugsweise zwischen Nuterzeugungsbereichen und Bohrschneiden angeordnet sind oder mit den, ggf. in Teilbereichen radial zurückversetzten, Bohrschneiden selbst gebildet sind.
Die Bearbeitungsbereiche und/oder die Gewindeerzeugungsbereiche haben im Allgemeinen von der Werkzeugachse einen kleineren maximalen radialen Abstand als die Nuterzeugungsbereiche und/oder weisen in Umfangsrichtung kleinere Abmessungen auf als die Nuterzeugungsbereiche. Dies ermöglicht eine reibungsfreie Bewegung der Bearbeitungsbereiche und/oder der Gewindeerzeugungsbereiche innerhalb oder entlang der erzeugten Nuten.
Die Drallsteigung ist vorzugsweise deutlich größer gewählt als die Gewindesteigung, im Allgemeinen wenigstens viermal so groß, insbesondere wenigstens sechsmal so groß, vorzugsweise wenigstens achtzehnmal so groß oder sogar wenigstens sechsunddreißig mal so groß. Damit lässt sich eine große Prozesszeitverkürzung gegenüber konventionellen Gewindebohren oder -furchen sicherstellen bei gleichzeitiger Reduzierung von Axialkräften bei der Nuterzeugung.
Alternativ oder zusätzlich ist der Gewindesteigungswinkel deutlich größer als der Drallwinkel gewählt, wenn beide zur Werkzeugachse oder einer durch die Werkzeugachse verlaufenden Mittelachse gemessen werden, insbesondere größer als das Zweifache und vorzugsweise größer als das Vierfache des Drallwinkels. Der Drallwinkel liegt absolut bevorzugt in einem Bereich zwischen 2° und 70°, insbesondere zwischen 5° und 45° und vorzugsweise zwischen 7° und 25°. Der Gewindesteigungswinkel liegt im Allgemeinen zwischen 80° und 89,5°, bevorzugt zwischen 85° und 89°. Wenn der Drallwinkel und der Gewindesteigungswinkel gegenüber der Normalenebene oder Querschnittsebene senkrecht zur Werkzeugachse gemessen werden, muss jeweils das Winkelkomplement zu 90°, also 90° minus den angegebenen Werten betrachtet werden.
Gegenüber den aus DE 10 2012 105 183 A1 oder DE 10 2011 001 772 A1 bekannten Werkzeugen und Verfahren kann gemäß der Erfindung aufgrund der zusätzlichen Bearbeitungsbereiche an dem Werkzeug mit demselben Werkzeug eine zusätzliche spanende Bearbeitung am Werkstück realisiert werden, vorzugsweise ein Bohren einer Bohrung für das Gewinde, und aufgrund ihres an die Nuterzeugungsbereiche angepassten Verlaufes können die Bearbeitungsbereiche durch die von den Nuterzeugungsbereichen erzeugten Nuten wieder aus dem Werkstück heraustransportiert werden. Diese Bewegung der Bearbeitungsbereiche durch die Nuten eröffnet völlig neue Möglichkeiten der Bearbeitung und Abfolge von Verfahrensschritten und eine deutliche Reduzierung der Bearbeitungszeiten.
Bevorzugt ist das kombinierte Werkzeug gemäß der Erfindung zum Einsatz oder zur Verwendung in dem Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen. Es erlaubt die Herstellung von Nuten und Bearbeitung des Werkstücks wie das Herstellen von Innen- oder Außenwandungen für Gewinde in einem Arbeitschritt oder mit nur einem Werkzeug, was die Prozesszeiten weiter reduziert.
Die Nuten und das Gewinde können aber auch mit getrennten Werkzeugen in aufeinander folgenden Arbeitschritten erzeugt werden.
Die Drallrichtungen oder Umlaufsinne von gedralltem Verlauf und Gewinde um die Gewindeachse können gleich, also beide rechts oder beide links herum, oder auch entgegengesetzt zueinander sein, also eine rechts und eine links herum.
Wenn das Gewinde mit einem Vorschub des kombinierten Werkzeugs in einer Richtung zum Werkstück hin, also in der Vorwärtsbewegung, erzeugt wird, dann ist ein gleicher Umlaufsinn von Gewinde und Nut vorteilhaft und wenn das Gewinde mit einem Vorschub des Werkzeugs in einer Richtung vom Werkstück weg, also in der Rückwärtsbewegung, erzeugt wird, dann ist ein entgegengesetzter Umlaufsinn von Gewinde und Nut vorteilhaft, da dann in beiden Fällen das Werkzeug bei der Nuterzeugung und bei der Gewindererzeugung in die gleiche Drehrichtung gedreht werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt bei der Gewindeerzeugungsbewegung eine Drehung des Werkzeuges um einen vorgegebenen Drehwinkel, wobei

a) dieser Drehwinkel der Summe aus einem Winkelabstand zweier Nuten, vorzugsweise zweier unmittelbar benachbarter Nuten, einerseits und einem Korrekturterm, der proportional zu dem Quotienten P/(PN – P) aus der Gewindesteigung P des zu erzeugenden Gewindes und der Differenz der Drallsteigung PN der Nuten und der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes ist, wobei vorzugsweise die Gewindesteigung P und die Drallsteigung PN positiv bei einem Rechtsgewinde oder einem Rechtsdrall und negativ bei einem Linksgewinde oder Linksdrall gewählt sind, andererseits entspricht und/oder
b) dieser Drehwinkel so gewählt wird, 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, und/oder
c) bei dem die n Nuten in einem gleichen Winkelabstand von 360°/n zueinander erzeugt werden und bei dem vorzugsweise der Drehwinkel sich aus einem ganzzahligen Vielfachen der Summe von 360°/n einerseits und einem Korrekturterm, der dem Produkt aus 360°/n einerseits und dem Quotienten P/(PN – P) aus der Gewindesteigung P des zu erzeugenden Gewindes und der Differenz der Drallsteigung PN der Nuten und der Gewindesteigung P des zu erzeugenden Gewindes andererseits entspricht, ergibt, wobei vorzugsweise die Gewindesteigung P und die Drallsteigung PN positiv bei einem Rechtsgewinde oder einem Rechtsdrall und negativ bei einem Linksgewinde oder Linksdrall gewählt sind,
d) die Drallrichtungen oder Umlaufsinne von Nuten und Gewinde um die Gewindeachse sind gleich, als beide rechts oder beide links herum, oder entgegengesetzt, also eines rechts und eines links herum.

Der Drehwinkelkorrekturterm korrigiert den längeren (oder kürzeren) Drehweg für die Gewindeerzeugung bei gedrallten Nuten im Vergleich zu geraden axialen Nuten.
In einer bevorzugten und zweckmäßigen Ausführungsform verläuft jede gedrallte Nut oder jeder Gewindeerzeugungsbereich beim Erzeugen des Gewindes im Wesentlichen helikal um die Gewindeachse, vorzugsweise auf einer Zylinderfläche oder auch einem Konus.
Die axiale Vorschubrichtung bei der Gewindeerzeugungsbewegung kann gleich gerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zur axialen Vorschubrichtung bei der Nuterzeugungsbewegung sein. Die Drehrichtung bei der Gewindeerzeugungsbewegung ist gleich gerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zur Drehrichtung bei der Nuterzeugungsbewegung. Die Drehrichtung bei der Bearbeitungsbewegung kann ebenfalls gleich gerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zur Drehrichtung bei der Nuterzeugungsbewegung sein. Diese vielfältigen Varianten werden durch die spezielle Vorgehensweise mit den Nuten ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder der m Gewindeerzeugungsbereiche und auch jede der Bearbeitungsbereiche im Querschnitt in einer dem gemeinsamen Verlauf, insbesondere axialen Verlauf oder gedrallten Verlauf folgenden Projektion eine kleinere Ausdehnung auf als der davor angeordnete oder vorgelagerte Nuterzeugungsbereich. Dadurch hat jeder Gewindeerzeugungsbereich einen Abstand oder ein Spiel vom Nutrand, insbesondere dem Nutgrund, und ist durch die vom davor liegenden Nuterzeugungsbereich erzeugte Nut im Werkstück im Wesentlichen frei und reibungsarm bewegbar, insbesondere einführbar oder herausführbar. Insbesondere beim Einführen in die zugehörige Nut ragt der Gewindeerzeugungsbereich in zur Gewindeachse radialer Richtung in die zugehörige Nut unter Einhaltung eines radialen Abstandes zum Nutgrund und vorzugsweise auch eines Abstandes zu den Nutflanken.
Es kann aber in einer besonderen Ausführungsform wenigstens einer oder jeder der m Gewindeerzeugungsbereiche im Querschnitt in einer dem Drall folgenden Projektion zumindest teilweise eine gleiche oder größere Ausdehnung aufweist als der davor angeordnete Nuterzeugungsbereich. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn der oder die Gewindeerzeugungsbereich(e) die vom Nuterzeugungsbereich erzeugte Nut weiter nacharbeiten oder erzeugen soll, insbesondere durch spanloses Einformen.
In einer Ausführungsform sind die n Nuterzeugungsbereiche sind um die Werkzeugachse in einem gleichen Winkelabstand von 360°/n zueinander angeordnet, also gleich verteilt angeordnet. Es ist aber auch eine ungleiche Teilung möglich. Der Winkelanteil eines oder jedes Nuterzeugungsbereichs und der dahinter liegenden Gewindeerzeugungsbereiche um die Werkzeugachse beträgt in einer Variante der Erfindung zwischen 7,2° und 45°, insbesondere zwischen 13° und 40° und vorzugsweise zwischen 27° und 36°.
In einer Variante gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ein Gewindeformbereich und erzeugt seinen Teil des Gewindeganges formend und damit spanlos und/oder weisen wenigstens ein Teil der Gewindeerzeugungsbereiche des Gewindeerzeugungswerkzeugs auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung und dem Windungssinn entsprechenden Schraubenlinie um die Werkzeugachse angeordnete Gewindedrückstollen auf, die innerhalb des Gewindeerzeugungsbereiches radial am Weitesten nach außen ragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ein Gewindeschneidbereich und erzeugt seinen Teil des Gewindeganges spanabhebend. Wenigstens ein Teil der Gewindeerzeugungsbereiche des Gewindeerzeugungswerkzeugs weisen auf einer Schraubenlinie, die dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung und dem Windungssinn entspricht, um die Werkzeugachse angeordnete Gewindeschneidzähne auf, die innerhalb des Gewindeerzeugungsbereiches radial am Weitesten nach außen ragen, jedoch im Allgemeinen radial weniger weit nach außen ragen als der oder die Nuterzeugungsbereich(e), wobei sich an die Gewindeschneidzähne in Richtung entgegengesetzt zur Schneidrichtung oder Drehrichtung vorzugsweise äußere Freiflächen anschließen. Die Gewindeschneidzähne haben Gewindeschneiden oder ein Schneidprofil, die bzw. das sich auf das zu erzeugende Gewindeprofil des Gewindeganges in dessen Querschnitt abbilden bzw. abbildet.
In einer Ausführungsform sind die Gewindeschneidzähne im Windungssinn des zu erzeugenden Gewindes und der um die Werkzeugachse verlaufenden Schraubenlinie, auf der die Gewindeschneidzähne angeordnet sind, schneidend angeordnet und ausgebildet sind. Das bedeutet, wenn das zu erzeugende Gewinde rechtsgängig ist, schneiden die Gewindeschneidzähne auch nach rechts oder ebenfalls rechtsgängig, und wenn das zu erzeugende Gewinde linksgängig ist, schneiden die Gewindeschneidzähne auch nach links oder linksgängig. Man bezeichnet ein Gewinde als Rechtsgewinde oder rechtsgängig, wenn es sich in der Richtung gesehen, in der es oder sie in das Werkstück oder zum Werkstück hin, also von außen nach innen, verläuft oder sich vom Betrachter entfernt, im Uhrzeigersinn windet, d. h. wenn der Windungssinn gleich dem Uhrzeigersinn ist oder einer Rechtsdrehung entspricht und als Linksgewinde oder linksgängig bei Windung gegen den Uhrzeigersinn oder in einer Linksdrehung, d. h. wenn der Windungssinn entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn ist. Die gleiche Nomenklatur gilt für eine Schraubenlinie oder Helix allgemein.
In einer speziellen alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung sind die Gewindezähne jedoch entgegengesetzt zum Windungssinn des zu erzeugenden Gewindes und der Schraubenlinie um die Werkzeugachse, auf der die Gewindezähne angeordnet sind, arbeitend angeordnet und ausgebildet. Das bedeutet also, wenn das zu erzeugende Gewinde rechtsgängig ist, arbeiten die Gewindezähne nach links oder linksgängig, und wenn das zu erzeugende Gewinde linksgängig ist, arbeiten die Gewindezähne nach rechts oder rechtsgängig. Der Drehsinn des Werkzeugs und seiner Gewindeerzeugungsbereiche beim Erzeugen des Gewindes ist somit gerade entgegengesetzt zum Windungssinn des Gewindes. Dies ist aufgrund der besonderen Gestaltung des Werkzeugs gemäß der Erfindung möglich, da die Gewindezähne zuvor durch die Nuten in der Werkstückwandung ohne Eingriff in die Werkstückwandung in das Werkstück oder auf das Werkstück zu bewegt werden können und dann erst beim Herausdrehen das Gewinde erzeugen.
Im Allgemeinen bestimmt das Außenprofil nur eines Gewindeschneidzahnes oder Gewindeformkeiles bereits das endgültige Gewindeprofil des von diesem Zahn oder Keil erzeugten Gewindegangabschnitts.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren
1 ein kombiniertes Werkzeug mit zwei Gewindeerzeugungsbereichen und vorgelagerten Nuterzeugungsbereichen und vorgelagerten Bohrschneiden in einer perspektivischen Ansicht,
2 den Bohrteil am vorderen Teil des Werkzeuges gemäß 1 beim Erzeugen einer Bohrung in dem Werkstück in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
3 das Bohrteil und dahinter die Nuterzeugungsbereiche des Werkzeuges gemäß 1 und 2 beim Erzeugen der Nuten an der Bohrungswand in dem Werkstück in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
4 das Bohrteil und dahinter die Nuterzeugungsbereiche und dahinter die Gewinderzeugungsbereiche des Werkzeuges gemäß 1 bis 3 beim Erzeugen des Gewindes an der Bohrungswand zwischen den Nuten in dem Werkstück in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
5 den Bohrteil des Werkzeuges gemäß 1 bis 4 beim Herausdrehen aus den Nuten des Werkstück in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
6 den Bohrteil in den Nuten gemäß 5 in einer Schnittdarstellung gemäß der Linie VI-VI in 6,
7 ein Werkstück mit einem Gewindeloch mit zwei gedrallten Nuten und mit dem Werkzeug fertig erzeugtem Gewinde zwischen den Nuten in einer perspektivischen Darstellung,
8 das Gewindeloch gemäß 7 in einer Draufsicht und
9 das Gewindeloch gemäß 7 und 8 in einer Schnittdarstellung gemäß der Linie IX-IX in 8 jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 9 mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 bis 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeug 4 gemäß der Erfindung und verschiedene Arbeitsschritte mit dem Werkzeug 4 und 7 bis 9 zeigen ein mit einem Werkzeug gemäß der Erfindung erzeugtes Gewinde in einem Durchgangsloch als Kernloch 20 bei bereits herausgezogenem Werkzeug 4.
Das Werkzeug 4 umfasst gemäß 1 einen Schaft 5, der einen, beispielsweise zylindrisch ausgebildeten, hinteren Abschnitt 9 und einen vorderen Abschnitt 8, der im Durchmesser im Anschluss an den hinteren Abschnitt 9 verjüngt ist, aufweist und durch den zentral eine Werkzeugachse A verläuft. Am Ende des hinteren Abschnitts 9 ist ein Vierkant 7 oder auch ein anders ausgebildeter Einspannbereich zum Einspannen des Schaftes 5 in ein Spannmittel, insbesondere ein Spannfutter oder eine Spannzange, einer Werkzeugmaschine oder Spindel zum, insbesondere über CNC, gesteuerten oder geregelten Antreiben des Werkzeuges 3, einschließlich des Rotierens um die Werkzeugachse A und Vorschubs entlang der Werkzeugachse A, ausgebildet.
Der vordere Abschnitt 8 des Werkzeugs 4 weist zum vom hinteren Abschnitt 9 abgewandten vorderen freien Ende hin wenigstens einen, vorzugsweise wenigstens zwei Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34, im Anschluss wenigstens einen, vorzugsweise wenigstens zwei Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 und schließlich in einem den vorderen Bereich des Werkzeugs 4 bildenden Bohrteil 5 wenigstens einen, vorzugsweise wenigstens zwei Bearbeitungsbereiche, vorzugsweise wenigstens zwei Bohrschneiden 52 und 54 und eine Bohrspitze 56, auf.
Der Gewindeerzeugungsbereich 32, der Nuterzeugungsbereich 42 und die Bohrschneide 52 sind gemäß einem gemeinsamen gedrallten Verlauf entlang einer gemeinsamen Helix oder Schraubenlinie hintereinander angeordnet, die unter einem Drallwinkel (oder: Helixwinkel oder Steigungswinkel) θ gegenüber einer Querschnittsebene durch das Werkzeug 4 senkrecht zur Werkzeugachse A gerichtet ist.
Der Gewindeerzeugungsbereich 34, der Nuterzeugungsbereich 44 und die Bohrschneide 54 sind ebenfalls gemäß einem gemeinsamen gedrallten Verlauf entlang einer gemeinsamen Helix oder Schraubenlinie hintereinander angeordnet, die unter demselben Drallwinkel (oder: Helixwinkel oder Steigungswinkel) θ und mit einer gemeinsamen Dallsteigung PN (siehe 4) gegenüber der Querschnittsebene durch das Werkzeug 4 senkrecht zur Werkzeugachse A gerichtet ist wie der gedrallte Verlauf oder die Helix oder Schraubenlinie Gewindeerzeugungsbereich 32, der Nuterzeugungsbereich 42 und die Bohrschneide 52, so dass die gedrallten Verläufe also parallel zueinander sind und im gezeigten Ausführungsbeispiel bezogen auf die Werkzeugachse A diametral gegenüberliegend oder um 180° versetzt angeordnet sind.
Zwischen diesen beiden gedrallten Verläufen oder Helices oder Schraubenlinien der Arbeitsbereiche des Werkzeugs 4 sind radial zurückversetzte Freiflächen oder Zwischenflächen vorgesehen, die auch einem entsprechend gedrallten Verlauf folgen. Die beiden Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 sind durch dazwischen liegende Außenflächen 33 und 35 des Werkzeugs 4 sowie die davor liegenden Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 durch dazwischen liegende Freiflächen 43 und 45 des Werkzeugs 4 und die Bohrschneiden 52 und 54 durch dazwischen liegende Bohrnuten 53 und 55 des Werkzeugs 4 voneinander getrennt. Die Außenflächen 33 und 35 sowie 43 und 45 sowie 53 und 55 haben einen geringeren Radius von der Werkzeugachse A oder einen geringeren Außendurchmesser als entsprechend die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 und die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 und die Bohrschneiden 52 und 54 und bilden dadurch Freiräume oder gedrallte Zwischennuten oder Zwischenflächen zwischen den schneidenden Gewindeerzeugungsbereichen 32 und 34 und den Nuterzeugungsbereichen 42 und 44, die zum Freilauf dienen, aber auch zur Spanabfuhr für das Bohrteil 5 und/oder zur Kühl- und/oder Schmiermittelzufuhr dienen können.
Die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 ragen radial entlang der radialen Richtung r am weitesten nach außen, etwas weiter als die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34, die wiederum radial weiter nach außen ragen als die Bohrschneiden 52 und 54.
Die drei Arbeitsbereiche, nämlich die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 und die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 und die Bohrschneiden 52 und 54, des Werkzeugs 4 haben unterschiedliche Funktionen bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 und die Bewegung des Werkzeuges 4 ist von der Steuerung oder Regelung jeweils an den jeweils aktiven oder arbeitenden Arbeitsbereich in einem zugehörigen Bearbeitungsschritt anzupassen.
In einem ersten Bearbeitungsschritt wird, wie in 2 gezeigt ist, mit Hilfe des Bohrteils 5 des Werkzeuges 4 eine Bohrung 20 in dem Werkstück 2 erzeugt. Dazu wird das Werkzeug 4 in einer Bohrdrehrichtung BR, die in 2 z. B. eine Richtung im Uhrzeigersinn oder im Rechtslauf ist, gedreht und gleichzeitig in einer axialen Vorschubbewegung VB in und in 2 auch durch das Werkstück 2 bewegt. Jede Bohrschneide 52 und 54 am Umfang des Bohrteils 5 und jede etwaige Stirnschneide in der Bohrspitze 56 ist in der Bohrdrehrichtung BR schneidend ausgebildet, im Beispiel der 2 rechtsschneidend oder im Uhrzeigersinn arbeitend. Dadurch wird das Material des Werkstücks 2 spanend abgetragen und die Bohrung 20 durch das Bohrteil 5 erzeugt, wobei Bohrspäne durch die Bohrnuten 53 und 55 abgeführt werden können. Der Durchmesser D des Bohrteils 5 überträgt sich dabei auf den Innendurchmesser der Bohrung 20.
Eine Länge LB des Bohrteiles 5 von der Bohrspitze 56 bis zu den Nuterzeugungsbereichen 42 und 44 ist vorzugsweise größer gewählt als eine Dicke W des Werkstücks 2, um sicherzustellen, dass die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 während des Bohrvorganges außerhalb des Werkstückes 2 bleiben.
Die Drehfrequenz oder Drehgeschwindigkeit bei diesem Bohrvorgang oder Bohrarbeitsschritt kann relativ groß gewählt werden, um die Prozesszeit klein zu halten. Nachdem die Bohrung 20 erzeugt ist, kann das Werkzeug 4 wieder abgebremst werden, um den nächsten Arbeitsschritt einzuleiten, die Nuterzeugung.
Zur Erzeugung von Nuten 22 und 24 (siehe 7 bis 9) im Werkstück 2 an der Wandung 21 der gerade mit dem Bohrteil 5 erzeugten Bohrung 20 greifen nun bei einer weiteren axialen Vorschubbewegung VB unter gleichzeitiger Drehung in einer Nuterzeugungsdrehrichtung ND die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 in das Werkstück 2 an der Wandung 21 ein.
Das Werkzeug 4 wird nun mit einer dem Drall oder gedrallten Verlauf folgenden oder angepassten Bewegung bewegt. Dabei wird insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit der axialen Vorschubbewegung VB des Werkzeugs 4 an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung und die axiale Drallsteigung oder Steigung (Ganghöhe) PN (nur in 4 bezeichnet) mit PN = 2πrtanθ der Helix oder des gedrallten Verlaufs mit deren Radius r und Drallwinkel θ angepasst, derart, dass in der gleichen Zeit, in der das Werkzeug 4 sich um eine volle Umdrehung von 360° drehen würde, der axiale Vorschub oder der axiale Weg genau der Drall- oder Helixsteigung PN entspräche. Die axiale Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 3 beim Einführen in die gedrallten Nuten 22 und 24 entspricht also dem Produkt PN·f aus der Drallsteigung PN der Nuten 22 und 24 bzw. der Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 oder der Bohrschneiden 52 und 52 oder der Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 und der Drehfrequenz f, d. h. den Umdrehungen pro Zeiteinheit, z. B. Umdrehungen pro Sekunde (Hertz) oder pro Minute (rpm)), des Werkzeugs 4.
Die Nuterzeugungsdrehrichtung ND entspricht dem Windungssinn der Helix oder des gedrallten Verlaufes, im vorliegenden Fall im Uhrzeigersinn oder Rechtslauf. Die Bohrdrehrichtung BR und Schneidrichtung der Bohrschneiden 52 und 54 sind vorzugsweise im gleichen Drehsinn gewählt wie die Nuterzeugungsdrehrichtung ND, um nicht auch die Drehrichtung beim Übergang vom Boihrschritt zum Nuterzeugungsschritt ändern zu müssen.
Die erzeugten Nuten 22 und 24 weisen dadurch den gleichen gedrallten Verlauf unter dem gleichen Drallwinkel θ auf wie die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44.
Jeder Nuterzeugungsbereich 42 und 44 weist im Allgemeinen eine in Richtung des Dralls oder auch axial nach vorne gerichtete Nutschneide oder formende Nutkante auf, die von allen vorne befindlichen Bereichen des Werkzeuges 4 in dessen vorderem Abschnitt 8 radial am Weitesten nach außen ragt und den Räumvorgang beim Erzeugen der Nut 22 oder 24 hauptsächlich bewerkstelligt. Die Konturen der Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 bilden sich bei der drehenden Vorschubbewegung des Werkzeugs 4 und des Nutenräumvorgangs auf die Nutkontur der Nut 22 bzw. 24 ab.
Schon während des Nuterzeugungsarbeitsschrittes fädeln sich die hinter den Nuterzeugungsbereichen 42 und 44 angeordneten Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 in die gerade erzeugten zugehörigen Nuten 22 und 24 ein und werden bei der dem gedrallten Verlauf folgenden Arbeitsbewegung des Werkzeugs 4 durch diese mitgeführt bis zu einer axialen Endposition, in der vorzugsweise die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 schon wieder aus der Bohrung 20 herausbewegt sind.
Nun wird in einem weiteren Arbeitsschritt, einem Gewindeerzeugungsschritt, ein Gewinde 36 in den Wandungsbereichen 23 und 25 der Wandung 21 zwischen den gerade erzeugten Nuten 22 und 24 erzeugt, wie anhand von 4 gezeigt ist.
Aus der axialen Endposition wird das Werkzeug 4 entsprechend der Gewindesteigung P der Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 in einer kleinen Drehung von einer Nut 22 oder 24 in eine nächste Nut 24 oder 22 oder, bei voller Umdrehung, wieder 22 oder 24 in einer Gewindeerzeugungsdrehrichtung GR gedreht.
Jeder Gewindeerzeugungsbereich 32 und 34 weist gedrallt um die Werkzeugachse A verlaufende Reihen von spanabhebend schneidenden oder spanlos formenden Gewindezähnen 32A und 34A auf, die auf einer dem zu erzeugenden Gewinde in der Gewindesteigung P (nur in 4 eingezeichnet) entsprechenden Spirale oder Schraubenlinie oder Helix um die Werkzeugachse A oder unter dem Gewindesteigungswinkel φ, hier entgegen der üblichen Nomenklatur wie der Drallwinkel θ gemessen zur Werkzeugachse A (nur in 4 und dann in 9 bezeichnet) angeordnet sind.
Die Vorschubgeschwindigkeit und Vorschubrichtung der axialen Vorschubbewegung VB ist bei der Gewindeerzeugung angepasst an die Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung GR der Gewindeerzeugungsdrehbewegung und an die gewünschte Gewindesteigung P sowie den Drall der Nuten 22 und 24, insbesondere ist die Vorschubgeschwindigkeit der axialen Vorschubbewegung VB dem Betrage nach gleich dem Produkt P·f aus der Gewindesteigung P und der Drehzahl oder Drehfrequenz f des Werkzeugs 4.
Bevorzugt sind in jedem Gewindeerzeugungsbereich 32 und 34 jeweils mehrere in einer helikalen Reihe entsprechend dem Drall der Nuten 22 und 24 zueinander versetzt angeordnete Gewindezähne 32A und 34A auf. Entsprechend der Anzahl der Gewindezähne 32A und 34A jedes Gewindeerzeugungsbereiches 32 und 34 wird bei einer halben Umdrehung um α = 180° des Werkzeugs 3 bei gleichzeitigem Vorschub um P/2 eine der Anzahl der Gewindezähne in der helikalen Reihe entsprechende Zahl von Gewindeumläufen des Gewindeganges 36 erzeugt, die jeweils durch die Nuten 22 und 24 unterbrochen sind. Die Gewindezähne 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.
Eine funktional vollständige Umdrehung des Werkzeugs 3 derart, dass jeder Gewindezahn 32A und 34A ausgehend von der Nut 22 bzw 24 in der nächsten Nut 24 bzw. 22 landet, deckt dabei die gesamten dazwischen liegenden Wandungsteilbereiche 23 und 25 ab, so dass in diesen der Gewindegang 36 vollständig erzeugt wird.
Der Drehwinkel α für eine solche funktional vollständige Umdrehung des Werkzeugs 3 zwischen den zwei Nuten 22 und 24 beträgt nun aufgrund des Dralls der Nuten 22 und 24 nicht nur 180° wie dies bei geraden axialen Nuten der Fall wäre, sondern ist um eine Drehwinkelkorrektur zu korrigieren, die von der Drallsteigung PN der Nuten 22 und 24,, also dem axialen Weg bei einem vollständigen Umlauf der Nut 22 oder 24 um die Mittelachse M, einerseits und von der Gewindesteigung P andererseits abhängt. Bei allgemein einer Anzahl n >= 1 von Nuten und bei einer äquidistanten oder gleichmäßigen Teilung der Nuten in der Kernlochwandung 21, also einem Abstandswinkel von 360°/n, beträgt der Drehwinkel α für eine funktional vollständige Umdrehung des Werkzeugs 3 zwischen den zwei Nuten 22 und 24 α = 360°/n (1 + P/(PN – P)) mit der Gewindesteigung P des zu erzeugenden Gewindes und der Drallsteigung PN der Nuten 22 und 24, wobei P und PN positiv bei einem Rechtsgewinde oder einem Rechtsdrall und negativ bei einem Linksgewinde oder Linksdrall gewählt sind. Bei einer nicht äquidistanten Anordnung oder ungleichen Teilung der Nuten ist in der Regel eine volle Umdrehung um mindestens 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. Die vorgenannte Drehwinkelkorrektur ist auch im nicht äquidistanten Fall oder bei ungleicher Teilung gültig.
Der Drallsinn oder Umlaufsinn der Nuten ist bevorzugt gleich zum Drall- oder Umlaufsinn des Gewindes, also beide rechts oder beide links herum gedrallt, da dann die Drehrichtung des Werkzeuges zwischen Nuterzeugung und Gewindeerzeugung nicht gewechselt werden muss. Es ist aber auch möglich, entgegen gesetzte Drall- oder Umlaufsinne zu wählen, also Rechtsdrall für Gewinde und Linksdrall für Nuten oder umgekehrt.
Jeder Gewindezahn erzeugt somit einen zugehörigen individuell erzeugten Gewindegangabschnitt, welcher bei Drehung nur bis zur nächsten Nut nur einmalig und nur von diesem Gewindezahn durchlaufen und erzeugt wird. Bei Drehung jedes Gewindeerzeugungsbereichs bis zur übernächsten Nut wird der Gewindegangabschnitt zwischen zwei Nuten nur von zwei aufeinanderfolgenden Gewindeerzeugungsbereichen und deren Gewindezähnen durchlaufen und gemeinsam hintereinander eingearbeitet. Umgekehrt betrachtet, bearbeitet jeder Gewindezahn die Werkstückoberfläche in zwei aufeinander folgenden individuellen Gewindegangabschnitten, einem zwischen der ersten Nut für i = 1 mit 1 ≤ i ≤ n 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 Weiterdrehungen bis zur m-ten folgenden Nut mit natürlicher Zahl m arbeiten m hintereinander liegende Gewindezähne in demselben Gewindegangabschnitt. Jedoch wird in den seltensten Fällen m größer als 2 oder maximal 3 gewählt werden, vielmehr genügt in der Regel bereits m = 1.
Nun kann in einem weiteren Schritt das Werkzeug 4 in einer Rückwartsbewegung RB unter Drehung um die Mittelachse M entsprechend dem Drall der gedrallten Nuten 22 und 24 wieder aus dem Kernloch 20 herausgezogen werden, wobei die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34, die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 und schließlich die Bohrschneiden 52 und 54 entlang der gedrallten Nuten 24 und 22 ohne Beschädigung des erzeugten Gewindeganges 36 wieder in einer helikalen oder gedrallten Ausführbewegung nach außen aus dem Werkstück 2 heraus bewegt werden können. Die Bewegung ist dabei wie bei der Nuterzeugung gemäß 3 nur mit umgekehrten Bewegungsrichtungen, also der Drehsinn RR der Rückwärtsbewegung entgegengesetzt zum Drehsinn NR bei der Nuterzeugung und die axiale Bewegungsrichtung (des Pfeils) der Rückwärtsbewegung RB entgegengesetzt zur axialen Vorschubrichtung VB bei der Nuterzeugung und die axiale Rückwärtsgeschwindigkeit der Rückwärtsbewegung RB wieder dem Betrage nach dem Produkt PN·f entsprechend, um dem gedrallten Verlauf mit der Drallsteigung PN zu folgen.
Um die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 sowie die Bohrschneiden 52 und 54 mit gewissem Spiel frei und ohne Beschädigungen durch die Nuten 22 und 24 bewegen zu können, sind die Nuten 22 und 24 und entsprechend die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 sowohl in der radialen Abmessung als auch in der Umfangsrichtung oder Breite etwas größer gewählt als die Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 sowie die Bohrschneiden 52 und 54.
Der radiale äußere Abstand zwischen Bohrschneiden 52 und 54 und Nuterzeugungsbereichen 42 und 44 ist mit t bezeichnet, so dass der Durchmesser der Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 D + 2t beträgt und somit größer ist als der Durchmesser D der Bohrschneiden 52 und 54. In 6 ist dies an den schon erzeugten Nuten 22 und 24 zu erkennen.
Der jeweilige Winkelanteil oder die Breite oder Erstreckung in Umfangsrichtung jedes Gewindeerzeugungsbereichs 32 und 34 sowie auch der Bohrschneiden 52 und 54 (vgl. auch 6) sowie der Bereiche insbesondere Stirnschneiden an der Bohrspitze 56 ist bei jedem axialen Ort jeweils kleiner als der entsprechende Wert des zugehörigen Nuterzeugungsbereiches 42 und 44 und der zugehörigen Nut 22 oder 24. Dadurch wird ein Spiel auch in Umfangsrichtung zwischen Gewindeerzeugungsbereich 32 und 34 oder Bohrschneide 52 und 54 einerseits und Nut 22 und 24 andererseits und ein reibungsarmes Einführen und Herausführen der Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 in die und aus den Nuten 22 und 24, beispielsweise gemäß 3 und 4, und ein Herausführen des Bohrteils 5 mit den Bohrschneiden 52 und 54 durch die Nuten 22 und 24, beispielsweise gemäß 5 ermöglicht und Beschädigungen an Werkzeug oder Werkstück auch bei leichten Durchbiegungen des Werkzeugs werden vermieden.
In einer besonderen Ausführungsform kann bei der Rückwärtsbewegung RB ein Kernlochsäuberungs- oder nachschneideschritt eingebaut werden, bei dem die Bohrschneiden 52 und 54 das Werkzeug 4, nachdem die Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 wieder aus dem Werkstück 2 ausgetreten sind (also in einer ähnlichen Stellung wie in 2 während der Rückwärtsbewegung gemäß 5, noch einmal in der Bohrdrehrichtung BR von einer Nut 22 zur nächsten Nut 24 oder wieder in die übernächste Nut 22 gedreht werden und dabei die Kernlochoberfläche von Rückständen, beispielsweise verbliebenen Spänen oder in das Kernloch geflossenem oder verdrängtem Material bei einem formenden Gewindeerzeugen, gesäubert wird, d. h. diese weggeschnitten werden und diese dann beispielsweise über die Nuten 22 und 24 abgeführt werden. Dann wird das Bohrteil 5 wieder gemäß dem gedrallten Verlauf aus den Nuten 22 und 24 herausgezogen. Vorzugsweise kann hierzu ein Teilbereich des Bohrteils 5 mit einem kleineren Durchmesser versehen sein, um nicht zu viel von dem Gewindeprofil wegzuschneiden.
Die 7 bis 9 zeigen ein mit dem Werkzeug gemäß der Erfindung erzeugtes Gewinde in einem Durchgangsloch als Kernloch 20 bei bereits herausgezogenem Werkzeug 4.
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 und der Gewindesteigungswinkel φ gegenüber der Mittelachse M oder einer die Mittelachse M enthaltenen Mittelebene des Gewindeganges 36 eingezeichnet sowie zum Vergleich die Nutdrallsteigung PN, von der die Hälfte PN/2 gezeigt ist, und der Drallwinkel θ gegenüber der die Mittelachse M enthaltenden Mittelebene der insoweit sichtbaren gedrallten Nut 24.
Die Helix der Nuten wird im Allgemeinen deutlich weiter und steiler gewählt als die Helix des Gewindes, um den schon beschriebenen und bei geraden Nuten wie beim Stand der Technik besonders großen Zeitvorteil beim Prozess gegenüber konventionellem Gewindebohren oder Gewindefurchen auch mit gedrallten Nuten erzielen und beibehalten zu können. Das bedeutet, dass die Gewindesteigung P, die insbesondere dem Abstand oder der Steigung zweier Gewindezähne Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 des Werkzeugs 3 entspricht, deutlich kleiner als die Drallsteigung PN der Nuten 22 und 24 und der Nuterzeugungsbereiche 42 und 44 und Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 des Werkzeugs 4, gewählt wird, im Allgemeinen PN > 4 P, insbesondere PN > 6 P, vorzugsweise PN > 18 P, wobei auch PN > 36 P gewählt sein kann, und/oder der Gewindesteigungswinkel φ des Gewindeganges 36, entsprechend dem Winkel von einem auf der Gewindelinie liegenden Gewindezahn zum nächsten auf der Gewindelinie liegenden Gewindezahn, gemessen zur Mittelachse M bzw. Werkzeugachse A, deutlich größer ist als der Nutdrallwinkel θ, der insbesondere dem Drallwinkel θ der gedrallten Gewindeerzeugungsbereiche 32 und 34 des Werkzeugs 3 entspricht und ebenfalls zur Mittelachse M oder Mittelebene bzw. Werkzeugachse A gemessen ist, insbesondere φ > 2θ, vorzugsweise φ > 4θ.
Bevorzugte absolute Werte für den Drallwinkel θ liegen im Allgemeinen zwischen 2° und 70°, insbesondere zwischen 5° und 45° und vorzugsweise zwischen 7° und 25°. Bevorzugte absolute Werte für den Gewindesteigungswinkel φ liegen im Allgemeinen zwischen 80° und 89,5°, bevorzugt zwischen 85° und 89°. Der Messwert ist zur Vergleichbarkeit mit dem Nutdrallwinkel θ so gewählt. Der Gewindesteigungswinkel in der üblicheren Nomenklatur gemessen zur Querschnittsebene senkrecht zur Mittelachse M wäre dann das Komplement zu 90° dieser Werte, also 0,5° bis 10°, bevorzugt 1° bis 5°. Es ist möglich, den Transport von Kühl- und/oder Schmiermittel oder den Abtransport von Spänen über die Nuten 22 und 24 und/oder die Freiflächen und/oder auch zusätzliche Außennuten und/oder innere Kanäle im Werkzeug 4 zu bewerkstelligen.
Das Kernloch oder die Bohrung 20 ist in den 1 bis 5 ein Durchgangsloch. Es kann aber auch ein Sackloch erzeugt werden, wobei dann allerdings über die Länge LB kein Gewinde 36 erzeugt werden kann. Die Wandung des Werkstücks kann somit wie dargestellt die Innenwandung eines durchgehenden oder nicht durchgehenden Loches in dem Werkstück sein zur Herstellung eines Innengewindes. Das Werkzeug 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 werden 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 Werkzeugachse A des Werkzeugs 4, um die es sich dreht und entlang derer es axial bewegt wird, ist mit der Mittelachse M des Kernloches 20 und des erzeugten Gewindes 36 während der beschriebenen Arbeitsschritte koaxial oder fällt mit dieser zusammen.
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 der Drehung dem Gewindegangabschnitt zugeordneten Gewindeschneidzahnes oder Gewindeformkeiles abgebildet oder als dazu komplementär erzeugt wird.
Außerdem können auch mehr als zwei Gewindeerzeugungsbereiche, z. B. drei oder vier, vorgesehen sein, die gleichverteilt, also unter gleichen Winkelabständen oder auch in ungleichmäßiger Teilung angeordnet sein können.
Die Nuterzeugungsbereiche und auch die Gewindeerzeugungsbereiche jeweils für sich betrachtet können in allen Ausführungsformen hinsichtlich ihrer konstruktiven und funktionellen Merkmale so aufgebaut und aneinander angepasst sein sein wie in den eingangs genannten offengelegten Patentanmeldungen DE 10 2011 001 772 A1 und DE 10 2012 105 183 A1 , deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung miteinbezogen wird, beschrieben und gezeigt ist. Dabei kann die Offenbarung vornehmlich der DE 10 2012 105 183 A1 für die in den Figuren gezeigte gedrallte Ausführungsform von Nuterzeugungsbereichen und Gewindeerzeugungsbereichen die Offenbarung vornehmlich der DE 10 2011 001 772 A1 für die in den Figuren nicht gezeigte gerade axiale Ausführungsform von Nuterzeugungsbereichen und Gewindeerzeugungsbereichen herangezogen werden.
Die Nuterzeugungsbereiche und die Gewindeerzeugungsbereiche können demnach insbesondere jeder für sich entweder spanend oder schneidend oder spanlos oder formend arbeitend oder auch in einer Kombination aus beidem arbeitend ausgebildet werden.
Die Erzeugung der Nut(en) kann spanabhebend oder auch spanlos erfolgen mit entsprechend spanabebend oder spanlos arbeitenden Nuterzeugungswerkzeugen oder Nuterzeugungsbereichen des kombinierten Werkzeuges.
In einer bevorzugten Variante sind wenigstens ein Teil der n Nuterzeugungsbereiche eines Nuterzeugungswerkzeuges oder des kombinierten Werkzeuges als spanabhebende Nuterzeugungsbereiche mit Nuterzeugungsschneiden ausgebildet sind, wobei die Nuterzeugungsschneiden insbesondere als Räumschneiden ausgebildet sind und/oder an einer Stirnseite des Werkzeugs angeordnet sind. Wenigstens ein Teil der spanabhebenden Nuterzeugungsbereiche und/oder Nuterzeugungsschneiden können in dem Verlauf, also axialer Richtung oder Drallrichtung, und/oder in Umfangsrichtung jeweils wenigstens eine Stufe oder Kante aufweisen, die insbesondere als Spanaufteilstufe oder -kante vorgesehen ist. In einer bevorzugten Variante weist der oder jeder Nuterzeugungsbereich weist eine zur Stirnseite gerichtete oder an dieser befindliche Nutschneide oder Stirnschneide auf, wobei diese Nutschneiden im Allgemeinen die radial am Weitesten nach außen ragenden Teile des Werkzeuges, zumindest in dessen vorderem Abschnitt, sind. In einer Ausführungsform sind die Nutschneiden wenigstens annähernd kreisrund ausgebildet und/oder der Außenradius der Nutschneiden ist größer als der Radius des ersten Gewindeerzeugungsteilbereichs oder des Gewindeerzeugungsbereiches insgesamt. An oder jede Nutschneide schließt sich in einer Ausführungsform seitlich in Umfangsrichtung eine im Drehsinn um die Werkzeugachse vordere Seitenschneide und vorzugsweise auch ein im Drehsinn um die Werkzeugachse hinterer Seitenbereich an. Die vordere Seitenschneide schneidet beim zur Erzeugung des Gewindes erfolgenden Drehen des Werkzeugs im Drehsinn seitlich in das Werkstück ein, wobei sich vorzugsweise radial nach innen eine seitliche Spanfläche anschließt. Der hintere Seitenbereich ist dagegen in der Regel stumpf, also nicht schneidend und vorzugsweise konvex ausgebildet. Axial oder in Drallrichtung hinter der Nutschneide schließt sich im Allgemeinen eine Freifläche an, die vorzugsweise vom Außenradius an der Nutschneide auf einen Radius, der kleiner ist als der Radius des ersten Drückstollens oder des ersten Gewindeerzeugungsteilbereichs, abfällt, insbesondere linear oder konisch. Radial nach innen schließt sich an die Nutschneide eine stirnseitige Spanfläche an, die linear oder auch konkav gekrümmt axial oder in Drallrichtung nach hinten verläuft und auf der beim Erzeugen, insbesondere, Räumen der Nut mit der Nutschneide entstehende Späne ablaufen. Die stirnseitige Spanfläche verläuft bevorzugt von einer tiefsten Stelle wieder axial oder in Drallrichtung nach vorne bis zu einem ebenen, senkrecht zur Werkzeugachse gerichteten Zentralbereich, der eine zentrale Öffnung eines zentralen Kanals des Werkzeugs umgibt, über den Kühl- und/oder Schmiermittel zugeführt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens ein Teil der n Nuterzeugungsbereiche spanlos und/oder durch plastisches Verformen oder Eindrücken des Werkstückmaterials arbeitend ausgebildet. Jeder Nuterzeugungsbereich weist bevorzugt einen, im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse verlaufenden Formgrat (oder: Formsteg, Drücksteg), der in axialer Richtung oder Drallrichtung gesehen die radial höchste Erhebung des Nuterzeugungsbereichs ist und/oder radial am Weitesten nach außen ragt, und im Allgemeinen auch eine in axialer Richtung oder in Drallrichtung vor dem Formgrat liegende Vorderfläche auf, die als Anlauffläche dient, mit der der Nuterzeugungsbereich zuerst in die Werkstückoberfläche und mit langsam zunehmender Umformkraft eindrückt. Die Vorderfläche verbindet ein radial weiter innen als der Formgrat liegendes Vorderprofil, das insbesondere an der Stirnseite des Werkzeugs angeordnet ist, mit dem Formgrat in axialer Richtung. Axial oder in Drallrichtung hinter dem Formgrat weist jeder Nuterzeugungsbereich eine Rückenfläche auf, die von dem Formgrat in axialer Richtung oder Drallrichtung abfällt und einen Freiraum zum Fließen von Werkstückmaterial bietet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommen nun am gleichen Werkzeug zusätzlich die Bearbeitungsschneiden, insbesondere Bohrschneiden, mit den hierin offenbarten konstruktiven und/oder funktionellen Merkmalen hinzu zur zusätzlichen spanabhebenden Bearbeitung am Werkstück. Die Bearbeitungsschneiden werden im Verlauf an den Verlauf der Nuterzeugungsbereiche und Gewindeerzeugungsbereiche angepasst und entlang einer gedrallten oder helikalen oder auch geraden axialen Bahn oder Verlauf in Reihe oder in einer Abfolge mit den Nuterzeugungsbereichen und Gewindeerzeugungsbereichen hintereinander angeordnet, also in den gezeigten Ausführungsformen ebenfalls gedrallt auf einer gemeinsamen Helix mit den zugehörigen Nuterzeugungsbereichen und Gewindeerzeugungsbereichen oder, wie nicht dargestellt, ebenfalls gerade auf einer zur Werkzeugachse parallelen gemeinsamen Achse mit den zugehörigen Nuterzeugungsbereichen und Gewindeerzeugungsbereichen.
Dadurch können mit dem Kombinationswerkzeug gemäß der Erfindung eine Nuterzeugung an der für die Gewindeerzeugung vorgesehenen Innen- oder Außenwandung am Werkstück, eine Gewindeerzeugung und zusätzlich eine spanende Bearbeitung, vorzugsweise zur Herstellung der die Gewindeerzeugung vorgesehenen Innen- oder Außenwandung am Werkstück ausgeführt werden und die gesamte Prozesszeit kann weiter verkürzt werden.
In einer besonderen Ausführung können auch nur die Nuterzeugungsbereiche mit den Bearbeitungsschneiden an einem ersten Werkzeug angeordnet werden und die Gewindeerzeugungsbereich an einem gesonderten zweiten Werkzeug ausgebildet werden. Es werden dann insbesondere die Bohrung oder eine Außenwandung und die Nuten, also eine genutete Wandung für das Gewinde, mit dem ersten Werkzeug erzeugt und das Gewinde dann mit dem zweiten Werkzeug.
Auch wenn anhand der 1 bis 9 bislang nur die Erzeugung eine Gewindeloches mit Nuten beschrieben wurde, also ein Herstellen eines durch die Nuten unterbrochenen Innengewindes, kann die Wandung des Werkstückes, in der das Gewinde erzeugt wird, neben einer Kernlochwandung eines Kernloches, insbesondere eines Sackloches oder eines Durchgangsloches, in dem Werkstück auch eine Außenwandung an einem Gewindebolzen oder -zapfen oder zylindrischen Teil sein und dann ein Außengewinde mit Nuten an einer solchen äußeren Wandung des Werkstücks erzeugt werden. Das Werkzeug ist dann innen hohl und umgibt die Außenwandung des Werkstücks bei der Bearbeitung und die das Werkstück bearbeitenden Bereiche, nämlich die Bearbeitungsschneiden und die Nuterzeugungsbereiche und die Gewindeerzeugungsbereiche ragen radial nach innen auf die Werkzeugachse A zu und nicht nach außen von der Werkzeugachse A weg wie bei der Erzeugung eines Innengewindes.
Die Bearbeitungsbereiche und/oder Nuterzeugungsbereiche und/oder die Gewindeerzeugungsbereiche können an einem gemeinsamen Schaft, beispielsweise aus HSS, beispielsweise durch Schleifen, einstückig oder integral erzeugt sein, jedoch auch als vorgefertigte Teile, vorzugsweise lösbar oder auswechselbar, an einem Werkzeugträger oder Werkzeugschaft befestigt sein.
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
4: Werkzeug
5: Bohrteil
6: Schaft
7: Vielkant
8: vorderer Abschnitt
9: hinterer Abschnitt
20: Kernloch
21: Kernlochwandung
22, 24: Nut
23, 25: Wandungsbereich
32, 34: Gewindeerzeugungsbereich
32B, 34B: Gewindezahn
33, 35: Außenfläche
36: Gewindegang
42, 44: Nuterzeugungsbereich
43, 45: Freiflächen
52, 54: Bohrschneide
53, 55: Bohrnuten
56: Bohrspitze
A: Werkzeugachse
D: Kernlochdurchmesser
BR: Bohrdrehrichtung
GR: Gewindedrehrichtung
ND: Nuterzeugungsdrehrichtung
LB: Länge (des Bohrteils 5)
W: Dicke (des Werkstücks 2)
M: Mittelachse
P: Gewindesteigung
PN: Drallsteigung
VB: Vorschubbewegung
RB: Rückwärtsbewegung
t: Nuttiefe, Außenradiusdifferenz
r: Radius, radiale
θ: Richtung Drallwinkel
φ: Gewindesteigungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1176450 [0005]
US 3359581 [0005]
EP 2218536 A1 [0005]
DE 102011001772 A1 [0006, 0007, 0021, 0089, 0089]
DE 102012105183 A1 [0007, 0021, 0089, 0089]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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 [0004]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 11, Seiten 373 bis 404 [0004]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seite 354 [0005]
EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seite 355 [0005]

Claims

Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks (2), insbesondere beim Erzeugen eines Gewindes in dem Werkstück, mit den Merkmalen: a) das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse (A) in einer Drehbewegung (BD, RD) drehbar und zumindest in einer Vorschubbewegung (VB) und in einer zur Vorschubbewegung entgegengesetzten Rückwärtsbewegung (RB) bewegbar, b) das Werkzeug weist eine Anzahl l von Bearbeitungsbereichen (52, 54) zum schneidenden oder spanenden Bearbeiten des Werkstücks (2), insbesondere einer zum Erzeugen eines Gewindes vorgesehenen Wandung, auf, wobei l ≥ 1 ist und alle l Bearbeitungsbereiche (52, 54) einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse (A) aufweisen, c) das Werkzeug weist eine Anzahl n von Nuterzeugungsbereichen (42, 44) zum Erzeugen jeweils einer Nut (22, 24) in dem Werkstück (2) bei einer Vorschubbewegung des Werkzeuges auf, wobei n ≥ list und alle n Nuterzeugungsbereiche (42, 44) so ausgebildet sind, dass sie selbst oder zumindest die von ihnen erzeugten Nuten (22, 24) einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse (A) aufweisen, d) jeder der l Bearbeitungsbereiche (52, 54) ist, in seinem Verlauf gesehen, vor oder hinter einem zugehörigen der n Nuterzeugungsbereiche angeordnet und in dem Verlauf diesem Nuterzeugungsbereich oder der von diesem erzeugten Nut angepasst, vorzugsweise so dass jeder der l Bearbeitungsbereiche (52, 54) in einer von dem zugehörigen Nuterzeugungsbereich erzeugten Nut in einer deren Verlauf folgenden Einführ- oder Herausführbewegung bewegbar ist, e) jeder vorbestimmte Verlauf ist entweder ein axialer Verlauf im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse (A) oder ein um die Werkzeugachse (A), vorzugsweise unter einer vorgegebenen Drallsteigung (PN) und/oder einem vorgegebenen Drallwinkel (θ), gedrallter Verlauf.
Werkzeug nach Anspruch 1 zum Herstellen eines Gewindes in dem Werkstück an einer eine Gewindeachse (M) umlaufenden Wandung (21), ferner aufweisend eine Anzahl m ≥ 1 von Gewindeerzeugungsbereichen (32, 34) zum Erzeugen des Gewindes (36) in der Wandung (21) des Werkstücks mit n ≥ m, wobei jeder der m Gewindeerzeugungsbereichen (32, 34) eine vorbestimmte Gewindesteigung (P) aufweist und einen vorbestimmten Verlauf relativ zur Werkzeugachse (A) aufweist, der entweder ein axialer Verlauf im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse (A) oder ein um die Werkzeugachse (A) gedrallter Verlauf ist, und, in seinem jeweiligen Verlauf gesehen, hinter einem zugehörigen der n Nuterzeugungsbereiche angeordnet ist und in den Abmessungen und in dem Verlauf diesem Nuterzeugungsbereich oder der von diesem erzeugten Nut angepasst ist, so dass jeder der m Gewindeerzeugungsbereichen (32, 34) in einer von dem zugehörigen Nuterzeugungsbereich (42, 44) erzeugten Nut (2, 24) in einer deren Verlauf folgenden Bewegung bewegbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Bearbeitungsbereiche Bohrschneiden (52, 54, 56) zum Erzeugen einer Bohrung (20) in dem Werkstück (2) bei Drehung um die Werkstückachse (A) und gleichzeitiger axialer Vorschubbewegung (VB) des Werkzeugs umfassen, wobei die Bohrschneiden (52, 54, 56) in der Vorschubbewegung gesehen den Nuterzeugungsbereichen (42, 44) axial vorgelagert angeordnet sind.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Bearbeitungsbereiche Fasenschneiden zum Erzeugen von Fasen an den Enden des Gewindes oder der Gewindewandung oder der Bohrung in dem Werkstück umfassen, die vorzugsweise zwischen Nuterzeugungsbereichen und Bohrschneiden angeordnet sind.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Bearbeitungsbereiche Kernlochschneiden zum Wegschneiden von ins Kernloch beim Gewindeerzeugen geflossenem oder verdrängtem Werkstückmaterial umfassen, die vorzugsweise zwischen Nuterzeugungsbereichen und Bohrschneiden angeordnet sind oder mit den, ggf. in Teilbereichen radial zurückversetzten Bohrschneiden selbst gebildet sind.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bearbeitungsbereiche und/oder die Gewindeerzeugungsbereiche (32, 34) von der Werkzeugachse (A) einen kleineren maximalen radialen Abstand (D/2) aufweisen als die Nuterzeugungsbereiche (42, 44) und/oder in Umfangsrichtung kleinere Abmessungen aufweisen als die Nuterzeugungsbereiche (42, 44).
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Drallsteigung (PN) deutlich größer gewählt als die Gewindesteigung (P), im Allgemeinen wenigstens viermal so groß, insbesondere wenigstens sechsmal so groß, vorzugsweise wenigstens achtzehnmal so groß oder sogar wenigstens sechsunddreißig mal so groß.
Verfahren zum Herstellen eines Gewindes in einem Werkstück mittels eines Werkzeuges nach Anspruch 2 oder einem der auf Anspruch 2 rückbezogenen Ansprüche mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen einer, vorzugsweise zylindrischen, Innen- oder Außenwandung, insbesondere einer Bohrung (20) mit einer Wandung (21), in dem Werkstück (2) mittels der Bearbeitungsbereiche (52, 54, 56) des Werkzeugs (4) durch Drehen des Werkzeuges (4) um die Werkzeugachse (A) in einer Bearbeitungsdrehrichtung, insbesondere Bohrdrehrichtung (BR), und durch gleichzeitigen axialen Vorschub (VB) des Werkzeuges (4) in das oder zu dem Werkstück (2), b) Erzeugen einer Anzahl n ≥ 1 von Nuten (22, 24) in der Wandung (21) des Werkstückes (2) mittels der Nuterzeugungsbereiche (42, 44) durch eine Nuterzeugungsbewegung des Werkzeuges, die dem vorbestimmten Verlauf der Bearbeitungsbereiche und/oder Nuterzeugungsbereiche des Werkzeuges folgt, indem bei einem axialen Verlauf auch die Nuterzeugungsbewegung des Werkzeuges axial ohne Drehung erfolgt und bei einem gedrallten Verlauf auch die Nuterzeugungsbewegung des Werkzeuges gedrallt durch Superposition von axialer Vorschubbewegung und Drehung erfolgt, wobei vorzugsweise die axiale Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges dem Produkt aus der Drallsteigung (PN) und der Drehzahl entspricht, b) Einführen von jeweils einem Gewindeerzeugungsbereich (32, 34) des Werkzeuges (4) in jeweils eine der erzeugten Nuten (22, 24) in einer Einführbewegung, die dem vorbestimmten Verlauf und entsprechend dem Verlauf der zugehörigen Nut folgt, indem bei einem axialen Verlauf auch die Einführbewegung des Werkzeuges axial ohne Drehung erfolgt und bei einem gedrallten Verlauf auch die Einführbewegung des Werkzeuges gedrallt durch Superposition von axialer Vorschubbewegung und Drehung erfolgt, wobei vorzugsweise die axiale Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges dem Produkt aus der Gewindesteigung (P) und der Drehzahl entspricht, c) Erzeugen eines Gewindes (36) in jedem an die Nut(en) (22, 24) angrenzenden Wandungsteilbereich (23, 25) der Wandung (21) des Werkstücks mittels der Gewindeerzeugungsbereiche (32, 34) des Werkzeuges (4) in einer Gewindeerzeugungsbewegung, bei der eine Drehbewegung (GR) des Werkzeuges (4) um die Werkzeugachse (4) und eine gleichzeitige axiale Vorschubbewegung des Werkzeuges mit einer an die Drehgeschwindigkeit der Drehbewegung und die Gewindesteigung angepassten axialen Vorschubgeschwindigkeit und bei der jeder Gewindeerzeugungsbereich (32, 34) in den zugehörigen Wandungsteilbereich eingreift und einen zugehörigen Teil eines Gewindeganges (36) erzeugt, wobei nach Abschluss der Gewindeerzeugungsbewegung jeder Gewindeerzeugungsbereich (32, 34) wieder in dieselbe Nut oder in eine andere Nut in der Wandung ragt, d) Herausbewegen des Werkzeuges (4) aus dem Werkstück (2) in einer dem vorbestimmten Verlauf angepassten Rückwärtsbewegung (RB), wobei jeweils ein Gewindeerzeugungsbereich (32, 34), ein Nuterzeugungsbereich (42, 44) und ein Bearbeitungsbereich (52, 54) gemeinsam durch jeweils eine Nut (22, 24) herausbewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei der Gewindeerzeugungsbewegung eine Drehung des Werkzeuges um einen vorgegebenen Drehwinkel erfolgt, a) bei dem dieser Drehwinkel der Summe aus einem Winkelabstand zweier Nuten, vorzugsweise zweier unmittelbar benachbarter Nuten, einerseits und einem Korrekturterm, der proportional zu dem Quotienten (P/(PN – P)) aus der Gewindesteigung (P) des zu erzeugenden Gewindes und der Differenz der Drallsteigung (PN) der Nuten und der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes ist, wobei vorzugsweise die Gewindesteigung (P) und die Drallsteigung (PN) positiv bei einem Rechtsgewinde oder einem Rechtsdrall und negativ bei einem Linksgewinde oder Linksdrall gewählt sind, andererseits entspricht und/oder b) bei dem dieser Drehwinkel so gewählt wird, 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, und/oder c) bei dem die n Nuten in einem gleichen Winkelabstand von 360°/n zueinander erzeugt werden und bei dem vorzugsweise der Drehwinkel sich aus einem ganzzahligen Vielfachen der Summe von 360°/n einerseits und einem Korrekturterm, der dem Produkt aus 360°/n einerseits und dem Quotienten (P/(PN – P)) aus der Gewindesteigung (P) des zu erzeugenden Gewindes und der Differenz der Drallsteigung (PN) der Nuten und der Gewindesteigung (P) des zu erzeugenden Gewindes andererseits entspricht, ergibt, wobei vorzugsweise die Gewindesteigung (P) und die Drallsteigung (PN) positiv bei einem Rechtsgewinde oder einem Rechtsdrall und negativ bei einem Linksgewinde oder Linksdrall gewählt sind. d) die Drallrichtungen oder Umlaufsinne von Nuten und Gewinde um die Gewindeachse sind gleich, als beide rechts oder beide links herum, oder entgegengesetzt, also eines rechts und eines links herum.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 mit wenigstens einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Merkmale: a) die axiale Vorschubrichtung bei der Gewindeerzeugungsbewegung ist gleich gerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zur axialen Vorschubrichtung bei der Nuterzeugungsbewegung, b) die Drehrichtung (GR) bei der Gewindeerzeugungsbewegung ist gleich gerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zur Drehrichtung (NR) bei der Nuterzeugungsbewegung, c) die Drehrichtung (BR) bei der Bearbeitungsbewegung ist gleich gerichtet oder entgegengesetzt gerichtet zur Drehrichtung (NR) bei der Nuterzeugungsbewegung.