Die Erfindung bezieht sich auf Bohrgewindefräser nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 6. Ein solches Bohrgewindefräswerkzeug und dessen Verfahrensansprüche sind aus der EP 0237 035 A2, EP 0302 915 B1, EP 0265 445, WO 88/05361 A1 und auch aus der WO 96/07502 A1 bekannt. Dabei ist derzeit der Einsatz solcher Werkzeuge nur in kurzspänenden als auch nur Werkstoffen mit niedriger Festigkeit wie Gusswerkstoffe, Aluminium, Aluminium-Legierungen sowie einige Kunststoffe möglich, wobei hier bereits bei einigen dieser zu bearbeitenden Materialien bei einer Gewindeausnehmungstiefe von 1,5 mal Durchmesser bereits Probleme dahin auftreten, dass diese Gewinde in ihrem unteren Ausnehmungsbereich leicht konisch werden, womit sie der Norm nicht mehr entsprechen würden. Diese begrenzte Einsatzmöglichkeit dieses Bohrgewindefräsers liegt einmal darin, dass die beim Bohrvorgang erzeugten Späne beim Abtransport aus der Bohrung die, am Umfangsbereich des Bohrers angebrachten gewindeerzeugenden Schneiden beschädigen. Dies ist einmal darauf zurückzuführen, dass durch die Form der Stirnschneiden des Bohrgewindefräsers sehr breite Späne erzeugt werden, welche dann beim Abtransport über die Spannuten nicht voll in diese aufgenommen werden können bedingt durch ihre Breite. Dadurch kommen sie dann zwangsläufig auch in Kontakt mit den an die Spannuten angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden. Die in Spanflussgegenrichtung stehenden Flankenschneiden werden dabei einmal schnell stumpf, v.a. aber kommt es immer wieder vor, dass sich die Späne in diesen offenen Flankenschneiden festsetzen, wodurch dann ein Werkzeugbruch zwangsweise erfolgt. Dieser Werkzeugbruch wird auch noch v.a. dadurch unterstützt indem der Übergang von der letzten gewindeerzeugenden Schneide zur fasenerzeugenden Schneide als Sollbruchstelle (bedingt durch diese große Kerbwirkung) wirkt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass dann dieser Obergangsbereich in -Bezug Steifigkeit übergangslos im Verhältnis von ca. 1:2 erfolgt, zum Andern sind diese Werkzeuge, um diese überhaupt wirtschaftlich einsetzen zu können, meist aus Vollhartmetall erstellt, wobei hier bei manchen Einsätzen durch zusätzlichen Einsatz (gleich einlöten) von verschleißfesterem Material wie z.B. PKD Schneidstoffen der Werkzeugschafft noch zusätzlich geschwächt wird, wodurch sich diese vorhandene Kerbwirkung besonders nachteilig auswirkt.

Selbst wenn dieses Problem des ungehinderten Spanabflusses gelöst wäre, könnte mit diesen Werkzeugen kein lehrhaltiges Gewinde in tiefere Gewindeausnehmungen eingebracht werden, aber vor altem keine in hochfeste Werkstoffe, da, bedingt durch die breite Umfangsschneide, welche sich an die Stirnschneide anschließt, diese bei der Erstellung des Gewindes, welches durch einen Fräsvorgang in einem Umlauf (gleich 360°) um die Bohrachse mit entsprechend seitlichen Versatz erfolgt, auch diesen Umlauf mitmachen muss.

Dabei entsteht dann ein großer seitlicher Druck auf den Werkzeugschafft, einmal bedingt durch diese breite Umfangsschneide, zum Andem aber auch durch diese negative Flankenschneide, welche sich an die Umfangsschneide anschließt, was bei hochfesten Werkstoffen als auch bereits bei tieferen Ausnehmungen ab 1,5 × D bei Werkstoffen mit geringer Festigkeit eine Abdrängung des Werkzeuges von der vorbestimmten Umlaufbahn bewirkt, v.a. im unteren Bereich der Gewindeausnehmung (gleich konisch). Diese stark negative (ca. 30°) Flankenschneide, welche sich an die Umfangsschneide anschließt, ergibt sich zwangsläufig daraus, dass diese Werkzeuge meist mit 30° spiralgenutet gefertigt sind, um einmal die Bohrerstirnschneiden positiv schneidend zum Einsatz zu bringen, zum Andern auch den Spänabfluss über die Spannuten zu begünstigen. Diese stark negative Anstellung der Flankenschneide setzt sich auch bei den gewindeerzeugenden Schneiden fort mit dem zusätzlichen Nachteil, dass dann die zu erstellenden Gewindeausnehmungen auf der zum Tragen kommenden Flankenseite, welche beim Verspannvorgang einer Schraube hier diese zum Anliegen kommt, diese eine nicht allzu gute Oberflächenqualität aufweist. Wobei beim jetzigen Stand der Technik überhaupt kein Gewinde bei hochfesten Werkstoffen eingebracht werden kann, da bedingt durch die bereits aufgeführten Probleme ein Werkzeugbruch zwangsläufig vorprogrammiert ist, da dieser große seitliche Widerstand gerade bei der längsten Werkzeugauskragung entsteht. Auch können diese Werkzeuge oft nicht bei der Erstellung von Sacklochgewinden in dünnwandige Materialien eingesetzt werden. Dies ist auf die Gestaltung der Stirn- und Umfangsschneiden und auch auf das Arbeitsverfahren zurückzuführen. Aus diesen Summen, Bohrerspitze 140°, der großen Breite der Umfangsschneide, ein Umlauf um 360° bei der Erstellung des Gewindes sowie v.a. die gleichzeitige Erstellung der Fase beim Bohrvorgang ergibt dies einen nicht unwesentlichen nicht nutzbaren Kernlochvorlauf von ¹/₃. Beispiel: nutzbare Gewindelänge bei M16 Gewinde bei einer Tiefe von 1,5 mal Durchmesser, gleich 24 mm erfordert eine Kernlochtiefe von 36 mm (gleich 6 Gewindegänge nicht nutzbarer Kernlochvorlauf).

Dieser erforderliche große Kernlochvorlauf wirkt sich auch nachteilig auf die Stand- und Fertigungszeit u.v.a. auf die Stabilität des Werkzeuges (gleich seitliche Abdrängung) aus, wobei dies auf die sich daraus ergebende erforderliche Überlänge des Werkzeuges zurückzuführen ist. Diese große Breite der Umfangsschneide ist bei dieser Stirnschneidenform aber derzeit erforderlich, um den erzeugten Bohrspan von den am äußeren Umfang angeschlossenen gewindeerzeugenden Schneiden nach innen zur Spannut zu leiten, um eine Einhaken in diese offenen Flankenschneiden zu vermeiden bzw. auch deren vorzeitige Abstumpfung zu verhindem. Ein weiteres Problem dieser derzeit auf dem Markt befindlichen Werkzeuge liegt darin, dass die Anfasung der Ausnehmung nur auf eine vorbestimmte Bohrungsausnehmungstiefe (gleich 1,5–2,+2,5 mal Durchmesser) möglich ist.

Für benötigte Zwischengrößen wie dies z.B. im Motorenbau der Fall ist, wo bis zu 10 verschieden tiefe Gewinde mit gleicher Steigung (z.B. M8) erstellt werden sollen, sind somit wieder Sonderwerkzeuge erforderlich, um diese Ausnehmung gleich mit anfasen zu können. Dies ergibt einmal zusätzliche Kosten für die Anschaffung und der Lagerhaltung dieser Sonderwerkzeuge, aber v.a. ergibt dies Probleme bei der Unterbringung dieser zusätzlichen Werkzeuge im Werkzeugmagazin der Maschine. Auch ist eine Trocken-Bearbeitung von z.B. Alu oder auch bei manchen Alu-Legierungen wegen der Bildung einer Aufbauschneide im Kernbereich des Bohrwerkzeuges nicht möglich. Dabei ist diese Trockenbearbeitung immer mehr im Kommen bzw. werden heute schon Werkzeugmaschinen ausgeliefert, welche nur noch eine innere Kühlmittelzufuhr durch die Arbeitsspindel in Form von Pressluft haben. Des weiteren können auch keine Gewindeausnehmungen mit derzeit geläufigen Bohrverfahren bei langspänenden Werkstoffen eingebracht werden. Durch die nun angestrebte Möglichkeit mit einem Bohrgewindefräser auch in hochfeste Werkstoffe ein Gewinde einbringen zu können, ergibt sich hieraus ein weiteres Problem indem die gewindeerzeugenden Schneiden u.v.a. deren Spitzen zu schnell stumpf werden. Wobei dies einmal darauf zurückzuführen ist, dass bei der Erzeugung der Gewindefianken das Material in Keilform (fast ganz spitz) abgetragen werden muss, zum Andern ist diese Spitze am längsten in Schneideneingriff.

Auch soll die zeitliche Einbringung einer zylindrischen Gewindeausnehmung, wofür bei manchen Werkstoffen ein zusätzlicher Schlichtvorgang vorgesehen ist bzw. auch die 45° Fase durch einen weiteren 360° Umlauf erstellt werden muss, die nach dem jetzigen Stand der Technik erforderliche Fertigungszeit zumindest nicht überschreiten. Zur Lösung dieser Stand- und Fertigungszeitprobleme könnte die aus der EP 03 029 15 B1 bekannten Lösung, diese Bohrfräswerkzeuge mit vier Umfangsschneiden auszustatten, wesentlich beitragen. Doch ist die dort gezeigte Ausführung mit den Nachteilen behaftet, dass alle vier Spannuten gleich groß sind, womit bei den Schneiden, welche bis Mitte schneiden, die Spannut für den reibungslosen Abtransport der erzeugten Späne zu klein ist. Wiederum hätten die Spannuten eine ausreichende Größe, würde dadurch das Werkzeug in seiner Stabilität zu sehr geschwächt für den auszuführenden Fräsvorgang bei der Erzeugung der Gewindegänge um den dabei entstehenden seitlichen Druck auf den Werkzeugschafft noch ausreichend aufnehmen zu können.

Aus der DE 101 09 990 A1 ein neues Arbeitsverfahren bekannt, mit welchem auch langspänende Werkstoffe (z.B. St 37) problemlos bearbeitet werden können. Um auch eine Trockenbearbeitung bei z.B. Aluminium bewerkstelligen zu können ist vorgeschlagen, die aus dem Dt. Patent 199 155 36 C1 bekannte M-Schneide beim Bohrvorgang einzusetzen. Dabei könnte in diesem spez. Fall eine zusätzliche Minimalmengenschmierung ganz hilfreich sein. Dabei kann dann auch hier mit dieser M-Schneide und deren 45° Fasenschneide die erstellte Bohrungsausnehmung gleich angefasst werden, egal welche Ausnehmungstiefe diese aufweist. Trotz dieser Vorteile kann mit diesem Werkzeug derzeit kein Gewinde ins volle Material eingebracht werden, da dafür die erforderlichen verkürzten Umfangsschneiden und die gewindeerzeugenden Schneiden fehlen. Wie bereits aufgeführt sind aus der WO 96/07502 A1 weitere Werkzeuge in dieser Richtung bekannt.

Dabei beinhaltet der dort in 1E gezeigte Bohrgewindefräser keine Möglichkeit, die erstelle Gewindeausnehmung mit diesem Werkzeug gleich mit anfasen zu können, womit dadurch für diesen Arbeitsgang ein zusätzliches Werkzeug zum, Einsatz gebracht werden muss. Bei den in 1A-1D gezeigten Werkzeugen handelt es sich nicht um Bohrwerkzeuge, sondern um Fräswerkzeuge.

Womit zwar dann dort mit dem vorhandenen 45° verlaufenden Schneidenbereich durch einen Fräsvorgang eine Fase gleich ins volle Material erstellt werden könnte und somit dann für diesen Arbeitsgang kein zusätzliches Werkzeug mehr erforderlich wäre.

Doch dürften die in 1A–1E gezeigten Werkzeuge keinerlei praktischen Einsatz zulassen, da dort die Proportionen gleich Stirnschneidendurchmesser zu den Gewindeflankentiefen und deren Gewindesteigung in einem für einen Fachmann nicht ganz nachvollziehbarem Verhältnis stehen. Sollten die Werkzeuge in etwa 1:1 zeichnerisch dargestellt sein, könnte mit dieser Gewindezähneausbildung erst eine Gewindesteigung von 3mm (gleich M24) erstellt werden. D.h. zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Kernbohrung von 21 mm Durchmesser stünde nur ein Werkzeug mit einer Bohrschneide von 12mm Durchmesser zur Verfügung. Somit müsste der restliche Kernbohrungsdurchmesser auf 21 mm mit der Erstellung des Gewindes mit erbracht werden. Diesen dann dort entstehenden seitlichen Druck auf den Werkzeugschafft bei diesem Fräsvorgang (gleich Umlauf um 360°) dürfte dieses Werkzeug auf nur einer sehr geringen Auskragungslänge widerstehen, da dieses ja nur einen Schafftdurchmesser von 7mm im Gewindebereich hat. Womit für dieses Werkzeug kein wirtschaftlicher und auch kein praktischer Einsatz möglich ist, selbst nicht in Werkstoffen mit geringer Festigkeit. Auch dürften die in den 2A–2C gezeigten Fertigungsabläufen mit solch einem Werkzeug bei der Erstellung der Fase und der Kernbohrungsausnehmung durch einen Zirkularträsvorgang keinen wirtschaftlichen Einsatz zulassen, da dieser Vorgang zeitlich viel zu lange dauert, zum Andern stark auf die Standzeit der Werkzeugschneiden geht aber v.a. auch hier bei der Erstellung des Gewindes durch einen 360° Fräsumlauf. Durch seitlichen Druck, welcher v.a. im Umfangsschneidenbereich entsteht, kann dadurch mit diesem Werkzeug keine Gewindeausnehmung in einer brauchbaren Tiefe auch nicht bei Werkstoffen mit geringer Festigkeit erstellt werden, da ja dann auch hier der Werkzeugschafftdurchmesser im gewindeerzeugenden Bereich nur 7mm aufweist.

Aus den 1–7 ist einmal der Arbeitsablauf dieser Werkzeuge beschrieben zum Anderen geht auch hier der große nicht nutzbarer Kernlochvorlauf (gleich ¹/₃ von der Kernlochtiefe) hervor. Wie dies aus den aufgeführten Problemen zu entnehmen ist, kann derzeit kein lehrhaltiges Gewinde, auch nicht in Werkstoffe mit geringer Festigkeit über 2 × D eingebracht werden, weil diese bereits stark konisch werden, wobei dies einmal auf die Werkzeugschneidenausbildung zurückzuführen ist, zum Andern v.a. aber auch auf das Arbeitsverfahren, indem einmal beim Bohrvorgang die Fase gleich mit erstellt werden muss, was eine zusätzliche Werkzeuglänge erfordert, und v.a. einen unnötigen nicht nutzbaren Kernlochvorlauf ergibt, zum Andern auf die Erstellung der Gewindeausnehmung im Gleichlauffräsvorgang, weil hierbei die seitliche Abdrängung naturgemäß größer ist als beim Gegenlauffräsen, wobei auch beim Gegenlauffräsen die Abdrängung auch zu groß wäre bei den derzeit zum Einsatz kommenden Schneidengeometrien und deren Verfahrensabläufen. Somit kann aus keiner der hier aufgeführten Erfindungen auf Bezug Schneidenausbildung und Verfahrensansprüche ein Bohrgewindefräswerkzeug entnommen werden, mit welchem die Erstellung von lehrhaltigen Gewindeausnehmungen (v.a. auch zylindrisch) ins volle Material mit nur einem Werkzeug auch in hochfeste Werkstoffe möglich wäre, wobei die Erstellung des Kernloches durch einen Bohrvorgang in Verbindung einer Bohrerschneide erfolgt und wobei mit diesem Werkzeug zugleich das Gewinde als auch die Fase erstellt werden kann und die Erstellung der Fase unabhängig von der Ausnehmungstiefe und der Herstellungsablauf auch im Trockenverfahren (gleich nur Einsatz von Pressluft) möglich sind.