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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes, insbesondere eines Gewindes zur Befestigung eines Objektivs an einem Kameragehäuse, mit den Schritten: Herstellen einer zylindrischen Fläche, hierauf folgendes Einbringen eines Gewindes in die zylindrische Fläche mit einem Werkzeug. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Aufnahmevorrichtung zum Befestigen einer Komponente mit einem Befestigungsgewinde, umfassend eine zylindrische Umfangsfläche, ein schleifend, rollend, spanend, wirbelnd oder prägend hergestelltes oder nicht in einem Urformverfahren hergestelltes Aufnahmegewinde mit einer Gewindetiefe in der zylindrischen Umfangsfläche, das zum Befestigungsgewinde korrespondiert und einen sich von einem Gewindeanfang erstreckenden Gewindeeinlaufbereich und einem sich an den Gewindeeinlaufbereich anschließenden Gewindehauptabschnitt, in dem das Aufnahmegewinde eine Nenngewindetiefe aufweist. Eine solche Aufnahmevorrichtung kann beispielsweise eine Objektivaufnahme zum Befestigen eines Objektivs an einem Kameragehäuse sein.
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Es ist grundsätzlich bekannt, Objektive, Kameragehäuse, Distanzringe, optische Filter und andere Komponenten, die zur Abbildung von bewegten und unbewegten Bildern dienen, mittels einer Gewindeverbindung miteinander mechanisch zu verbinden oder innerhalb solcher Komponenten eine Einstellbarkeit mittels einer Gewindeverbindung zu realisieren, beispielsweise zur Fokus- oder Brennweiteneinstellung. Hierzu wird typischerweise ein Gewinde verwendet, dessen Gewindedurchmesser so groß gewählt ist, dass der Abbildungsstrahlengang durch die durch das Gewinde definierte Zylinderfläche hindurch laufen kann. Typischerweise kommen hierzu eingängige Gewinde zum Einsatz, die nach verschiedenen standardisierten Abmessungen hergestellt sind, um dem Standard entsprechende optische Komponenten miteinander verbinden zu können.
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Gewinde, die zur Verbindung solcher optischer Bauteile dienen, werden nachfolgend als „Objektivgewinde“ bezeichnet – ungeachtet dessen, ob sie zur Verbindung eines Objektivs dienen oder zur Verbindung anderer optischer Komponenten dienen. Objektivgewinde unterliegen generellen und spezifischen Anforderungen, die sich von Gewinden, die an üblichen Schrauben, Bolzen oder Stiften, die zur Zusammenwirkung mit Innengewinden oder Muttern ausgebildet sind, unterscheiden. Schrauben, Stifte und dergleichen dienen typischerweise alleinig zur Herstellung einer hochbelastbaren mechanischen Verbindung und deren Gewinde wird hierzu mit einem vorbestimmten Anzugsdrehmoment bis in einen Bereich angezogen, der einem vorbestimmten Prozentsatz unterhalb der Belastbarkeit des Gewindes dient, beispielsweise indem die Schraube um einen bestimmten Betrag elastisch durch das Anzugsmoment gedehnt wird oder ein bestimmtes Anzugsdrehmoment erzielt wird, das knapp unter der Belastbarkeit der Schraubverbindung liegt. Bei Objektivgewinden ist es regelmäßig nicht notwendig und gewünscht, das Anzugsdrehmoment solcherart zu wählen, dass eine hochbelastbare Verbindung entsteht, da es ausreichend ist, wenn die Gewindeverbindung hinreichend fest ist, um das Objektiv mit dem Kameragehäuse zu verbinden beziehungsweise die beiden optischen Bauteile miteinander zu verbinden. Stattdessen steht beim Objektivgewinde die exakte Positionierung der beiden Bauteile zueinander im Vordergrund, denn hierdurch wird die optische Präzision beeinflusst. Unter einer hochbelastbaren Verbindung ist hierbei eine Verbindung zu verstehen, die durch separate Verbindungselemente wie Schrauben und Muttern erzielt wird, die oftmals mittels Drehmoment – oder Drehwinkelanzug bis in eine vorbestimmte axiale Vorspannung gebracht werden, um definierte Verbindungskräfte auf zwei zu verbindende Bauteile aufzubringen.
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In der Regel werden als Objektivgewinde Feingewinde, das heißt Gewinde mit vergleichsweise geringer Gewindetiefe und Gewindesteigung eingesetzt. Die Gewinde werden dabei mit hoher Präzision gefertigt, was typischerweise durch eine spanende Fertigung des Gewindes erfolgt. Grundsätzlich ist es bekannt, Gewinde in einem Urformverfahren wie beispielsweise einem Gießprozess herzustellen oder durch ein Rollverfahren in einem prägenden, kalt oder warm verformenden Herstellungsvorgang zu erzeugen. Diese Herstellungsverfahren können hoch belastbare Regel- und auch Feingewinde erzeugen, sind aber nicht die bevorzugten Herstellungsverfahren, um geometrisch besonders präzise Gewinde zu erzeugen. Hierfür werden stattdessen bevorzugt spanende Fertigungsverfahren eingesetzt, beispielsweise Gewindeschneiden, Gewindefräsen, Gewindeschleifen oder Gewindewirbeln. Bei diesen Herstellungsverfahren wird ein Schneidwerkzeug mit definierter oder unbestimmter Schneide eingesetzt.
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Grundsätzlich ist es bekannt und für das leichte Ansetzen und koaxiale Verschrauben von Gewinden vorteilhaft, einem Gewinde in einem Gewindeeinlaufbereich, von dem aus das Gewinde startet, eine das saubere Aneinandersetzen der beiden Gewindepartner erleichternde Geometrie zu geben. Eine bekannte Lösung hierfür ist beispielsweise eine Fase bei solchen Gewinden, bei Innengewinden auch als eine Ansenkung bezeichnet, mit deren Hilfe ein Ansetzen und koaxiales Einschrauben der Gewinde erleichtert wird und das Risiko eines schrägen Ansetzens verringert wird. Gerade bei Anwendungen, bei denen ein mehrfaches Lösen und Befestigen solcher Gewindeverbindungen funktionell gewünscht ist, kommt der Möglichkeit dieser korrekten Ausrichtung der beiden Gewindepartner zueinander beim Ansetzen und Durchführen des Schraubvorgangs besondere Bedeutung zu.
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Gewinde weisen aus diesem Grund im Einlaufbereich häufig einen größeren Innendurchmesser (bei Innengewinden) beziehungsweise einen kleineren Außendurchmesser (bei Außengewinden) auf als im weiteren Verlauf des Gewindes hinter dem Einlaufbereich. Dies kann beispielsweise durch die zuvor erläuterte Fase erreicht werden. Eine solche Gestaltung hat zur Folge, dass die Gewindetiefe in diesem Einlaufbereich ebenfalls verringert ist, was als Vorteil für den Einschraubvorgang zu sehen ist. Allerdings hat diese Gewindegestaltung nach Erkenntnis der Erfinder auch einen Nachteil. Dieser Nachteil liegt darin, dass aufgrund der nur geringen Gewindetiefe beziehungsweise der aus dem Anfangsbereich von Null ausgehenden Gewindetiefe, die sich mit zunehmender Gewindelänge dann erhöht bis zur Nenngewindetiefe, eine ungünstige Spanleistung im Einlaufbereich auftritt. Selbst bei einem Gewindewerkzeug mit intakter und unverschlissener Schneide, insbesondere aber bei Gewindeschneidwerkzeugen mit einem bereits aufgetretenen Verschleiß der Schneiden können im Gewindeeinlaufbereich ein kürzerer oder längerer, unvollständig geschnittener Gewindeverlauf auftreten, insbesondere können nur teilweise abgetrennte metallische Späne und partiell getrennte metallische Späne auftreten. Zudem weist der Gewindegang im Einlaufbereich eine reduzierte Wandstärke, also eine geringere Breite im Fuß des Gewindegangs auf, was ihn mechanisch weniger belastbar macht als den voll ausgeprägten Teil des Gewindegangs. Diese Fußbreite ist erfindungsgemäß als die axiale Breite eines Gewindegangs im Fußbereich, also am Kerndurchmesser eines Außengewindes bzw. am Nenndurchmesser eines Innengewindes. Jedes Gewinde hat eine Nenngewindetiefe und eine Nenngewindefußbreite, dies sind die geometrischen Maße des voll ausgeprägten Gewindes. Diese werden allerdings bei Vorhandensein einer Fase und im Beginn eines Gewindes, also im Einlaufbereich, nicht unmittelbar erreicht. Es kann daher vorkommen, dass der Gewindegang im Einlaufbereich unter mechanischer Belastung, zum Beispiel beim Ein- oder Ausschraubvorgang, oder bereits während der Fertigung des Gewindes, abgetrennt wird.
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Solche Effekte haben zwar im Regelfall keine nachteiligen Auswirkungen auf die Verbindbarkeit und die funktionelle Verbindungswirkung des Gewindes. Allerdings kann sich ein unvollständig getrennter Span oder Gewindegang im weiteren Verlauf des Gebrauchs des Gewindes vollständig lösen und ein solcherart abgetrennter Span oder Gewindegang dann eine Verschmutzung verursachen. Diese Verschmutzung ist im Inneren der optischen Apparatur, in medizintechnischen Produkten oder in anderen, feinmechanischen Produkten mit hohen Qualitätsanforderungen unerwünscht und funktionsstörend. Insbesondere kann hierdurch die Abbildungsqualität, die Funktionsweise oder die Betriebssicherheit beeinträchtigt werden, insbesondere dann, wenn der Span in den Bereich von Leiterplatten, elektronischen Bauteilen oder in den optischen Strahlengang gelangen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu verringern und vorzugsweise vollständig zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sich die Gewindefußbreite und/oder die Gewindetiefe des Aufnahmegewindes sich im Einlaufbereich ausgehend von null im Gewindeanfang innerhalb eines Umfangswinkels von weniger als 180°, vorzugsweise weniger als 90° und insbesondere weniger als 30° auf die Nenngewindefußbreite bzw. die Nenngewindetiefe erhöht.
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Die erfindungsgemäß zugrunde liegende Problematik tritt bei spanender, wirbelnder, rollender, prägender oder schleifender Herstellung des Gewindes in erster Linie auf, also bei Fertigungsmethoden, die sich eines Werkzeugs zur Verformung und oder zum Materialabtrag bedienen. Demgegenüber sind urformende Fertigungsverfahren von der zu Grund liegenden Problematik im Wesentlichen nicht betroffen.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der für etwaige Spanbildung und daraus resultierende Verschmutzungen kritische Einlaufbereich eines Gewindes solcherart gestaltet ist, dass sich das Gewinde über einen sehr kurzen Umfangsabschnitt von null auf die Nennfußbreite bzw. Nenngewindetiefe erhöht. Es ist zu verstehen, dass diese Erhöhung auf Nennfußbreite bzw. Nenngewindetiefe auch in einem noch kürzeren Winkelbereich als vorstehend genannt bevorzugt erfolgen kann, beispielsweise innerhalb von weniger als 20° und ganz besonders bevorzugt von weniger als 10°.
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Unter einem Gewinde bzw. einem Hauptgewindeabschnitt ist erfindungsgemäß ein Befestigungsgewinde in typischer Ausführungsart, als Regelgewinde oder Feingewinde, also beispielsweise ein metrisches Gewinde mit entsprechend genormter Gewindegeometrie, aber auch andere Gewindeformen, wie Trapezgewinde oder Gewinde nach anderen Normen zu verstehen. Das Gewinde verläuft im Hauptgewindeabschnitt insbesondere ununterbrochen durch, ist also als kontinuierlicher Gewindegang ausgestaltet.
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Insgesamt wird die Festigkeit des Gewindegangs im Einlaufbereich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erhöht, da der Gewindegang innerhalb eines kleinen Umfangswinkels eine ausreichende Breite am Gewindefuß erreicht, idealer Weise sogar direkt mit der vollen Breite beginnt. Dabei wird eine Stabilisierung des Gewindegangs in dem unmittelbaren Anfangsbereich mit geringer Gewindefußbreite durch den sich daran anschließenden Gewindebereich mit vergrößerter Gewindefußbreite erreicht. So kann mit dem erfindungsgemäß ausgeführten Gewinde erreicht werden, dass eine unerwünschte Spanablösung und dadurch verursachte Verschmutzung vermieden wird, ohne dass hierdurch eine Gewindegeometrie erforderlich wird, die ein einfaches und unverkanntetes Ansetzen und Verschrauben des Gewindes erschwert.
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Unter der Nenngewindetiefe des Gewindes ist die halbe Differenz zwischen dem Nenndurchmesser des Gewindes und dem Kerndurchmesser des Gewindes zu verstehen, also bei Außen- beziehungsweise Bolzengewinden die halbe Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Gewindes und dem Durchmesser im Flankengrund beziehungsweise dem Kerndurchmesser des Gewindes, bei Innengewinden beziehungsweise Muttergewinden die halbe Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Gewindes und dem Durchmesser im Flankengrund beziehungsweise im Nenndurchmesser des Gewindes. Die Gewindetiefe beschreibt folglich den Abstand zwischen der Gewindespitze und dem Flankengrund in radialer Richtung. Die Nenngewindetiefe ist dabei diejenige Gewindetiefe, die sich für das Gewinde gemäß der auf das Gewinde anzuwendenden Norm ergibt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Gewindetiefe des Aufnahmegewindes im Einlaufbereich ausgehend von null im Gewindeanfang innerhalb eines sehr kleinen Umfangswinkels auf die Nenngewindetiefe erhöht. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn dieser Umfangswinkel kleiner als 30°, kleiner als 20° und insbesondere kleiner als 10° ist. Besonders bevorzugt ist es für die Stabilität des Gewindegangs, wenn der Umfangswinkel 0° ist, sich der Beginn des Gewindes also entlang des Radius der zylindrischen Umfangsfläche erstreckt.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der zylindrischen Umfangsfläche im Gewindeeinlaufbereich in Verlaufsrichtung des Gewindes vom Gewindeanfang zum Gewindehauptabschnitt eine Ausnehmung und ein sich an die Ausnehmung anschließender Gewindestartbereich ausgebildet ist, und dass vorzugsweise in der Ausnehmung kein Gewinde ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist bei dieser Ausführungsform im Gewindeeinlaufbereich eine Ausnehmung in die zylindrische Fläche eingebracht. Hierdurch wird der Bereich des Gewindes, in dem das Gewinde eine noch geringe Gewindetiefe und geringe Zahnstärke aufweist, also etwa der Bereich einer Fase, vermieden beziehungsweise auf eine solche Länge verkürzt, dass die hier zu beobachtenden Nachteile nicht oder nur in stark verringertem Maße auftreten. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Gewindeeinlaufbereich, in dem aufgrund der Geometrie des Gewindeschneidwerkzeuges oder aufgrund der für das Ansetzen vorhandenen Fase oder Senkung oder aufgrund beider Umstände auftreten, dazu führt, dass ein sehr feiner Gewindegang erzeugt wird und gegebenenfalls zusätzlich der Schnitt nicht sauber erfolgt und daher eine unerwünschte Spanbildung mit Restverbindungsanteilen des Spans zum Vollmaterial auftreten kann. Dieser Effekt wird vermieden, indem der Bereich mit geringer Gewindetiefe und Zahnstärke in den Bereich der Ausnehmung gelegt wird und folglich entfällt, sodass das Gewinde in dem Umfangsbereich, der hinter der Ausnehmung folgt, mit einer ausreichend großen Gewindetiefe und Zahnstärke beginnt und dadurch nicht die nachteiligen fragilen Strukturen aufweist und die ungünstigen spanbildenden Eigenschaften erfährt. Als Umfangsfläche ist hierbei eine Innenumfangsfläche oder eine Außenumfangsfläche zu verstehen.
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Grundsätzlich ist bei dieser Ausführungsform ausgehend vom Gewindeeinlaufbereich im Verlauf des Gewindes, also der Ein- bzw. Aufschraubrichtung, der Gewindehauptabschnitt in Verlaufsrichtung hinter der Ausnehmung angeordnet und es befindet sich kein Gewinde in Verlaufsrichtung vor der Ausnehmung. Die Ausnehmung selbst weist bevorzugt kein Gewinde auf, in einigen Ausführungsformen kann die Ausnehmung aber auch eine solche radiale Tiefe aufweisen, dass fertigungstechnisch ein Gewinde oder Gewindeteil darin ausgebildet wird und folglich darin vorhanden ist.
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Diese Ausnehmung kann auch schraubenförmig verlaufen. In diesem Fall folgt die Ausnehmung bevorzugt der Steigung des Gewindes und kann so über einen definierten Umfangsabschnitt die Ausbildung bzw. das Vorhandensein eines Gewindegangs mit reduzierter Gewindetiefe und Gewindefußbreite verhindern. Im Prinzip liegt diese schraubenförmige Ausnehmung dann direkt in Einschraubrichtung vor dem ersten vollständig ausgeprägten Gewindegang, der ebenfalls schraubenförmig mit der Gewindesteigung verläuft.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmung sich über einen Umfangsbereich erstreckt, der eine solche Winkellage zum Gewinde aufweist, dass der Beginn des Gewindes durch die Ausnehmung vollständig überdeckt, also entfernt wird, bzw. nicht ausgebildet wird. Bei dieser Ausführung wird der nicht mit der vollen Gewindetiefe und Zahnstärke ausgebildete Bereich von der Ausnehmung so überdeckt und entfernt, dass nur ein Gewindeverlauf hinter der Ausnehmung vorhanden ist, nicht jedoch im Gewindeverlauf vor der Ausnehmung.
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Die Ausnehmung kann vor dem Einbringen des Gewindes eingebracht werden, beispielsweise indem die Ausnehmung bei einem Urformverfahren wie einem Gießprozess bereits ausgeformt wird oder indem die Ausnehmung durch ein spanendes Verfahren erzeugt wird. Die Ausnehmung kann auch nach dem Einbringen des Gewindes erzeugt werden, beispielsweise indem mittels eines spanenden Verfahrens die Ausnehmung eingebracht wird und hierbei der Bereich des Gewindes mit geringer Gewindetiefe vollständig oder teilweise entfernt wird und dabei auch die nachteiligen, noch am Werkstück haftenden Späne entfernt werden. Dies kann insbesondere in einem Arbeitsgang erfolgen, indem ein Gewindewerkzeug eingesetzt wird, das in einem durchgehenden Arbeitsprozess zunächst das Gewinde und nachfolgend im gleichen Arbeitsgang die Ausnehmung herstellt, also ohne dass hierzu eine andere Einstellung oder ein anderes Werkzeug eingesetzt werden muss.
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Die Ausnehmung ist dabei insbesondere so positioniert, das sie sich über den theoretischen Startbereich des Gewindes, als den Überschneidungsbereich zwischen Gewindegeometrie und zylindrischer Fläche bzw. Fase, erstreckt.
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Es ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besonders bevorzugt, wenn sich die Ausnehmung über eine begrenzte axiale und/oder eine begrenzte radiale Tiefe erstreckt und die Ausnehmung sich über einen begrenzten Umfangsabschnitt erstreckt, insbesondere indem die Ausnehmung sich über einen Umfangswinkel von weniger als 360°erstreckt oder indem die Ausnehmung sich über einen Umfangswinkel von mehr als 360° erstreckt und schraubenförmig verläuft, vorzugsweise mit einer Steigung, die weiter vorzugsweise übereinstimmend zu der Steigung des Aufnahmegewindes ist.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Ausnehmung kann sich demnach über eine begrenzte axiale Tiefe erstrecken. Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Effekt erzielt werden, wenn sich die Ausnehmung bei eingängigen Gewinden über eine axiale Tiefe, also eine Distanz in Richtung der Längsachse des Gewindes erstreckt, welche der Steigung beziehungsweise Teilung des Gewindes entspricht. Unter der Steigung ist hierbei der axiale Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken eines Gewindegangs zu verstehen. Unter der Teilung ist hierbei der axiale Abstand zwischen zwei benachbarten Gewindeflanken zu verstehen, bei eingängigen Gewinden ist die Gewindesteigung gleich der Gewindeteilung. Bei mehrgängigen Gewinden ist es in der Regel vorteilhaft, die axiale Tiefe der Ausnehmung zumindest gleich oder größer als die Gewindeteilung zu wählen. Eine Ausnehmung mit einer axialen Tiefe, die der Gewindesteigung entspricht, würde in diesem Fall dazu führen, dass ein unnötig großer Anteil des Gewindes durch die Ausnehmung entfällt.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn die begrenzte axiale Tiefe größer oder gleich der Gewindesteigung des Befestigungsgewindes ist. Insbesondere kann die axiale Tiefe dem 0,5 bis 1,5-fachen, bevorzugt dem 0,75-fachen bis 1,2-fachem der Gewindesteigung entsprechen.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Ausnehmung kann sich demnach alternativ oder zusätzlich über eine begrenzte radiale Tiefe erstrecken, die vorzugsweise größer oder gleich der Gewindetiefe ist. Wird die radiale Tiefe der Ausnehmung kleiner als die Gewindetiefe eingestellt, kann sich bei bestimmten Gewindefertigungsverfahren ein Gewinde auch in der Ausnehmung bilden. Insbesondere kann die radiale Tiefe der Ausnehmung dem 0,5 bis 1,5-fachen, bevorzugt dem 0,75-fachen bis 1,2fachem der Gewindetiefe entsprechen.
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Die erfindungsgemäße Ausnehmung erstreckt sich grundsätzlich erfindungsgemäß über einen Umfangsbereich, also nicht über den gesamten Umfang. Hierunter ist zu verstehen, dass der Umfangswinkel größer oder kleiner als 360° sein kann, jedoch nicht genau 360° selbst in einer Querschnittsebene einnimmt, die senkrecht zur Mittellängsachse des Gewindes liegt. also genau einem in sich geschlossenen Gesamtumfang entspricht. Die Ausnehmung kann sich über 360° erstrecken und schraubenförmig oder in anderer Weise so verlaufen, dass sie nicht in sich geschlossen ist, sondern ein Anfang und ein Ende aufweist. Es ist bevorzugt, wenn die Ausnehmung sich über einen Umfangsbereich von mehr als 360° erstreckt und schraubenförmig verläuft oder sich die Ausnehmung alternativ hierzu sich über einen Umfangsbereich von weniger als 360° oder weniger als 345°, vorzugsweise weniger als 180° und insbesondere weniger als 90°, erstreckt. Bei einer Erstreckung über einen Umfangswinkel von weniger als 360°, 345°, 180° oder 90° sich die Ausnehmung ebenfalls schraubenförmig verlaufen, kann aber auch vollständig in einem senkrecht zur Gewindelängsachse orientierten Querschnitt liegen, also keinen schraubenförmigen Verlauf haben. Der Umfangswinkel, in dem das Gewinde von null auf Gewindenenntiefe/Nennfußbreite ansteigt kann dem Umfangswinkel entsprechen, über den sich die Ausnehmung erstreckt oder von diesem Umfangswinkel verschieden ist.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass sich die Gewindetiefe des Aufnahmegewindes im Einlaufbereich ausgehend von null im Gewindeanfang unmittelbar, also innerhalb eines Umfangswinkels von 0° oder vorzugsweise innerhalb eines Umfangswinkels von mehr als 5° auf die Nenngewindetiefe erhöht. Durch eine solche Gestaltung des Anfangsbereichs wird das Zusammensetzen der beiden Gewindeteile und der Beginn des Schraubvorgangs erleichtert und ein Verkanten verhindert. Insbesondere kann der Umfangswinkel mehr als 1°, mehr als 2,5°, mehr als 7,5° oder mehr als 10° sein, um diesen Effekt bei gleichzeitiger Vermeidung der Gefahr einer Ablösung eines schwach ausgeprägten Gewindegangs zu erzielen. Als Gewinde bzw. Gewindegang oder gewindeabschnitt ist erfindungsgemäß stets eine schraubenförmig entlang des Umfangsverlaufende Nutstruktur zu verstehen, bei der eine Vertiefung axial beidseits begrenzt ist. Axial nur einseitig begrenzte Ausnehmungen oder Fasen oder dergleichen sind nicht als Gewinde bzw. Gewindegang oder -abschnitt zu verstehen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass sich die Gewindetiefe des Aufnahmegewindes im Einlaufbereich mit einem konstanten Neigungswinkel zwischen einer Tangente an die Umfangsfläche und einer Geraden entlang der Gewindespitze des Gewindes erhöht. Hierdurch wird ein günstiger wechselweiser Verstärkungs- und Stabilisierungseffekt in dem Gewindeeinlaufbereich erzielt. Unter einem konstanten Neigungswinkel ist hierbei ein Verlauf zu verstehen, bei dem der Außendurchmesser des Gewindegangs, aufgetragen über den Umfangswinkel, im Gewindeeinlaufbereich eine konstante Steigung aufweist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Objektivaufnahme zum Befestigen eines Objektivs mit einem Objektivgewinde, umfassend: eine zylindrische Fläche, ein sich von einem Gewindeeinlaufbereich zu einem Gewindeauslaufbereich erstreckendes Befestigungsgewinde in der zylindrischen Fläche, das zum Objektivgewinde korrespondiert mit einer im Gewindeeinlaufbereich des Befestigungsgewindes angeordneten Ausnehmung, die sich über eine begrenzte axiale und radiale Tiefe und einen begrenzten Umfangsabschnitt erstreckt. Die so vorgeschlagene Objektivaufnahme weist den Vorteil auf, dass sie ein hochpräzises Gewinde hat, bei dem eine unerwünschte Spanbildung von teilweise noch mit der zylindrischen Fläche verbundenen Spänen vollständig vermieden oder zumindest wesentlich reduziert werden kann und daher die Gefahr nicht besteht, dass ein solcher Span sich während des Gebrauchs der Objektivaufnahme, also zum Beispiel beim Wechseln eines Objektivs oder insbesondere beim erstmaligen Einschrauben, ablöst und die optischen Abbildungseigenschaften nachteilig beeinträchtigt. Das Befestigungsgewinde der erfindungsgemäßen Objektivaufnahme kann dabei vorzugsweise nach dem zuvor erläuterten Verfahren hergestellt werden. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass das Befestigungsgewinde hinsichtlich seiner Eigenschaften und Funktionsweisen gemäß den vorherigen Ausführungen und Beispielen sowie Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verhält.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Objektiv mit einem Objektivgewinde zum Befestigen des Objektivs an einem Befestigungsgewinde, umfassend: eine zylindrische Fläche, in der das Objektivgewinde sich ausgehend von einem Gewindeeinlaufbereich aus erstreckt mit einer im Gewindeeinlaufbereich des Objektivgewindes angeordneten Ausnehmung, die sich über eine begrenzte axiale Tiefe und einen begrenzten Umfangsabschnitt erstreckt. Bezüglich dieses Objektivgewindes wird Bezug genommen auf die zuvorstehenden Erläuterungen zum Befestigungsgewinde der erfindungsgemäßen Objektivaufnahme und die zuvorstehenden Erläuterungen zum Verfahren zum Herstellen eines solchen Befestigungsgewindes, die entsprechend auf das Objektivgewinde anwendbar sind. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass eine verbreitete, teilweise standardisierte Befestigungsweise von Objektiven an Kameragehäusen darin besteht, dass am Objektiv ein Außengewinde und am Kameragehäuse ein Innengewinde vorgesehen ist, die miteinander verbunden werden können. Grundsätzlich sind aber auch hierzu inverse Befestigungsweisen mit einem Innengewinde am Objektiv und einem Außengewinde am Kameragehäuse einsetzbar und können erfindungsgemäß ausgeführt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Kameragehäuse mit einer Objektivaufnahme der zuvor beschriebenen Bauart.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewindes, insbesondere zur Befestigung eines Objektivs an einem Kameragehäuse, mit den Schritten: Herstellen einer zylindrischen Umfangsfläche, nachfolgendes Einbringen, insbesondere spanendes, rollendes, wirbelndes, schleifendes oder prägendes Einbringen eines Gewindes in die zylindrische Umfangsfläche mit einem Werkzeug, wobei das Befestigungsgewinde sich von einem Gewindeanfang aus in einen Gewindeeinlaufbereich in der zylindrischen Umfangsfläche und einen an den Gewindeeinlaufbereich anschließen Gewindehauptabschnitt mit einer Nenngewindetiefe erstreckt und das Gewinde ausgehend von einer Gewindetiefe von null im Gewindeanfang innerhalb von einem Umfangswinkel von weniger als 180°, vorzugsweise weniger als 90°, insbesondere weniger als 30° in dem Gewindeeinlaufbereich auf eine Gewindetiefe erhöht wird, die der Nenngewindetiefe im Gewindehauptabschnitt entspricht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gewinde nach dem Herstellen der Umfangsfläche hergestellt. Ein zeitgleiches Herstellen von Umfangsfläche und Gewinde, wie beispielsweise bei einem urformenden Herstellungsverfahren, ist hiervon zu unterscheiden.
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Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn im Gewindeeinlaufbereich eine Ausnehmung in die zylindrische Fläche eingebracht wird, die sich über einen begrenzten Umfangsbereich und über eine begrenzte axiale und radiale Tiefe erstreckt.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausnehmung über einen Umfangsbereich von kleiner als 345°, vorzugsweise kleiner als 180°, insbesondere kleiner als 90°, eingebracht wird. Grundsätzlich erstreckt sich die Ausnehmung, wie zuvor erläutert, nicht über den gesamten Umfangsbereich, also nicht über 360°. Bei einigen Gewindegeometrien kann es auch vorteilhaft sein, wenn sich die Ausnehmung über einen Umfangsbereich erstreckt, der größer als 360° ist, in diesem Fall muss die Ausnehmung schraubenförmig verlaufen. Durch die Ausnehmung wird eine gewünschte radiale Stufe erzeugt, bei der das Gewinde unmittelbar mit einer ausreichenden Gewindetiefe und Fußbreite beginnen kann. Der Winkelbereich, über den sich die Ausnehmung erstreckt, hängt grundsätzlich von der Herstellungsweise des Gewindes und den geometrischen Daten des Gewindes ab. Wird eine Herstellungsweise gewählt beziehungsweise ein Gewindeherstellungswerkzeug verwendet, welches einen in Umfangsrichtung kurzen Gewindeeinlaufbereich aufweist, in dem die Gewindetiefe von Null auf die Nenngewindetiefe ansteigt, wenn das Gewinde in eine geometrische Zylinderfläche beziehungsweise eine Zylinderfläche mit Fase im Gewindeeinlaufbereich geschnitten wird, so kann sich auch die Ausnehmung über einen entsprechend kleinen Umfangsbereich erstrecken, beispielsweise einen Umfangsbereich, der zwischen 10°, 15°, 20°, 25°, 30° oder 45° als untere Grenze und 20°, 30°, 45°, 60°, 90° oder 120° als Obergrenze liegt. Weist das Gewinde hingegen einen sich in Umfangsrichtung über einen großen Winkelbereich erstreckenden Winkeleinlaufbereich mit einer gegenüber der Nenngewindetiefe reduzierten Gewindetiefe auf, so kann es erforderlich sein, die Ausnehmung auch über einen entsprechend großen Umfangsbereich zu erstrecken. In diesem Fall kann die Ausnehmung über bis zu 180° und in wenigen Ausnahmefällen auch über bis zu 270° sich erstrecken.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausnehmung über eine axiale Tiefe eingebracht wird, die dem 0,5-fachen bis 1,5-fachen der Gewindesteigung entspricht, vorzugsweise kleiner oder gleich der einfachen Gewindesteigung ist. Grundsätzlich ist es für die meisten Gewindeformen ausreichend, wenn sich die Ausnehmung über eine axiale Länge erstreckt, die der Gewindesteigung entspricht, sodass der erste Gewindegang durch die Ausnehmung teilweise in einem begrenzten Umfangsbereich nicht geschnitten werden kann beziehungsweise entfernt wird. In diesem Fall kann das Gewinde solcherart produziert werden, dass es im Bereich des Beginns einen raschen beziehungsweise sofortigen Anstieg der Gewindetiefe über einen kurzen Umfangsabschnitt erzielt, beispielsweise auf eine Gewindetiefe, die bereits der Nenngewindetiefe entspricht oder eine Gewindetiefe, die bereits mehr als 30%, mehr als 50% oder mehr als 75% der Gewindetiefe aufweist. Nur bei Gewindegeometrien, die einen sehr lang sich über den Umfang erstreckenden Gewindeeinlaufbereich mit reduzierter Gewindetiefe und Fußbreite aufweisen, kann es erforderlich sein, die Ausnehmung auch über die doppelte Gewindesteigung in axialer Richtung zu erstrecken. In diesem Fall verläuft die Ausnehmung über einen Umfangswinkel von mehr als 360° und schraubenförmig entsprechend der Gewindesteigung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausnehmung über eine radiale Tiefe eingebracht wird, die dem 0,5fachen bis 1,5fachen der Gewindetiefe entspricht, vorzugsweise größer oder gleich der Gewindetiefe des Gewindes ist. Grundsätzlich kann die Ausnehmung über einen radial begrenzten Bereich beziehungsweise mit einer radial begrenzten Abmessung eingebracht werden, das heißt, es ist nicht notwendig, wenngleich möglich, die Ausnehmung wesentlich tiefer als die Gewindetiefe auszuführen. Insbesondere kann die Ausnehmung in dem Größenbereich der Gewindetiefe, beispielsweise im Bereich von dem 0,75-fachen der Gewindetiefe oder dem 1,2-fachen der Gewindetiefe hergestellt werden, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausnehmung mit einem nicht urformenden Fertigungsverfahren, beispielsweise spanend, wirbelnd, rollend, prägend oder schleifend eingebracht wird. Dies kann vor oder nach dem Einbringen des Gewindes erfolgen oder auch gleichzeitig mit dem Einbringen des Gewindes, wobei unter gleichzeitig nicht zeitgleich zu verstehen ist, sondern in einem einzigen Arbeitsgang des Werkzeugs, also beispielsweise durch einen entsprechend geformten Gewindebohrer oder eine entsprechend Führung eines anderen spanenden Werkzeugs entlang einer Bearbeitungsbahn, die das Gewinde und die Ausnehmung umfasst. Die spanende Einbringung, beispielsweise mittels eines Fräswerkzeuges, ermöglicht die Umsetzung der Erfindung bei jeglichen Werkstoffen, aus denen das Gewinde hergestellt werden kann, beispielsweise metallischen Werkstoffen oder Kunststoffen. Grundsätzlich kann die Ausnehmung durch einen spanenden Herstellungsvorgang mit definierter Schneide oder unbestimmter Schneide erfolgen, also beispielsweise mittels eines Fräsvorgangs oder mittels eines Schleifvorgangs oder durch ein Urformverfahren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ausnehmung mit einem Urformverfahren zur Erzeugung der Umfangsfläche eingebracht wird. Bei dieser Ausführungsform kann die Umfangsfläche und die Ausnehmung zeitgleich mit einem urformenden Herstellungsverfahren erzeugt werden und nachfolgend das Gewinde in der Umfangsfläche ausgebildet werden, was erfindungsgemäß nicht durch das urformende Verfahren erfolgt.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die zylindrische Fläche eine Innenumfangsfläche ist. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eignet sich besonders gut für die Herstellung von Innengewinden, also Gewinden, die in eine Innenumfangsfläche eingebracht werden. In diesem Fall erstreckt sich die Ausnehmung daher vom Innenumfang der zylindrischen Fläche in radialer Richtung über eine vorbestimmte Tiefe, beispielsweise die Gewindetiefe, und in axialer Richtung über eine vorbestimmte axiale Länge, beispielsweise die Gewindesteigung. Eine Nutzung der Erfindung für die geometrische Gestaltung von Außengewinden ist in vielen Anwendungsfällen ebenfalls vorteilhaft.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Gewinde mittels Gewindeschneiden, Gewindefräsen, Gewindeschleifen oder Gewindewirbeln hergestellt. Bei diesen Herstellungsverfahren wird ein Gewinde durch einen spanenden Herstellungsvorgang beispielsweise mit einem Gewindebohrer oder einem Gewindefräser erzeugt, was insbesondere zur Herstellung von besonders präzisen Gewinden und Feingewinden eine bevorzugte Fertigungsweise ist. Insbesondere treten bei der spanenden oder kalt- oder warmverformenden Herstellung die durch die Erfindung vermiedenen Effekte einer unerwünschten und ungünstigen Spanbildung oder Ausbildung strukturell schwacher Gewindegangabschnitte im Gewindeeinlaufbereich auf und können folglich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausnehmung vor dem Einbringen des Befestigungsgewindes eingebracht wird, z.B. im Urformverfahren beim Gießprozess der zylindrischen Fläche. Durch das Einbringen der Ausnehmung zeitlich vor dem Herstellen des Befestigungsgewindes kann ein besonders präziser Anschnitt im Gewindeeinlaufbereich erzielt werden, wenn das Befestigungsgewinde hergestellt wird, insbesondere, wenn dies durch einen spanenden oder prägenden Herstellungsvorgang wie beim Gewindefräsen, Gewindeschneiden oder Gewinderollen erfolgt.
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Bei einer hierzu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ausnehmung nach dem Einbringen des Befestigungsgewindes eingebracht wird. Dies ermöglicht eine besonders präzise Platzierung der Ausnehmung, da bei dieser zeitlichen Fertigungsabfolge die Lage des Gewindeeinlaufbereichs klar erkennbar ist und es somit präzise möglich ist, die Ausnehmung ab dem Start des Gewindes über einen Umfangsabschnitt einzubringen.
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Schließlich ist es weiterhin bevorzugt, dass das Gewinde ausgehend von einer Gewindetiefe von null im Gewindeanfang in dem Gewindeeinlaufbereich mit einer konstanten Steigerung der Gewindetiefe auf die Nenngewindetiefe erhöht wird.
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Schließlich ist ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Bauelement mit einem Gewinde, das nach einem Verfahren der zuvor beschriebenen Art hergestellt ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine längsgeschnittene Ansicht eines Innengewindes nach dem Stand der Technik,
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2 eine Draufsicht eines Gewindes gemäß 1,
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3 ist eine längsgeschnittene Seitenansicht eines Innengewindes gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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4 eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß 3,
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5 ist eine Detailansicht des Gewindeeinlaufbereichs gemäß dem Stand der Technik, und
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6 ist eine Detailansicht des Gewindeeinlaufbereichs gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Bezug nehmend zunächst auf 1 und 2 ist ein Kameragehäuse 10 mit einem daran angesetzten Objektivbefestigungsflansch 20 gezeigt. Der Objektivbefestigungsflansch 20 ist in einer längsgeschnittenen Darstellung abgebildet. Es ist ersichtlich, dass innerhalb des Objektivbefestigungsflansches 20 ein zylindrischer innerer Durchgang ausgebildet ist, der dazu dient, den Abbildungsstrahlengang vom Objektiv auf den Bildsensor durchzuleiten.
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Ein Objektiv kann auf der Objektivseite des Objektivbefestigungsflansches befestigt werden, indem es von dort aus in den Objektivbefestigungsflansch eingeschraubt wird. Zu diesem Zweck ist an einer inneren Umfangsfläche 21 im Objektivbefestigungsflansch ein Innengewinde 22 eingeschnitten. Zur Erleichterung des Ansetzens des Objektivs ist auf der zum Objektiv weisenden Seite des Objektivbefestigungsflansches eine 45°-Fase 23 eingesenkt. Das Objektiv kann auf einer stirnseitigen Oberfläche 24 Plan aufliegen, und diese Fläche dient als Anschlagfläche für den Einschraubvorgang.
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In den 3 und 4 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform abgebildet. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, ebenso wie bei der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform nach dem Stand der Technik, ein Kameragehäuse 110 mit einem daran befestigten Objektivbefestigungsflansch 120 und einer darin angeordneten Durchgangsöffnung 125 als Grundbestandteil vorhanden.
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In dem Objektivbefestigungsflansch 120 ist ebenso ein Innengewinde 122 in die zylindrische Innenfläche 121, welche die Durchgangsöffnung 125 begrenzt, eingeschnitten. Auf der zum Objektiv weisenden Stirnseite ist eine 45°-Fase 123 eingesenkt, um das Ansetzen des Objektivs in einer koaxialen Ausrichtung ebenso zu erleichtern.
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In einem Gewindeeinlaufbereich des Innengewindes ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Ausnehmung 130 eingebracht. Die Ausnehmung 130 erstreckt sich ausgehend von der Stirnseite und Anlagefläche 124 für das Objektiv in axialer Richtung über eine Tiefe von einer einmaligen Gewindesteigung des Gewindes 122. Die Ausnehmung 130 erstreckt sich über einen Umfangsbereich von 45° und weist eine radiale Tiefe B auf, die geringfügig größer als die Gewindetiefe T ist.
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5 zeigt eine Detailansicht des Gewindeeinlaufbereichs eines konventionellen Befestigungsgewindes für ein Objektiv. Zu erkennen ist, dass die 45°-Fase 23 rundum läuft und der erste Gewindegang 22a im Gewindeeinlaufbereich von einer geringen Gewindetiefe ausgehend von der Anlagefläche 24 sich auf die Nenngewindetiefe hin erweitert. Insbesondere im Anfangsbereich mit geringer Gewindetiefe besteht beim Stand der Technik die Gefahr, dass sich eine ungünstige oder unvollständige Zerspanung mit teilweise noch am Objektivbefestigungsflansch haftenden Spänen bildet. Diese Späne können sich im nachfolgenden Gebrauch ablösen und auf den Bildsensor oder dergleichen fallen und so die Abbildungsqualität beeinträchtigen.
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6 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform. Es ist erkennbar, dass bei dieser Ausführungsform im Gewindeeinlaufbereich eine radiale Ausnehmung 130 eingebracht ist, sodass der erste Gewindegang 122a erst am Ende dieser Ausnehmung 130 beginnt und innerhalb eines kurzen Umfangswinkelbereichs U von ca. 25° auf eine ausreichende Gewindetiefe ansteigt, um eine ungünstige Spanbildung zu verhindern.
