DE202007003273U1

DE202007003273U1 - Werkzeug zur Erzeugung eines Gewindes

Info

Publication number: DE202007003273U1
Application number: DE200720003273
Authority: DE
Original assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Current assignee: Emuge Werk Richard Glimpel GmbH and Co KG Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2017-03-03
Also published as: DE102008010170A1

Abstract

Werkzeug (2) zum Erzeugen eines Gewindes (50),
a) das um eine Werkzeugachse (A) drehbar oder drehend ist und
b) wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich (4) und
c) wenigstens einen Bürstenbereich (3) mit einer Vielzahl von Borsten, umfasst,
d) wobei der wenigstens eine Gewindeerzeugungsbereich (4) und der wenigstens eine Bürstenbereich (3) so miteinander gekoppelt oder verbunden sind, dass sie gemeinsam um die Werkzeugachse (A) drehbar oder drehend sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Erzeugung eines Gewindes.
Zur Gewindeerzeugung oder Gewindenachbearbeitung sind ausschließlich spanabhebend, ausschließlich spanlos und sowohl spanabhebend als auch spanlos arbeitende Verfahren und Gewindewerkzeuge bekannt. Spanabhebende Gewindeerzeugung beruht auf Abtrag des Materials des Werkstücks im Bereich des Gewindeganges (oder: Gewindeprofils). Spanlose Gewindeerzeugung beruht auf einer Erzeugung des Gewindeganges in dem Werkstück durch Druck und die dadurch bewirkte Umformung oder plastische Verformung des Werkstücks. Unter die spanabhebenden oder spanenden Gewindeerzeugung fallen die Gewindebohrer (vgl. Handbuch der Gewindetechnik und Frästechnik, Herausgeber: EMUGE-FRANKEN, Verlag: Publicis Corporate Publishing, Erscheinungsjahr: 2004 (ISBN 3-89578-232-7), im Folgenden nur als "EMUGE-Handbuch" bezeichnet, Kapitel 8, Seiten 181 bis 298) und die Gewindefräser (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372).
Ein Gewindebohrer umfasst Schneiden, die entlang eines Außengewindes mit der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes angeordnet sind. Beim Erzeugen des Gewindes wird der Gewindebohrer mit axialem Vorschub und unter Drehung um seine Werkzeugachse mit von der Vorschubgeschwindigkeit abhängiger Drehgeschwindigkeit in eine Bohrung des Werkstücks bewegt, wobei seine Schneiden permanent mit dem Werkstück in Eingriff sind (kontinuierlicher Schnitt).
Beim Gewindefräser sind mehrere Fräszähne mit Frässchneiden entlang des Werkzeugumfangs und/oder axial zur Werkzeugachse versetzt angeordnet. Zum Erzeugen des Gewindes wird der Gewindefräser um seine eigene Werkzeugachse rotiert und mit seiner Werkzeugachse in einer linearen Vorschubbewegung einerseits und zusätzlich einer Zirkularbewegung um eine Mittelachse des zu erzeugenden Gewindes oder der Vorbohrung im Werkstück andererseits bewegt, wodurch sich eine schraubenförmige Bewegung des Werkzeugs ergibt, deren Steigung der Gewindesteigung des zu erzeugenden Gewindes entspricht. Die Frässchneiden des Gewindefräsers greifen intermittierend nacheinander in das Werkstück ein (unterbrochener Schnitt). Beim Zirkulargewindebohrfräser arbeitet zusätzlich ein vor dem Gewindefräsbereich angeordneter Bohrbereich in der Zirkularbewegung zum Erzeugen der Bohrung (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 10, Seiten 325 bis 372)..
Unter die spanlosen Gewindeerzeugungswerkzeuge fallen die sogenannten Gewindefurcher (vgl. EMUGE-Handbuch, Kapitel 9, Seiten 299 bis 324) sowie die sogenannten Zirkulargewindeformer.
Gewindefurcher weisen an einem Werkzeugschaft ein Außenprofil auf, das die Werkzeugachse spiral- oder schraubenförmig mit der Steigung des zu erzeugenden Gewindes umläuft und einen annähernd polygonalen Querschnitt aufweist. Die abgerundeten Polygon-Eckbereiche bilden Drückstollen oder Furchzähne oder Formkeile, die das Gewinde durch plastische Verformung und Fließen des Werkstückmaterials und Verdichtung des Werkstückmaterials in das Werkstück eindrücken. Zur Erzeugung eines Innengewindes in einer bereits vorhandenen Bohrung wird der Gewindefurcher mit einer linearen Vorschubbewegung axial zur Werkzeugachse und unter Drehung des Werkzeugs um diese Werkzeugachse in die Bohrung eingeführt. Bekannte Ausführungsbeispiele solcher (axialen) Gewindefurcher finden sich auch in DE 101 36 293 A1 , DE 199 58 827 A1 , oder auch in DE 39 34 621 C2 .
Aus WO 02/094491 A1 sind ein Zirkulargewindeformer und ein Zirkularformverfahren zur spanlosen Gewindeerzeugung bekannt. Dieser bekannte Zirkulargewindeformer ist langgestreckt und umfasst einen Arbeitsbereich mit einem oder mehreren durch Ringnuten voneinander getrennten ringförmigen Umfangsprofilen(en) mit jeweils wenigstens drei Drückstollen nach Art eines Polygons. Dieses Werkzeug formt in einer schraubenförmigen Bewegung spanlos das Gewinde in der Bohrung. Ein weiterer Zirkularformer und ein weiteres Zirkularformverfahren sind aus DE 103 18 203 A1 bekannt.
Schließlich sind auch kombinierte Verfahren mit wenigstens zwei Arbeitsschritten zum Erzeugen von Innengewinden bekannt, bei denen in einem Arbeitsschritt ein Vorgewinde erzeugt wird und in einem weiteren Arbeitsschritt aus dem Vorgewinde das Innengewinde durch Formen fertiggestellt wird. Solche kombinierte Verfahren sind aus DE 10 2004 033 772 A1 , DE 70 17 590 U und DE 196 49 190 C2 bekannt.
Mitunter kommt es vor der Erzeugung des Gewindes an der Oberfläche des Werkstücks zu Rückständen und Verschmutzungen, beispielsweise durch anklebende oder hochviskose ölige oder fettige Rückstände und auch Materialrückstände durch vorherige spanende Prozesse, wie anklebende oder anhaftende Späne, die auch nicht durch eine Reinigung mit Spülflüssigkeiten oder Druckluft vollständig entfernt werden können. Außerdem stellt auch die Spanbildung bei einem spanabhebenden Prozess vor oder während der Gewindeerzeugung ein gewisses Problem dar, das zwar durch Vorsehen von Nuten zur Spanabführung und das Einleiten von Kühl- und Schmiermittel, das zugleich die Späne wegspült, oder auch durch Druckluft zum Wegblasen der Späne meist bewältigt wird, jedoch im Einzelfall auch noch einer verbesserten Lösung bedarf.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug zur Erzeugung eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, anzugeben, mit dem die genannten Probleme beim Stand der Technik bei deren Auftreten wenigstens teilweise beseitigt oder zumindest gelindert werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Werkzeugs gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, an oder in einem Werkzeug zur Gewindeerzeugung wenigstens einen Bürstenbereich (oder: eine Bürste) zu integrieren.
Die Borsten des Bürstenbereichs können insbesondere eine oder mehrere der folgenden Funktionen oder Arbeitsschritte erfüllen:

• Reinigung der Werkstückoberfläche vor oder bei oder nach der Gewindeerzeugung von Rückständen oder Verschmutzungen, insbesondere also der Werkstückoberfläche noch ohne Gewinde und/oder der Gewindeoberflächen und des Gewindeganges des erzeugten Gewindes
• Unterstützen des Abtrags und der Abfuhr von Spänen, die in einem spanenden Prozess vor oder bei der Gewindeerzeugung erzeugt wurden oder werden,
• Abtragen oder Verrunden von Kanten oder Graten oder Materialüberständen an der Werkstückoberfläche, insbesondere während der Gewindeerzeugung oder am erzeugten Gewinde,
• Glätten oder Polieren der Werkstückoberfläche, insbesondere vor oder während der Gewindeerzeugung im oder am erzeugten Gewinde.

Es ist also mit diesem Werkzeug ein Verfahren durchführbar, bei dem diese Funktionen oder Arbeitsschritte einzeln oder in beliebiger Kombination mit der für die Gewindeerzeugung vorgesehenen oder durchgeführten Arbeitsbewegung des Werkzeugs synchron oder gleichzeitig durchgeführt werden, also kein gesonderter Arbeitsvorgang erforderlich ist.
Bevorzugt sind die Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs wenigstens teilweise aus einem metallischen Werkstoff (Metall oder Metalllegierung) gebildet, wobei ein Material mit vergleichsweise hoher Zähigkeit und Elastizität bevorzugt ist, insbesondere ein Stahl oder Messing.
Die Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs können aber auch wenigstens teilweise aus einem entsprechend belastungsfähigen und beständigen Polymerwerkstoff gebildet sein, insbesondere einem Kunststoff wie beispielsweise PA, insbesondere PA 6 oder PA 6.6, oder PP oder POM oder PE oder PT oder eine Mischung oder ein Copolymer aus Polymeren, insbesondere den genannten Polymeren.
Ferner könne die Borsten auch an ihren Oberflächen beschichtet sein, beispielsweise mit Diamantstaub oder verschleißfesten oder abrasiven Beschichtungen.
Vorteilhafterweise ragen die Borsten wenigstens eines oder jedes Bürstenbereichs von der Werkzeugachse oder Drehachse des Werkzeugs aus gesehen nach außen, insbesondere in im Wesentlichen radialer Richtung oder auch in von einer radialen Richtung abweichenden aber nach außen gerichteten Richtung(en), beispielsweise einer axial gesehen nach vorne oder nach hinten geneigten Richtung, also nicht mehr senkrecht zur Werkzeugachse oder Drehachse stehenden, sondern einen spitzen oder stumpfen Winkel mit dieser einschließenden Richtung(en).
Es versteht sich dabei, dass sich mit zunehmendem Gebrauch und Verschleiß die Borsten abhängig von dem Material, aus dem sie bestehen, auch in unterschiedlichem Maße verformen können und dann Abweichungen von ihrer ursprünglichen Form und Richtung auftreten können, wie dies bei vielen Bürsten der Fall ist.
Als Gewindezeugungsbereich(e) kann oder können insbesondere wenigstens ein Gewindefräsbereich, Gewindebohrbereich, Gewindefurchbereich und/oder Zirkulargewindeformbereich vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform sind wenigstens ein Bürstenbereich und wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich axial zur Werkzeugachse hintereinander angeordnet. Hier kann bei einer axialen Vorschubbewegung der Bürstenbereich zunächst die Werkstückoberfläche bearbeiten, bevor der Gewindeerzeugungsbereich das Gewinde erzeugt.
Vor allem bei axial arbeitenden Werkzeugen wie zum Beispiel Gewindebohrern oder Gewindefurchern kann der Bürstenbereich auch während der Rückholbewegung aus dem Werkstück heraus das gerade erzeugte Gewinde zusätzlich säubern, insbesondere auf dessen Kerndurchmesser.
In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens ein Bürstenbereich und wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse nebeneinander angeordnet.
Ferner kann wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich wenigstens zwei Gewindeerzeugungs-Teilbereiche aufweisen, zwischen denen vorzugsweise wenigstens ein Bürstenbereich angeordnet ist.
Es kann auch ein Werkzeug mit einem ersten Gewindeerzeugungsbereich zum, vorzugsweise spanenden, Erzeugen eines Vorgewindes (oder: Rohgewindes) in der bzw. einer Werkstückoberfläche und einem, vorzugsweise spanlos arbeitenden, zweiten Gewindeerzeugungsbereich zum Nachbearbeiten, insbesondere Glätten oder weiteren Ausformen, des Vorgewindes durch Eindrücken oder Einformen in die Werkstückoberfläche vorgesehen sein.
Das Werkzeug zur Erzeugung eines Gewindes kann neben Gewindeerzeugungsbereich(en) auch wenigstens einen zusätzlichen spanabhebenden (oder: spanend arbeitenden) Bereich mit wenigstens einer Schneide aufweisen. In einer ersten Variante ist wenigstens ein spanabhebender Bereich zum Erzeugen oder Vorbereiten einer Werkstückoberfläche für das Gewinde durch den oder die Gewindeerzeugungsbereich(e) geeignet und bestimmt. Insbesondere ist mit diesem Werkzeug ein Erzeugen eines Gewindes auch in das Vollmaterial eines Werkstücks möglich, da der zusätzliche spanabhebende Bereich die Werkstückoberfläche für den Gewindeerzeugungsbereich durch Materialab trag aus dem Werkstück selbst herstellt. Es ist also eine Vorbearbeitung des Werkstücks, insbesondere das Vorerzeugen einer Bohrung (Kernlochbohrung) bei einem Innengewinde, nicht notwendig, wenn auch natürlich zusätzlich möglich. Der spanabhebende Bereich zum spanabhebenden Erzeugen der Werkstückoberfläche ist vorzugsweise als Bohrer ausgebildet, insbesondere mit kontinuierlichem Schnitt, insbesondere als Spiralbohrer oder als Zirkularbohrer, kann aber auch als Fräser ausgebildet sein, also insbesondere mit diskontinuierlichem oder unterbrochenem Schnitt.
Zwischen wenigstens einem Gewindeerzeugungsbereich und wenigstens einem zusätzlichen spanabhebenden Bereich ist nun vorzugsweise (ebenfalls) wenigstens ein Bürstenbereich vorgesehen.
Das Werkzeug umfasst ferner vorzugsweise Nuten und/oder Kanäle zur Führung eines fluiden Mediums, insbesondere eines Spül- und/oder Kühl- und/oder Schmiermittels, und/oder zur Führung von abgehobenen Spänen, im Fall spanabhebend arbeitender Gewindeerzeugungsbereiche oder zusätzlicher Bereiche.
Die Nuten trennen dann insbesondere Gewindeerzeugungs-Teilbereiche des oder der Gewindeerzeugungsbereiche(s) und ggf. auch Teilbereiche des oder der zusätzlichen spanabhebenden Bereiche(s) voneinander.
Die Nuten oder Kanäle können gerade und/oder parallel oder axial zur Werkzeugachse und/oder oder schräg zur Werkzeugachse und/oder in Längsrichtung des Werkzeugs verlaufen oder auch um die Werkzeugachse gedrallt oder schraubenförmig (Drallnuten) verlaufend ausgebildet sein.
Bei der Gewindeerzeugung mit einem Werkzeug gemäß der Erfindung kommen in der Regel unterschiedliche Arbeitsverfahren zum Einsatz abhängig von der Gestaltung der Gewindeerzeugungsbereiche und ggf. der zusätzlichen spanabhebenden Bereiche. Das Werkzeug wird bei allen Verfahren um seine Werkzeugachse gedreht und axial zur Werkzeugachse zum Werkstück zugestellt in einer Vorschubbewegung entlang einer Vorschubrichtung axial oder parallel zur Werkzeugachse relativ zu dem Werkstück.
Bei Gewindebohrbereichen oder Gewindefurchbereichen wird nun lediglich die Vorschubgeschwindigkeit an die Drehgeschwindigkeit um die Werkzeugachse angepasst entsprechend der Steigung des Gewindes. In dieser Ausführungsform mit ausschließlich axialem Vorschub weist der Gewindeerzeugungsbereich eine Gestalt auf, die bei der aus Drehbewegung und Vorschubbewegung zusammengesetzten Bewegung des Gewindeerzeugungsbereichs sich auf das Gewinde im Werkstück abbildet, insbesondere also eine um die Werkzeugachse spiralförmig oder schraubenförmig (oder: helixförmig) laufende Grundgestalt mit gleicher Steigung wie das erzeugte oder zu erzeugende Gewinde.
Bei Gewindefräsern oder Zirkulargewindebohrfräsern oder Zirkulargewindeformern wird zusätzlich eine Kreisbewegung um eine zentrale Gewindeachse durchgeführt, so dass das Werkzeug eine schraubenförmige oder helixartige Bewegung vollführt.
In dieser Ausführungsform weist jeder Gewindeerzeugungsbereich wegen der bereits helixförmigen Bewegung des Werkzeugs im Allgemeinen eine steigungslose Grundgestalt, also einen Verlauf im Wesentlichen senkrecht zur Werkzeugachse und ohne Steigung.
Wenn ein zusätzlicher spanabhebender Bereich vorhanden ist, kann mit diesem die Werkstückoberfläche in einem gesonderten Arbeitschritt oder auch simultan mit derselben Arbeitsbewegung wie der Gewindeerzeugungsbereich erzeugen. Beispielsweise kann der spanabhebende Bereich als axialer Bohrbereich eine Bohrung oder Werkstückoberfläche durch eine ausschließlich axiale Vorschubbewegung erzeugen oder als zirkular arbeitender Bohrbereich durch eine zirkulare Vorschubbewegung jeweils unter Drehung des Werkzeugs in dem Schneidsinn des Bohrbereichs.
Die Werkzeugachse oder Drehachse des Werkzeugs ist in der Regel eine Längsachse und/oder Hauptträgheitsachse des Werkzeugs und/oder eine zentral durch das Werkzeug verlaufende Achse. Das Werkzeug umfasst ferner im Allgemeinen auch einen Werkzeugschaft zum Koppeln oder Einspannen in einen Werkzeughalter oder ein Werkzeugfutter einer Werkzeugmaschine oder Spindel oder allgemein eines Antriebs.
Die Arbeitsbereiche, also Gewindeerzeugungsbereich(e) und ggf. spanabhebende(r) Bereich(e), und/oder der oder die Bürstenbereich oder Borstenträger können einstückig mit dem Werkzeugträgerkörper ausgebildet sein oder auch als vorgefertigte(s) Teil(e) mit diesem verbunden sein, beispielsweise aufgeschrumpft oder aufgelötet oder aufgeschweißt oder aufgeklebt oder aufgeschraubt werden.
Die Bürstenbereiche können insbesondere jeweils einen oder einen gemeinsamen Borstenträger aufweisen, an dem die Borsten gehalten sind und der an dem Werkzeugträgerkörper befestigt ist, beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben, Verpressen, Stecken, Klemmen, Löten, Schweißen um nur einige Befestigungsmöglichkeiten zu nennen.
Die Befestigung ist vorzugsweise lösbar, um die Bürstenbereiche gegebenenfalls austauschen zu können.
Beispielsweise kann ein am vorderen Ende des Werkzeugs angeordneter Bürstenbereichen an der Stirnseite des Werkzeugs befestigt werden durch eine zentrale Schraubverbindung, vorzugsweise mit einem Innengewinde im Werkzeugträgerkörper und einem Außengewinde am Borstenträger. Am Umfang des Werkzeuges angeordnete Bürstenbereiche können auch lösbar durch Schraubverbindungen und/oder Klemmverbindungen befestigt werden.
Insbesondere kann eine Befestigung analog wie bei austauschbaren Schneidelementen, insbesondere Wendeschneidplatten, bei Fräsern oder Gewindefräsern, auch für die Bürstenbereiche oder deren Borstenträger gewählt wer den. Insbesondere kann dann ein Standardwerkzeug mit einem Bürstenbereich gemäß der Erfindung nachgerüstet werden, indem der Borstenträger an den für die Schneidelemente vorgesehenen Befestigungspositionen befestigt werden und dafür mit entsprechend angepassten Befestigungsbereichen versehen werden.
Ferner kann, ähnlich wie ein Wendeschneidelement, auch ein Wendebürstenbereich realisiert werden, in dem mehrere Borstenbereiche um jeweils einen Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind und der lösbar am Werkzeugträgerkörper befestigt ist. Durch Abnehmen, Drehen (Wenden) und erneutes Befestigen des Wendebürstenbereichs kann ein nächster Borstenbereich zum Einsatz kommen, beispielsweise von gleicher Ausbildung als Ersatz für einen abgenutzten Borstenbereich oder als alternativer Borstenbereich mit anderer Ausgestaltung oder anderen Eigenschaften, z.B. anderem Borstenmaterial oder anderer Anordnung oder Zahl der Borsten.
Ferner können zusätzliche Verschleißschutzschichten auf das Werkzeug oder dessen Arbeitsbereiche und/oder die Borsten der Bürstenbereiche aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Werkzeug-Trägerkörper aus einem Werkzeugstahl, insbesondere einem Schnellarbeitsstahl wie HSS-Stahl oder HSS-E-Stahl sein. Die Arbeitsbereiche sind vorzugsweise aus Hartmetall oder aus einer Hartmetalllegierung, insbesondere P-Stahl oder K-Stahl oder Cermet, oder aus Sinterhartmetall, insbesondere aus Wolframkarbid oder Titannitrid oder Titankarbid oder Titankarbonitrid oder Aluminiumoxid, oder aus einer Schneidkeramik, insbesondere polykristallines Bornitrid (PKB), oder aus polykristallinem Diamant (PKD) gefertigt.
Wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich weist in einer besonderen Ausführungsform vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich einen entgegen der Vorschubrichtung, vorzugsweise konisch oder linear, zunehmenden Außendurchmesser auf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen
1 ein Werkzeug mit einem Gewindebohrbereich und einem vorgelagerten Bürstenbereich in perspektivischer Seitenansicht,
2 den Bürstenbereich des Werkzeugs gemäß 1 in einer perspektivischen Stirnansicht,
3 ein Werkzeug mit Bürstenbereichen in axialen Nuten in einer Längsansicht und
4 ein Werkzeug mit Bohrbereich und Gewindeformbereich und dazwischen angeordnetem Bürstenbereich.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in 1 bis 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Werkzeug 2 zum Erzeugen eines Gewindes, das einen Gewindebohrbereich 4 an einem vorderen Bereich eines Trägerkörpers 9 des Werkzeugs 2 aufweist und einen axial vor dem Gewindebohrbereich 4 angeordneten Bürstenbereich 3. Das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse oder Drehachse A drehbar, wobei der Drehsinn D im gezeigten Ausführungsbeispiel bei der Erzeugung des Gewindes rechtsdrehend oder in Uhrzeigerrichtung gerichtet ist. Dazu ist das Werkzeug 2 mit einem Werkzeugschaft 5 an dem Trägerkörper 9 mit einer Werkzeugaufnahme eines nicht dargestellten Drehantriebs, insbesondere einer Maschinenspindel, verbindbar.
Der Gewindebohrbereich 4 weist mehrere Teilbereiche auf, beispielsweise drei Teilbereiche 41, 42 und 43 in 1 und im Allgemeinen 2 bis 20 Teilbereiche. Die Teilbereiche 41 bis 43 des Gewindebohrbereiches 4 sind durch dazwischenliegende Nuten 51 bis 53 voneinander getrennt, wobei in 1 nur die Nuten 51 und 53 sichtbar sind. Die Nuten 51 bis 53 dienen zur Spanabfuhr und zur Unterbrechung der Späne. An einer Seite der Teilbereiche 41 bis 43 sind die eigentlichen Gewindebohrschneiden ausgebildet, die gemäß der Gewindeprofilform ausgebildet sind und somit Gewindebohrzähne 48 bilden sowie insgesamt auf einem helikalen Gewinde-Außenprofil liegen, das den zu erzeugenden Gewindeprofilen in der Steigung und in der Überlagerung der einzelnen Gewindebohrzähne 48 entspricht.
An der Stirnseite des Gewindebohrbereichs 4 ist am Trägerkörper 9 des Werkzeugs 2 nun zentral der Bürstenbereich 3 drehfest befestigt, im dargestellten Beispiel lösbar über eine Schraubverbindung. Der Bürstenbereich 3 dreht sich somit im gleichen Drehsinn D und mit derselben Drehgeschwindigkeit mit dem Werkzeug 2 und insbesondere dem Gewindebohrbereich 4 des Werkzeugs 2 um die Drehachse A mit.
Der Bürstenbereich 3 weist nach außen von der Drehachse A wegragende Borsten 30 auf, die an einem Bürstenträger 38 gehalten sind. Gemäß 1 sind die Borsten 30 in fünf Bürstenteilbereiche 31 bis 35, die entlang des Umfangs um die Drehachse D verteilt angeordnet sind, aufgeteilt oder gruppiert.
Die Bürstenteilbereiche 31 bis 35 dienen dabei bei der Vorwärtsbewegung zum Vorreinigen und ggf. Polieren der – nicht dargestellten – Werkstückoberfläche, in der die Teilbereiche 41 bis 43 des Gewindebohrbereiches 4 die zugehörigen Teilabschnitte des Gewindeganges erzeugen und auch ggf. der weiterführenden Bohrung, die tiefer als das zu erzeugende Gewinde liegt. Der von der Werkstückoberfläche durch die Borsten 30 entfernte Abtrag, beispielsweise Schmutzpartikel, Grat, Schmiermittelrückstände und andere Rückstände, wird über die Nuten 51 bis 53 während der Drehbewegung des Werkzeugs 2 abgeführt, wobei vorzugsweise zur Unterstützung ein Spülmedium, das zugleich zum Kühlen dienen kann, zugeführt werden kann.
Bei der Rückwärtsbewegung oder dem Herausdrehen des Werkzeugs 2 aus dem Werkstück bewirkt der Bürstenbereich 3 mit seinen Borsten 30 ein Herausbürsten oder Entfernen von Spänen, Rückständen und Schmutz aus dem Gewindegang des bei der Vorwärtsbewegung erzeugten Gewindes und der Gewindekernoberfläche des Werkstücks sowie eventuell auch eine Verrundung von Kanten, Graten oder anderen Überständen, insbesondere am oder im Gewindeprofil oder an Absätzen, Freistichen oder ähnlichen Übergängen in der Bohrung.
Es kann auch eine kleinere oder größere Zahl von Bürstenteilbereichen am Umfang verteilt angeordnet sein, insbesondere eine der Zahl der Teilbereiche des Gewindeerzeugungsbereichs, insbesondere Gewindebohrbereichs 4 in 1, entsprechende Zahl von Bürstenteilbereichen, die dann auch unmittelbar einem zugehörigen Gewindeerzeugungs-Teilbereich oder dessen zugehöriger Nut (Spannut) zugeordnet oder vor diesem angeordnet sind, oder eine kleinere Zahl von Bürsten(teil)bereichen als Gewindeerzeugungs-Teilbereichen, z.B. ein Bürstenteilbereich nur an jeder zweiten Nut oder auch ein einziger, insbesondere umlaufender, Bürstenbereich. Es kann also auch ein dichterer Bürstenbereich 3 mit mehr Borsten 30 entlang des Umfangs vorgesehen sein, also insbesondere mit weniger und sich über einen weiteren Bereich des Umfangs erstreckenden Teilbereichen oder auch ein geschlossener Bürstenbereich, der sich über den gesamten Umfang erstreckt.
Die Dichte, Länge, Dicke und das Material der Borsten wird abhängig von der gewünschten Anwendung, insbesondere dem zu bearbeitenden Werkstückmaterial und ggf. vorhandenen Prozessbedingungen wie beispielsweise der Beschaffenheit der Rückstände an der Werkstückoberfläche, gewählt. Bevorzugt ist als Material ein Stahldraht, wobei aber auch Kunststoff oder Polymermaterialfasern für die Borsten verwendet werden können. Die Dicke der Borsten liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 0,01 mm und 0,8 mm und/oder ist vorzugsweise kleiner als die Breite des Gewindeganges, so dass die Borsten in den Gewindegang eintauchen können. Die Zahl der Borsten pro Quadratzentimeter liegt typischerweise zwischen 20 bis 300.
Die Länge der Borsten 30, in radialer Richtung gesehen oder von der Drehachse D gemessen, ist einerseits bestimmt durch den Durchmesser des Borstenträgers 38, an dem die Borsten 30 befestigt sind und andererseits durch die Außenabmessungen des Gewindebohrbereichs 4 oder allgemeiner des Gewindeerzeugungsbereichs. Wie im Beispiel der 1 und 2 können die Borsten 30 in ihrer radialen Außenabmessung bis zur Außenabmessung des Gewindebohrbereichs 4 oder sogar darüber hinausragen. Insbesondere für eine Vorreinigung der Bohrung kann der Bürstenbereich auch einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Kerndurchmesser des erzeugten Gewindes.
Bei Erzeugen eines Innengewindes hat dann die entsprechende Vorbohrung, in der der Gewindebohrbereich 4 das Innengewinde erzeugt, einen Innendurchmesser oder Kerndurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Bürstenbereichs 3. Dadurch verbiegen sich die Borsten 30 bei der Drehung an der Werkstückoberfläche und der mechanische Bürsteffekt wird durch diese elastische Spannung in den Borsten 30 weiter erhöht.
Der Gewindebohrbereich 4 und allgemein der Gewindeerzeugungsbereich kann in jeder an sich bekannten Ausführung ausgebildet sein. Insbesondere können in den Nuten auch – nicht dargestellt – Kanäle im Werkzeug 2 zur Zufuhr von Kühl- und/oder Schmier- und/oder Spülmedium angeordnet sein.
Anstelle der in 1 spiralig verlaufenden Nuten 51 bis 53 können auch gerade oder axial zur Werkzeugachse A verlaufende Nuten vorgesehen sein. Ein Ausführungsbeispiel mit geraden Nuten zeigt 3.
In 3 weist das Werkzeug 2 vier Teilbereiche 41 bis 44 des Gewindebohrbereichs 4 auf, die durch jeweils eine Nut 51 bis 54, die axial oder parallel zur Drehachse A verläuft, voneinander getrennt sind. Es ist nun ein Bürstenbereich 3 in dem Gewindebohrbereich 4 angeordnet oder integriert derart, dass jeweils ein Bürstenteilbereich 31 bis 34 des Bürstenbereichs 3 in jeweils einer der Nuten 51 bis 54 angeordnet ist, beispielsweise indem jeweils ein vorgefertigter – nicht weiter dargestellter – Bürstenträger mit Borsten 30 mit dem Trägerkörper 9 des Werkzeugs 2 verbunden, insbesondere verlötet, wird. Die Bürstenteilbereiche 31 bis 34 verlaufen also im Ausführungsbeispiel der 3 axial zwischen den Teilbereichen 41 bis 44 des Gewindebohrbereichs 4 und können somit die Abfuhr der beim Gewindeschneiden oder Gewindebohren entstehenden Späne unterstützen oder diese herausbürsten.
Die Borsten 30 der Bürstenbereiche 31 bis 34 ragen dabei in einer Ausführungsform höchstens so weit nach außen wie die Gewindeschneidzähne 48 des Gewindebohrbereichs 4 oder auch etwas weniger weit nach außen, um nicht den Gewindeschneidvorgang zu stören, wobei auch Werte für den Außenradius der Borsten von weniger als dem halben Kerndurchmesser des erzeugten Gewindes möglich sind. In anderen Anwendungsfällen kann abhängig von der Bürstenhärte der Außenradius der Borsten auch weiter außen liegen, insbesondere zwischen dem halben Kerndurchmesser des erzeugten Gewindes und dem halben Gewindenenndurchmesser zuzüglich einem bestimmten Zusatzwert, der beispielsweise bis zu 20 % betragen kann.
Die in den Nuten angeordneten Bürstenbereiche 31 bis 34 haben den Vorteil, dass auch bei Grundlöchern oder Sacklöchern bis zum Bohrungsgrund gebürstet und zugleich ein Gewinde erzeugt werden kann, während in der Ausführungsform mit einem axial vorgelagerten Bürstenbereich das Gewinde in einem Kernloch nur bis zu einer Tiefe erzeugt werden kann, die abzüglich des Bürstenbereichs bemessen ist.
Mit den Bürstenbereichen 3 und 31 bis 35 gemäß 3 kann mit der Drehung des Werkzeugs 2 während der Gewindeerzeugung durch die Gewindeerzeugungs-Teilbereiche 41 bis 44 zugleich die Werkstückoberfläche im Gewinde und zwar sowohl am Gewindekern als auch im Gewindegang gebürstet und damit von Rückständen und beim Gewindeschneiden entstehenden Spänen gereinigt werden und auch zusätzlich geglättet, an Kanten verrundet und/oder poliert werden.
Solche in den Nuten angeordneten Bürstenbereiche gemäß 3 können natürlich auch bei Spiralnuten gemäß 1 vorgesehen sein, wobei dann spiralig verlaufende Borstenträger vorgesehen werden.
Ferner können auch Bürstenbereiche, die axial vor dem Gewindeerzeugungsbereich liegen wie in 1, mit Bürstenbereichen, die in Umfangsrichtung versetzt zu Gewindeerzeugungsbereichen liegen wie in 3, in einem Werkzeug 2 kombiniert werden.
4 zeigt ein Kombinationswerkzeug mit einem nach Art eines Spiralbohrers ausgebildeten Bohrbereich 6 an dem vorderen Ende des Trägerkörpers 9 und einem axial zur Drehachse A nachfolgenden Gewindeformbereich 7 zum spanlosen Formen oder Eindrücken eines Gewindes in die von dem Bohrbereich 6 erzeugte Bohrung. Der Gewindeformbereich 7 wird dabei im Zirkulargewindeformverfahren in einer Zirkularbewegung in der vom Bohrbereich 6 erzeugten Bohrung bewegt und umfasst steigungslos angeordnete Drückstollen oder Formkeile 70 zum Eindrücken des Gewindes in die Werkstückoberfläche, wobei die Drückstollen 70 in mehreren, im Beispiel der 4 zwei, Gewindeform-Teilbereichen 71 und 72 und entlang einer Spirallinie angeordnet sind. Die Zirkularbewegung des Werkzeugs 2 führt dann zu einer Erzeugung eines Gewindes mit der Steigung, die dem axialen Abstand der einzelnen Drückstollen 70 entspricht. Die beiden Gewindeform-Teilbereiche 71 und 72 sind durch zwei spiralförmige Nuten 51 und 52 voneinander getrennt, die für Kühl- und/oder Schmiermittel vorgesehen sein können und bis nach vorne verlaufen und dadurch den Bohrbereich 6 auch in zwei Bohr-Teilbereiche 61 und 62 trennen.
Axial zur Werkzeugachse A zwischen dem Bohrbereich 6 und dem Gewindeformbereich 7 ist nun ein Bürstenbereich 3 angeordnet, der in zwei Bürsten-Teilbereiche 31 und 32 unterteilt ist. Ein Bürsten-Teilbereich 31 ist zwischen dem Bohr-Teilbereich 61 und dem Gewindeform-Teilbereich 71 angeordnet ist und der andere Bürsten-Teilbereich 32 ist zwischen dem Bohr-Teilbereich 62 und dem Gewindeform-Teilbereich 72 angeordnet. Dadurch werden Bohrspäne und Mikrospäne und Rückstände auf der Oberfläche des Werkstücks über die Bürsten-Teilbereiche 31 und 32 entfernt und über die Nuten 51 und 52 abgeführt, ohne störend zwischen die Werkstückoberfläche und die Drückstollen 70 des Gewindeformbereichs 7 zu gelangen und dort dann in das Gewinde mit eingedrückt zu werden.
Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen können auch anders gestaltete oder arbeitende Gewindeerzeugungsbereiche am Werkzeug vorgesehen sein, beispielsweise Gewindefräsbereiche oder Gewindefurchbereiche. Ebenso kann das Werkzeug auch andere spanabhebende Bereiche vor oder zusätzlich zu den Gewindeerzeugungsbereichen umfassen, beispielsweise Stirnfräsbereich(e), Anfasbereich(e) zum Anfasen des Gewindeeingangsbereichs oder Kernschneidbereiche zum Erzeugen einer glatten Gewindekernoberfläche, um nur einige Möglichkeiten zu nennen.

2: Werkzeug
3: Bürstenbereich
4: Gewindebohrbereich
5: Werkzeugschaft
6: Bohrbereich
7: Gewindeformbereich
8: Stirnschneide
9: Trägerkörper
30: Borsten
31 bis 35: Bürsten-Teilbereich
41 bis 44: Gewindebohr-Teilbereich
51 bis 54: Nut
61, 62: Bohr-Teilbereich
71, 72: Gewindeform-Teilbereich
A: Werkzeugachse
D: Drehsinn

Claims

Werkzeug (2) zum Erzeugen eines Gewindes (50), a) das um eine Werkzeugachse (A) drehbar oder drehend ist und b) wenigstens einen Gewindeerzeugungsbereich (4) und c) wenigstens einen Bürstenbereich (3) mit einer Vielzahl von Borsten, umfasst, d) wobei der wenigstens eine Gewindeerzeugungsbereich (4) und der wenigstens eine Bürstenbereich (3) so miteinander gekoppelt oder verbunden sind, dass sie gemeinsam um die Werkzeugachse (A) drehbar oder drehend sind.
Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs wenigstens teilweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Stahl oder Messing, gebildet sind.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs wenigstens teilweise aus einem Polymerwerkstoff gebildet sind.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Borsten wenigstens eines oder jedes Bürstenbereichs (3) von der Werkzeugachse (A) gesehen nach außen ragen, insbesondere in im Wesentlichen radialer Richtung.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Bürstenbereich (3) und wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich (4) axial zur Werkzeugachse (A) hintereinander angeordnet sind.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Bürstenbereich (3) und wenigstens ein Gewindeerzeugungsbe reich (4) in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse (A) nebeneinander angeordnet sind.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Gewindezeugungsbereich ein Gewindefräsbereich ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Gewindezeugungsbereich ein Gewindebohrbereich ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ein Gewindefurchbereich ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich ein Zirkulargewindeformbereich ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Gewindeerzeugungsbereich wenigstens zwei Gewindeerzeugungs-Teilbereiche aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 11, bei dem zwischen wenigstens zwei Gewindeerzeugungs-Teilbereichen wenigstens ein Bürstenbereich angeordnet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem spanend arbeitenden Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere einem Gewindefräsbereich oder einem Gewindebohrbereich, und wenigstens einem spanlos arbeitenden Gewindeerzeugungsbereich, insbesondere einem Zirkulargewindeformbereich oder einem Gewindefurchbereich.
Werkzeug nach Anspruch 13, bei dem zwischen wenigstens einem spanend arbeitenden Gewindeerzeugungsbereich und wenigstens einem spanlos arbeitenden Gewindeerzeugungsbereich wenigstens ein Bürstenbereich angeordnet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem zusätzlichen spanabhebenden Bereich zusätzlich zu dem oder den Gewindeerzeugungsbereich(en).
Werkzeug nach Anspruch 15, bei dem wenigstens ein zusätzlicher spanabhebender Bereich zum spanenden Erzeugen oder Bearbeiten einer Werkstückoberfläche für das Gewinde.
Werkzeug nach Anspruch 16, bei dem wenigstens ein zusätzlicher spanabhebender Bereich ein Bohrbereich ist.
Werkzeug nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, bei dem wenigstens ein zusätzlicher spanabhebender Bereich ein Fräsbereich ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem zwischen wenigstens einem Gewindeerzeugungsbereich und wenigstens einem zusätzlichen spanabhebenden Bereich wenigstens ein Bürstenbereich angeordnet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Nuten zur Führung eines fluiden Mediums, insbesondere eines Spül- und/oder Kühl- und/oder Schmiermittels, und/oder zur Führung von abgehobenen Spänen.
Werkzeug nach Anspruch 11 und Anspruch 20, bei dem wenigstens zwei Gewindeerzeugungs-Teilbereiche durch jeweils eine Nut voneinander getrennt sind.
Werkzeug nach Anspruch 16 und Anspruch 20, bei dem wenigstens ein zusätzlicher spanabhebender Bereich durch die Nuten in Teilbereiche unterteilt ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Bürstenbereich einen Borstenträger umfasst, an dem die Borsten gehalten sind, wobei der Borstenträger an einem Werkzeugträgerkörper des Werkzeugs befestigt oder befestigbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 23, bei dem der Borstenträger wenigstens eines Bürstenbereichs an einer freien Stirnseite des Werkzeugträgerkörpers befestigt oder befestigbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 23 oder 24, bei dem der Borstenträger wenigstens eines Bürstenbereichs am Umfang des Werkzeugträgerkörpers befestigt oder befestigbar ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem der Borstenträger wenigstens eines Bürstenbereichs mehrere Borstenbereiche aufweist, die um bestimmte Drehwinkel zueinander versetzt angeordnet sind, und in jeder aus Drehung um diese Drehwinkel hervorgehenden Position an dem Werkzeugträgerkörpers befestigt oder befestigbar ist, so dass jeweils einer der Borstenbereiche wirksam ist.
Werkzeug nach Anspruch 26, bei dem die Borstenbereiche im Wesentlichen identisch zueinander oder drehsymmetrisch zueinander ausgebildet.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Borstenträger wenigstens eines Bürstenbereiches an derselben oder denselben Position(en) am Werkzeugträgerkörper befestigbar ist wie ein vorgefertigter Träger eines Gewindeerzeugungsbereichs oder spanabhebenden Bereichs oder mit diesem Träger austauschbar ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Borsten des oder wenigstens eines Bürstenbereichs eine oder mehrere der folgenden Funktionen erfüllen: – Reinigung der Werkstückoberfläche vor oder bei oder nach der Gewindeerzeugung von Rückständen oder Verschmutzungen, insbesondere der Werkstückoberfläche noch ohne Gewinde und/oder der Gewindeoberflächen und des Gewindeganges des erzeugten Gewindes; – Unterstützen des Abtrags und der Abfuhr von Spänen, die in einem spanenden Prozess vor oder bei der Gewindeerzeugung erzeugt wurden oder werden; – Abtragen oder Verrunden von Kanten oder Graten oder Materialüberständen an der Werkstückoberfläche, insbesondere am erzeugten Gewinde; – Glätten oder Polieren der Werkstückoberfläche, insbesondere im oder am erzeugten Gewinde.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Borsten wenigstens eines Bürstenbereichs wenigstens so weit wie der halbe Kerndurchmesser des erzeugten Gewindes und/oder maximal so weit wie das 1,2-fache des halben Gewindenenndurchmessers nach außen ragen bezogen auf die Werkzeugachse (A).