Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanlosen Erzeugung eines Gewindes an einem Werkstück.

Zum Erzeugen von Gewinden, insbesondere Gewinden für Schraubverbindungen, sind verschiedene Werkzeuge bekannt. Ein Großteil der Werkzeuge weist in ihrem Arbeitsbereich Schneidteile oder Schneiden zum spanabhebenden Erzeugen der Gewinde auf. Zu den spanabhebenden Gewindeerzeugungswerkzeugen zählen beispielsweise Gewindeschneidwerkzeuge, Gewindebohrer und Gewindefräser. Eine Form der Gewindeerzeugung basiert auf einer Materialverformung des Werkstücks. Hierfür sind Gewindeerzeugungswerkzeuge bekannt und im Einsatz, die durch Druck eine Kaltverformung des Werkstücks erzielen. Unter diesen spanlosen Gewindeerzeuger fallen die sogenannten Gewindefurcher und die Gewindewalzen. Der Vorteil dieser Werkzeuge ist, dass durch die Verformung der Oberfläche und die damit verbundene Verfestigung, die Härte des Werkstoffs im Bereich des Gewindes ansteigt und somit ein verschleißfesteres Gewinde erzeugt wird.

Aus der DE 103 18 203 A1 ist ein Gewindefurcher bekannt, der zur Erzeugung eines Innengewindes an einem Werkstück verwendet wird, und einen Schaft sowie einen Formkopf umfasst. Der Formkopf ist einstückig und somit drehfest mit dem Schaft ausgebildet, der mit seinem dem Werkstück abgewandten Ende im Spannfutter einer Gewindeerzeugungsvorrichtung aufgenommen und gehalten ist. Der Formkopf selbst ist einstückig gestaltet und umfasst steigungslose d.h. jeweils in einer Umfangsebene liegende Gewindeformprofile, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind und über den Umfang verteilte Drückstollen aufweisen. Der Querschnitt des Formkopfs ist polygonal gestaltet. Der Formkopf ist um eine Werkzeugachse antreibbar, wobei die Werkzeugachse des Formkopfs zugleich die Drehachse der Gewindeformprofile bildet.

Zur Erzeugung eines Gewindes in einer Bohrung des Werkstücks wird der Formkopf zu einer Eingriffsposition an der Innenoberfläche des Werkstücks bewegt und auf die gewünschte Gewindehöhe gebracht. Der Formkopf wird um seine Werkzeugachse angetrieben und führt eine Zirkularbewegung bzw. Umlaufbewegung um die Achse der Werkstücksbohrung um 360° aus. Gleichzeitig führt der Formkopf eine konstante axiale Vorschubbewegung um das Maß der herzustellenden Gewindesteigung aus. Obwohl die Verformungsarbeit der Drückstollen durch die Drehzahl und die davon unabhängige Geschwindigkeit der Zirkularbewegung des Formkopfs gesteuert werden kann, werden durch die Drückstollen erhöhte Reibungskräfte auf das Werkstück ausgeübt. Hierdurch werden sowohl das Werkstück als auch der Formkopf in Mitleidenschaft gezogen.

Eine schonendere Bearbeitung von Werkstücken wird mit Hilfe der Gewindewalzen erreicht, die üblicherweise zur Erzeugung von Außengewinden verwendet werden. Es sind Walzverfahren bekannt, bei denen zwei Gewindewalzen um ihre Walzenachsen drehangetrieben werden und auf ein dazwischen angeordnetes Werkstück Reibdruck ausüben, so dass das Werkstück mit den Gewindewalzen rotiert und das Profil der Gewindewalzen auf das Werkstück übertragen wird. Nachteilig ist bei den Verfahren, dass zur Führung und zum Antrieb der Walzen sowie zum Transport der Werkstücke spezielle Walzmaschinen erforderlich sind. Des weiteren können mit den herkömmlichen Walzverfahren und Walzmaschinen keine Innengewinde am Werkstück erzeugt werden.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Gewindeerzeugungswerkzeug anzugeben, bei dem die vorgenannten Nachteile beim Stand der Technik wenigstens teilweise überwunden oder zumindest vermindert werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Ein Kerngedanke der Erfindung gemäß Anspruch 1 besteht darin, dass das Werkzeug einen um eine Werkzeugachse drehbaren oder drehenden Formkopf umfasst, der eine oder mehrere Walzen mit mindestens einem Gewindeformprofil aufweist, wobei die Walzen in einem definierten Abstand zur Werkzeugachse angeordnet sind, um eine kreisförmige Umlaufbewegung um die Werkzeugachse auszuführen, und wobei die Walzen um ihre Walzenachsen frei drehbar sind, so dass eine um die Walzenachsen erfolgende und zur Richtung der Umlaufbewegung gegenläufige Rotationsbewegung der Walzen lediglich durch Reibschluss der Walzen mit dem Werkstück bewirkt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug ist die Werkzeugachse in der Regel eine Längsachse des Werkzeugs oder eine zentral durch das Werkzeug verlaufende Achse.

Durch die beabstandete Anordnung der Walzen zur Werkzeugachse und der dadurch resultierenden Umlaufbewegung der Walzen einerseits und durch die frei um ihre Walzenachsen rotierenden Walzen andererseits wird eine überraschend effektive und schonende Gewindeerzeugung ermöglicht, bei der die Gewindeformprofile etwa gleichzeitig in das Werkstück eingedrückt und daran abgewälzt werden. Besonders vorteilhaft ist, dass die Rotationsbewegung der Walzen durch Reibschluss mit dem Werkstück erzielt wird, so dass separate Walzenantriebe nicht erforderlich sind. Die Mechanik und die Handhabung des Werkzeugs werden hierdurch wesentlich vereinfacht. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann sowohl zur Erzeugung von Innengewinden, insbesondere bei Werkstücken mit größerem Bohrungsdurchmesser, als auch zur Erzeugung von Außengewinden verwendet werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Walzen parallel zur Werkzeugachse angeordnet, wobei die Gewindeformprofile der Walzen jeweils in einer Umfangsebene liegen und längs der Walzenachsen in einem konstanten Abstand zueinander angeordnet sind, so dass die Steigung des zu erzeugenden Gewindes am Werkstück etwa dem Abstand der Gewindeformprofile der Walzen entspricht. Durch die Ausrichtung der Walzen parallel zur Werkzeugachse wird eine kompakte Konstruktion des Werkzeugs ermöglicht, so dass eine Mehrzahl von Walzen um die Werkzeugachse angeordnet werden kann, ohne sich gegenseitig in ihrer Funktion zu beeinträchtigen. Die Walzen sind zweckmäßigerweise hinsichtlich der Anzahl und der Abmessungen der Gewindeformprofile identisch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Walzen um ihre Walzenachsen seitlich um einen bestimmten Schwenkwinkel verschwenkt, so dass der Steigungswinkel des zu erzeugenden Gewindes am Werkstück etwa dem Schwenkwinkel entspricht, wobei die Gewindeformprofile der Walzen jeweils in einer Umfangsebene liegen und längs der Walzenachsen in einem konstanten Abstand zueinander angeordnet sind. Die seitliche Verschwenkung der Walzen erfolgt in Umfangsrichtung des Werkzeugs, so dass die Walzen gegenüber dem Werkstück schräg anordenbar sind. Die seitliche Verschwenkung der Walzen in Umfangsrichtung gestattet ebenso wie die parallele Ausrichtung der Walzen, eine Mehrzahl von Walzen um die Werkzeugachse anzuordnen.

Bevorzugtermaßen sind die Gewindeformprofile der seitlich verschwenkten Walzen gegeneinander axial versetzt, wodurch eine axiale Vorschubbewegung weitgehend reduziert bzw. unterlassen werden kann. Der axiale Versatz der Gewindeformprofile wird zweckmäßigerweise durch einen axialen Versatz der Walzen bewirkt, so dass ein identischer Satz von Walzen verwendet werden kann.

Zweckmäßigerweise sind die Walzen symmetrisch um die Werkzeugachse angeordnet, so dass die Werkzeugachse zugleich eine Symmetrieachse bildet. Die gleichmäßig voneinander beabstandeten Walzen gewährleisten eine gleichmäßige Abfolge von Drück- und Wälzbewegungen der Gewindeformprofile am Werkstück.

Vorteilhafterweise weisen die Gewindeformprofile im Schnitt längs zur Walzenachse betrachtet eine etwa spitzwinklige Profilform auf und sind an ihren radial äußeren Enden abgerundet. Durch diese konstruktive Maßnahmen lässt sich eine gute Formbarkeit des Werkstücks bei gleichzeitig niedriger Walzkraft erzielen.

Vorzugsweise ist die radiale Erstreckung der Gewindeformprofile über den Umfang etwa konstant, so dass die Gewindeformprofile im Schnitt quer zur Walzenachse betrachtet kreisförmig ausgebildet sind. Durch diese konstruktive Maßnahme wird eine ideale Kombination der Eigenschaften des Gewindefurchens mit denjenigen des Gewindewalzens erzielt. Der auf das Werkstück und das Werkzeug einwirkende Reibdruck wird über den Umfang der Gewindeformprofile im wesentlichen gleichmäßig verteilt, so dass insgesamt ein geringerer Kraftaufwand zur Drehung des Werkzeugs erforderlich ist.

Nach einer alternativen Ausgestaltung variiert die radiale Erstreckung der Gewindeformprofile über den Umfang, so dass die Gewindeformprofile im Schnitt quer zur Walzenachse betrachtet eine ovale oder vorzugsweise abgerundete polygonale Form besitzen. Bei dieser Ausgestaltung dominieren die Eigenschaften des Gewindefurchens, d.h. der Reibdruck ist insbesondere an den radial vorstehenden Bereichen der Gewindeformprofile erhöht, wodurch wiederum erhöhte Umformkräfte wirksam sind. Durch die Rotation der Gewindeformprofile am Werkstück wird der erhöhte Reibdruck zugleich reduziert.

Vorteilhafterweise sind die Walzen mittels Befestigungselementen um ihre Walzenachsen frei drehbar an einem Befestigungsteil des Werkzeugs gelagert, das mit seinem den Walzen abgewandten Ende einem Schaft zugeordnet ist und vorzugsweise drehfest damit verbunden ist. Jeder Walze ist ein Befestigungselement zugeordnet, so dass die Walzen unabhängig voneinander am Befestigungsteil gelagert sind. Das Befestigungsteil kann als separates Teil oder einstückig mit dem Schaft ausgebildet sein.

Zweckmäßigerweise ist das Befestigungsteil zylindrisch gestaltet und vorzugsweise einstückig mit dem Schaft ausgebildet, wobei das Befestigungsteil einen im Vergleich zum Schaft größeren Durchmesser aufweist. Durch die einstückige Ausbildung mit dem Schaft wird eine hohe Stabilität des Werkzeugs gewährleistet Aufgrund der vergleichsweise größeren Abmessung des Befestigungsteils wird für die Montage der Walzen ausreichend Raum zur Verfügung gestellt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt die radiale Erstreckung der Gewindeformprofile zumindest in einem dem Befestigungsteil gegenüberliegenden vorderen Bereich der Walzen stufenweise oder stetig ab, so dass sich der Durchmesser der Walzen zum vorderen Ende hin verjüngt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird das Eindringen der vorderen Gewindeformprofile in die Werkstücksoberfläche erleichtert.

Mit dem Werkzeug gemäß der Erfindung lässt sich ein Verfahren zur spanlosen Erzeugung eines Gewindes an einem Werkstück durchführen, bei dem ein Formkopf zu einer Eingriffsposition am Werkstück bewegt wird und um eine Werkzeugachse gedreht wird, wobei der Formkopf eine oder mehrere Walzen mit mindestens einem Gewindeformprofil aufweist, die in einem definierten Abstand zur Werkzeugachse angeordnet sind, so dass die Walzen eine kreisförmige Umlaufbewegung um die Werkzeugachse ausführen und mit ihren Gewindeformprofilen in das Werkstück eingedrückt werden. Die Walzen führen beim Eindrücken in das Werkstück eine zur Richtung der Umlaufbewegung gegenläufige Rotationsbewegung um ihre Walzenachsen aus und wälzen sich über ihre Gewindeformprofile am Werkstück ab. Durch das Eindrücken und etwa gleichzeitige Abwälzen der Gewindeformprofile am Werkstück wird in der Eingriffsposition jeweils ein bogenförmiger Eingriffsbereich im Werkstück gebildet, der durch eine anschließende Bewegung des Formkopfs und/oder des Werkstücks relativ zueinander im wesentlichen kontinuierlich abgewälzt wird, um eine Gewinderille im Werkstück zu erzeugen.

Durch die Umlaufbewegung der Walzen wird ein ausreichender Druck auf das Werkstück ausgeübt, der zu einer entsprechenden Materialverformung des Werkstücks führt. Durch die zusätzliche Rotationsbewegung der Walzen wird die Reibung sowohl an den Walzen bzw. an den Gewindeformprofilen als auch am Werkstück reduziert, so dass das Werkstück schonend bearbeitet wird und der Verschleiß der Walzen reduziert wird.

Mit diesem Werkzeug gemäß der Erfindung und dem zugehörigen Arbeitsverfahren lassen sich sowohl Innengewinde, insbesondere bei Werkstücken mit größerem Bohrungsdurchmesser, als auch Außengewinde erzeugen.

Gemäß einer ersten Ausführung wird der Formkopf relativ zum Werkstück bewegt, wobei der Formkopf ausgehend von der Eingriffsposition eine Zirkularbewegung bzw. Umlaufbewegung um eine Werkstücksachse ausführt. Bei der Werkstücksachse handelt es sich um eine zentral durch das Werkstück verlaufende Achse oder um eine zentrale Achse der Werkstücksbohrung. Die Werkstücksachse und die Werkzeugachse verlaufen in der Regel parallel zueinander. Die Zirkularbewegung ist zweckmäßigerweise gleichsinnig zur Umlaufbewegung der Walzen.

Nach einer vorteilhaften Variante führt der Formkopf etwa gleichzeitig zur Zirkularbewegung eine axiale Vorschubbewegung aus, so dass sich der Formkopf im wesentlichen schraubenförmig um die Werkstücksachse bewegt, wobei die Walzen etwa parallel zur Werkzeugachse angeordnet sind, und die axiale Vorschubbewegung des Formkopfs so bemessen ist, dass die Steigung des zur erzeugenden Gewindes am Werkstück dem Abstand der Gewindeformprofile der Walzen entspricht. Dabei kann der Formkopf zunächst zu einer Eingriffsposition am Werkstück bewegt werden, in der er mit seinen vorderen bzw. ersten Gewindeformprofilen in das Werkstück eingreift und sich anschließend längs der Werkstücksachse am Werkstück vorwärts schrauben, bis die gewünschte Gewindelänge erreicht ist. Eine große Gewindelänge kann hierdurch auch mit Walzen erreicht werden, die nur wenige Gewindeformprofile aufweisen. Bei jeder Zirkularbewegung um 360 ° wird eine axiale Vorschubbewegung um ein Maß ausgeführt, das dem Abstand der Gewindeformprofile entspricht.

Alternativ kann der Formkopf zu einer Eingriffsposition am Werkstück gebracht werden, in der er mit etwa seinem gesamten Arbeitsbereich in das Werkstück eingreift, so dass nur eine einzige Zirkularbewegung um 360 ° ausgeführt werden braucht, um das Gewinde zu erzeugen. Entsprechend ist insgesamt nur eine geringe axiale Vorschubbewegung erforderlich, die dem Abstand der Gewindeformprofile entspricht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante ist eine axiale Vorschubbewegung nicht oder nur in sehr geringem Maße erforderlich. Dies wird dadurch erreicht, indem die Walzen um die Walzenachsen seitlich um einen bestimmten Schwenkwinkel verschwenkt sind, so dass der Steigungswinkel des zu erzeugenden Gewindes am Werkstück etwa dem Schwenkwinkel entspricht, und die Gewindeformprofile der Walzen gegeneinander axial versetzt sind, so dass das Gewinde am Werkstück im wesentlichen durch die Zirkularbewegung des Formkopfs erzeugt wird. Zusätzlich kann eine axiale Vorschubbewegung in geringem Maße ausgeführt werden, die im wesentlichen dazu dient, die Gewindeoberfläche zu glätten.

Gemäß einer zweiten Ausführung werden der Formkopf und das Werkstück relativ zueinander bewegt, wobei das Werkstück zusätzlich zur Zirkularbewegung des Formkopfs um seine Werkstücksachse entgegengesetzt zur Richtung der Zirkularbewegung gedreht wird. Hierdurch wird die Bearbeitungsdauer deutlich verkürzt.

Gemäß einer dritten Ausführung des Verfahrens wird das Werkstück um seine Werkstücksachse entgegengesetzt zur Richtung der Umlaufbewegung der Walzen gedreht. Diese Ausführung eignet sich bevorzugt zur Erzeugung von Außengewinden. Der Unterschied dieser Ausführung im Vergleich mit den obigen Ausführungen besteht darin, dass der Formkopf keine Zirkularbewegung ausführt, so dass längere und somit zeitaufwändigere Umlaufwege des Formkopfs über den Außenumfang des Werkstücks vermieden werden.

Vorzugsweise führt nach einer ersten Verfahrensvariante der Formkopf und/oder das Werkstück eine axiale Vorschubbewegung aus, wobei die Walzen etwa parallel zur Werkzeugachse angeordnet sind und die axiale Vorschubbewegung des Formkopfs und/oder des Werkstücks so bemessen ist, dass die Steigung des Gewindes am Werkstück dem Abstand der Gewindeformprofile der Walzen entspricht. Der Formkopf oder das Werkstück kann die erforderliche axiale Vorschubbewegung ausführen. Alternativ können der Formkopf und das Werkstück etwa gleichzeitig jeweils eine axiale Vorschubbewegung ausführen, wobei die Vorschubbewegungen des Formkopfs und des Werkstücks axial gegeneinander gerichtet sind.

Besonders bevorzugt sind gemäß einer zweiten Variante die Walzen um ihre Walzenachsen seitlich um einen bestimmten Schwenkwinkel verschwenkt, so dass der Steigungswinkel des zu erzeugenden Gewindes am Werkstück etwa dem Schwenkwinkel entspricht, und die Gewindeformprofile der Walzen sind gegeneinander axial versetzt, so dass das Gewinde am Werkstück im wesentlichen durch die Drehbewegung des Werkstücks erzeugt wird. Eine axiale Vorschubbewegung ist hierdurch nicht oder nur in sehr geringem Maße erforderlich. Die Steuerung des Verfahrensablaufs wird somit wesentlich vereinfacht.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs mit einem Formkopf gemäß einer ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,

2 das Werkzeug von 1 in Draufsicht auf den Formkopf,

3a, 3b alternative Ausgestaltungen eines Gewindeformprofils in Schnittansicht,

4 das Werkzeug von 2 in Schnittansicht längs der Line IV, IV von 2,

5 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung einer Walze in Schnittansicht längs der Walzenachse,

6 das Werkzeug von 1 im Eingriff mit einem Werkstück, in Schnittansicht quer zur Werkzeugachse, und

7 eine schematische Darstellung des Werkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform im Eingriff mit dem Werkstück, in Seitenansicht.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Werkzeugs mit einem Formkopf 1 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Das Werkzeug ist um eine Werkzeugachse D drehantreibbar, die eine zentrale Längsachse des Werkzeugs darstellt. Der Formkopf 1 umfasst eine Mehrzahl von Walzen 3, beispielsweise drei Walzen 3, die um ihre Walzenachsen W drehbar an einem zylinderförmigen Befestigungsteil 12 angeordnet sind. Die Anordnung der Walzen 3 am Befestigungsteil 12 ist so gewählt, dass die Walzen 3 jeweils einen definierten Abstand A zur Werkzeugachse D aufweisen. Durch die beabstandete Anordnung zur Werkzeugachse D führen die Walzen 3 beim Drehen des Werkzeugs um die Werkzeugachse D eine kreisförmige Umlaufbewegung U (siehe 6) um die Werkzeugachse D auf. Der Formteil 1 weist einen Arbeitsbereich AB auf, der sich im wesentlichen über die Länge der Walzen 3 erstreckt. Die Walzen 3 sind gemäß einer ersten Ausführungsform parallel zur Werkzeugachse D angeordnet und umfassen eine Mehrzahl von Gewindeformprofilen 4.

Das Befestigungsteil 12 ist einstückig mit einem zylinderförmigen Schaft 2 ausgebildet und weist einen im Vergleich zum Schaft 2 größeren Durchmesser auf. Der Abstand A der Walzen 3 zur Werkzeugachse D ist abhängig von den Abmessungen des Befestigungsteils 12 einerseits und von den Abmessungen der Walzen 3 andererseits. Er ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass die Gewindeformprofile 4 soweit vom Befestigungsteil 12 radial nach außen vorstehen, um wenigstens teilweise in die Oberfläche eines Werkstücks 8 einzugreifen.

Die Gewindeformprofile 4 liegen jeweils in einer Umfangsebene, d.h. sie sind steigungslos, und sind längs der Walzenachsen W in einem konstanten Abstand G zueinander angeordnet. Die Gewindeformprofile 4 sind hinsichtlich ihrer Abmessungen, d.h. hinsichtlich ihrer Profilform und dem axialen Abstand G genau auf das zu erzeugende Gewinde 11 am Werkstück 8 abgestimmt, so dass die Steigung P des zu erzeugenden Gewindes 11 dem Abstand G der Gewindeformprofile 4 entspricht.

In 2 ist das Werkzeug in Draufsicht auf den Formkopf 1 gezeigt. Die Walzen 3 sind symmetrisch um die Werkzeugachse D angeordnet, so dass die Werkzeugachse D eine Symmetrieachse bildet. Sämtliche Walzen 3 weisen den gleichen Abstand A zur Werkzeugachse D auf und sind zusätzlich gleichmäßig voneinander beabstandet. Wie in 2 deutlich erkennbar ist, weisen die Gewindeformprofile 4 eine über den Umfang konstante radiale Erstreckung RE auf, so dass sie im Schnitt quer zur Walzenachse W betrachtet kreisförmig ausgebildet sind.

In 3a und 3b sind alternative Ausgestaltungen der Gewindeformprofile 4 gezeigt, bei denen die radiale Erstreckung RE über den Umfang variiert. In der konkreten Ausgestaltung gemäß 3a weisen die Gewindeformprofile 4 im Schnitt quer zur Walzenachse W betrachtet eine ovale Form auf. In der konkreten Ausgestaltung gemäß 3b weisen die Gewindeformprofile 4 im Schnitt quer zur Walzenachse W betrachtet eine abgerundete dreieckige Form auf. Denkbar sind weitere polygonale Formen mit einer Eckenzahl von vier oder mehr.

In 4 ist das Werkzeug in einer Schnittansicht längs der Line IV, IV von 2 dargestellt. Die Walzen 3 sind mittels Befestigungselementen 6 derart mit dem Befestigungsteil 12 verbunden, dass sie um ihre Walzenachsen W frei drehbar sind. Die Befestigungsmittel 6 definieren somit die Drehachsen der Walzen 3, die mit den Walzenachsen W identisch sind. Jeder Walze 3 ist ein separates Befestigungselement 6 zugeordnet, so dass die Walzen 3 unabhängig voneinander am Befestigungsteil 12 gelagert sind. Zweckmäßigerweise sind die Befestigungsmittel 6 drehfest mit dem Befestigungsteil 12 verbunden und weisen jeweils einen mit der Bohrung der Walzen 3 korrespondierenden Abschnitt 7 auf. Der Durchmesser DA des Abschnitts 7 ist geringfügig kleiner als der Bohrungsdurchmesser DB der Walzen 3, um sowohl die Reibung als auch das Spiel der Walzen 3 am Abschnitt 7 gering zu halten. Durch die oben beschriebenen Maßnahmen sind die Walzen 3 frei drehbar bzw. passiv am Befestigungsteil 12 gelagert, so dass sie beim Eingriff in das Werkstück 8 eine Rotationsbewegung R um ihre Walzenachsen W ausführen, die gegenläufig zur Umlaufbewegung U ist. Die Rotationsbewegung R wird lediglich durch Reibschluss der Walzen 3 mit dem Werkstück 8 bewirkt.

Die Walzen 3 sind gegen eine axiale Verschiebung durch Unterlegscheiben 14 oder dergleichen Ausgleichselemente gesichert, die jeweils zwischen den Walzen 3 und einem kopfförmigen Ende 15 der Befestigungselemente 6 angeordnet sind. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass sich die einander gegenüber liegenden Gewindeformprofile 4 der Walzen 3 stets auf gleichem Niveau befinden.

Die Gewindeformprofile 4 sind im Schnitt längs zur Walzenachse W betrachtet radial nach außen spitzwinklig zulaufend ausgebildet. In entsprechender Weise sind die Nuten 13 zwischen den Gewindeformprofilen 4 gestaltet. Hierdurch lässt sich eine gute Formbarkeit des Werkstücks erreichen, so dass das Werkstücksmaterial leichter bis in die Spitzen der Nuten 13 fließen kann. Die Gewindeformprofile 4 sind an ihren radial äußeren Enden 5 abgerundet.

In 5 ist eine alternative Ausgestaltung einer Walze 3 im Schnitt längs zur Walzenachse W gezeigt. Die radiale Erstreckung RE der Gewindeformprofile 4 nimmt in einem dem Befestigungsteil 12 gegenüberliegenden Bereich 10 der Walzen 3 stufenweise ab, so dass sich der Durchmesser der Walzen 3 zum vorderen Ende hin verjüngt. Der vordere Bereich 10 definiert einen Einlaufkegel, der die Gewinderillen im Werkstück 8 kontinuierlich bis zur vollständigen Gewindetiefe formt.

Mit dem oben beschriebenen Werkzeug lassen sich sowohl Innengewinde als auch Außengewinde erzeugen. Nachfolgend wird beispielhaft ein Verfahren zur Erzeugung eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, unter Verwendung des Werkzeugs gemäß der ersten Ausführungsform anhand von 6 beschrieben.

In 6 ist das Werkzeug im Eingriff mit dem Werkstück 8 in Schnittansicht quer zur Werkzeugachse D gezeigt. Das Werkstück 8 weist eine Bohrung mit einer etwa zentralen Bohrungs- bzw. Werkstücksachse ZW auf. Der die Walzen 3 umfassende Formkopf 1 wird zu einer Eingriffsposition am Werkstück 8 bzw. an der Werkstücksbohrung bewegt und um die Werkzeugachse D gedreht, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn. Die Werkzeugachse D verläuft parallel zur zentralen Werkstücksachse ZW. Durch Drehen der Werkzeugachse D führen die Walzen 3 eine kreisförmige Umlaufbewegung U im Gegenuhrzeigersinn um die Werkzeugachse D mit einem Radius A aus, der dem Abstand A der Walzen 3 zur Werkzeugachse D entspricht. Anhand der Umlaufbewegung U werden die Walzen 3 mit ihren Gewindeformprofilen 4 in das Werkstück 8 eingedrückt. Die Walzen 3 führen beim Eindrücken in das Werkstück 8 eine zur Richtung der Umlaufbewegung U gegenläufige Rotationsbewegung R um ihre Walzenachsen W aus, d.h. sie rotieren – wie durch die Richtung des Pfeils R angedeutet ist – im Uhrzeigersinn, und wälzen sich über ihre Gewindeformprofile 4 am Werkstück 8 ab.

Wie in 6 veranschaulicht ist, wird in der Eingriffsposition durch die zuerst in das Werkstück 8 eindrückenden und abwälzenden Gewindeformprofile 4 einer Walze jeweils ein bogenförmiger Bereich 9 am Werkstück 8 gebildet. Gemäß einer ersten Ausführung des Verfahrens wird der Formkopf 1 relativ zum Werkstück 8 bewegt, wobei der Formkopf 1 ausgehend von der Eingriffsposition eine Zirkularbewegung (Umlaufbewegung) Z um die Werkstücksachse ZW ausführt. Die Zirkularbewegung verläuft, wie durch die Richtung des Pfeils Z angedeutet ist, im Gegenuhrzeigersinn. Gleichzeitig führt der Formkopf 1 eine axiale Vorschubbewegung aus und bewegt sich etwa schraubenförmig um die Werkstücksachse ZW am Werkstück 8 entlang bzw. in die Werkstücksbohrung hinein. Durch die Zirkularbewegung Z und die axiale Vorschubbewegung des Formkopfs 1 wird der jeweilige bogenförmige Eingriffsbereich 9 am Werkstück 8 durch die Gewindeformprofile 4 der nachfolgend umlaufenden Walzen 3 im wesentlichen kontinuierlich abgewälzt, um eine Gewinderille im Werkstück 8 zu erzeugen. Die axiale Vorschubbewegung ist so bemessen, dass die Steigung P des zu erzeugenden Gewindes 11 (siehe 7) am Werkstück 8 dem Abstand G der Gewindeformprofile 4 entspricht.

Für den Fall, dass die Eingriffsposition so gewählt ist, dass der Formkopf 1 mit seinen vorderen bzw. ersten Gewindeformprofilen 4 in das Werkstück 8 eingreift, wird zur Erzeugung eines ersten Gewindegangs am Werkstück 8 eine Zirkularbewegung Z um etwa 360 ° ausgeführt. Für jeden weiteren Gewindegang wird folglich eine weitere Zirkularbewegung um etwa 360° ausgeführt, bis die gewünschte Gewindelänge erreicht ist. Bei jeder Zirkularbewegung Z um 360° wird eine axiale Vorschubbewegung um ein Maß ausgeführt, das dem Abstand G der Gewindeformprofile 4 entspricht. Eine große Gewindelänge kann hierdurch auch mit Walzen 3 erreicht werden, die nur wenige, d.h. jeweils ein oder zwei Gewindeformprofile 4 aufweisen. Besonders zweckmäßig ist bei dieser Verfahrensvariante die Verwendung der in 5 gezeigten alternativen Ausgestaltung des Formkopfs 1, bei der die radiale Erstreckung RE der Gewindeformprofile 4 in einem vorderen Bereich 10 der Walzen 3 stufenweise abnimmt. Die Materialverformung am Werkstück 8 wird durch den kegelförmigen Bereich 10 deutlich erleichtert.

Für den Fall, dass die Eingriffsposition so gewählt ist, dass der Formkopf 1 mit etwa seinem gesamten Arbeitsbereich AB in das Werkstück 8 eindringt, braucht nur eine einzige Zirkularbewegung Z um 360° ausgeführt zu werden, um das Gewinde 11 bzw. die Gewindegänge zu erzeugen. Entsprechend ist insgesamt nur eine geringe axiale Vorschubbewegung erforderlich, die dem Abstand G der Gewindeformprofile 4 entspricht.

Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahrens werden der Formkopf 1 und das Werkstück 8 relativ zueinander bewegt, wobei das Werkstück zusätzlich zur Zirkularbewegung Z und axialen Vorschubbewegung des Formkopfs 1 eine Drehbewegung DW um seine Werkstücksachse ZW ausführt. Die Drehbewegung DW des Werkstücks 8 ist gegenläufig zur Richtung der Zirkularbewegung Z des Formkopfs 1 und verläuft, wie durch die Richtung des Pfeils DW in 6 angedeutet ist, im Uhrzeigersinn.

Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahren führt das Werkstück 8 eine Drehbewegung DW um seine Werkstücksachse ZW aus, wobei die Drehbewegung DW entgegengesetzt zur Richtung der Umlaufbewegung U der Walzen 3 erfolgt. Da die Umlaufbewegung U im konkreten Fall gemäß 6 im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, verläuft die Drehbewegung DW des Werkstücks 8 im Uhrzeigersinn. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungen unterbleibt eine Zirkularbewegung des Formkopfs 1. Der Formkopf 1 oder das Werkstück 8 führt eine axiale Vorschubbewegung aus. Alternativ können der Formkopf 1 und das Werkstück 8 jeweils etwa gleichzeitig eine axiale Vorschubbewegung ausführen, wobei die Vorschubbewegungen des Formkopfs 1 und des Werkstücks 8 axial gegeneinander gerichtet sind.

In 7 ist eine schematische Darstellung des Werkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform im Eingriff mit dem Werkstück 8 in Seitenansicht gezeigt. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Walzen 3 seitlich, d.h. in Umfangsrichtung des Werkzeugs um einen bestimmten Schwenkwinkel &agr; verschwenkt, so dass der Steigungswinkel 6 des zu erzeugenden Gewindes 11 am Werkstück 8 etwa dem Schwenkwinkel &agr; entspricht. Die Gewindeformprofile 4 der Walzen 3 liegen jeweils in einer Umfangsebene bzw. sind steigungslos ausgebildet, und sind längs der Walzenachsen W in einem konstanten Abstand G zueinander angeordnet. Die Walzen 3 sind gegeneinander axial versetzt angeordnet, so dass die einander gegenüberliegenden Gewindeformprofile 4 sich auf unterschiedlichem Niveau befinden bzw. jeweils um einen axialen Versatz AV gegeneinander versetzt sind. Der axiale Versatz AV entspricht dem Quotienten aus dem Abstand G der Gewindeformprofile 4 und der Anzahl der Walzen 3 und beträgt bei der konkreten Ausführungsform gemäß 7 G/3. Der axiale Versatz AV der Gewindeformprofile 4 führt dazu, dass eine axiale Vorschubbewegung des Formkopfs 1 oder des Werkstücks 8 weitgehend vermieden werden kann. Der Arbeitsbereich AB des Formkopfs 1 ist durch den axialen Versatz AV der Walzen 3 entsprechend vergrößert.

Nachfolgend wird beispielhaft ein Verfahren zur Erzeugung eines Gewindes, insbesondere eines Innengewindes, unter Verwendung des Werkzeugs gemäß der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.

Der Formkopf 1 wird zu einer Eingriffsposition am Werkstück 8 bzw. an der Werkstücksbohrung bewegt, in der er mit etwa seinem gesamten Arbeitsbereich AB in das Werkstück 8 eingreift (7). Der Formkopf 1 wird um die Werkzeugachse D gedreht, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn. Durch Drehen der Werkzeugachse D führen die Walzen 3 eine kreisförmige Umlaufbewegung U im Gegenuhrzeigersinn um die Werkzeugachse D mit einem Radius A aus, der dem Abstand A der Walzen 3 zur Werkzeugachse D entspricht. Anhand der Umlaufbewegung U werden die Walzen 3 mit ihren Gewindeformprofilen 4 in das Werkstück 8 eingedrückt. Die Walzen 3 führen beim Eindrücken in das Werkstück 8 eine zur Richtung der Umlaufbewegung U gegenläufige Rotationsbewegung R um ihre Walzenachsen W aus, d.h. sie rotieren – wie durch die Richtung des Pfeils R in 6 angedeutet ist – im Uhrzeigersinn, und wälzen sich über ihre Gewindeformprofile 4 am Werkstück 8 ab. In der Eingriffsposition wird durch das Eindrücken und etwa gleichzeitige Abwälzen der Gewindeformprofile 4 am Werkstück 8 jeweils ein bogenförmiger Eingriffsbereich 9 gebildet.

Gemäß einer ersten Ausführung des Verfahrens führt der Formkopf 1 ausgehend von der Eingriffsposition eine Zirkularbewegung Z um die Werkstücksachse ZW aus, so dass die bogenförmigen Eingriffsbereiche 9 im wesentlichen kontinuierlich abgewälzt werden, um eine Gewinderille im Werkstück 8 zu erzeugen. Die Zirkularbewegung Z verläuft entsprechend der Umlaufbewegung U der Walzen 3 im Gegenuhrzeigersinn um etwa 360°. Durch die seitlich verschwenkten Walzen 3 und durch den axialen Versatz AV der Gewindeformprofile 4 ist eine axiale Vorschubbewegung des Formkopfs 1 nicht oder nur in geringem Maße erforderlich, so dass das Gewinde 11 am Werkstück 8 (siehe 7) im wesentlichen durch die Zirkularbewegung Z des Formkopfs 1 um 360° erzeugt wird.

Zusätzlich kann der Formkopf 1 eine geringfügige axiale Vorschubbewegung ausführen, die im wesentlichen zur Glättung der Gewindeoberfläche dient.

Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahrens werden der Formkopf 1 und das Werkstück 8 relativ zueinander bewegt, wobei das Werkstück zusätzlich zur Zirkularbewegung Z des Formkopfs 1 eine Drehbewegung DW um seine Werkstücksachse ZW ausführt. Die Drehbewegung DW des Werkstücks 8 ist gegenläufig zur Richtung der Zirkularbewegung Z des Formkopfs 1 und verläuft, wie durch die Richtung des Pfeils DW in 6 angedeutet ist, im Uhrzeigersinn.

Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahren führt das Werkstück 8 eine Drehbewegung DW um seine Werkstücksachse ZW aus, wobei die Drehbewegung DW entgegengesetzt zur Richtung der Umlaufbewegung U der Walzen 3 erfolgt. Da die Umlaufbewegung U im konkreten Fall gemäß 6 im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, verläuft die Drehbewegung DW des Werkstücks 8 im Uhrzeigersinn. Eine Zirkularbewegung des Formkopfs 1 unterbleibt. Eine axiale Vorschubbewegung des Formkopfs 1 oder des Werkstücks 8 ist ebenfalls nicht oder nur in geringem Maße erforderlich, so dass das Gewinde am Werkstück 8 im wesentlichen durch die Drehbewegung DW des Werkstücks 8 erzeugt wird.

Das Drehzahlverhältnis von Formkopf 1 zu Werkstück 8 ist konstant und ungleich 1:1.

Mit dem oben beschriebenen Werkzeug und Verfahren zur spanlosen Gewindeerzeugung lassen sich Innen- und Außengewinde sowie rechts- und linksgängige Gewinde erzeugen. Durch das gleichzeitige Eindrücken und Abwälzen der Gewindeformprofile 4 im bzw. am Werkstück 8 wird die Reibung sowohl am Werkstück 8 als auch am Werkzeug erheblich reduziert. Dies führt zu einer geringeren Belastung des Werkzeugs und zu einer schonenden Bearbeitung des Werkstücks.