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