WO2019034537A1 - Verfahren zur herstellung eines aktivelements und entsprechendes aktivelement - Google Patents

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WO2019034537A1
WO2019034537A1 PCT/EP2018/071666 EP2018071666W WO2019034537A1 WO 2019034537 A1 WO2019034537 A1 WO 2019034537A1 EP 2018071666 W EP2018071666 W EP 2018071666W WO 2019034537 A1 WO2019034537 A1 WO 2019034537A1
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thread
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Klaus Hollmann
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Phoenix Feinbau GmbH and Co KG Vorm Noelle und Berg
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Phoenix Feinbau GmbH and Co KG Vorm Noelle und Berg
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    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/02—Nuts or like thread-engaging members made of thin sheet material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an active element with an internal thread, wherein a tool blank is shaping in at least one forming step and wherein the tool blank is provided in at least one thread forming step with an internal thread.
  • the invention also relates to an active element for producing a semifinished product or end product from a metal sheet, with a mold section for shaping the semifinished product or end product and with a fastening section, wherein the fastening section has at least one internal thread.
  • EP 1 321 202 B1 shows a method of manufacturing a forming tool.
  • a component blank is first introduced between the tool parts of a hydroforming tool.
  • the internal high-pressure forming tool is closed and the component blank is converted into a forming tool by means of a pressure medium.
  • a passage opening in a wall of the forming tool is then punched out.
  • an internal thread is produced in the passage opening.
  • the internal thread is usually the attachment of the newly manufactured forming tool to a machine element. It can be screwed in a simple manner to the machine element.
  • the internal thread is incorporated in the prior art by other tools.
  • EP 1 540 207 B1 discloses a method for producing a spindle nut of a ball screw drive.
  • a punching tool is used with a punch.
  • the punching tool additionally includes a threaded mandrel, wherein the punch in the threaded mandrel is arranged radially displaceable.
  • the punch can be moved radially outward from the threaded mandrel.
  • the starting point is a prefabricated base plate, which consists of a hardened, heat-treated metal, in particular steel, and from which the basic shape of the active element is cut free by means of forming. Subsequently, the workpiece is re-clamped, so that in a second manufacturing step, a bore can be introduced into the workpiece. In a subsequent third manufacturing step, a thread is then cut into the bore, for which at least a renewed change of the tool is required.
  • a disadvantage of the methods known from the prior art is that many different steps are necessary to produce the corresponding component. As a result, the manufacturing process is time-consuming and thus the production of an active element relatively expensive.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for producing an active element, by means of which the production time is reduced, so that the productivity can be increased, in particular in the case of the mechanical production of active elements.
  • This object is achieved in the method mentioned in claim 1, characterized in that the internal thread is formed in the thread-forming step as a section thread with threaded portions, so that the internal thread has no full-rotating turns.
  • a thread section is understood to be a thread in which the course of the turns is partially interrupted.
  • the thread partially recesses, or the thread profile is partially interrupted otherwise. The recesses or interruptions extend in the tangential direction.
  • the forming step and the thread-producing step are carried out in a common working step. Since the formation of the section thread is not limited to conventional threading or threading, it is also not necessary that the tool blank be re-clamped for the drilling of an opening and the subsequent forming of the internal thread. In this way, the active element can be molded and provided with an internal thread, without the production process must be interrupted. In a preferred embodiment of the method it is therefore provided that the shaping and the formation of the internal thread are realized in a program sequence of a production machine, without the process having to be interrupted by re-clamping the tool blank.
  • An advantage of this embodiment is therefore that a significant time savings achieved by known from the prior art method becomes.
  • three steps were needed to make an internal threaded actuator. For this purpose, first the contour of the active element had to be formed. Then, after re-clamping the tool blank, a hole had to be made and then a thread formed.
  • the last steps can be omitted and the entire contour of the active element, including the section thread can be manufactured in one step.
  • Another advantage is that not only the overall production time, but also the cycle time is significantly improved. Due to the fact that only one operation is needed for production, waits for other resources such. B- at a milling machine.
  • spark erosion is a thermal, abrasive manufacturing process for conductive materials that relies on electrical discharges (sparks) between an electrode (tool) and a conductive workpiece.
  • the electrode tool is thereby brought to such a narrow gap (for example, 0.004 - 0.5 mm) to the workpiece until a spark turns over, which melts the material punctiform and evaporates.
  • spark erosion drilling, EDM cutting, in which a wire forms the electrode
  • EDM sinking in which the electrode is pushed into the workpiece as a negative mold by means of a spark erosion machine.
  • the thread production step is also carried out by means of spark erosion.
  • both steps that is, the forming step and the thread making step, are performed by the same method.
  • spark erosion as a common step
  • the forming step and the thread forming step may be performed sequentially.
  • wire guides above and below the workpiece guide and support the wire and serve to suppress vibrations. Furthermore, the wire guides serve to have a defined deflection point. Wire eroding has the advantage that it can be automated. Consequently, a tool blank only has to be clamped into the machine once and can then be removed as a finished active element.
  • each threaded section can describe for itself a circular arc whose radius is significantly greater than half the thickness of the active element.
  • the radius of the threaded portions and thus also the diameter of the internal thread is thus largely independent of the thickness of the active element.
  • FIG. 2 shows the active element according to FIG. 1 from the front (from the direction II in FIG. 1), FIG.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an active element from the front (from the direction II in Fig. 1)
  • Fig. 4 is a perspective view of the active element during manufacture
  • Fig. 5 is a longitudinal section through an embodiment of a in one
  • the active element 1 can be divided into a mold section 7 and a fastening section 8.
  • the internal thread 2 is arranged on the attachment section 8, so that the active element 1 can be fastened by means of a screw to a machine.
  • the mold section 7 has a straight edge surface 9, which serves as a support of the formed as a bending punch active element 1 on a workpiece to be machined.
  • the active element 1 is fastened to the fastening section 8 on the machine, whereas the molding section 7 is oriented in the direction of the workpiece to be machined.
  • the active element 1 is made of a prefabricated base plate or Erodierplatte. Therefore, the basic form of the illustrated active element 1 is largely cuboid with rounded edges. In the longitudinal extent of this cuboid shape, the internal thread 2 is on the opposite side the straight edge surface 9 is introduced into the active element 1.
  • the two threaded portions 5 are arranged opposite to each other, so that the threaded portions 5 are arranged on two side surfaces of the active element 1 and between the threaded portions 5, a recess 10 is formed, so that the active element 1 has a total of a U-shape.
  • the mold section 7 is to be regarded as a U-back, whereas the U-legs are formed by the threaded sections 5.
  • FIG. 2 shows the active element 1 according to FIG. 1 from the front, from the direction indicated by II in FIG. 1. Visible is the view of the mounting portion 8 and in the section thread 4. Visible are the two formed as U-legs threaded portions 5 and the turns 6 of the section thread 4. The thread is designed so flat that the turns 6 and the threaded portions. 5 form a straight line and do not describe a circular arc. In other words, the dimension of the radius of the circular arcs (normally) described by the threaded sections 5 approaches infinity.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an active element 1 from the front, from the direction indicated by II in FIG. 1. Shown is the view of the attachment portion 8 and in the section thread 4.
  • the active element 1 shown here is produced by means of die sinking, a form of spark erosion.
  • the radius R of the circular arcs described by the threaded sections 5 is greater than half the thickness of the active element 1.
  • the radius R of the threaded sections 5 is consequently largely independent of the thickness D of the active element 1 1 can be fastened in this way by means of a much larger screw than would be possible with a hole with a full-circumferential thread, which was produced with a conventional thread forming or threading cutter.
  • even relatively small active elements 1, with a screw with a standard diameter can be attached to a machine, without the need for a special selection of fasteners must be available.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the active element 1 during manufacture by means of wire EDM. Shown is the contour of the active element 1 with an internal thread 2, which is produced from a tool blank 3 by means of wire EDM.
  • the tool blank 3 serves as the anode, whereas the thin wire 11 forms the cathode.
  • the wire 11 is pulled through two opposing drive rollers 12, 13 with a defined wire tension and a predetermined speed through the tool blank 3.
  • the contour of the active element 1 including the internal thread 2 can be produced very accurately by wire eroding in one step.
  • the wire EDM is done automatically, so that a previously created 3D drawing of the desired active element 1 can be read into the device for wire EDM.
  • the active element 1 can be made very time-saving and thus low, compared to known methods in which several steps including re-clamping the tool blank are necessary.
  • FIG. 5 shows a sectional view of an active element 1 according to FIG. 1 and FIG. 2 designed as a bending punch, which is fastened with a screw 14 to a machine 15, which is partially shown.
  • the active element 1 is arranged with the fixing portion 8 in a continuous recess 16 in the machine 15.
  • the recess 16 tapers abruptly at one point, so that a stop 17 is formed.
  • the active element 1 can only be introduced into the recess 16 with the attachment section 8 until it abuts against the stop 17.
  • the screw 14 is inserted.
  • the screw 14 can be screwed in this way in the section thread 4 of the active element 1 and ultimately strikes the stop 17 when it is fully screwed into the section thread 4.
  • the active element 1 is not only fixed by the positive connection with the screw 14 on the machine 15, but also by a force or friction fit between the threaded portions 5 of the active element 1 and the wall of the recess 16. In this way the active element 1 securely connected to the machine 15.
  • the screw 14 has a round cross section with fully rotating turns. Since the section thread 4 of the active element 1 is not completely There is also no complete overlap between the internal thread 2 of the active element 1 and the external thread of the screw 14.
  • the overlap angle between the turns 6 of the two threaded sections 5 and the external thread of the screw 14 is in each case a little more than 70 °, so that the overlap angle between the internal thread 2 of the active element 1 and the external thread of the screw 14 in the exemplary embodiment is approximately 140 ° to 150 °. This is sufficient to ensure a secure attachment of the active element 1 by the screw 14 on the machine 15.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist Verfahren zur Herstellung eines Aktivelements (1) mit einem Innengewinde (2), wobei ein Werkzeugrohling (3) in mindestens einem Umformschritt formgebend bearbeitet wird und wobei der Werkzeugrohling (3) in mindestens einem Gewindeherstellungsschritt mit einem Innengewinde (2) ausgestattet wird. Durch das Verfahren wird die Fertigungszeit dadurch reduziert, so dass die Produktivität insbesondere bei der maschinellen Herstellung von Aktivelementen erhöht werden kann, dass das Innengewinde (2) im Gewindeherstellungsschritt als Abschnittsgewinde (4) mit Gewindeabschnitten (5) ausgebildet wird, wobei das Innengewinde (2) keine vollumlaufenden Windungen (6) aufweist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Aktivelements
und entsprechendes Aktivelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aktivelements mit einem Innengewinde, wobei ein Werkzeugrohling in mindestens einem Umformschritt formgebend bearbeitet wird und wobei der Werkzeugrohling in mindestens einem Gewindeherstellungsschritt mit einem Innengewinde ausgestattet wird. Daneben betrifft die Erfindung noch ein Aktivelement zur Herstellung eines Halbzeugs oder Endprodukts aus einem Metallblech, mit einem Formabschnitt zum Formgeben des Halbzeugs oder Endprodukts und mit einem Befestigungsabschnitt, wobei der Befestigungsabschnitt mindestens ein Innengewinde aufweist.
Aktivelemente sind seit vielen Jahren in unterschiedlichen Ausführungsvarianten und für verschiedene Anwendungsfälle, beispielsweise bei Umform-, Stanz- oder Prägeprozessen, bekannt. Beim Umformen allgemein werden plastische Werkstoffe (Metalle und thermoplastische Kunststoffe) gezielt in eine andere Form gebracht, ohne dabei Material von den Rohteilen zu entfernen. Der Werkstoff behält seine Masse und seinen Zusammenhalt bei. Beim Trennen, wie zum Beispiel bei Stanzprozessen, oder beim Fügen wird die Masse und der Zusammenhalt dagegen vermindert beziehungsweise vermehrt. Eine besonders große Bedeutung haben das Umformen, Trennen und Fügen in der Metallindustrie, speziell in der blechverarbeitenden Industrie (z. B. im Karosseriebau) und in der Gusstechnik, in der KunststoffVerarbeitung (z. B. beim Spritzgießen) und in einigen Bereichen des Handwerks (z. B. im Schmiedehandwerk). Dabei nehmen Aktivelemente eine zentrale Stellung in vielen Bereichen der produzierenden und verarbeitenden Industrie ein. Nur mit Hilfe dieser Aktivelemente, die in die entsprechenden Maschinen eingebaut werden, ist es möglich, ein Rohmaterial derart maschinell zu bearbeiten, dass es den gewünschten Anforderungen entspricht.
Aus diesem Grund werden an Aktivelemente bzw. an die Herstellung von Aktivelementen besondere Ansprüche gestellt. In der Regel werden dafür qualitativ hochwertige Stähle verwendet, damit eine ausreichend gute Oberflächenbeschaffenheit, besonders an den Schneidkanten, erreicht werden kann. Dazu wird zunächst ein Werkzeugrohling aus Metall oder einem gesinterten keramischen Material für die weitere Verarbeitung genutzt. Die EP 1 321 202 Bl zeigt zum Beispiel ein Verfahren zum Herstellen eines Umformwerkzeugs. Dabei wird zunächst ein Bauteilrohling zwischen die Werkzeugteile eines Innenhochdruckumformwerkzeugs eingebracht. Das In- nenhochdruckumformwerkzeug wird geschlossen und der Bauteilrohling in ein Umformwerkzeug mittels eines Druckmediums umgeformt. In einem nächsten Schritt wird dann eine Durchgangsöffnung in einer Wandung des Umformwerkzeugs ausgestanzt. Anschließend, in einem dritten Schritt, wird in der Durchgangsöffnung ein Innengewinde hergestellt.
Das Innengewinde dient in der Regel der Befestigung des neu hergestellten Umformwerkzeugs an einem Maschinenelement. Es kann so auf einfache Weise an dem Maschinenelement festgeschraubt werden. Das Innengewinde wird im Stand der Technik durch weitere Werkzeuge eingearbeitet.
Die EP 1 540 207 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Spindelmutter eines Kugelgewindetriebs. Dabei wird ein Stanzwerkzeug mit einem Lochstempel genutzt. Das Stanzwerkzeug umfasst zusätzlich noch einen Gewindedorn, wobei der Lochstempel in dem Gewindedorn radial verschieblich angeordnet ist. Der Lochstempel kann radial auswärts aus dem Gewindedorn bewegt werden. Somit können nacheinander unterschiedliche Verfahrensschritte durchgeführt werden, um die Spindelmutter herzustellen. Zur Herstellung von Aktivelementen sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen mindestens drei Prozessschritte erforderlich sind. Ausgangspunkt ist dabei ein vorgefertigte Grundplatte, die aus einem gehärteten, wärmebehandelten Metall, insbesondere Stahl, besteht, und aus der mittels Umformen die Grundform des Aktivelements freigeschnitten wird. Anschließend wird das Werkstück umgespannt, damit in einem zweiten Fertigungsschritt eine Bohrung in das Werkstück eingebracht werden kann. In einem nachfolgenden dritten Fertigungsschritt wird dann in die Bohrung ein Gewinde geschnitten, wozu zumindest ein erneuter Wechsel des Werkzeugs erforderlich ist. Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht darin, dass viele unterschiedliche Schritte notwendig sind, um das entsprechende Bauteil herzustellen. Dadurch ist das Herstellungsverfahren zeitaufwendig und damit die Herstellung eines Aktivelements relativ teuer. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Aktivelements anzugeben, durch das die Fertigungszeit reduziert wird, so dass die Produktivität insbesondere bei der maschinellen Herstellung von Aktivelementen erhöht werden kann. Diese Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass das Innengewinde im Gewindeherstellungsschritt als Abschnittsgewinde mit Gewindeabschnitten ausgebildet wird, so dass das Innengewinde keine vollumlaufenden Windungen aufweist. Als Abschnittsgewinde wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gewinde verstanden, bei dem der Verlauf der Windungen teilweise unterbrochen ist. Dabei weist das Gewinde teilweise Aussparungen auf, oder das Ge- windeprofil ist teilweise anderweitig unterbrochen. Die Aussparungen oder Unterbrechungen erstrecken sich in tangentialer Richtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass es durch die Ausbildung eines Abschnittsgewindes nicht notwendig ist, das Gewinde in einer zuvor ausgebildeten Bohrung zu formen oder zu schneiden. Das Abschnittsgewinde kann somit auch unabhängig von rotierenden Werkzeugen wie Gewindeformern, Gewindeschneidern oder auch Werkzeugen, die beispielsweise beim Bohren oder Fräsen verwendet werden, ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorgesehen, dass der Umformschritt und der Gewindeherstellungsschritt in einem gemeinsamen Arbeitsschritt durchgeführt werden. Da das Ausbilden des Abschnittsgewindes nicht auf herrkömmliches Gewindefor- men bzw. Gewindeschneiden beschränkt ist, ist es auch nicht notwendig, dass der Werkzeugrohling für das Bohren einer Öffnung und das anschließende Ausbilden des Innengewindes umgespannt wird. Auf diese Weise kann das Aktivelement geformt und mit einem Innenewinde versehen werden, ohne dass das Herstellungsverfahren unterbrochen werden muss. In ei- ner bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist daher vorgesehen, dass die Formgebung und das Ausbilden des Innengewindes in einem Programmablauf einer Fertigungsmaschine realisiert werden, ohne dass der Vorgang durch Umspannen des Werkzeugrohlings unterbrochen werden muss.
Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht folglich darin, dass eine deutliche Zeiteinsparung zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erzielt wird. Zuvor waren drei Schritte notwendig, um ein Aktivelement mit Innengewinde herzustellen. Dazu musste zunächst die Kontur des Aktivelements ausgebildet werden. Anschließend musste, nach Umspannen des Werkzeugsrohlings, eine Bohrung eingebracht und darauf folgend ein Gewinde geformt werden. Bei dem hier beanspruchten Verfahren können die letzten Schritte entfallen und die gesamte Kontur des Aktivelements, einschließlich des Abschnittsgewindes kann in einem Arbeitsschritt gefertigt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nicht nur die Fertigungszeit insgesamt, sondern auch die Durchlaufzeit deutlich verbessert wird. Dadurch, dass nur ein Arbeitsgang zur Fertigung benötigt wird, entfallen Wartezeiten an anderen Betriebsmitteln wie z. B- an einer Fräsmaschine.
Vorteilhafterweise ist in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass der Umformschritt mittels Funkenerodieren durchgeführt wird. Das Funkenerodieren ist ein thermisches, abtragendes Fertigungsverfahren für leitfähige Materialien, das auf elektrischen Entladevorgängen (Funken) zwischen einer Elektrode (Werkzeug) und einem leitenden Werkstück beruht. Das Elektrodenwerkzeug wird dabei auf einen so schmalen Spalt (beispielsweise 0,004 - 0,5 mm) an das Werkstück herangeführt, bis ein Funken überschlägt, welcher das Material punktförmig aufschmilzt und verdampft. Je nach Intensität, Frequenz, Dauer, Länge, Spaltbreite und Polung der Entladungen entstehen die unterschiedlichen Abtragsergebnisse. Selbst komplizierte geometrische Formen sind so mittels Funkenerodieren herstellbar. Dabei gibt es verschiedene Varianten die für das beanspruchte Verfahren in Frage kommen. Man unterscheidet zwischen dem funkenerosiven Bohren (Bohrerodieren), dem funkenerosiven Schneiden (Drahterodieren), bei dem ein Draht die Elektrode bildet, und dem funkenerosiven Senken (Senkerodieren), bei dem die Elektrode als negative Form mit Hilfe einer Funkenerodiermaschine in das Werkstück gerückt wird.
Zur Vereinfachung des Verfahrens ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass auch der Gewindeherstellungsschritt mittels Funkenerodieren durchgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass beide Schritte, also der Umformschritt und der Gewindeherstellungsschritt, mit demselbe Verfahren durchgeführt werden. Dadurch vereinfacht sich der Ablauf des Verfahrens weiter, da an einem eingespannten Werkzeugrohling nicht zwei unterschiedliche Bearbeitungsschritte ausgeführt werden. Durch das Funkenerodieren als gemeinsamer Arbeitsschritt können der Umformschritt und der Gewindeherstellungsschritt nacheinander durchgeführt werden.
Zur Vereinfachung des Verfahrensablaufs ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass das Funkenerodieren nach der Methode des Drahterodierens durchgeführt wird. Dabei werden in einer Folge von elektrischen Spannungspulsen Funken erzeugt, die Material vom Werkzeugrohling (Anode) auf einen durchlaufenden dünnen Draht (Kathode) sowie in das trennende Medium, das Dielektrikum übertragen. Der Erodierdraht ist auf einer Spule aufgewickelt und wird von dort über Umlenkrollen und die Bremsrolle zur oberen Drahtführung geführt. Durch zwei gegenüberliegende Antriebsrollen wird der Draht mit einer definierten Drahtspannung und einer definierten Geschwindigkeit durch das Werkstück und durch die untere Drahtführung gezogen und danach entsorgt. Übliche Drahtspannungen liegen dabei im Bereich von 5 bis 25 Newton und übliche Drahtge- schwindigkeiten im Bereich bis zu 25 m/min. Die Drahtführungen ober- und unterhalb des Werkstücks führen und stützen den Draht und dienen dazu, Schwingungen zu unterdrücken. Des Weiteren dienen die Drahtfuhrungen dazu, einen definierten Umlenkpunkt zu haben. Das Drahterodieren bietet den Vorteil, dass es automatisiert durchgeführt werden kann. Ein Werkzeu- grohling muss folglich nur einmalig in die Maschine eingespannt werden und kann anschließend als fertiges Aktivelement entnommen werden.
Dadurch, dass das Innengewinde im Gewindeherstellungsschritt als Abschnittsgewinde ausgebildet ist, weist das Innengewinde keine vollumlaufenden Windungen auf. Der Radius dieser Kreisbögen muss daher nicht zwangsläufig kleiner als die halbe Dicke des Aktivelements sein, wie dies bei einem vollumlaufenden Gewinde zwingend der Fall ist. Jeder Gewindeabschnitt für sich kann einen Kreisbogen beschreiben, dessen Radius größer oder sogar deutlich größer ist als die halbe Dicke des Aktivelements. Das so hergestellte Innengewinde weist dann einen Durchmesser auf, der größer als die Dicke des Aktivelements ist. Das Abschnittsgewinde weist, wie für Gewinde üblich, eine Gewindesteigung auf, also den parallel zur Achse gemessenen Abstand zweier benachbarter gleichgerichteter Gewindeflanken desselben Gewindeganges. Die Gewindesteigung gibt an, um wie viele Millimeter eine Schraube in das Abschnittsgewinde eingebracht wird, wenn man sie um eine Umdrehung anzieht. Bei dem Verfahren ist die Herstellung der Gewindesteigung des Abschnittsgewindes frei einstellbar. Beim Drahterodieren kann diese beispielsweise durch Verschränken der Achsen entsprechend an- gepasst werden.
Die zuvor genannte Aufgabe ist bei einem eingangs beschriebenen Aktivelement mit einem Formabschnitt und mit einem Befestigungsabschnitt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 dadurch gelöst, dass das Innengewinde als Abschnittsgewinde mit Gewindeabschnitten ausgebildet ist, so dass das Innengewinde keine vollumlaufenden Windungen aufweist. Unter einem Abschnittsgewinde ist auch hier zu verstehen, dass der Verlauf der Windungen teilweise in Umfangsrichtung unterbrochen ist. Vorzugsweise ist das Aktivelement dabei nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt. Um das Aktivelement schneller und einfacher herstellen zu können ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die einzelnen Windungen bzw. Windungsabschnitte der Gewindeabschnitte jeweils einen Kreisbogen beschreiben, und dass der Radius R der Kreisbögen größer als die halbe Dicke des Aktivelements ist. Da das Innengewinde keine vollumlaufenden Windungen aufweist, sind die Windungsabschnitte der Gewindeabschnitte nicht miteinander verbunden, so dass zwischen den Gewindeabschnitten eine Aussparung ausgebildet ist. Die Aussparung erstreckt sich in axialer Richtung, so dass sich die Gewindeabschnitte ohne Verbindung zu- einander in axialer Richtung erstrecken. Durch die so entstehenden "Lücken" im Innengewinde, kann jeder Gewindeabschnitt für sich einen Kreisbogen beschreiben, dessen Radius deutlich größer ist als die halbe Dicke des Aktivelements. Der Radius der Gewindeabschnitte und damit auch der Durchmesser des Innengewindes ist somit weitestgehend unabhängig von der Dicke des Aktivelements.
Vorzugsweise ist bei einer weiteren Ausgestaltung des Aktivelements vorgesehen, dass das Innengewinde zwei Gewindeabschnitte aufweist, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Somit ist auf die einfache Art sichergestellt, dass eine Schraube zu Sicherung des Aktivelements in der Ma- schine eingeschraubt werden kann. In der Praxis kann das Aktivelement auf der Werkzeugseite der entsprechenden Maschine in eine Ausnehmung eingesteckt und auf der anderen Seite durch eine Schraube fixiert werden, die auf der anderen Seite durch die Ausnehmung in das Innengewinde eingeschraubt werden kann. Dadurch, dass nur zwei einander gegenüberliegende, nicht mit- einander verbundene Gewindeabschnitte vorgesehen sind, spreizen sich die Gewindeabschnitte beim Einschrauben einer Schraube in radialer Richtung. Auf diese Weise entsteht eine zusätzlich Sicherung des Aktivelements in der Maschine, da durch die Spreizung das Aktivelement noch stärker mit der Maschine verbunden wird. Die beiden schenkelartigen Gewindeabschnitte werden durch die eingesetzte Schraube an die Wandung der Ausnehmung gedrückt.
Um eine Schraube besser mit dem Innengewinde verschrauben zu können ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Überschneidungswinkel zwischen einer einzuschraubenden Schraube und einem einen Kreisbogen beschreibenden Gewindeabschnitt zwischen 45° und 90°, vorzugsweise zwischen 60° und 80°, besonders bevorzugt zwischen 70° und 75° liegt. Auf diese Weise ist der Winkel klein genug, damit die Herstellung des Aktivelements durch das oben beschriebene Verfahren einfach durchgeführt werden kann. Der Winkel ist aber auch groß genug, damit eine in das Gewinde eingeschraubte Schraube sicher in dem Aktivelement gehalten wird. Um den Traganteil einer in das Abschnittsgewinde eingeschraubten Schraube und damit auch die Auszugskräfte zu erhöhen, kann in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass der Kerndurchmesser des Abschnittsgewindes, das heißt der Abstand von zwei gegenüberliegenden Windungen der Gewindeabschnitte, jeweils um etwa 0,1 mm verkleinert ist. Die Funktion der Schraube ist trotz dieser Maßnahme uneingeschränkt gegeben.
Um die Herstellung des Aktivelements weiter zu vereinfachen ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Gewindeabschnitte in tangentialer Richtung flach ausgestaltet sind, so dass der Radius R des beschriebenen Kreisbogens wesentlich größer als die halbe Dicke des Aktivelements ist. Die Gewindeabschnitte können dabei so ausgestaltet sein, dass der Radius der Kreisbögen gegen unendlich geht. Die Herstellung des Aktivelements vereinfacht sich insofern, als dass nur sehr leicht gekrümmte oder sogar keine gelaümmten Oberflächen erzeugt werden müssen.
Im Einzelnen gibt es mehrere Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Aktivelement auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 7 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Aktivelements,
Fig. 2 das Aktivelement gemäß Fig. 1 von vorne (aus der Richtung II in Fig. 1),
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aktivelements von vorne (aus der Richtung II in Fig. 1),
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Aktivelements während der Herstellung und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines in einer
Maschine befestigten Aktivelements.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Aktivelements 1 am Beispiel eines Biegestempels. Das Aktivelement 1 mit dem Innengewinde 2 wird aus einem Werkzeugrohling 3 (Fig. 4) mittels Drahterodieren hergestellt. Dabei ist das Innengewinde 2 als Abschnittsgewinde 4 ausgestaltet, so dass das Einbringen einer Bohrung und ein anschließendes Gewindeformen oder -schneiden nicht notwendig sind. Das Abschnittsgewinde 4 weist mehrere Windungen 6 auf, die jedoch nicht vollumlaufen ausgebildet sind. Das Abschnittsgewinde 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in zwei voneinander getrennte Gewindeabschnitte 5 aufgeteilt.
Insgesamt lässt sich das Aktivelement 1 in einen Formabschnitt 7 und in einen Befestigungsabschnitt 8 aufteilen. Das Innengewinde 2 ist am Befestigungsabschnitt 8 angeordnet, damit das Aktivelement 1 mittels einer Schraube an einer Maschine befestigt werden kann. Der Formabschnitt 7 hat eine gerade Kantfläche 9, die als Auflage des als Biegestempel ausgebildeten Aktivelements 1 auf ein zu bearbeitendes Werkstück dient. In einem Biegepro- zess, beispielsweise beim maschinellen Abkanten von Metallteilen, wird das Aktivelement 1 am Befestigungsabschnitt 8 an der Maschine befestigt, wohingegen der Formabschnitt 7 in Richtung des Werkstücks, das bearbeitet werden soll, orientiert ist.
Das Aktivelement 1 ist aus einer vorgefertigten Grundplatte bzw. Erodierplatte hergestellt. Daher ist die Grundform des dargestellten Aktivelements 1 weitestgehend quaderförmig mit abgerundeten Kanten. In Längserstreckung dieser Quaderform ist das Innengewinde 2 auf der gegenüberliegenden Seite der geraden Kantfläche 9 in das Aktivelement 1 eingebracht. Die zwei Gewindeabschnitte 5 sind gegenüberliegend zueinander angeordnet, so dass die Gewindeabschnitte 5 an zwei Seitenflächen des Aktivelements 1 angeordnet sind und zwischen den Gewindeabschnitten 5 eine Aussparung 10 ausgebildet ist, so dass das Aktivelement 1 insgesamt eine U-Form aufweist. Dabei ist der Formabschnitt 7 als U-Rücken anzusehen, wohingegen die U-Schen- kel durch die Gewindeabschnitte 5 gebildet werden.
Fig. 2 zeigt das Aktivelement 1 gemäß Fig. 1 von vorne, aus der in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Richtung. Dargestellt ist der Blick auf den Befestigungsabschnitt 8 bzw. in das Abschnittsgewinde 4. Erkennbar sind die beiden als U-Schenkel ausgebildeten Gewindeabschnitte 5 und die Windungen 6 des Abschnittsgewindes 4. Das Gewinde ist derart flach ausgestaltet, dass die Windungen 6 bzw. die Gewindeabschnitte 5 eine Gerade bilden und keinen Kreisbogen beschreiben. In anderen Worten geht die Abmessung des Radius der von den Gewindeabschnitten 5 (normalerweise) beschriebenen Kreisbögen gegen unendlich.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aktivelements 1 von vorne, aus der in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Richtung. Dargestellt ist der Blick auf den Befestigungsabschnitt 8 bzw. in das Abschnittsgewinde 4. Das hier dargestellte Aktivelement 1 wird mittels Senkerodieren, einer Form des Funkenerodierens, hergestellt. Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, dass der Radius R der von den Gewindeabschnitten 5 beschriebenen Kreisbögen größer ist, als die halbe Dicke des Aktivelements 1. Der Radius R der Gewindeabschnitte 5 ist folglich weitestgehend unabhängig von der Dicke D des Aktivelements 1. Das Aktivelement 1 kann auf diese Weise mittels einer viel größeren Schraube befestigt werden, als es bei einer Bohrung mit einem vollumlaufenden Gewindes, das mit einem herkömmlichen Gewindeformer- oder Gewindeschneider hergestellt wurde, möglich wäre. So können auch relativ kleine Aktivelemente 1 , mit einer Schraube mit einem genormten Durchmesser an einer Maschine angebracht werden, ohne dass eine besondere Auswahl an Befestigungsmitteln bereitstehen muss.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Aktivelements 1 während der Herstellung mittels Drahterodieren. Dargestellt ist die Kontur des Aktivelements 1 mit einem Innengewinde 2, welches aus einem Werkzeugrohling 3 mittels Drahterodieren hergestellt wird. Der Werkzeugrohling 3 dient dabei als Anode, wohingegen der dünne Draht 11 die Kathode bildet. Der Draht 11 wird durch zwei gegenüberliegende Antriebsrollen 12, 13 mit einer definierten Drahtspannung und einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch das den Werkzeugrohling 3 gezogen. Dabei kann die Kontur des Aktivelements 1 inklusive des Innengewindes 2 sehr genau durch das Drahterodieren in einem Schritt hergestellt werden. Das Drahterodieren geschieht automatisiert, so dass eine vorher erstellte 3D Zeichnung des gewünschten Aktivelements 1 in die Vorrichtung zum Drahterodieren eingelesen werden kann. Diese fährt automatisch die Koordinaten der zu erstellenden Kontur ab, so dass für den eigentlichen Herstellungsprozess keine zusätzliche Person benötigt wird. Auf diese Weise kann das Aktivelement 1 sehr zeitsparend und dadurch günstig hergestellt werden, im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen mehrere Schritte inklusive Umspannen des Werkzeugrohlings nötig sind.
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines als Biegestempel ausgebildeten Aktivelements 1 gemäß Fig. 1 und Fig. 2, das mit einer Schraube 14 an einer teilweise dargestellten Maschine 15 befestigt ist. Dabei ist das Aktivelement 1 mit dem Befestigungsabschnitt 8 in einer durchgehenden Ausnehmung 16 in der Maschine 15 angeordnet. Die Ausnehmung 16 verjüngt sich sprunghaft an einer Stelle, so dass ein Anschlag 17 gebildet ist. Das Aktivelement 1 kann mit dem Befestigungsabschnitt 8 dadurch nur so weit in die Ausnehmung 16 eingebracht werden, bis es an dem Anschlag 17 anstößt. Von der anderen Seite der durchgehenden Ausnehmung 16 ist die Schraube 14 eingesetzt. Die Schraube 14 kann auf diese Weise in das Abschnittsgewinde 4 des Aktivelements 1 eingeschraubt werden und schlägt letztlich an dem Anschlag 17 an, wenn sie vollständig in das Abschnittsgewinde 4 eingeschraubt ist.
Die beiden Gewindeabschnitte 5 des Aktivelements 1, die die U-Schenkel des U-förmigen Aktivelements 1 bilden, werden dabei von der Schraube 14 etwas nach außen gegen die Bewandung der Ausnehmung 16 gedrückt. Durch diese Spreizwirkung ist das Aktivelement 1 nicht nur durch die formschlüssige Verbindung mit der Schraube 14 an der Maschine 15 befestigt, sondern auch durch einen Kraft- bzw. Reibschluss zwischen den Gewindeabschnitten 5 des Aktivelements 1 und der Wandung der Ausnehmung 16. Auf diese Weise ist das Aktivelement 1 sicher mit der Maschine 15 verbunden. Die Schraube 14 weist einen runden Querschnitt mit vollumlaufenden Windungen auf. Da das Abschnittsgewinde 4 des Aktivelements 1 keine vollum- laufenden Windungen hat, gibt es auch keine vollständige Überschneidung zwischen dem Innengewinde 2 des Aktivelements 1 und dem Außengewinde der Schraube 14. Der Überschneidungswinkel zwischen den Windungen 6 der beiden Gewindeabschnitte 5 und dem Außengewinde der Schraube 14 beträgt jeweils etwas mehr als 70°, so dass der Überschneidungswinkel zwischen dem Innengewinde 2 des Aktivelements 1 und dem Außengewinde der Schraube 14 bei dem Ausfürhungsbeispiel ca. 140° bis 150° beträgt. Dies ist ausreichend, um eine sicher Befestigung des Aktivelements 1 durch die Schraube 14 an der Maschine 15 zu gewährleisten.
Bezugszeichen Aktivelement
Innengewinde
Werkzeugrohling
Abschnittsgewinde
Gewindeabschnitt
Windungen
Formabschnitt
Befestigungsabschnitt
Kantfläche
Aussparung
Draht
Antriebsrolle
Antriebsrolle
Schraube
Maschine
Ausnehmung
Anschlag

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Aktivelements (1) mit einem Innengewinde (2), wobei ein Werkzeugrohling (3) in mindestens einem Umformschritt formgebend bearbeitet wird und wobei der Werkzeugrohling (3) in mindestens einem Gewindeherstellungsschritt mit einem Innengewinde (2) ausgestattet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Innengewinde (2) im Gewindeherstellungsschritt als Abschnittsgewinde (4) mit Gewindeabschnitten (5) ausgebildet wird, so dass das Innengewinde (2) keine vollumlaufenden Windungen (6) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformschritt und der Gewindeherstellungsschritt in einem gemeinsamen Arbeitsschritt durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformschritt mittels Funkenerodieren durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeherstellungsschritt mittels Funkenerodieren durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkenerodieren nach der Methode des Drahterodierens durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gewindeherstellungsschritt die Gewindeabschnitte (5) derart gebildet werden, dass durch die einzelnen Gewindeabschnitte (5) jeweils ein Kreisbogen beschrieben wird, und dass der Radius R des beschriebenen Kreisbogens größer als die halbe Dicke des Aktivelements (1) ist.
7. Aktivelement (1) zur Herstellung eines Halbzeugs oder Endprodukts aus einem Metallblech, mit einem Formabschnitt (7) zum Formgeben des Halbzeugs oder Endprodukts und mit einem Befestigungsabschnitt (8), wobei der Befestigungsabschnitt (8) mindestens ein Innengewinde (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (2) als Abschnittsgewinde (4) mit Gewindeabschnitten (5) ausgebildet ist, so dass das Innengewinde (2) keine vollumlaufenden Windungen (6) aufweist.
8. Aktivelement (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivelement (1) durch ein Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
9. Aktivelement (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Gewindeabschnitte (5) jeweils einen Kreisbogen beschreiben, und dass der Radius R des beschriebenen Kreisbogens größer als die halbe Dicke des Aktivelements (1) ist.
10. Aktivelement (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (2) zwei Gewindeabschnitte (5) aufweist, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
11. Aktivelement (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeabschnitte (5) in tangentialer Richtung flach ausgestaltet sind, so dass der Radius R des beschriebenen Kreisbogens wesentlich größer als die halbe Dicke des Aktivelements (1) ist.
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