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Verfahren zur Herstellung eines Gewindebohrers Die Erfindung bezieht
sieh auf ein Verfahren zur Herstellung eines Qewindebohrerso Eine Aufgabe der Erfindung
ist es,, einen Gewindebohrer zu schaffen, mit dem viele untereinander gleiche Gewinde
mit großer Genauigkeit zu bohren sind, ohne daß aine Führungsspindel erforderlich
ist und ahne daß ein großer Schub und ein großes Drehmoment aufzuwenden ist.
In
den Bereich der Erfindung gehören Gewindeschneidbohrer und Gewindeausräumbohrer.
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-Die Erfindung schafft Bohrer, deren Zähne nicht nur symmetrisch und.
in Axialrichtung des Bohrers durch ihre Geometrie im Kräftegleichgewicht gehalten
sind, sondern die auch mit-ihren theoretischen. Scheiteln genau auf einer vorgegegebenen
Steigungswendel liegen. Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung solcher
Bohrer angegeben, bei dem ein Ausräum-oder Ausschleifwerkzeug verwendet wird.
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Im großen und-ganzen ist es nicht von Bedeutung, welches Umrißprofil
der Bohrer im Endergebnis haben soll. Das Umrißprofil kann die Form eines Bogens
-mit großem Radius haben, wobei die an das--Umrißprofil angrenzenden Zähne körperlich
radial gegeneinander versetzt sind. Das Umrißprofil kann jedoch auch in Axialrichtung
geradlinig verlaufen.
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Da die Kuppen der: einzelnen Zähne genau auf dem Steigungswendel des
Gewindes liegen, und zwar unabhängig von Radiusänderungen im Gewindeabschnitt und
da die Planken der Zähne: in Bezug zu dem Punkt auf der Steigungswendel, dem sie-zugeordnet
sind, axial symmetrisch liegen, werden die.Drüeke, die auf einen erfindungsgemäßen
Bohrer einwirken, in Axialriehtung im Gleichgewicht gehalten. Der Bohrer kann daher
mit relativ geringem Drehmoment in das zu bohrende Gewinde
eingeführt
werden und bohrt es mit großer Genauigkeit aus. Bei den bekannten Gewindebohrern,
deren Steigungswendel von Kuppe zu Kuppe unabhängig von Rädiusänderungen bemessen
ist, liegt eine beträchtliche Abweichung -vom wahren Steigungswendel vor, so däß,
wenn solche Bohrer aus dem Werkstück herausgezogen werden' diejenigen Teile des
Bohrers,: die nicht :richtig im Steigungswendel liegen, die Zähne des gerade hergestellten
Gewindes im Werkstück beschädigen. Dies trifft bei Gewindebohrern nach der Erfindung
nicht ein.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Figuren.
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Fig. 1 zeigt eine Ansicht des vorderen und hinteren Teiles eines Gewindebohrers
nach der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht des Bohrers nach Fig. 1 von vorne.
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Figa 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Axialschnitt durch das
vordere Ende eines erfindungsgemäßen Bohrers in einem Werkstück.: Fig. 4 zeigt ähnlich
wie Fig. 3 einen Axialschnitt durch das vordere Ende eines bekannten Bohrers in
einem Werk-Stücke
Figo 5 zeigt schematisch einen Schritt bei der
Herstellung eines Gewindebohrers nach der Erfindung.
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Fig. 6 zeigt in verkleinertem Maßstab einen AusräUmgewindebohrex nach
der Erfindung.
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Fig. 7 zeigt schematisch den Umriß eines Querschnitts durch den Gewindebohrer
nach Fig. 6. Der Umriß ist schematisch dargestellt, entspricht also nichtnatürlichen
Abmessungen. Obwohl die-Erfindung auch für Gewindeschneider anwendbar ist, die Außengewinde
herstellen, so wird sie jedoch der Einfachheit halber im folgenden nur für Gewindebohrer
beschrieben, die Innengewinde herstellen. Nach den im folgenden erläuterten Prinzipien
kann jedoch auch ohne weiteres ein Außengewindeschneider hergestellt werden.
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Beim Schneiden des Gewindebohrers nach den Fig. 1 bis 3 wird das zunächst
vorliegende Werkstück 10 mit Längiausnehmungen versehen, so. daß an ihm Stege 11
entstehen. Jeder Steg wird dann mit einer Reihe von Gewindeschneidzahnen 12 versehen.
Die kuppe 13 eines jeden Zahns wird unterhalb des theoretischen Scheitels
des Zahns jeweils abgerundQt oder abgeflacht, und zwar in einer Ebene, die axial
zum Bohrer und quer zum jeweili"en Zahn verläuft. Die theoretischen Scheitel der
Mline sind in 5 durch ci_.E: Punkte 16 iiiiL;edeutet. An den Punkten 16 scl.ineidE@ii
sich
die Seiten oder Flanken der Zähne, wenn sie bis über die abgerundeten
oder abgeflachten Kuppen 13 der Zähne hinaus verlängert werden. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel verlaufen die Kuppen 13 parallel zur ;Achse des Bohrers in jeder
Axialebenee In dem Gewindeabschnitt 15 des Gewindebohrers.nach dem Aus-Führungsbeispiel
nimmt der Gesamtdurchmesser aufeinanderfolgender Zähne progressiv vom vorderen Ende
17 zum hinteren Ende des Bohrers in üblicher Weise zu. Aas vordere Ende 17
des Bohrers wird zunächst in die Bohrung 18 eines Werkstückes 20 gesteckt, in der
ein Innenge-winde erzeugt werden soll-.. Das Umrißprofil des Bohrers kann geradlinig
oder gekrümmt verlaufene. Fig. 3 zeigt: die Zähne bei einem Axial-Umrßprofil 30,
dass gekrümmt verläuft. Fig. 5 zeigt den Gewindeabschnitt eines: erfindungsgemäßen
Bohrers, dessen axiales Umrißprofil 32 geradlinig ist..
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Fig. 3 zeigt das vordere Ende eines Bohrers nach. der Erf indung e
Fig. 4 zeigt zum Vergleich das vordere Ende eines bekannten Bohrers. Beide Bohrer
arbeiten jeweils in- einem Werkstück ein Gewinde aus.: In Fig. 3 haben alle Zähne,
die links von
gleiche Radien, und zwar sowohl hinsichtlich ihrer Kuppen als auch ihrer Basen (Wurzeln).
Nach rechts von dem genannten Zahn 12 aus sind die aufeinanderfolgenden Schneidzähne
längs
der Stege 11 körperlich gegeneinander versetzt: Ihre Radien verringern sich, die
Zähne liegen also zunehmend näher an der Achse 26. Dies trifft nicht nur für ihre
Kuppen 13 und ihre theoretischen Scheitel
16 zu, sondern auch zu für ihre
Flanken 23, 24 und ihre Basen (Wurzeln). Die Vertiefungen oder Täler 22 zwischen
aufeinanderfolgenden Zähnen liegen tiefer und tiefer in den Stegen des Bohrers,
je mehr die Zähne dem vorderen Ende 17 des Bohrers naheliegen Die Kuppen 13 aller
Zähne liegen auf einem etwas kleineren Radius als ihre theoretischen Scheitel
16. Es trifft nun zwar zu, daß die Zähne rechts vom Zahn 12a in Fig. 4 mit
ihren Kuppen 13a auch unter ihren theoretischen. Scheiteln liegen. Jedoch haben
bei diesen bekannten Bohrern nach Figo die Vertiefungen oder Täler 22a zwischen
den Zähnen alle den gleichen Radius. Die Unterschiede der Gesamtradien aufeinanderfolgender
Zähne sind dadurch hervorgerufen, daß die äußeren Teile aufeinanderfolgender Zähne
zunehmend mehr entsprechend dem gewünschten Umrißprofil entfernt sind. Dadurch werden
die Kuppen der in Fig. 4 weiter rechts liegenden Zähne zunehmend erheblich breiter.
Da ferner diese Kuppen dem gewünschten Umr'ißprofil konform sind, sind sie nicht
nur zunehmend verbreitert, sondern liegen auch schräg oder in Axialrichtung gekrümmt
in Bezug zum Achse 26a des Gewindebohrers, je nachdem, ob das axiale Umrißprofil
der Zähne geradlinig oder gekrümmt ist. Dementsprechend sind die einzelnen Zähne
dieses bekannten Bohrers unsymmetrisch.
Im Gegensatz hierzu liegt
jeder Axialscllnitt durch die abgeflachte Stirnfläche 25 der
[email protected]:uppen 13 bei
einem erfindungsgemäßen Gewindebohrer (Figo 3) vorzugsweise genau parallel zur Achse
26 und verläuft rechtwinklig zum Steigungsradius 28 oder gekrümmt auf einem Bogen,
der in Bezug zu dem Radius ausgeglichen oder symmetrisch ist..
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Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Bohrers, wie er in den Figo
1 und 3 dargestellt ist, schneidet der erste Zahn 121 in dem Werkstück zunächst
eine Grube aus, die viel schmäler ist als sie schließlich werden soll. Der bweite
Zahn 122 dringt in Radialrichtung tiefer in die Grube ein und verbreitert sie auch
an beiden Seiten. Jeder folgende Zahn vertieft und verbreitert die von dem vorangehenden
Zahn ausgearbeitete Grube in dem Werkstück. Vorzugsweise sind die Zähne in Längsrichtung
des Bohrers derart körperlich gegeneinander versetzt, daß die von aufeinanderf olgenden
Zähnen abgehobenen Schnitzel dünner und dünner werden.
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Die Schnitzel, die aufeinanderfolgende Zähne der bekannten Bohrer
abheben, sind demgegenüber stets gleich dick. Auch bearbeiten die jeweils-folgenden
Zähne nur die Böden der Gruben zwischen aafeinanderfolgenden Zähnen des herzustellenden
Gewindes, nicht aber nehmen sie I.'aterial von den Seiten der Gruben fort.
Aufgrund
dieses- Unterschiedes arbeiten die Bohrer-nach der Erfindung wesentlich genauer
und: sauberer als die vorbekannten Bohrer, Die Gewinde eines erfindungsgemäßen Bohrers
können in irgendeiner geeigneten Weise hergestellt werden. Als Ausführungsbeispiel,
das 'sich als besonders-zweckmäßig erwiesen hat, ist in Figo 5 ein umlaufendes Schleifwerkzeug
80 angedeutet, mit dem ein Gewinde auszuschleifen ist, Die in Radialrichtung
verlaufenden und aufeinander zustrebenden Seieten 32 und 34 des Werkstücks 80 schneiden
sich nicht in ihrem theoretischen Scheitel 36. Dies hat praktische Gründeo
Die Seiten 32 und 34 enden vielmehr in einer zylindrischen Fläche 38, die in Bezug
zu den 4.;L-e kegelstumpfförmigen Seiten 32 und 34 konzentriseh liegen, Die zylindrische
Umfangsfläche 38 des Werkzeugs liegt selbverständlich konzentrisch 'in Bezug zur
Drehachse des Werkzeugs, Wegen der Fläche 38 erhält jedes Tal 22 zwischen
aufeinanderfolgenden Zähnen des Gewindebohrers eine Bodenfläche -40, die parallel
zur Achse 26 des Bohrers verläuft und zentrisch in Bezug zu einem Bohrerradius 42
liegt, der den Schnittpunkt 43 von Flanken 23, 24 benachbarter Zähne durchsetzt,
Bei der Formung der Zähne bekannter Bohrer nach Figo 4 mittels üblicher Verfahren
arbeitet das Schneid- oder Schleifwerkzeug auf dem Radius 44 nach Figo 5, Dieser
Radius liegt in
der Mitte zwischen den Punkten 29 und 290) gemessen
in Axialrichtung längs der Linie 31 zwischen den Radien 28 durch die theoretischen
Scheitel benachbarter Zähne auf der Steigung. Dadurch entstehen nicht axial in Kräftegleich
gewicht stehende Zähne am Bohrer, deren Scheitel auf der Steigung liegen. Um die
Zähne nach der Erfindung nerzustellen, ist es no°iqendig, daß das Werkzeug 80 so,
wie schematisch in Pigo 5 dargestellt, axial vom Bohrer abgesetzt liegt, Das Werkzeug
liegt zentrisch auf dem Radius 42, der nicht axial) in der Mitte zwischen aufeinanderfolgenden
Kuppen liegt. Jedoch liegen die: Kuppen und die Flanken der erzeugten Zähne auf
der Steigung und das ist eben wichtig. Das Absetzen des Werkzeugs ist notwendig,
da-auieinanderfolgende Zähne im Gewindeabschnitt des Bohrers unterschiedliche Radialentfernungen
auf der Bohrerachse haben, Das Absetzen des Schneidwerkzeugs ist@insbesondere wichtig
bei dem Werkzeug 30, das die Täler zwischen auieinanderfolgenden Zähnen ausschleift,
Im übrigen kann aber auch bei geeigneter Führung ein entsprechendes Werkzeug verwendet
werden, das die Flanken der einzelnen Zähne jeweils zugleich bearbeitet;ein solches
Werkzeug hat dann' eine Kerbe oder eine R:ngnüt, in die der jeweilig herzustellende
Zahn eintritt. Die Kuppen der_ einzelnen Zähne in den Gewindeabschnitt werden, wie
dies Fig. 3 zeigt, zum vorderen Ende des Bohrers zunehmend breiter und breiter.
Der
in den Fig. 6 und 7 dargestellte Bohrer ist etwas anders ausgebildet.. Es handelt
sich um einen Ausräumbohrer, der metallis ehe Werkzähne mehr deformiert als Material
aus ihnen entfernt. Der Ausräumbohrer nach den Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von
dem Schneidbohrer nach. den Fig. 1 bis- 3 darin, daß er keine .Stege aufweist, die
den Stegen 11 nach Fig. 2 entsprechen, Die -Zähne 50 sind jedoch ebenfalls
keine auf einem kontinuierlichen Wendel liegenden Zähne, sondern durch wenigstens
einen Axialkanal 52 unterbrochen, der das Schmiermittel indem Loch, das zu bearbeiten
ist, austreten läßtö Wenn dieser Bohrer nach den Fig. 6 und 7 arbeitet, stehen seine
Zähne 50 notwendigerweise, in hohem Druckkontakt mit dem Werkstück. Ein Schmiermittel
in einem Sackloch könnte dann aus dem Sackloch austreten, wenn keine Entlüftung
vorgesehen-wäre. Man könnte zentral in dem, Bohrer einen längskanal vorsehen.. Bevorzugt
wird jedoch zur Entlüftung ein äußerer . 52 verwendet, Die vorbekannten Ausräewändebohrer
haben Zähne mit sehr breiten Spitzen, die ihnen Festigkeit verleihen. Die Tatsäche'.
daß die Zähme eines erf3.ndungsgemäßen Bohrers auf der Steigung liegen., gestattet
es, die Zähne schärfer, also spitzer, zu machen., so daß sie schmälere Kuppen erhalten'
wo-. durch das Ausräumen besser vonstatten geht. Vorzugsweise sind
bei
Ausräumbohrern, die übrigens auch als Gesenkbohrer bezeichnet werden können, weil
sie eigentlich das Material nicht ausräumen, sondern im wesentlichen unterdrücken,
die Kuppen im vorderen Gewindeabschnitt schmäler als im hinteren Gewindeabschnitt.
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Obwohl keine Stege bei einem Bohrer nach den Fig. 6 und 7 vorgesehen
sind wie bei einem Bohrer nach Fig. 2, so haben die Zähne 50 dennoch nicht untereinander
gleiche Radien. Bevorzugt neunen die: Radien der Zähne in Umfangsrichtung des Bohrers
in Abständen zu und ab, wie .dies schematisch in Figo 7 dargestellt ist. Figo 7
zeigt vier Punkte-54 mit maximalem Radius in Winkelabständen von 90° untereinander.
Zwischen diesen Punkten mit maximalem Radius verlaufen die Zähne in Richtung zur
Bohrerachse zu einem minimalen Radius 56. Ein Kreis mit dem minimalen Radius
56 ist bei 58 gestrichelt dargestellt, um den Unterschied zwischen dem maximalen
Radius bei 54 und dem minimalen Radius aufzuzeigen. Die Darstellung ist notwendigerweise
schematisch, da wenigstens im vorderen Gewindeabschnitt der Radius auf einer Spirale
verläuft, also nicht konstant ist. Im Gewindeabschnitt 60 sind die maximalen Radien
also nicht untereinander gleich, sondern nehmen 1n Richtung zum hinteren Ende des
Gewindeabschnitts zunehmend zu. Erst im Gewindeabschnitt 62 sind die maximalen Radien
untereinander gleich. Die Anzahl der Punkte, bei denen die Zähne einen maximalen
Radius
haben, kann verschieden sein. Vorzugsweise liegen die Funkte gleichmäßig urn die
Achse des Bohrers herum verteilt. Es liegen also zweckmäßig wenigstens zwei Punkte
mit maximalen Radius vor, vorzugsweise aber drei oder vier Punkte. Die Zähne des
Gesenkboh:rers nach den Fig. 6 und 7 sind bezüglich ihres Querschnitts von gleicher
Form wie die Zähne des Schneidbohrers nach den Fig. 1-bis 3 und 5, jedenfalls insoweit,
als die Kuppen der Zähne genau auf der Steigung liegen, die flanken der Zähne symmetrisch
verlaufen und in Axialrichtung des Bohrers geometrisch ausgeglichen liegen.
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-Die Zähne in dem Gewindeabschnitt sind zunehmend körperlich radial
gegeneinander versetzt. Ihre Kuppen sind also nicht nur mehr und mehr zu progressiv
geringeren Radien von ihren theoretischen Scheiteln aus abgeschnitten. Vorzugsweise
haben die Zähne des Gesenkbohrers scharfe Kuppen. Der Gesenkbohrer kann entweder
mit einem Werkzeug geschnitten werden, das zugleich die beiden Flanken eines jeden
einzelnen Zahns bearbeitet oder auch mit einem Werkzeug, das die Vertiefungen zwischen
aufeinanderfolgenden Zähnen ausarbeitet. Obwohl nur von der Bearbeitung.Jeweils
eines Zahns oder der Ausarbeitung einer Vertiefung zwischen aufeinanderfolgenden'
Zähnen gesprochen wurde, so können jedoch auch statt dessen gleich mehrere Zähne
in einem Arbeitqgang mit einem Werkzeug
bearbeitet werdenoDie einzelnen
Zähne können auf einer einzigen Wendel liegen oder auf verschiedenen Wendeln. Daß
überhauet von "Zähnen" gesprochen wurde, gründet sich: darauf, daß die Gewinde im
Axialschnitt die Form einer Zahnreihe haben und da unter Hinweis auf diese Zähne
die Erfindung besser zu erläutern ist.