EP4126433A1

EP4126433A1 - Verfahren zur erzeugung einer werkstück-gewindebohrung

Info

Publication number: EP4126433A1
Application number: EP21704523.6A
Authority: EP
Inventors: Peter Kopton
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2023-02-08
Also published as: DE102020109035B4; DE102020109035A1; CN115335172B; US20230094117A1; CN115335172A; JP2023519004A; WO2021197696A1; JP7470812B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung (1) mittels eines Gewindebohr-Werkzeugs, mit einem Bohrhub (B), bei dem das rotierende Gewindebohr-Werkzeug in einer Bohrrichtung bis zu einer Soll-Bohrtiefe (tB) in das Werkstück (5) eingetrieben wird, und zwar unter Bildung einer gewindefreien Vorbohrung (51), und mit einem Gewindehub (G), bei dem das Gewindebohr-Werkzeug mit einem Gewinde-Vorschub (vf) und einer damit synchronisierten Gewinde-Drehzahl (n) ein Innengewinde (9) in der Vorbohrung (51) erzeugt. Erfindungsgemäß erfolgt nach dem Bohrhub (B) ein Reversierhub (R1), bei dem das Gewindebohr-Werkzeug in einer zur Bohrrichtung entgegengesetzten Reversierrichtung aus der Vorbohrung (51) soweit herausgeführt wird. Anschließend wird das Gewindebohr-Werkzeug in einem Versatzhub (V1) um einen Radialversatz (Δr1) radial ausgesteuert. Danach wird im Gewindehub (G) das radial ausgesteuerte, rotierende Gewindebohr-Werkzeug in einer Zirkular-Drehbewegung entlang einer Kreisbahn (53) um die Bohrungs-Achse (A) geführt.

Description

Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück- Gewindebohrung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Ge- windebohr-Werkzeug gemäß dem Anspruch 19. In einem gattungsgemäßen Verfahren erfolgt bei der Erzeugung der Werk stück-Gewindebohrung zunächst ein Bohrhub, bei dem das rotierende Ge- windebohr-Werkzeug in einer Bohrrichtung bis zu einer Soll-Bohrtiefe in das nicht vorgebohrte Werkstück eingetrieben wird, und zwar unter Bildung einer gewindefreien Vorbohrung. Zudem erfolgt in dem Verfahren ein Gewindehub, bei dem das Gewindebohr-Werkzeug mit einem Gewinde-Vorschub und ei ner damit synchronisierten Gewinde-Drehzahl ein Innengewinde in der Vor bohrung erzeugt.

Beispielhaft kann das Verfahren als ein sogenannter Einschuss- Gewindebohr-Prozess realisiert sein, bei dem sowohl die Vorbohrung (das heißt Kernbohrung) als auch eine Innengewinde-Erzeugung in einem ge meinsamen Werkzeughub durchgeführt werden. In diesem Fall sind der Bohrhub und der Gewindehub zeitlich einander überlagert. Dies führt zu ei ner hohen Werkzeugbelastung und gegebenenfalls zu einer reduzierten Werkzeug-Standzeit.

Ein solcher Einschuss-Gewindebohr-Prozess ist aus der WO 2019/029850 A1 bekannt. Am Ende des Gewindebohr-Hubs erfolgt eine Drehrichtungsum kehr des rotierenden Werkzeugs. Anschließend wird das Werkzeug im Re- versierhub belastungsfrei aus der Gewindebohrung herausgeführt, und zwar bei einer mit dem Reversier-Vorschub synchronisierten Reversier-Drehzahl, bei der sich die Gewinde-Bearbeitungszähne des Gewindebohr-Werkzeugs belastungsfrei in den Gewindegängen der Werkstück-Gewindebohrung be wegen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung sowie ein Gewindebohr-Werkzeug bereitzustel len, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik die Werkzeugbelastung reduziert ist und die Gewindebohrung in reduzierter Prozessdauer erzeugt werden kann.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 19 gelöst. Be vorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offen bart.

In Abkehr zur obigen WO 2019/029850 A1 wird erfindungsgemäß im Bohr hub nicht mehr sowohl die Vorbohrung als auch gleichzeitig das Innengewin de erzeugt, was mit einer hohen Werkzeugbelastung einhergeht. Vielmehr ist in der Erfindung das Gewindebohr-Werkzeug so ausgelegt, das im Bohrhub alleine die Vorbohrung erfolgt. In einem davon unabhängigen Gewindehub wird dann das Innengewinde erzeugt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 erfolgt zur Vorbereitung des Gewindehubs nach dem Bohrhub ein Reversierhub, bei dem das Gewindebohr-Werkzeug in einer zur Bohrrichtung entgegengesetzten Reversierrichtung komplett aus der Vorboh rung herausgeführt wird. Das aus der Vorbohrung herausgeführte Gewinde bohr-Werkzeug wird in einem Versatzhub um einen Radialversatz nach radi al außen ausgesteuert. Anschließend wird das radial ausgesteuerte Gewin debohr-Werkzeug in einer Zirkular-Drehbewegung entlang einer Kreisbahn um die Bohrungs-Achse geführt, woraufhin der Gewindehub startet.

Es ist hervorzuheben, dass erfindungsgemäß die Innengewinde-Erzeugung nicht während des Reversierhubs erfolgt. In diesem Fall müsste zur Vorbe reitung der Innengewinde-Erzeugung zeitaufwendig eine Drehzahl- Anpassung des Gewindebohr-Werkzeugs erfolgen, bei der das Gewinde- bohr-Werkzeug von einer Bohr-Drehzahl (vom vorangegangenen Bohrhub) auf eine Gewinde-Drehzahl (für die folgende Innengewinde-Erzeugung) ge steuert werden müsste. Zudem würde bei einer solchen Innengewinde- Erzeugung das Gewindebohr-Werkzeug mit einer Zugkraft beaufschlagt werden, wodurch das Werkzeug weniger stark belastbar ist.

Erfindungsgemäß können der Gewindehub und der Bohrhub eine identische Hubrichtung aufweisen. Im Bohrhub können die Werkzeug-Achse, um die das Gewindebohr-Werkzeug rotiert, und die Bohrungs-Achse zueinander koaxial sein. Zudem ist im Bohrhub ein Bohrabschnitt des Gewindebohr- Werkzeugs in Spaneingriff mit dem Werkstück, während ein Gewindeerzeu gungsabschnitt belastungsfrei mitgeführt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der Gewindehub mit Errei chen der Soll-Gewindetiefe um einen Freischnitthub verlängert sein. Im Frei schnitthub sind der Vorschub und die Drehzahl des Gewindebohr-Werkzeugs nicht mehr zueinander synchronisiert, wodurch eine an das Innengewinde anschließende, umlaufende Freischnittnut ohne Gewindesteigung erzeugt wird. Im Gewindehub sind die Werkzeug-Achse und die Bohrungs-Achse zueinander achsparallel, und zwar mit einem Achsabstand, der dem Radial versatz entspricht, um den das Gewindebohr-Werkzeug im Versatzhub radial ausgesteuert worden ist.

Nach der Erzeugung der umlaufenden Freischnittnut während des Frei schnitthubs kann ein zweiter Versatzhub erfolgen. Im zweiten Versatzhub wird das Gewindebohr-Werkzeug um einen Radialversatz in Radialrichtung von dem Innengewinde oder von der Freischnittnut freigefahren. Dadurch wird ermöglicht, dass das Gewindebohr-Werkzeug in einem folgenden Re versierhub belastungsfrei, das heißt ohne Gewindeeingriff oder Spaneingriff aus der Werkstück-Gewindebohrung herausgeführt werden kann. Zur Vorbereitung des Gewindehubs kann bei Bedarf eine Drehrichtungsum kehr des Gewindebohr-Werkzeugs erfolgen. Die Drehrichtungsumkehr kann beispielhaft während der Durchführung des ersten Reversierhubs stattfinden.

Nach Durchführung des Bohrhubs kann gegebenenfalls die Drehzahl des Gewindebohr-Werkzeugs auf null abgebremst werden und der erste Rever sierhub starten.

Im Gewindehub erfolgt das Gewindeschneiden durch ein synchrones Inter polieren in einer xy-Ebene um den Mittelpunkt des Gewindeaußendurchmes sers dA und durch eine gleichzeitige synchrone Bewegung entlang der Boh rungs-Achse (beziehungsweise Werkzeug-Achse) mit einem Vorschub von einer Steigung pro Umdrehung. Die Zeit für eine Umdrehung vom Gewinde- bohr-Werkzeug (nw) entspricht der Zeit für eine Umdrehung um den Mittel punkt des Gewindeaußendurchmessers (CG). Die in dieser Zeit erfolgende Zustellung entlang der Bohrungs-Achse (Gewinde-Vorschub) entspricht der Gewindesteigung.

Im ersten Versatzhub (d.h. zwischen dem ersten Reversierhub und dem Ge windehub) wird das rotierende Gewindebohr-Werkzeug um einen Radialver satz ausgesteuert und in einer Zirkular-Drehbewegung entlang einer Kreis bahn um die Bohrungs-Achse geführt.

Das Gewindebohr-Werkzeug ist so ausgelegt, dass im Bohrhub ein Werk- zeug-Gewindeerzeugungsabschnitt (zur Innengewinde-Erzeugung erforder lich) belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Vorbohrungswand bleibt. Im anschließenden Gewindehub bleibt dagegen der Werkzeug-Bohrabschnitt (zur Erzeugung der Vorbohrung erforderlich) belastungsfrei sowie außer Ein griff mit dem erzeugten Innengewinde. Der Werkzeug-Bohrabschnitt bewegt sich im Gewindehub mit seinen Bohrschneiden radial innerhalb des radial inneren Gewinde-Scheitels des Innengewindes. Der Gewindehub erfolgt bei einer zur Bohrungs-Achse achsparallelen Werkzeug-Achse. Das Gewindebohr-Werkzeug weist zumindest eine erste Bohrschneide und eine zweite Bohrschneide auf, die in Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Schneidenwinkel voneinander beabstandet sind. Der Schneidenwinkel ist so bemessen, dass die beiden Bohrschneiden im Gewindehub belastungsfrei und außer Eingriff mit dem erzeugten Innengewinde aus der Werkstück- Gewindebohrung herausgeführt werden können.

In einer technischen Umsetzung ist der am Gewindebohr-Werkzeug ausge bildete Gewindeerzeugungsabschnitt in einer Werkzeug-Umfangsrichtung außerhalb des von den beiden Bohrschneiden aufgespannten Drehwinkelbe reiches angeordnet.

Eine äußere Schneidenkontur der beiden Bohrschneiden bewegt sich bei einer Werkzeug-Rotation auf einer Bohrschneiden-Kreisbahn. In gleicher Weise bewegt sich bei der Werkzeug-Rotation eine Zahnkontur des Werk zeug-Gewindeerzeugungsabschnitts auf einer Zahnkontur-Kreisbahn mit ei nem Zahnkontur-Durchmesser. Um einen störkonturfreien Freifahrschnitt des Gewindebohr-Werkzeugs in der Radialrichtung sowie den zweiten Rever sierhub zu unterstützen, ist der Zahnkontur-Durchmesser kleiner ausgelegt als der Schneidenkontur-Durchmesser. Auf diese Weise ergibt sich ein radia ler Werkzeug-Freiraum zwischen der Bohrschneiden-Kreisbahn und der Zahnkontur-Kreisbahn. Der Werkzeug-Freiraum wird beim Freifahrschnitt in Radialrichtung teilweise aufgebraucht.

Der zwischen der ersten Bohrschneide und der zweiten Bohrschneide aufge spannte Schneidenwinkel kann rein exemplarisch kleiner als 180° sein und zum Beispiel im Bereich von 120° bemessen sein.

Jede der Bohrschneiden kann zumindest eine, an der Werkzeugspitze aus gebildete stirnseitige Querschneidkante aufweisen. Die Querschneidkante einer jeden Bohrschneide kann an einer radial äußeren Schneidenecke in eine Längsschneidkante der Bohrschneide übergehen. Zudem kann in einer konkreten Ausführungsvariante jeweils eine Bohrschneide an einem, in der Werkzeug-Längsrichtung verlaufenden Bohrersteg ausgebildet sein. Die bei- den Bohrerstege können in der Werkzeug-Umfangsrichtung über Spanräume voneinander beabstandet sein. Eine den Spanraum begrenzende Spanfläche kann (in der Werkzeug-Umfangsrichtung) an der Längsschneidkante in eine umfangsseitige Bohrersteg-Freifläche übergehen. Von jeder der beiden Boh- rersteg-Freiflächen können jeweils radial nach außen Führungsfasen abra gen. Zudem kann an einem der beiden umfangsseitigen Bohrersteg- Freiflächen der Werkzeug-Gewindeerzeugungsabschnitt ausgebildet sein.

An der Werkzeugspitze des Gewindebohr-Werkzeugs kann eine den Span raum begrenzende Spanfläche an der stirnseitigen Querschneidkante in eine stirnseitige Freifläche übergehen, die in Richtung auf die Werkzeug-Achse konisch zu läuft. Bevorzugt im Hinblick auf eine gleichmäßige Bohrschneiden- Belastung ist es, wenn die ersten und zweiten Bohrschneiden in der Werk- zeug-Axialrichtung in unterschiedlichen Höhenpositionen, das heißt zueinan der axial höhenversetzt angeordnet sind. Der axiale Höhenversatz zwischen den beiden Bohrschneiden (insbesondere deren Querschneiden mit zugehö riger Schneidenecke) kann derart bemessen sein, dass die Bohrschneiden- Belastungen pro Bohrschneide im Bohrhub in etwa gleich sind. Bei axial hö henversetzten Bohrschneiden kann eine in etwa gleichmäßige Bohrschnei- den-Belastung erzielt werden, und zwar trotz der nicht mit Bezug auf die Werkzeug-Achse diametral gegenüberliegenden Bohrschneiden (wie es in einem herkömmlichen Gewindebohr-Werkzeug der Fall ist), so dass der Zahnvorschub pro Bohrschneide in etwa gleich groß ist. Insbesondere kön nen die beiden stirnseitigen Querschneidkanten der Bohrschneiden in der Werkzeug-Axialrichtung zueinander höhenversetzt sein.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefüg ten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenschnittdarstellung eine in einem Werkstück ausgebildete Gewindesackloch-Bohrung; Fig. 2 und 3 unterschiedliche Ansichten eines Gewindebohr-Werkzeugs;

Fig. 4 bis 8 jeweils Ansichten, die die Erzeugung der in der Fig. 1 gezeig ten Gewindesackloch-Bohrung in einer Prozessabfolge ver anschaulichen;

Fig. 9 und 10 ein konventionelles Bohrwerkzeug in unterschiedlichen Ansichten; Fig. 11 bis 14 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; sowie

Fig. 15 bis 18 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Fig. 1 ist eine fertiggestellte Gewindesackloch-Bohrung 1 gezeigt. Die Bohrung 1 ist mit ihrem Bohrungsgrund 3 bis zu einer Soll-Bohrtiefe te in ein Werkstück 5 mittels einer Prozessabfolge eingearbeitet, die später anhand der Fig. 4 bis 8 erläutert wird. Die Gewindebohrung 1 weist an ihrer Boh rungsöffnung eine umlaufende Gewindesenkung 7 auf, die im weiteren Ver lauf nach unten in ein Innengewinde 9 übergeht. Das Innengewinde 9 er- streckt sich entlang der Bohrungs-Achse A bis zu einer nutzbaren Soll- Gewindetiefe tG. Wie aus der Fig. 1 weiter hervorgeht, mündet ein Gewinde gang des Innengewindes 9 in einen ringförmig umlaufenden Freigang bezie hungsweise Freischnittnut 13. Die Gewindekern des Innengewindes 9 liegen in der Fig. 1 auf einem Kernlochdurchmesser dK. Der Gewindegrund des In- nengewindes 9 liegt auf einem Gewinde-Außendurchmesser dA.

Die in der Fig. 1 gezeigte Gewindesackloch-Bohrung 1 wird mit Hilfe eines nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Gewindebohr- Werkzeugs hergestellt. Demzufolge weist das Werkzeug in der Fig. 2 einen Spannschaft 15 auf, an dem ein Gewindebohr-Körper 17 anschließt. Am Gewindebohr-Körper 17 sind in der Fig. 3 eine erste Bohrschneide S1 und eine zweite Bohrschneide S2 ausgebildet, die in einer Werkzeug- Umfangsrichtung u um einen Schneidenwinkel a voneinander beabstandet sind. Das Gewindebohr-Werkzeug weist in der Fig. 3 zwei in einer Werk- zeug-Längsrichtung verlaufende Bohrerstege 14 auf. An jedem der beiden Bohrerstege 14 ist jeweils eine Bohrschneide S1 , S2 ausgebildet. Die beiden Bohrerstege 14 sind in der Werkzeug-Umfangsrichtung u (Figur 3) über Spanräume 23 voneinander beabstandet. Jede der Bohrschneiden S1 , S2 weist jeweils eine in der Werkzeug-Längsrichtung verlaufende Längschneid kante 27 (nur in den Fig. 12 und 14 angedeutet) und eine an der Werkzeug spitze ausgebildete stirnseitige Querschneidkante 29 auf. Die stirnseitige Querschneidkante 29 geht an einer radial äußeren Schneidenecke 33 in die Längsschneidkante 27 über.

Eine den Spanraum 23 begrenzende Spanfläche geht an der Längsschneid kante 27 in eine umfangsseitige Bohrersteg-Freifläche 35 (Fig. 3) über. An den umfangsseitigen Bohrersteg-Freiflächen 35 sind jeweils seitlich ab ragende Führungsfasen 37 ausgebildet. Zudem ist am breiten Bohrersteg 14 (und zwar an dessen Bohrersteg-Freifläche 35) ein Werkzeug- Gewindeerzeugungsabschnitt 39 ausgebildet. Dieser besteht in der Fig. 3 aus insgesamt drei Bearbeitungszähnen, nämlich einem Vorbearbeitungs zahn 40, einem Zwischenzahn 41 und einem Fertigbearbeitungszahn 42. Alternativ oder zusätzlich können auch weitere Zähne (etwa der in der Fig. 1 gezeigte Zahn 43) vorgesehen werden. Die Zähne 40 bis 42 sind in der Fig. 3 in der Werkzeug-Umfangsrichtung u hintereinander angeordnet sowie in der Axialrichtung in etwa auf gleicher Höhe positioniert. Alternativ dazu ist jedoch der Gewindeerzeugungsabschnitt 39 nicht auf diese spezielle Ausfüh rungsvariante beschränkt. Vielmehr können auch weniger oder mehr Schneidzähne bereitgestellt werden und/oder können die Schneidzähne auch axial zueinander versetzt an den Bohrersteg-Freiflächen 35 angeordnet sein.

Der Gewindeerzeugungsabschnitt 39 weist zudem, in Axialrichtung betrach tet, beidseitig der Bearbeitungszähne 40, 41 , 42 jeweils einen umfangsseiti gen zylindrisch verlaufenden Stützsteg 44 (Figur 3 und 4) auf, dessen Au ßendurchmesser bei der Gewindeerzeugung (siehe Figur 7) in etwa auf dem Vorbohrdurchmesser dve liegt, so dass sich bei der Gewindeerzeugung der Stützsteg (44) des Gewindebohr-Werkzeugs gegen die Vorbohrungswand abstützt

Wie aus der Fig. 3 weiter hervorgeht, bewegt sich eine äußere Schneiden kontur der ersten und zweiten Bohrschneiden S1 , S2 bei einer Werkzeug- Rotation auf einer Bohrschneiden-Kreisbahn 45 mit einem Schneidenkontur- Durchmesser (identisch mit Kernlochdurchmesser d«). In gleicher Weise be wegt sich eine Zahnkontur des Werkzeug-Gewindeerzeugungsabschnitts 39 bei einer Werkzeug-Rotation auf einer Zahnkontur-Kreisbahn bzw. Hüllkurve 47 (Fig. 3 und 4) mit einem Zahnkontur-Durchmesser. In den Fig. 3 oder 4 ist der Zahnkontur-Durchmesser kleiner bemessen als der Schneidenkontur- Durchmesser (identisch mit Kernlochdurchmesser d«). Dadurch ergibt sich ein radialer Werkzeug-Freiraum 49 (Figuren 3 oder 4) zwischen der Bohr- schneiden-Kreisbahn 45 und der Zahnkontur-Kreisbahn 47. Der Werkzeug- Freiraum 49 wird in einem später beschriebenen Freifahrschritt F (Figur 8b) benötigt.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 4 bis 8 eine Gewindeerzeugung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gewindebohr-Werkzeugs beschrieben: So wird in einem Bohrhub B (Fig. 4 und 5) das rotierende Gewindebohr-Werkzeug in das noch nicht vorgebohrte Werkstück 5 bis zu der Soll-Bohrtiefe te unter Bildung einer Vorbohrung 51 eingetrieben. Im Bohrhub B befinden sich die beiden Bohrschneiden S1 , S2 in Spaneingriff mit dem Werkstück 5, während der Werkzeug-Gewindeerzeugungsabschnitt 39 belastungsfrei sowie außer Eingriff mit der Vorbohrungs-Wand bleibt. Die Werkzeug-Achse W ist koaxial zur Bohrungs-Achse A ausgerichtet, der Vorschub Vf sowie die Drehzahl n des Gewindebohr-Werkzeugs sind frei wählbar. Der Bohrvorgang erfolgt in der Figur 4 in eingezeichneter Drehrichtung 38 beispielhaft linksdrehend.

Nach dem Bohrhub-Ende (Figur 5) wird mit den folgenden Prozessschritten der Gewindehub G (Figur 8a) vorbereitet: So erfolgt nach dem Bohrhub B zunächst ein erster Reversierhub R1 (Fig. 6), bei dem das Gewindebohr- Werkzeug in einer zur Bohrrichtung entgegengesetzten Reversierrichtung soweit aus der Vorbohrung 51 herausgeführt wird, dass ein erster Versatz- hub V1 (Figur 7) erfolgen kann. Im ersten Versatzhub V1 wird das aus der Vorbohrung 51 herausgeführte Gewindebohr-Werkzeug um einen Radialver satz Dh radial ausgesteuert.

Dann startet der Gewindehub (Figur 8a), bei der das radial ausgesteuerte, rotierende Gewindebohr-Werkzeug in einer Zirkular-Drehbewegung (Figur 7) entlang einer Kreisbahn 53 um die Bohrungs-Achse A geführt wird und mit einem Gewinde-Vorschub und einer damit synchronisierten Gewinde- Drehzahl in die Vorbohrung 51 eingeführt wird. Im Gewindehub G erfolgt die Werkzeug-Rotation und die Werkzeug-Zirkularbewegung sowohl in gleich sinniger Drehrichtung als auch bei gleicher Drehzahl, wie es in der Figur 7 angedeutet ist.

Im Gewindehub G (Figur 8a) erzeugt der Gewindeerzeugungsabschnitt 39 des Gewindebohr-Werkzeugs bis Erreichen der Soll-Gewindetiefe tG das In nengewinde 9. Mit Erreichen der Soll-Gewindetiefe tG wird der Gewindehub G mit einem Freischnitthub F (Figur 8a) verlängert. Im Freischnitthub F sind der Vorschub Vf und die Drehzahl n des Gewindebohr-Werkzeugs nicht mehr zueinander synchronisiert. Es wird daher die an das Innengewinde 9 an schließende umlaufende Freischnittnut 13 ohne Gewindesteigung erzeugt.

Nach Erzeugung der umlaufenden Freischnittnut 13 folgt ein zweiter Ver satzhub V2 (Figur 8b), bei dem das Gewindebohr-Werkzeug um einen Radi alversatz DG2 in Radialrichtung von der Freischnittnut 13 freigefahren wird. Dies ermöglicht einen zweiten Reversierhub R2 (Figur 8b), bei dem das Ge windebohr-Werkzeug belastungsfrei, das heißt ohne Gewindeeingriff sowie ohne Spaneingriff aus der Werkstück-Gewindebohrung 1 herausführbar ist.

Die nachfolgende Beschreibung betrifft speziell den Bohr-Prozessschrittes sowie den Bohrabschnitt des Gewindebohr-Werkzeugs: Allgemein sind bei der Auslegung eines Bohr-Prozessschrittes die Prozessparameter (das heißt Drehzahl n sowie Vorschub Vf des Bohrwerkzeugs) so mit den Positionen der Bohrschneiden S1 , S2 am Bohrwerkzeug abzustimmen, dass die Bohr- schneiden-Belastung pro Bohrschneide S1 , S2 in etwa gleich ist, das heißt der Vorschub vtz (Zahnvorschub) pro Bohrschneide S1 , S2 idealerweise gleich ist. Dies wird bei einem konventionellen Bohrwerkzeug (Fig. 9 und 10) durch konstante Teilungsabstände zwischen den Bohrschneiden S1 , S2 er zielt. In der Fig. 9 liegen daher die Bohrschneiden S1 , S2 mit Bezug auf die Werkzeug-Achse W diametral gegenüber, so dass der Vorschub (Zahnvor schub) pro Bohrschneide S1 , S2 in etwa gleich ist, wie es aus der Fig. 10 hervorgeht. In der Fig. 10 ist die Mantelfläche des konventionellen Bohrwerk zeugs in einer Abwicklung gezeigt. Demnach sind die Bohrschneiden S1 , S2 auf gleicher axialer Höhe H positioniert. Die Bohrschneiden S1 , S2 sind in der Fig. 10 jeweils über identische Schnittbreiten s in Spaneingriff mit der Innenwandung einer Werkstückbohrung. In der Fig. 10 sind die sich im Bohr prozess ergebenden Schnittwege wi und W2 der beiden Bohrschneiden S1 , S2 eingezeichnet. Die Schnittwege wi und W2 verlaufen mit einem Stei gungswinkel ß spiralförmig entlang der Bohrungs-Innenwandung, so dass sich in der Abwicklung (Fig. 10) ein geradliniger Verlauf der Schnittwege wi und W2 ergibt. Die Schnittwege wi und W2 überlappen sich in der Fig. 10 nicht, sondern gehen vielmehr in der Axialrichtung überlappungsfrei ineinan der über.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 bis 14 sind - im Unterschied zum Stand der Technik gemäß Fig. 9 und 10 - die Teilungsabstände zwischen den beiden Bohrschneiden S1 , S2 nicht mehr identisch, sondern unter schiedlich. Entsprechend ist in der Fig. 12 der Vorschub ftz pro Bohrschneide nicht mehr für jede Bohrschneide gleich, sondern unterschiedlich. Das heißt, dass in der Fig. 12 die Bohrschneiden S1 , S2 im Bohrprozess nicht mehr gleichmäßig, sondern unterschiedlich belastet sind. Gemäß der Fig. 12 ist der ersten Bohrschneide S1 der größte Vorschub vtz pro Bohrschneide zuge ordnet, das heißt die erste Bohrschneide S1 ist der größeren Schneidenbe lastung ausgesetzt. In der Fig.12 sind die beiden Bohrschneiden S1 , S2 oh ne axialem Höhenversatz DH auf gleicher Höhe H positioniert. Gemäß der Fig. 13 und 14 spannt jede Querschneidkante 29 jeder Bohrschneide S1 , S2 mit der Werkzeug-Achse W einen Spitzenwinkel ßi, ß2 auf. Die Spitzenwinkel ßi, ß2 der beiden Bohrschneiden S1 , S2 sind in der Fig. 14 (wie bei her kömmlichen Bohrwerkzeugen mit symmetrischer Bohrschneiden-Verteilung) identisch bemessen. Die Spitzenwinkel ßi, ß2 sind dabei so gewählt, dass sich der axiale Höhenversatz DH am Werkzeug-Umfang, das heißt an den Schneidenecken 33 der beiden Bohrschneiden S1 , S2, bzw. die unterschied lichen Höhenpositionen H1, H2 der Bohrschneiden S1 , S2 einstellen, wie sie in der Figur 14 gezeigt sind.

Um trotz der unterschiedlichen Teilungsabstände eine in etwa gleichmäßige Belastung der Bohrschneiden S1, S2 zu gewährleisten, sind in dem Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 15 bis 18 die Bohrschneiden S1 , S2 nicht mehr auf gleicher axialer Höhe H positioniert, sondern vielmehr auf unterschiedlichen Höhenpositionen H1 und H2 angeordnet. Diese Höhenpositionen H1 und H2 sind so gewählt, dass sich eine im Vergleich zur Fig. 11 und 12 gleichmäßi gere Bohrschneiden-Belastung der beiden Bohrschneiden S1 , S2 ergibt. Die Höhenpositionen H1 und H2 sind in Abhängigkeit von den Prozessparame tern im Bohrprozess (das heißt Werkzeug-Drehzahl, Werkzeug-Vorschub) sowie in Abhängigkeit von den jeweiligen Teilungsabständen gewählt.

Wie aus der Fig. 16 hervorgeht, sind die Bohrschneiden S1 , S2 - analog zur Fig. 9 und 10 - jeweils über identische Schnittbreiten s in Spaneingriff mit der Bohrungs-Innenwandung. Zudem überlappen sich in der Fig. 14 die Schnitt wege wi und W2 einander nicht, sondern gehen diese vielmehr überlap pungsfrei ineinander über.

Gemäß den Figuren 17 und 18 spannt jede Querschneidkante 29 jeder Bohrschneide S1 , S2 mit der Werkzeug-Achse W einen Spitzenwinkel ßi, ß2 auf. Die Spitzenwinkel ßi, ß2 der beiden Bohrschneiden S1 , S2 sind in der Fig. 18 nicht (wie bei herkömmlichen Bohrwerkzeugen mit symmetrischer Bohrschneiden-Verteilung) identisch bemessen, sondern vielmehr zueinan der unterschiedlich bemessen. Die Spitzenwinkel ßi, ß2 sind dabei so ge wählt, dass sich der axiale Höhenversatz DH am Werkzeug-Umfang, das heißt an den Schneidenecken 33 der beiden Bohrschneiden S1 , S2, bzw. die unterschiedlichen Höhenpositionen H1, H2 der Bohrschneiden S1 , S2 ein stellen, wie sie in der Figur 16 gezeigt sind. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Gewindebohrung

3 Bohrungsgrund

5 Werkstück

7 Gewindesenkung

8 Fase 9 Innengewinde

13 umlaufende Freischnittnut

14 Bohrerstege

15 Spannschaft 17 Werkzeugkörper

14, 16 Bohrstege S1, S2 Bohrschneiden 23 Spanraum 25 Längsschneidkante

29 Querschneidkante

30 stirnseitige Freifläche 33 Schneidenecke 35 Bohrersteg-Freifläche

37 Führungsfasen

38 Drehrichtung im Bohrhub

39 Werkzeug-Gewindeerzeugungsabschnitt

40, 41, 42 Schneidzähne des Gewindeerzeugungsabschnittes

43 alternativer Schneidzahn

44 Abstützbasis

45 Bohrschneiden-Kreisbahn 47 Hüllkurve des Gewindeerzeugungsabschnittes 39 49 Werkzeug-Freiraum 51 Vorbohrung 53 Zirkular-Kreisbahn

ΪB Sollbohrtiefe dK Kerndurchmesser u Werkzeug-Umfangsrichtung a Schneidenwinkel

A Bohrungs-Achse

W Werkzeug-Achse

B Bohrhub G Gewindehub F Freischnitthub

V1, V2 Versatzhub Dh, DG2 Radialversatz

DH Höhenversatz H1, H2 Höhenpositionen ßi, ß2 Spitzenwinkel

Vf Vorschub tG Soll-Gewindetiefe

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

Verfahren zur Erzeugung einer Werkstück-Gewindebohrung (1) mittels eines Gewindebohr-Werkzeugs, mit einem Bohrhub (B), bei dem das rotierende Gewindebohr-Werkzeug in einer Bohrrichtung bis zu einer Soll-Bohrtiefe (te) in das Werkstück (5) eingetrieben wird, und zwar un ter Bildung einer gewindefreien Vorbohrung (51), und mit einem Gewin dehub (G), bei dem das Gewindebohr-Werkzeug mit einem Gewinde- Vorschub (vf) und einer damit synchronisierten Gewinde-Drehzahl (n) ein Innengewinde (9) in der Vorbohrung (51) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung des Gewindehubs (G) nach dem Bohrhub (B) ein Reversierhub (R1) erfolgt, bei dem das Gewindebohr- Werkzeug in einer zur Bohrrichtung entgegengesetzten Reversierrich tung aus der Vorbohrung (51) soweit herausgeführt wird, dass das Ge windebohr-Werkzeug in einem Versatzhub (V1) um einen Radialversatz (Dp) radial ausgesteuert wird, und dass im Gewindehub (G) das radial ausgesteuerte, rotierende Gewindebohr-Werkzeug in einer Zirkular- Drehbewegung entlang einer Kreisbahn (53) um die Bohrungs-Achse (A) geführt wird, und dass im Gewindehub (G) die Werkzeug-Rotation und die Werkzeug-Zirkularbewegung in gleichsinniger Drehbewegung sowie bei gleicher Drehzahl erfolgen.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ge windehub (G) und der Bohrhub (B) eine identische Hubrichtung aufwei sen, und/oder dass im Gewindehub (G) ein Gewindeerzeugungsab schnitt (39) des Gewindebohr-Werkzeugs bis auf eine Soll- Gewindetiefe (tG) das Innengewinde (9) erzeugt, und dass insbesonde re der Gewindehub (G) mit Erreichen der Soll-Gewindetiefe (tG) um ei nen Freischnitthub (F) verlängert wird, bei dem der Vorschub (vf) und die Drehzahl (n) des Gewindebohr-Werkzeugs nicht mehr zueinander synchronisiert sind und insbesondere eine an das Innengewinde (9) an schließende, umlaufende Freischnittnut (13) ohne Gewindesteigung er zeugt wird. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass nach er folgtem Freischnitthub (F) zur Vorbereitung eines Reversierhubs (R2) ein zweiter Versatzhub (V2) erfolgt, bei dem das Gewindebohr- Werkzeug um einen Radialversatz (DG2) in Radialrichtung von dem In nengewinde (9) oder von der Freischnittnut (13) freigefahren wird, so dass im Reversierhub (R2) das Gewindebohr-Werkzeug belastungsfrei, das heißt ohne Gewindeeingriff oder Spaneingriff aus der Werkstück- Gewindebohrung (1) herausführbar ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bohrhub (B) ein Bohrabschnitt (S1 , S2) des Gewindebohr-Werkzeugs in Spaneingriff mit dem Werkstück (5) ist und der Gewindeerzeugungsabschnitt (39) belastungsfrei mitgeführt wird, und/oder dass im Gewindehub (G) der Gewindeerzeugungsabschnitt (39) in Form- und/oder Schneideingriff mit der Vorbohrungs innenwandung ist und der Bohrabschnitt (S1 , S2) belastungsfrei mitge führt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bohrhub (B) die Werkzeug-Achse (W) und die Bohrungs-Achse (A) zueinander koaxial sind, und/oder dass im Gewin dehub (G) die Werkzeug-Achse (W) und die Bohrungs-Achse (A) zuei nander achsparallel sind, und zwar mit einem Achsabstand, der dem Radialversatz (An) entspricht.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrabschnitt (S1 , S2) des Gewindebohr-Werkzeugs zu mindest eine erste Bohrschneide (S1) und eine zweite Bohrschneide (S2) aufweist, die in Werkzeug-Umfangsrichtung (u) um einen Schnei denwinkel (a) voneinander beabstandet sind, und dass der Schneiden winkel (ot) so bemessen ist, dass die beiden Bohrschneiden (S1 , S2) im Gewindehub (G) belastungsfrei und außer Eingriff mit dem erzeugten Innengewinde (9) in die Werkstück-Gewindebohrung (1) einführbar sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeug-Gewindeerzeugungsabschnitt (39) in der Werkzeug- Umfangsrichtung (u) außerhalb des von den beiden Bohrschneiden (S1, S2) aufgespannten Drehwinkelbereiches (a) angeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten und zweiten Bohrschneiden (S1 , S2) bei einer Werk zeug-Rotation auf einer gemeinsamen Bohrschneiden-Kreisbahn (45) mit einem Bohrschneiden-Durchmesser (d«) bewegen, und dass sich insbesondere im Bohrhub (B) der Werkzeug-Gewindeerzeugungs abschnitt (39) auf einem Außendurchmesser bewegt, der kleiner als der Vorbohrungs-Durchmesser (dve) ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeug-Gewindeerzeugungsabschnitt (39) zumindest einen, insbesondere mehrere Gewindezähne (40, 41 , 42) aufweist, und/oder dass jeder Bearbeitungszahn (40, 41 , 42) auf einem eigenen Zahnkontur-Durchmesser liegt, wobei deren Unterschied das Aufmaß zwischen zwei nacheinander folgenden Gewindezähne be schreibt, und/oder dass der in der Drehrichtung (38) als letzter Bearbei tungszahn (42) nacheilende Bearbeitungszahn ein Fertigbearbeitungs- Zahn ist, dessen Zahnkontur-Durchmesser größer ist als der Zahnkon tur-Durchmesser des vorauseilenden Bearbeitungszahns (41 , 42), und/oder dass die Gewindezähne (40, 41 , 42) auf einer Hüllkurve (Figur 4; 47) liegen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeometrie des Bearbeitungszahns (40, 41 , 42) so ausgelegt ist, dass der Bearbeitungszahn (40, 41 , 42) bei der Gewindeerzeugung in das Material der Vorbohrungswand hineingezogen wird, wodurch das Gewindebohr-Werkzeug mit einer seitlichen Auslenkkraft beaufschlagt ist, und dass für einen Auslenkkraft-Ausgleich der Werkzeug- Gewindeerzeugungsabschnitt (39) zumindest eine umfangsseitig ange- ordnete Abstützbasis (44) aufweist, deren Außendurchmesser bei der Gewindeerzeugung in etwa auf dem Vorbohrdurchmesser (dve) liegt, so dass sich bei der Gewindeerzeugung die Abstützbasis (44) des Gewin- debohr-Werkzeugs gegen die Vorbohrungswand abstützt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, in Axial richtung betrachtet, beidseitig des Bearbeitungszahns (40, 41 , 42) je weils zumindest eine Abstützbasis (44) ausgebildet ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Bohrschneiden (S1 , S2) in der Werk- zeug-Axialrichtung in unterschiedlichen Höhenpositionen (H1, H2), das heißt zueinander mit axialem Höhenversatz (DH), angeordnet sind, und dass insbesondere der axiale Höhenversatz (DH) zwischen den Bohr schneiden (S 1 , S2) derart bemessen ist, dass die Bohrschneiden- Belastungen pro Bohrschneide (S1 , S2) im Bohrhub (B) in etwa gleich sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Bohrschneide (S 1 , S2) zumindest eine an der Werk zeugspitze ausgebildete stirnseitige Querschneidkante (29) aufweist, und dass insbesondere die Querschneidkanten (29) beider Bohrschnei den (S1 , S2) in der Werkzeug-Axialrichtung zueinander um einen Hö henversatz (DH) höhenversetzt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschneidkante (29) jeder Bohrschneide (S1 , S2) an einer radial äu ßeren Schneidenecke (33) in eine Längsschneidkante (Fig. 14: 27) übergeht, und/oder dass die Bohrschneiden (S1 , S2) jeweils an, in Werkzeug-Längsrichtung verlaufenden Bohrerstegen (14) ausgebildet sind, und dass die Bohrerstege (14) in der Werkzeug-Umfangsrichtung (u) über Spanräume (23) voneinander beabstandet sind, und/oder dass eine den Spanraum (23) begrenzende Spanfläche an der Längs schneidkante (27) in eine umfangsseitige Bohrersteg-Freifläche (35) übergeht, und/oder dass von den umfangsseitigen Bohrersteg- Freiflächen (35) jeweils Führungsfasen (37) abragen, und/oder dass an einer umfangsseitigen Bohrersteg-Freifläche (35) der Werkzeug- Gewindeerzeugungsabschnitt (39) ausgebildet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschneidkante (29) jeder Bohrschneide (S1 , S2) mit der Werkzeug- Achse (W) einen Spitzenwinkel (ßi, ß2) aufspannt, und dass die Spit zenwinkel (ßi, ß2) der Bohrschneiden (S1 , S2) gleich sind, oder dass die Spitzenwinkel (ßi, ß2) der Bohrschneiden (S1 , S2) unterschiedlich sind, wodurch sich der axiale Höhenversatz (DH) am Werkzeug- Umfang, das heißt an den Schneidenecken (33) der Bohrschneiden (S1 , S2), bzw. die unterschiedlichen Höhenpositionen (H1 , H2) der Bohrschneiden (S1 , S2) ergeben.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugspitze eine den Spanraum (23) begrenzende Spanfläche an der stirnseitigen Querschneidkante (29) in eine stirnseitige Freifläche (30) übergeht, die in Richtung auf die Werkzeug -Achse (W) konisch zu läuft.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessschritte zur Erzeugung der Gewinde bohrung mittels einer CNC-Steuerung ausgeführt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass einige Prozessschritte zur Erzeugung der Gewindebohrung mittels einer Aufnahme ausgeführt werden, bei der das Werkzeug me chanisch aussteuerbar ist, und dass insbesondere vor dem Gewinde hub (G) eine Drehrichtungsumkehr des Gewindebohr-Werkzeugs er folgt, etwa während des ersten Reversierhubs (R1), und dass insbe sondere die Drehrichtungsumkehr als ein Signal zum Aussteuern um den Radialversatz (An) genutzt wird.

19. Gewindebohr-Werkzeug zur Durchführung eines Verfahrens zur Er zeugung einer Werkstück-Gewindebohrung (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche.