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Gewindedrückdorn und Rohling hiefür, sowie
Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf mit Längsnuten versehene Werkzeuge zum Herstellen von Gewinden, wie Gewindedrückdornen u. dgl., sowie auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Gewindedrückdorne haben gegenüber Gewindebohrern, die Gewinde in vorgebohrt Löcher einschnei- den, den Vorteil, dass sie Gewinde von besserer Qualität erzeugen, weil bei ihrer Anwendung keine Späne entstehen. Es sind zwar bisher Gewindedrückdorne hergestellt worden, die im Querschnitt nicht kreisförmig sind und deshalb weniger Kraft zu ihrem Hineindrehen in das Werkstück erfordern, jedoch waren diese be- kannten Werkzeuge in ihrer Herstellung sehr teuer. Die hohen Herstellungskosten beruhen darauf, dass die
Werkzeuge aus hochwertigem Stahl bestehen mussten, damit sie die notwendige Zug- und Biegefestigkeit aufweisen, wodurch es wieder erforderlich ist, die Gewindegänge zu der gewünschten Form zu schleifen.
Im Querschnitt unrunde Gewindedrückdorne sind bisher auch nicht mit Längsnuten ausgestattet wor- den, weil man diese für nicht erforderlich hielt. Es wurde angenommen, dass Längsnuten nur bei Gewin- deschneidern vorgesehen werden müssen, um hiedurch einerseits Schneidkanten sowie anderseits einen freien Raum zur Aufnahme von Spänen zu erhalten. Es hat sich jedoch gezeigt, dass für bestimmte An- wendungen die Anbringung von Längsnuten auch bei Gewindedrückdornen vorteilhaft ist, nämlich dann, wenn Gewinde in Kunststoffmaterial hergestellt werden sollen, um auf diese Weise dem Material zu gestatten, sich in regelmässigen Zeitabständen zu entspannen und somit ein Reissen des Materials auf Grund von Überbeanspruchung zu vermeiden.
Zweck der Erfindung ist es daher, ein neues und mit geringen Kosten durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von im Querschnitt unrunden, mit Längsnuten versehenen Gewindeherstellungswerkzeugen vorzuschlagen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Werkzeug zum Herstellen von Gewinden vorzuschlagen, bei dem am Werkzeug Nuten vorgesehen sind und wobei das Werkzeug Gewindegänge in ein Werkstück eindrückt, hiebei ein ausserordentlich geringes Drehmoment erfordert und keine Späne herausschneidet.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, einen neuen verbesserten Gewindedrückdorn zu schaffen, der gewalzte Gewindegänge aufweist, die im Qerkstück durchgehende Gewinde erzeugen.
Die obigen und weitere Zwecke der Erfindung werden mit Hilfe der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele dadurch erzielt, dass der mit Längsnuten versehene Gewindedrückdorn mit einer ungeraden Anzahl von Gewinde bildenden Vorsprüngen ausgestattet ist, wobei der Krümmungsradius der Vorsprünge wesentlich kleiner, als der Abstand zwischen der Mittelachse des Werkzeuges und dem hievon am weitesten entfernten Teil des jeweiligen Vorsprunges ist. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein zylindrisches Werkstück von rundem Querschnitt durch Fliesspressen zunächst mit symmetrisch um die Werkstückachse angeordneten Nuten versehen, die im Querschnitt bereits angenähert denjenigen am fertigen Werkstück entsprechen. Danach wird der mit Vorsprüngen ausgestattete Schaftteil zwischen herkömmlichen Gewinderollmatrizen gerollt.
Dieses Verfahren ist ganz besonders vorteilhaft, weil billiges Draht- oder Stangenmaterial verwendet werden kann, das beim Fliesspressen gehärtet wird, wobei der Gewinderollvorgang und eine nachfolgende Warmbehandlung einen dauerhaften Dorn ergeben, der hinsichtlich seiner Herstellungskosten wesentlich günstiger, als die bisherigen Werkzeuge gleicher Art ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt : Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen Gewindedrückdorns, Fig. 2 einen ver- grösserten Querschnitt des Werkzeuges nach Fig. 1 nach dem Einführen in ein in einem Werkstück vorge- bohrtesloch, Fig. 3 eine vergrösserte Stirnansicht des Werkzeuges nach Fig. 1, Fig. 4 eine Seitenansicht eines in der Herstellung begriffenen erfindungsgemässen Werkzeuges nach dem zweiten Bearbeitungs- vorgang, Fig. 5 einen vergrösserten Schnitt durch Fig. 4, Fig. 6 eine Seitenansicht des Rohlings, aus dem das Werkzeug hergestellt wird, Fig. 7 eine Seitenansicht des in der Herstellung begriffenen Werkzeuges nach dem ersten Bearbeitungsvorgang, Fig. 8 einen Schnitt durch die FIiesspressmatrize, in der der Roh- ling nach Fig. 4 bearbeitet wird, Fig.
9 eine schematische Darstellung einer Gewinderollmatrize, mit deren Hilfe das Werkzeug nach den Fig. 3 und 4 mit einem Gewinde versehen wird, Fig. 10 eine sche- maische Darstellung des vorderen, zuerst in das Werkstück eintretenden Abschnittes des erfindungsge- mässen Werkzeuges und Fig. 11 eine vergrösserte Seitenansicht des Gewinde tragenden Schaftabschnittes am Werkzeug nach Fig. 1.
Das in Fig. 1 dargestellte Werkzeug 15 zum Gewindedrücken besteht aus einem runden, zylindri- schen Schaftteil 17 und einem Gewinde herstellenden Abschnitt 20, der sich am vorderen Ende 21 konisch verjüngt. Der Dorn endet in einer stumpfen Spitze 23 am vorderen Ende und ist an seinem hinteren Ende mit einer Einrichtung zum Angriff einer Antriebsvorrichtung versehen, beispielsweise einem Vierkant 25, an dem ein Schlüssel od. dgl. Mittel angesetzt werden kann. Der Schaftteil 20 ist mit einem gerollten
Gewinde 27 versehen, das aus einzelnen Vorsprüngen besteht.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besteht der das Gewinde drückende Schaftabschnitt im Querschnitt aus einer ungeraden Anzahl, im vorliegenden Falle drei, von konvex gekrümmten Vorsprüngen 29, die unter gleichen Winkeln gegeneinander versetzt um die Werkzeugachse herum angeordnet sind, wobei zwischen den Vorsprüngen konkave Rücksprünge 31 liegen, deren Breite, wie auch die anfängliche Breite der Nuten am Rohling, wie dies weiter unten erläutert wird, sehr verschieden sein kann. Die Form der genannten Rücksprünge hängt auch von der Eindringtiefe der Rippen der Gewinderollmatrizen beim Rollen des Roh- lings ab. Je grösser die Eindringtiefe ist, umso mehr füllen sich die Rücksprünge am Rohling mit Material auf oder umso schmaler, insbesondere im Bereich des Fusskreises des auf diese Weise gebildeten Gewindes, werden sie, wie dies Fig. 1 zeigt.
Der Gewinde bildende Teil der Vorsprünge ist nicht zur Werkzeugachse konzentrisch, sondern folgt einem Krümmungsradius 33, jedenfalls im am weitesten von der Mittelachse des Werkzeuges entfernten Bogenteil, wobei der Krümmungsradius 33 wesentlich kleiner als die Entfernung zwischen der Werkzeugachse und dem am weitesten aussen liegenden Teil 35 des Vorsprunges ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Krümmungsradius etwa nur halb so gross wie der Abstand von der Werkzeugachse.
Das Verhältnis der beiden genannten Abmessungen ändert sich in Abhängigkeit von den am Rohling durch Fliesspressen herstellbaren Nuten und den Abmessungen der Vorsprünge gegenüber der Breite der hiebei gebildeten Vertiefungen, wobei deren erreichbaren Grenzwerte weiter unten noch besprochen werden.
Wie sich aus den Fig. 4 und 5 ergibt, wird das Werkzeug nach dem erfindungsgemässen Verfahren aus einem Rohling 37 hergestellt, der in seinem Querschnitt bereits angenähert der Form des fertigen Werkzeuges entspricht und aus einem zylindrischen Schaftteil 17 und einem mit Vor-und Rücksprüngen ver- sehenenschaftteil 19 besteht. Der wirksamedurchmesser des mit Vorsprüngen ausgestatteten Teiles 19 des Rohlings liegt auf einem Kreis 39, der die am weitesten aussen liegenden Teile der drei Vorsprünge 29, wie in Fig. 5 gezeigt ist, umschreibt. Die Vorsprünge 29 sind im wesentlichen konvex und entsprechen in ihrer Anzahl der Anzahl von Vorsprüngen am fertigen Werkzeug, wobei zwischen den Vorsprüngen konkave Vertiefungen 31 liegen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verlaufen die äusseren Begrenzungsflächen der Vorsprünge innerhalb eines wesentlichen Teiles deren Länge in Umfangsrichtung, nämlich an der gekrümmten Fläche 41, konzentrisch zur Achse des Rohlings und folgen hiebei einem Krümmungsradius, der gleich dem halben Durchmesser des Kreises 39, d. h. dem grössten Durchmesser des Rohlings ist. Die Kanten -45, an denen die Vorsprünge in die zurückversetzten Flächen 31 übergehen, sind jedoch abgeschrägt und liegen auf einem Krümmungsradius 47, der wesentlich grösser als der Abstand zwischen der Rohlingsachse und dem am weitesten hievon entfernt gelegenen Teil des Vorsprunges ist.
Bei dem gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieser Krümmungsradius etwa dem grössten Durchmesser des Rohlings gleich. oder entspricht dem doppelten Abstand zwischen der Rohlingsachse und dem hievon am weitesten entfernten Teil des Vorsprunges. Der Krümmungsmittelpunkt der abgeschrägten Flächen 45 liegt hiedurch ausserhalb des gegenüberliegenden Vorsprunges. Dies ist auch der Krümmungsmittelpunkt für die benachbarte abgeschrägte Kante 45 am nachfolgenden Vorsprung. Der Krümmungsradius der Flächen 45 ist jedoch im Vergleich zur Breite der Abschrägungen so gross, dass diese einfach als ebene Flächen angesehen werden können.
Der Rohling 37 kann aus einem zylindrischen Werkstück 48, wie es in Fig. 6 gezeichnet ist, in einem
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, zweistufigen Vorgang hergestellt werden. Bei der ersten Bearbeitungsstufe wird das Rohstück 48, das von
Draht oder einer Stange abgeschnitten ist, in einer ersten (nicht gezeigten) Matrize, in die in Fig. 7 dar- gestellte Form gebracht. Hiebei wird am einen Ende ein Vierkant 25 zum Anbringen eines Schlüssels und am gegenüberliegenden Ende 21 ein flach konisch sich verjüngender Teil, beispielsweise mit einer Stei- gung von 50 ausgebildet. Hiebei ist es vorteilhaft, den zylindrischen Schaftteil 18 im Durchmesser um einen bestimmten Betrag soweit zu verringern, dass danach ein Gewinde üblicher Grösse am Schaft ange- ordnet werden kann.
Es ist dadurch möglich, Rohmaterial von verschiedenem Anfangsdurchmesser zu ver- wenden, so dass nicht für jede Gewindegrösse Rohmaterial eines bestimmten Durchmessers am Lager ge- halten zu werden braucht.
Bei der zweiten Bearbeitungsstufe wird der halbfertige Rohling in einer in Fig. 8 dargestellten Fliess- pressmatrize 49 in die in Fig. 4 dargestellte Form gebracht, bei der er in dem reduzierten Schaftteil 18 längsverlaufende Vertiefungen 31 aufweist. Die Matrize 49 besteht aus einem zylindrischen Hohlraum, der von der Seitenwand 51 umgeben ist und im Durchmesser und in seiner Länge den Abmessungen des
Werkstückes nach Fig. 7 entspricht. An den zylindrischen Hohlraum schliesst sich nach vorn eine Fliess- pressöffnung 53 an, die im Querschnitt der Form des Schaftteiles 19 nach Fig. 4 entspricht. Hinter der
Fliesspressöffnung befindet sich wieder ein im Querschnitt zylindrischer Hohlraum, der von der Wand 55 umgeben ist und der den fliessgepressten Teil des Rohlings aufnimmt. Ein Auswerferdorn 57 dient zum
Ausstossen des fliessgepressten Werkstückes.
Die konkave Matrizenfläche 59 führt von der durch die zy- lindrischeWand 51 umgebenden Öffnung zur Fliesspressöffnung 53, wobei die betreffenden Übergänge glatt ausgebildet sind. Das Fliesspressen der Längsvertiefungen in dem reduzierten Schaft 18 nach Fig. 7 wird durch Anwendung von axialem Druck auf das Vierkantende 25 des Werkstückes durchgeführt. Zu diesem
Zweck dient ein Druckstempel 61. Da bei diesem Vorgang lediglich die Längsvertiefungen und die abgeschrägten Kanten 45 an den Vorsprüngen in der Matrize fliessgepresst werden, bleibt der grösste wirksame Durchmesser des Schaftteiles 19 im wesentlichen gegenüber den zylindrischen Schaftteil 18 unverändert, so dass sich die konische Verjüngung am vorderen Ende 21 des Rohlings nicht verändert.
Die beim Fliesspressen in der zweiten Matrize 49 erfolgende Reduzierung und damit der hiegegen wirksame Widerstand des Rohlings ist nicht so gross, dass das zuvor zu einem Vierkant bearbeitete Ende 25 verformt oder gestaucht wird. Auch der im Durchmesser zuvor etwas reduzierte Schaftteil 18 wird nicht in seinen Abmessungen verändert.
Wie in Fig. 9 schaubildlich dargestellt ist, wird der mit Vorsprüngen versehene Schaftteil nachfolgend zwischen herkömmlichen Gewinderollmatrizen 63 und 65 mit Gewinde versehen. Für diesen Verarbeitungsvorgang können auch andere Vorrichtungen als die gezeigten Gewinderollmatrizen Verwendung finden.
Der zuvor beschriebene und in Fig. 5 dargestellte Rohling rollt leicht zwischen den Gewinderollmatrizen, weil er einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Die Sehnenlänge 67 der konkaven Vertiefungen 31 ist nicht so gross, dass sie die Rollbewegungen des Rohlings zwischen den Gewinderollmatrizen beeinträchtigt. Die Sehnenlänge 67 soll jedoch nicht wesentlich die Sehnenlänge 69 der konvexen Vorsprünge überschreiten bzw. sollte die Entfernung 67 nicht wesentlich von der Entfernung zwischen derRohlingachse und dem am weitesten hievon entfernten Teil des Vorsprungs abweichen.
Bei einer grössten Breite der Rücksprünge wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, ist es wünschenswert, die abgeschrägten Kantenflächen 45, wie zuvor beschrieben, vorzusehen, die einem wesentlich grösseren Krümmungsradius folgen. Diese abgeschrägten Kantenflächen sorgen für eine ausreichend grosse Reibungsberührung zwischen den Vorsprüngen und den Matrizenflächen, um denRollvorgang mit Hilfe von herkömmlichen flachen Rollmatrizen einzuleiten und aufrechtzuhalten, ohne dass es erforderlich ist, die Matrizen mit Unebenheiten oder Vorsprüngen auszustatten. Die konkaven Rücksprünge 31 können von beliebiger, von der erforderlichen Festigkeit abhängiger und durch den Umfang der beim Reduzieren erzielbaren Tiefe sein.
Wie sich aus einem Vergleich der Fig. 2 und 5 ergibt, ändert sich die Querschnittsform des Schaftteiles 19 beim Rollen in der Weise, dass sich ein mit Gewinde und Vorsprüngen versehener Schaftteil 20 bildet, bei dem die Kopflinie des Gewindeganges nicht mehr konzentrisch zur Werkzeugachse verläuft, sondern einen Krümmungsradius 33 hat, der wesentlich kleiner als die Entfernung von der Mittelachse bis zum am weitesten aussen liegenden Teil 35 des Vorsprungs ist. Obwohl es auf Grund von Unregelmässigkeiten des Druckes beim Gewinderollen bei dem herkömmlichen Rollverfahren möglich ist, dass die Kopflinie des Gewindes innerhalb eines Vorsprungs nicht gleichförmig gekrümmt verläuft, so folgt doch jedenfalls die Kopflinie in dem am weitesten aussen liegenden, mittleren Bereich des Vorsprungs einer gleichmässigen Krümmung, wie dies zuvor angegeben wurde.
Der Krümmungsradius an den seitlichen Teilen der Vorsprünge ist unwesentlich, weil das mit dem erfindungsgemässen Dorn herzustellende Gewinde nur
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von den am weitesten nach aussen vorstehenden Teilen der Vorsprünge in der noch zu beschreibenden Weise erzeugt wird. Die Fusslinie 73 des Gewindes folgt im wesentlichen einem Vieleck mit bogenförmig gekrümmten Seiten, im vorliegenden Fall einem Dreieck, bei dem die gekrümmten Seiten im wesentlichen im mittleren Teil der Vorsprünge 29 unter Abrundung ineinander übergehen. Beim Gewinderollen werden die Vertiefungen 31 gegenüber ihrer ursprünglichen Breite 67 wesentlich schmaler, wobei sich gleichzeitig der am weitesten vorstehende Teil 35 der Vorsprünge nach aussen gegenüber der ursprünglichen Oberfläche 41 des Rohlings verlagert.
Die Gewindetiefe ist innerhalb des grössten Teiles des Vorsprungs im wesentlichen gleichbleibend, weil die Kopf-und Fusslinien im wesentlichen zum gleichen Krümmungsmittelpunkt konzentrisch, jedenfalls innerhalb des mittleren Bereiches des Vorsprungs, verlaufen. Zu den angrenzenden Vertiefungen hin wird jedoch das Gewinde nach und nach flacher und die Kopflinie berührt die Fusslinie 73.
Das Gewinde ist daher innerhalb einer vollen Umdrehung mehrfach unterbrochen und weist an jeder längsverlaufenden Vertiefung eine Gewindetiefe Null auf, wie dies Fig. 11
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schrägten Flächen am Rohling, können sich die Verhältnisse zwischen der Kopflinie, der Fusslinie und den Vertiefungen in weitem Umfang ändern, wobei als massgebendes Merkmal die Form der Vorsprünge in ihren mittleren Bereichen anzusehen ist, wie bereits weiter oben erwähnt wurde.
Dadurch, dass die Kopflinie 71 in jedem Vorsprung auf einem kleineren Krümmungsradius liegt, als der Abstand zwischen der Werkzeugachse und dem hievon am weitesten entfernten Teil des Vorsprungs beträgt, verläuft die genannte Kopflinie tangential zur Innenseite der kreisförmigen Fusslinie 77, mit der das Gewinde im Werkstück 79 bei Verwendung des erfindungsgemässen Werkzeuges hergestellt wird. Auf
Grund dieser vorteilhaften Ausbildung erfordert das erfindungsgemässe Werkzeug zum Gewindedrücken nur ein sehr geringes Drehmoment, weil zwischen den Vorsprüngen und den zu drückenden Gewindegängen nur eine sehr geringe Reibung auftritt. Diese Reibung findet nur, jedenfalls in dem geraden Schaftabschnitt des Gewindedrückdornes, an den am weitesten nach aussen vorspringenden Teilen 35 statt.
Das im Werkstück hergestellte Gewinde hat durchgehende Gänge, deren Fusslinie mit 77 in Fig. 2 angegeben ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Bildung des Gewindes in dem Werkstück durch den konischen Teil 21 am vorderen Ende des Gewindedrückdornes nach Fig. 1 eingeleitet wird. Dieser vordere Teil ist mit einem Gewinde von nach vorn abnehmender Tiefe versehen. Wie Fig. 10 zeigt, wird das Gewinde im Werkstück an mehr als an einer Berührungsstelle erzeugt, wenn der Gewindedrückdorn gedreht wird, weil hiebei die nacheinander folgenden Vorsprünge um jeweils eine etwas grössere Entfernung von der Werkzeugachse nach aussen vorstehen. Der nachfolgende Vorsprung drückt daher die vom vorhergehenden Vorsprung erzeugte Vertiefung etwas tiefer in das Werkstück hinein. Wenn also das Werkzeug in Richtung des Pfeiles gedreht wird, erzeugt der Vorsprung D einen Gewindegang, der mit dem Bogen 83 angegeben ist.
Der nachfolgende Vorsprung E tritt dann mit dem Gewindegang 83 im Bereich des Bogens 85 in Berührung und erzeugt einen tieferen Gewindegang, der mit dem Bogen 87 angegeben ist. In gleicher Weise wird der anfängliche Gewindegang durch die nachfolgenden Vorsprünge E, F und G zu einem je etwas tieferen Ge- windegang 87, 89 und 91 vertieft, so dass sich nach einer vollen Umdrehung bereits ein Gewindegang mit der Tiefe 93 gebildet hat. Die Neigung des das Gewinde erzeugenden Teiles ist innerhalb des Bogens 85 an den Vorsprüngen nicht so gross, als dass Werkstoff aus dem Werkstück herausgeschnitten würde, sondern die Vorsprünge folgen einem im Durchschnitt grösseren, wenn auch nicht gleichbleibenden Krümmungradius, als dies bei den Vorsprüngen am Hauptteil 19 des Schaftes der Fall ist.
Dies beruht darauf, dass die Vorsprünge an dem vorderen Teil des Gewindedrückdornes nicht vollständig ausgebildet sind und daher in ihrer Form mehr dem zur Mittelachse konzentrischen Verlauf der ursprünglich beim Fliesspressen erzeugten Vorsprünge entsprechen.
Obwohl ein mit drei Vorsprüngen je Windung ausgestatteter Gewindedrückdorn für die meisten Arbeiten vorzuziehen ist, können zur Herstellung von Gewinden in besonders weiten Löchern auch mit fünf oder sieben Vorsprüngen ausgestattete Gewindedrückdorne nach der Erfindung verwendet werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben erläuterten und beschriebenen Ausführung-
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zugrunde liegenden Gedankens auf die verschiedenste Weise abgewandelt, ergänzt und verbessert werden.
Alle vorstehend beschriebenen und gezeigten Einzelheiten der Erfindung sind erfindungswesentlich.
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