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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Gewindeformer oder -bohrer nach den Patentansprüchen 1, 3 und 8.
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Es ist bekannt, Innengewinde mit
Hilfe eines Gewindebohrers oder Gewindeformers zu erzeugen. Gewindebohrer
entstehen aus einem Schraubenbolzen, indem man durch das Einbringen
von achsparallelen oder schrägen
Spannuten Schneiden erzeugt. Im Einlaufbereich ist ein sogenannter
Anschnitt vorgesehen, der zumeist kegelig ausgebildet ist. Das Loch
im Werkstück
wird mit dem Kerndurchmesser vorgebohrt.
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Gewindeformer werden geometrisch
ebenfalls von einem Schraubenbolzen hergeleitet. Sie zerspanen jedoch
keinen Werkstoff, sondern verdrängen
ihn nur. Das Werkstück wird
daher mit dem mittleren Flankendurchmesser vorgebohrt. Der Gewindeformer
hat an der Spitze ein ansteigendes Profil, das den Werkstoff zunehmend
verdrängt.
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Es ist bekannt, die Verschleißfestigkeit
von Gewindeformern durch Werkstoffauswahl und Wärmebehandlung zu verbessern.
Besondere Vorteile bringt hierbei das Beschichten mit Titannitrid
(Maschinenmarkt, Würzburg
92 (1986) 40 Seiten 88 bis 92). Es ist jedoch auch bekannt, Gewindeformer
aus Hartmetall zu formen (Maschine + Werkzeug 12/95 Seiten 26 bis
28).
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Aus
DE 39 34 621 C2 ist ein Gewindeformer bekannt
geworden mit einem zylindrischen Einspannschaft und einem Formgebungsbereich
mit von der Kreisform abweichendem, polygonalem Querschnitt sowie
mit dem herzustellenden Gewinde entsprechenden Gewindefurchen am
Außenumfang.
Im Bereich der Querschnittsecken des Formgebungsbereichs sind zylindrische
Leisten aus besonders hartem und verschleißfestem Werkstoff in korrespondierende,
axial verlaufende Nuten eingelötet,
die eine den Gewindefurchen angepaßte Profilierung am Außenumfang
aufweisen. Gewindeformer haben das gleiche Gewindeprofil wie Gewindebohrer,
weisen jedoch in ihrem Profilabschnitt einen polygonalen Querschnitt
auf mit beispielsweise drei oder sechs „Ecken".
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Der Profilabschnitt von Gewindeformern
und -bohrern weist einen ersten formenden Bereich auf, mit dem im
wesentlichen das Gewinde hergestellt wird sowie einen nach folgenden
Führungsabschnitt. Dieser
dient der Führung
des Werkzeugs beim Rückdrehen
aus der Bohrung nach Fertigstellung des Innengewindes.
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Gewindeformer und -bohrer sind relativ
aufwendig zu fertigen und bestehen unter Umständen aus einem hochwertigen
Werkstoff. Nach Verschleiß oder
Beschädigung
ist das Werkzeug nicht mehr brauchbar.
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In der vorangemeldeten, nicht vorveröffentlichten
PCT-Anmeldung PCT/EP 02/07913 ist ein Werkzeug beschrieben, bei
dem ein separates Profilelement vorgesehen ist, das außer einem
Einlauf- bzw. Anschnittkegel mindestens zwei volle Profilgänge aufweist
und mittels einer Befestigungsvorrichtung zentrisch und unverdrehbar
am Schaft befestigbar ist.
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Das Profilelement ist plattenförmig bzw. weist
eine kurze axiale Länge
auf. Außer
dem Einlauf- bzw. Anschnittkegel weist es relativ wenige volle Profilgänge auf,
zum Beispiel zwei bis vier.
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Der Schaft für das Werkzeug ist aus einem hoch
belastbarem Material, insbesondere einem geeigneten Stahl gefertigt.
Er braucht bei Verschleiß des
Profilelements nicht fortgeworfen zu werden, sondern kann häufig wiederverwendet
werden. Das Profilelement braucht daher allein nur aus einem geeigneten
harten Werkstoff zu bestehen. Dadurch ist der Materialeinsatz signifikant
geringer als bei anderen Werkzeugen.
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Vom Schaft auf das Profilelement
ist ein relativ hohes Drehmoment zu übertragen. Am Ende des Schaftes
und auf der dem Schaft zugekehrten Seite des Profilelements sind
Vorsprünge
und/oder Vertiefungen geformt, die formschlüssig ineinandergreifen. Diese
Vorsprünge
und Vertiefungen sind zugleich so geformt, daß sie eine automatische Zentrierung
bewirken, wenn das Profilelement am Schaft angesetzt wird.
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Die Vorsprünge und Vertiefungen weisen komplementäre seitliche
zur Achse des Schaftes bzw. des Profilelements geneigte Flächen auf,
die zum Zwecke der Zentrierung und Drehmomentübertragung in Eingriff stehen.
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Die Zentrierung des Profilelements
auf dem Schaft erfolgt mit Hilfe von geneigten bzw. konischen Flächen, und
zwar ausschließlich.
Wird daher zwischen dem Profilelement und dem Schaft eine axiale Spannung
aufgebracht, wie dies beim Festschrauben des Profilelements automatisch
der Fall ist, wird innerhalb der Vertiefungen bzw. Nuten des Profilelements
eine nicht unerhebliche Querkraft ausgeübt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Gewindeformer oder -bohrer zu schaffen, der mit einem geringeren
Aufwand an Material und Fertigung hergestellt werden kann und bei
dem Fertigungstoleranzen kompensiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Patentansprüche
1, 3 oder 8 gelöst.
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Die Flächen können plan oder ballig ausgebildet
sein. Sie stehen ausschließlich
in Eingriff untereinander, was bedeutet, daß die Endflächen von Profilelement und
Schaft einen Abstand voneinander haben, wenn das Profilelement am
Schaft angebracht ist.
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Vorzugsweise sind die Flächen an
Rippen bzw. Nuten geformt, die kreuzweise radial angeordnet sind,
wobei der Mittelpunkt des Kreuzes auf der Achse des Schaftes bzw.
des Profilelements liegt.
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Bei der Erfindung wurde erkannt,
daß bei modernen
Werkzeugmaschinen mehr oder weniger lange Führungsabschnitte bei Gewindeformern
und -bohrern nicht mehr erforderlich sind, um das Werkzeug beim
Herausdrehen aus der hergestellten Gewindebohrung herauszudrehen,
ohne das Gewinde zu beeinträchtigen.
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Als Werkstoff für das Profilelement wird vorzugsweise
ein Hartmetall, aber auch Schnellstahl, Keramik, oder ein sonstiger
bekannter Werkstoff verwendet. Es versteht sich, daß der Außendurchmesser
des Schaftes beim Gewindeformer zumindest etwas kleiner sein muß als der
Kerndurchmesser des zu erzeugenden Gewindes. Ein Schaft kann jedoch durchaus
für Profilelemente
zur Herstellung unterschiedlicher Gewindegrößen eingesetzt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Patentanspruch
1 weisen die Vorsprünge
bzw. Rippen Entlastungsschlitze auf, welche die Vorsprünge oder
Rippen in Abschnitte unterteilen, die beim Aufbringen einer axialen
Spannung zwischen Schaft und Profilelement aufeinander zu bewegt
werden können,
um den Druck auf die Wandungen der Vertiefungen bzw. Nuten zu reduzieren.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß nicht vollständig vermeidbare
Toleranzen der Nuten und der Rippen ausgeglichen werden können. Schließlich wird
der Vorteil erhalten, daß zu
Beginn der Drehmomentübertragung,
insbesondere bei hohen Gegenkräften,
ein gewisser „weicher" Anlauf erhalten
wird.
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Es kann daran gedacht werden, die
vorzugsweise kreuzförmig
angeordneten Nuten im Profilelement sich bis zur Außenseite
erstrecken zu lassen. Eine weitere Lösung der Erfindung gemäß Anspruch 3
sieht vor, daß die
Nuten im Profilelement sich von einer zentrischen Bohrung radial
nach außen
erstrecken und im Abstand zum Umfang des Profilelements enden. Derartige
Nuten lassen sich bei sintergeformten Profilelementen ohne weiteres
herstellen. Sie ermöglichen
eine höhere
Stabilität
des Profilelements beim Zusammenwirken mit den Rippen des Schaftes.
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Es sind verschiedene Möglichkeiten
denkbar, eine Befestigung des getrennten Profilelements am Schaft
vorzunehmen. Eine besteht nach einer Ausgestaltung der Erfindung
darin, daß das
Profilelement mittels einer Schraube in einer axialen Gewindeboh rung
am Schaft befestigt ist. Das Profilelement weist dementsprechend
eine mittige Bohrung auf, wobei die Schraube z.B. einen konischen
Abschnitt aufweist, der mit einer konischen Ansenkung der Bohrung
des Profilelements zusammenwirkt. Die Schraube leistet im wesentlichen
keinen Beitrag zur Drehmomentübertragung
vom Schaft auf das Werkstück.
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Alternativ kann ein Gewindezapfen
am Schaft geformt werden, der entweder mit einer Gewindebohrung
des Profilelements zusammenwirkt, oder es ist eine Mutter vorgesehen,
die auf den Zapfen aufgeschraubt wird zur Befestigung des Profilelements
am Schaft.
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Bei der Bearbeitung ist das Profilelement
erheblichen Belastungen ausgesetzt. Sein Querschnitt ist durch die
notwendige zentrale Bohrung zur Befestigung am Schaft deutlich geschwächt. Weist
das Profilelement einen kleineren Durchmesser auf, darin kann die
erforderliche Festigkeit unter Umständen dann nicht mehr gewährleistet
sein, wenn gemäß den obigen
Vorschlägen
die Drehmomentübertragung und
die Zentrierung über
kreuzweise angeordnete Nuten erfolgt. Daher sieht Anspruch 8 eine
Lösung vor,
bei der am Ende des Profilelements eine Vertiefung geformt ist,
welche die zentrische Bohrung umgibt und eine polygonale Außenkontur
hat. Der Schaft weist eine komplementäre Erhebung auf, welche die
Gewindebohrung des Schaftes zentrisch umgibt. Diese Erhebung stellt
sich als Prisma mit einer Anzahl von Prismenflächen dar. Die Flächen in
der Vertiefung des Profilelements sind komplementär, so daß die Flächen der
Erhebung und die Flächen
der Vertiefung formschlüssig
ineinandergreifen, wenn das Profilelement gegen das Schaftende angesetzt und
mit Hilfe einer Schraube festgespannt wird.
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Es ist zwar denkbar, das Profilelement
mit der beschriebenen Vertiefung durch spangebende Verformung herzustellen.
Der Aufwand hierfür
ist jedoch beträchtlich.
Es ist daher vorteilhafter, das Profilelement aus Sinterwerkstoffen
zu formen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an
Hand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 zeigt
die Seitenansicht eines Schaftes für ein erfindungsgemäßes Gewindeformwerkzeug.
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2 zeigt
die Stirnansicht des Schaftes nach 1.
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3a zeigt
die Seitenansicht des Schaftes nach 2,
während 3b und 3c Einzelheiten wiedergeben.
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4 zeigt
die Draufsicht auf ein Profilelement nach der Erfindung.
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5 zeigt
vergrößert eine
Ansicht eines Profilelements ähnlich 4.
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6 zeigt
die Seitenansicht des Profilelements nach 5.
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7 zeigt
perspektivisch das Ende eines Schaftes für einen Gewindeformer.
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8 zeigt
die Rückansicht
eines Profilelements in einer anderen Ausgestaltung.
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9 zeigt
perspektivisch das Profilelement nach 8 schräg von hinten.
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10 zeigt
die Anordnung eines Profilelements auf einem Gewindeformerschaft,
wobei das Profilelement halb geschnitten ist.
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11 zeigt
perspektivisch eine weitere Ausführungsform
eines Profilelements für
einen Gewindeformer mit Blick von schräg hinten.
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12 zeigt
perspektivisch das Befestigungsende des Schaftes für das Profilelement
nach 11.
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13 zeigt
die gemeinsame Anordnung von Profilelement nach 11 und Schaft nach 12 mit teilweise aufgeschnittenem Profilelement.
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14 zeigt
eine Draufsicht auf die Anordnung nach 13.
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In 1 ist
ein Werkzeugschaft 10 dargestellt, der an einem Ende einen
Einspannabschnitt 12 und am anderen Ende einen Abschnitt 14 aufweist zur
Verbindung mit einem Profilelement nach 4. Aus der Endansicht des Schaftes 10 nach 2 ist erkennbar, daß er eine
zentrische Gewindebohrung 16 aufweist und kreuzförmig angeordnete
Rippen 24, wobei das Achsenkreuz der Rippen 24 mit
der Achse des Schaftes 10 bzw. der Bohrung 16 zusammenfällt.
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In der 4 ist
die Rückseite
eines plattenförmigen
Formprofilelements 20 dargestellt, das an seinem Umfang
einen Anformkegel sowie ein Gewindeprofil (nicht gezeigt) aufweist
zur Herstellung eines Innengewindes nach dem Gewindefurch- oder
-formverfahren. Der Umfang des Formprofilelements 20 ist polygonal,
was in 4 nicht dargestellt
ist. Bezüglich
weiterer Einzelheiten des Profilelements 20 wird noch in
Verbindung mit den 5 und 6 eingegangen.
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Das Profilelement 20 besitzt
eine mittige Durchbohrung 22 und auf seiner Rückseite
kreuzförmig
radial angeordnete Nuten 18. Die Nuten 18 sind so
angeordnet und ausgebildet, daß sie
passend die Rippen 24 aufnehmen. Zur leichteren Einführung weisen
die Nuten 18 und/oder die Rippen 24 an den Längskanten
eine Fase auf. Durch den formschlüssigen Eingriff von Rippen 24 und
Nuten 18 wird ein Formschluß erzielt, während die übrige Fläche des Profilelements 20 an
der übrigen
Fläche
der Endfläche
des Schaftes 10 entweder plan anliegt oder vorzugsweise
einen gewissen Abstand von letzterer hat. Durch die Bohrung 22 wird
der Schaft einer Schraube (nicht dargestellt) eingeführt und
in die Gewindebohrung 16 eingeschraubt, um das Profilelement 20 fest und
unverdrehbar mit dem Schaft 10 zu verbinden. Auf diese
Weise ist ein zweiteiliges Gewindeformwerkzeug hergestellt, und
es ist durch Lösen
der Schraube 26 auf einfache Weise möglich, ein anderes Profilelement
am Schaft 10 anzubringen.
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Aus den Einzeldarstellungen nach
den 3b und 3c ist zu erkennen, daß die Vorsprünge oder
Rippen 24 im Schnitt trapezförmig sind, d.h. schräge Seitenflächen aufweisen,
wie eine bei 25 dargestellt ist. Die Nuten 18 sind
mit komplementären Seitenflächen 27 versehen,
so daß beim
Ansetzen des Profilelements 20 an das Schaftende 14 lediglich die
Flächen 25 der
Rippen 24 und der Nuten 18 miteinander in Eingriff
gebracht werden, nicht aber die Endflächen von Schaft 10 und
Profilelement 20. Da die radialen Rippen 24 und
die radialen Nuten 18 senkrecht aufeinander stehen, findet
automatisch eine Zentrierung des Formelements 20 am Schaft 10 statt,
denn die Flächen 25 und
die komplementären Flächen 27 der
Nuten 18 verlaufen parallel zu Durchmessern, die aufeinander
senkrecht stehen. Der Kreuzungspunkt der Durchmesser liegt naturgemäß auf der
Achse vom Profilelement 20 und Schaft 10.
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Wie in 2 und 3b angedeutet, sind die
Rippen 24 durch einen radialen Schlitz 29 unterteilt.
Die Schlitze 29 sind von den äußeren Flächen der Rippen 24 achsparallel
nach innen geformt. Dies geht deutlicher aus 7 hervor.
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In 7 ist
zu erkennen, daß die
radialen Rippen 24 durch relativ breite radiale Schlitze 29 in zwei
gleiche Rippenabschnitte unterteilt werden, die jeweils eine Schrägfläche 25 aufweisen.
Die zwischen benachbarten Rippen 24 liegenden kreisbogenförmigen Aussparungen 31 dienen
lediglich Fertigungszwecken und haben keine Funktion.
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Wird ein Schaftende, wie es in 7 und 2 dargestellt ist, mit einem Profilelement
nach 4 oder 5 zusammengebracht, wirken
die Flächen 25 mit
den Flächen 27 zusammen.
Dadurch wird eine relativ große
Querkraftkomponente auf das Profilelement aufgebracht. Ist das Profilelement
aus Sintermetall geformt, ist es relativ empfindlich gegenüber Zugspannungen.
Um diese zu verringern, sind die Schlitze 29 vorgesehen,
welche eine gewisse Verformung der Rippenabschnitte aufeinander
zu ermöglichen.
Die Schlitze dienen ferner dem Toleranzausgleich und können bei
stoßartigen
Drehmomentübertragungen
dämpfend
wirken.
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Im gezeigten Fall sind die Flächen 25 plan. Sie
können
jedoch auch ballig sein und in gleicher Weise die gewünschte Zentrier-
und Drehmomentübertragungswirkung
haben.
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Das Profilelement 20 ist
in den 5 und 6 etwas detaillierter dargestellt.
Man erkennt aus der Stirnansicht nach 5,
daß das
Profilelement 20 polygonal ist, d.h. vier „Ecken" aufweist, wobei
der Hub zwischen den Ecken mit h angegeben ist. Es versteht sich,
daß nur
in den Eckbereichen eine Gewindeerzeugung durch Umformung stattfin det.
In den 5 und 6 sind die Nuten 18 vorgesehen,
die mit entsprechenden Rippen eines Schaftes, wie er in 1 oder 7 dargestellt ist, in gleicher Weise
zusammenwirken, wie dies in Verbindung mit den 1 bis 4 erläutert wurde.
Die Nuten 18 haben wiederum seitlich schräge Wandflächen 29,
die mit schrägen Wandflächen 25 der
Rippen zusammenwirken. Wie in 6 erkennbar,
weist das Profilelement 20 einen Anformkegel 28 in
herkömmlicher
Weise auf und einen eigentlichen Profilabschnitt 30 mit
zwei bis vier Gängen
eines Formgewindes. Wie bei 32 angedeutet, weist die Bohrung 22 eine
Ansenkung 32 auf zur Aufnahme des Konus 34 des
Kopfes der nicht gezeigten Schraube 26.
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In den 8 und 9 ist ein Profilelement 20a mit
einer zentrischen Bohrung 22a dargestellt, das von seinem
grundsätzlichen
Aufbau dem etwa nach 4 oder 5 und 6 gleicht. Daher soll auf das Profilelement
selbst im einzelnen nicht mehr eingegangen werden. Im Unterschied
zu den voranstehenden Figuren ist kein Kreuz von radial durchgehenden
Nuten an der Rückseite
angeordnet, sondern ein Kreuz von nutartigen Ausnehmungen 40,
wobei die Achsen der Ausnehmungen ein Kreuz bilden, dessen Mittelpunkt mit
der Achse des Profilelements 20a zusammenfällt. Die
Ausnehmungen sind im Querschnitt kreisbogenförmig, und ihre radial äußere Kante
ist konzentrisch zur Kreisform der Innenkante des Profilelements 20a. Die
konzentrische Endkante 42 liegt im Abstand zum äußeren Umfang
des Profilelements 20a. Das Profilelement 20a ist
z.B. aus einem Sinterwerkstoff in herkömmlicher Weise geformt. Das
hierzu passende Gegenstück
des nicht gezeigten Werkzeugschaftes weist zu den Ausnehmungen
40 komplementäre Erhebungen
auf. Es versteht sich, daß statt
einer kreisbogenförmigen
Kontur im Querschnitt die Aussparungen im Querschnitt ähnlich geformt
sein können wie
die Nuten des Profilelements 20 nach 4, 5 und 6.
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10 zeigt
ein Profilelement 20b, das relativ ähnlich ist dem Profilelement 20a mit
einer zentrischen Durchbohrung 22b. Ferner ist ein Schaft 10b zu
erkennen mit einem Verbindungsabschnitt 14b und einer zentrischen
Gewindebohrung 16b am Ende, das dem Profilelement 20b zugekehrt
ist. Man erkennt, daß die
zentrische Gewindebohrung 16b umgeben ist von einer prismatischen
Erhebung 44, die quadratische Kontur aufweist mit vier
Schägflächen 46,
die gerundet ineinander übergehen.
Das zugekehrte Ende des Profilelements 20b weist entsprechend
der Erhebung 44 eine komplementäre Ausnehmung 46 auf.
Erhebung 44 aus Ausnehmung 46 haben das gleiche
Ziel wie die oben erwähnten
Nuten bzw. Ausnehmungen und Erhebungen der voranstehend beschriebenen
Ausführungsformen,
nämlich das
Profilelement 20b an dem Schaft 10b zu zentrieren
und eine Drehmomentübertragung
vom Schaft 10b auf das Profilelement 20b zu gewährleisten.
Die Verbindungsschraube zur Verbindung der Teile 20b und 10b ist
ebenfalls nicht dargestellt.
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In den 11 bis 14 ist ein Profilelement 20c bzw.
ein Schaft 10c dargestellt. Man erkennt insbesondere aus 11, daß das Profilelement 20c am Befestigungsende
eine Ausnehmung 48 aufweist, deren Kontur gleichseitig
fünfeckig
ist und die zentrische Durchbohrung 22c zentrisch umgibt.
Auf diese Weise sind fünf
Schrägflächen 50 ge bildet.
Der Schaft weist am Befestigungsende eine prismatische Erhebung 52 auf
von fünfeckiger
Kontur mit Schrägflächen 54.
Die Schrägflächen 54 sind
komplementär zu
den Schrägflächen 48;
diese wirken zusammen, wenn das Profilelement 20c, wie
in 13 und 14 gezeigt, an den Schaft
lOc gemäß 12 angesetzt wird. Die Wirkungsweise
von Vertiefung 48 und Erhebung 52 ist die gleiche,
wie sie in Verbindung mit 10 beschrieben
wurde, nämlich
Zentrierung und Übertragung
hoher Drehkräfte.
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Die Ausführungsform nach den 10 bis 14 haben ebenso wie die nach den 8 und 9 den Vorteil, daß eine Zentrierung und Drehmomentübertragung
auch bei sehr kleinen Durchmessern des Werkzeugs problemlos möglich sind.