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Patent Searching and Data


Title:
HOBBLE TURNING METHOD AND PREFERRED APPLICATIONS OF SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/075737
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for machining workpieces with a non-round or inconstant contour on usual commercial programmable turning machines. According to the invention, the application and combination of a programming, consisting of threading cycles and rising and falling values for the diametral and longitudinal axis or of the gradient, of a pilger step technique and of interlaced machining sequences, have almost unlimited possibilities. Preferred applications of the inventive method include the production of special screw threads on screw-in bodies e.g., on plastic hip cups or bone screws, e.g. with neutral angles or almost any clamping angles or clearance angles of the thread flanks, as well as the production of e.g., inner and outer contours on workpieces for so-called circular wedgings.

Inventors:
Hörmansdörfer, Gerd (Kastanieneck 6 A Burgdorf-Beinhorn, D-31303, DE)
Application Number:
PCT/EP2000/005325
Publication Date:
December 14, 2000
Filing Date:
June 08, 2000
Export Citation:
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Assignee:
Hörmansdörfer, Gerd (Kastanieneck 6 A Burgdorf-Beinhorn, D-31303, DE)
International Classes:
B23B1/00; A61F2/34; B23B5/18; B23B5/44; B23B5/46; B23G1/00; B23G1/02; B23Q27/00; G05B19/18; G05B19/4093; A61F2/30; (IPC1-7): G05B19/18
Domestic Patent References:
WO1999033416A11999-07-08
WO1997039702A11997-10-30
Foreign References:
EP0902342A11999-03-17
Other References:
BAR G ET AL: "SOFTWARE ZUM BERECHNEN UND KONSTRUIEREN VON SCHNECKEN UND GEWINDEN SOWIE IHRER WERKZEUGE", WERKSTATT UND BETRIEB,DE,CARL HANSER VERLAG. MUNCHEN, vol. 122, no. 4, 1 April 1989 (1989-04-01), pages 289 - 291, XP000036681, ISSN: 0043-2792
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Claims:
Verfahren zum Humpeldrehen und bevorzugte Anwendung des Verfahrens Patentansprüche 0
1. Drehtechnisches Verfahren zum Unrunddrehen auf einer programmierbaren Dreh maschine, wobei ein Werkstück im Futter einer Maschinenspindel rotiert und dabei mit einem Werkzeug am Werkstück mindestens partiel bestimmte unrunde, z. B. aus geo metrischen Ubergangselementen gebildete oder zusammengesetzte Konturen spanend erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehen humpelnd erfolgt, indem der Kreuzschlitten mit dem Zerspanungswerkzeug synchronisiert zum Spindelwinkel verfahren wird und die unrunden Konturen mittels einer Programmierung aus Sprungfunktionen durch Verknüpfung von Befehissatzen mit Werten für ausgewöhtte Adressparameter wie z. B. Durchmesser (X), Lange (Z), Steigung (F) oder C (Winkel) erzeugt werden, wobei mindestens für einen dieser Adressparameter in der Programmsatzkette eine humpelnde, d. h. eine Sprungfunktion aufweisende Folge aus Adressparameterwerten verwendet wird.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Befehtssatzen zusätzlich der Parameter Höhe (Y) benutzt wird.
3. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewindeprogrammierung benutzt wird.
4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens zwei der genannten Adressparameter in der Programmsatzkette eine hum pelnde Folge aus Adressparameterwerten verwendet wird. 05.
5. Verfahren gemöss einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmsatzkette eine rotationssymmetrische Kontur mit einer überlagerten nicht monotonen periodischen Folge von Inkrementen beschreibt.
6. Verfahren gemäss einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen der Adressparameter die zwischen den Adressparameterwerten der Programmsatzkette gebildeten Inkremente als humpelnde Folge programmiert sind.
7. Verfahren gemäss einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unstetkontur durch die Programmierung eines Pilgerschrittver fahrens erzeugt wird, indem das Werkzeug mit einer Abfolge von Vorwärtsund Rückwärts bewegungen verfahren wird, wobei eine der Bewegungen grösser ist als die andere.
8. Verfahren gemass einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unrundbzw. Unstetkontur am Werkstück durch Verschachtelung von mindestens zwei Bearbeitungssequenzen erzielt wird, wobei mittels einer ersten Sequenz ein erstes Konturelement erzeugt, das nächste Konturelement übersprungen, das darauf folgende Konturelement wiederum erzeugt wird, und mit einer zweiten Sequenz das oder die übersprungenen Konturelemente bearbeitet und dabei die bereits bearbeiteten Konturelemente übersprungen werden.
9. Verfahren gemäss einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche für die spa nende Erzeugung unstet verlaufender, aus einer geneigten oder gekrümmten Mantelfläche herausstehender Konturelemente, wobei mit der Seite des Drehmeissels im wesentlichen die Flanke des unstet verlaufenden Konturelements und mit der Spitze des Drehmeissels im wesentlichen die Mantelfläche bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Drehmeissels auf einer im wesentlichen tangential zur Mantelfläche verlaufenden Bahn geführt wird und die Seite des Drehmeissels mittels einer programmierten Änderung der tangentialen Verfahrgeschwindigkeit und/oder Verfahrrichtung die Flanke des unstet ver laufenden Konturelements erzeugt.
10. Verfahren gemäss einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem Sprungbefehl der Programmierung resultierende Überschwingverhalten der Drehmaschine direkt zur Erzeugung unsteter, unrunder bzw. gekrümmter Konturen herangezogen wird.
11. Verfahren gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Uberschwingver halten der Drehmaschine zur direkten Erzeugung von Schneidkanten mit Freiwinkeln an Gewindesegmenten bzw.flügeln verwendet wird.
12. Verfahren gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten durch wenigstens partielles Herausfräsen von Spannuten im Bereich von aus einem Uber schwingverhalten der Drehmaschine hervorgegangenen Abschnitten der Gewindeflügel erzeugt werden und dabei die Freiwinkel Relikte des Überschwungs darstellen.
13. Anwendung des Verfahrens gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 für die spanende Herstellung von speziellen Gewinden an Einschraubkörpern, z. B. für nach giebige Materialien, wie Knochenschrauben, Schenkelhalsschrauben, Fusionskörpern, Schrauben für den so genannten Fixateur Externe, Schraubpfosten für Zahnimplantate oder einschraubbare künstliche Hüftgelenkpfannen, insbesondere zur Erzeugung von Neural bzw. beliebigen Klemmoder Freiwinkeln an den Gewindeflügeln.
14. Anwendung des Verfahrens gemöss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 für die spanende Herstellung einschraubbarer künstlicher Hüftgelenkpfannen mit beliebiger äusserer Kontur des Schalenmantels, z. B. sphärisch, parasphärisch, konisch, konisch sphärisch, parabolisch, usw., und einem auf dem Schalenmantel befindlichen Gewinde beliebiger Zahnstellung, z. B. neutral oder zum Pfannenpol gekippt, und beliebiger Steigung, z. B. konstanter oder variabler Steigung, mit einzelnen durch Spannuten voneinander getrennten Gewindeflügeln, zwecks Erzeugung so genannter Neutraloder Freiwinkel an mindestens einer der Gewindezahnflächen.
15. Anwendung des Verfahrens gemöss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 für die spanende Herstellung einschraubbarer künstlicher Hüftgelenkpfannen mit beliebiger äusserer Kontur des Schalenmantels, z. B. spharisch, parasphärisch, konisch, konisch sphärisch, parabolisch, usw., und einem auf dem Schalenmantel befindlichen Gewinde beliebiger Zahnstellung, z. B. neutral oder zum Pfannenpol gekippt, und beliebiger Stei gung, z. B. konstanter oder variabler Steigung, mit einzelnen durch Spannuten voneinander getrennten Gewindeflügeln, zwecks Erzeugung so genannter Schrauboder Schrauben flachen an mindestens einer der Gewindezahnflachen.
16. Anwendung des Verfahrens gemäss einem oder mehreren der vorgenannten An sprüche für die spanende Herstellung beliebiger Einschraubkörper zwecks Erzeugung gegenseitiger Verschwenkungen der Gewindeflügel.
17. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unrundkontur als geschlossene Hache mit sich wiederholenden Konturelementen gebildet ist.
18. Anwendung des Verfahrens gemäss Anspruch 17 für die Herstellung von Kreiskeil Profilen bzw. Kreiskeilverbindungen.
Description:
Verfahren zum Humpeldrehen und bevorzugte Anwendungen des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein spezielles Verfahren zur drehtechnischen Bearbeitung von Werk- stücken und bevorzugte Anwendungen des Verfahrens.

Im Prinzip ist die konventionelle Drehtechnik ein seit sehr langer Zeit bekanntes Verfahren für die spanende Herstellung von Werkstücken z. B. aus Holz, Metall oder Kunststoff. In jüngerer Zeit hat die Drehtechnologie durch die Einführung und Fortentwicklung nume- rischer Steuerungen eine rasante Ausweitung ihrer Möglichkeiten erfahren. So ist heute z. B. die Einhaltung einer konstanten Schnittgeschwindigkeit entlang der Oberflächenkontur überhaupt kein Problem. Selbst komplizierteste rotationssymmetrische Geometrien sind mittels einer entsprechenden Programmierung relativ einfach zu verwirklichen und in sehr kurzen Bearbeitungszeiten herstellbar. Daneben wurden derartige Maschinen durch die Ausrüstung mit Werkzeugantrieb weiter aufgewertet, weil so komplex geformte Werkstücke in einer Aufspannung dreh-und frastechnisch fertig bearbeitet werden können. Trotzdem bestehen hier gewisse Einschrankungen, welche entweder den Faktor Zeit oder bestimmte geometrische Gestaltungen betreffen. Es ist z. B. eine Tatsache, daß die drehtechnische Herstellung generell deutlich kürzere Bearbeitungszeiten ermöglicht als das Fräsen. Ausser- dem ergeben sich beim Drehen bessere Oberflächenqualitäten. Wenn wegen der Werk- stückgeometrie nur eine frästechnische Herstellung in Frage kommt, muß daher zwangs- Iciufig eine deutlich langer Bearbeitungszeit bzw. eine ungleichmassigere Oberflåche in Kauf genommen werden. Aber auch mit einer fröstechnischen Herstellung sind die geome- trischen Möglichkeiten limitiert. So kann beispielsweise jede Ecke einer gefrästen Kontur in der Radialebene der Fräserachse niemals scharfkantiger sein als der Radius des verwen- deten Fräsers. Scharfkantige Konturen sind zwar mittels Räumen, Stossen oder durch Ero- dieren erzielbar, jedoch muss dazu das Werkstück auf eine andere Maschine übernommen werden. Im Falle des Erodierens ist der Zeitbedarf extrem hoch. Zwar sind für die spanende Herstellung unrunder Konturen seit einigen Jahren sogenannte Formbohr-bzw. Formdreh- geröte auf dem Markt, jedoch haben diese Geröte ihren Preis und erfordern so eine kapi- talmäßige Investition entsprechender Grössenordnung. Außerdem sind sie nur an die vorgesehene Schnittstelle anschliessbar und auf eine vorgegebene Kontur mit zweidimen- sionaler Unrundheit beschränkt.

Bereits früher hatte es Versuche gegeben, Drehmaschinen durch Anbau spezieller mecha- nischer Baugruppen für die Bearbeitung von unrunden Werkstücken zu ertüchtigen. Eine entsprechende Maschine wird in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 25 15 106 vorge- schlagen. Neben dem sehr aufwendigen und anfalligen Bauaufwand krankt diese Ma- schine an der extremen Limitierung ihrer Möglichkeiten, welche sich ohnehin nur auf die Erzeugung einer zweidimensionalen Unrundgeometrie beschränken.

Die geometrischen Möglichkeiten der Unrundbearbeitung sind bezüglich auf eine Dreh- machine aufrüstbarer Werkzeuge z. B. erweiterbar, wenn der Schneidenantrieb frei pro- grammierbar angesteuert werden kann. Ein solches Werkzeug ist z. B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 35 09 240 A1 bekannt. Hier werden piezoelektrische oder mag- netostriktive Stellglieder herangezogen, um eine dynamische Schneidenverschiebung relativ zum Werkstück mittels einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung zu verwirklichen.

Hiermit sind jedoch nur sehr kleine Stellwege erzielbar. Es wäre zwar technisch möglich, z. B. durch Anwendung eines magnetodynamischen Systems zu wesentlich größeren Stell- wegen zu gelangen, doch wären diese wie zuvor auf eine einzige Bewegungsachse limitiert. Zur Erzielung bestimmter dreidimensionaler Unstetbearbeitungen wäre es notwen- dig, durch Hinzufügen einer zweiten oder sogar dritten jeweils orthogonal angeordneten Bewegungseinheit ein Werkzeug mit komplexen Bewegungsrichtungen zu schaffen, aller- dings wäre dieses aufwendig im Bau und anspruchsvoll in Bezug auf die erforderliche Ansteuerelektronik. Ein derartiges Werkzeug ist bisher nicht verfügbar.

Es sind auch spezielle Drehmaschinen bekannt, welche für die Unrundbearbeitung z. B. von Kolben für Verbrennungsmotoren entwickelt worden sind. Moderne Kolben besitzen nam- lich einen leicht unrunden, in der Regel elliptischen Querschnitt, um die anisotrope Ausdehnung bei Erwärmung zu kompensieren. Allerdings besteht hier nur eine sehr geringe Abweichung von der Kreisform, wobei die Kontur außerdem einen weich fliessenden Verlauf aufweist. Sprünge oder extreme Unstetigkeiten sind dort nicht vorhanden. Demgemäss besteht hinsichtlich der baulichen Auslegung einer derartigen Maschine kein sehr hoher Schwierigkeitsgrad. Es genügt im Prinzip, den Drehmeissel in der den Durchmesser betreffenden X-Achse mit geringer Amplitude schwingen zu lassen, während der Schlitten entlang dem Werkstück in der Z-Achse verfahren wird. Dabei wird die Auslenkungskurve der Drehmeisselspitze einen mehr oder weniger sinusförmigen Ver- lauf zeigen, sodaß extreme Beschleunigungen gar nicht erforderlich sind. Diese wären trotz der reduzierten Masse des Systems ohnehin nur schwer zu realisieren. Es versteht sich, daß derartige Maschinen eine Verkopplung der Werkstückrotation zur Bewegung der X-Achse erfordern, jedoch ist der Vorschub in der Z-Achse frei gestaltbar. Tatsächlich ist die Erzeugung der unrunden Kontur dabei auf die zweidimensionale Durchmesserebene beschränkt und wird mittels der Z-Achse auf die dritte Dimension lediglich ausgedehnt. Die Z-Achse ist dabei jedoch in die unrunde Konturerzeugung nicht wirklich einbezogen. Ein Verfahren des Schlittens entlang der Z-Achse in Sprüngen oder mit einer etwa überlagerten Oszillation ist nicht vorgesehen.

Eine Sondermaschine der oben genannten Art wird z. B. in der Deutschen Offenlegungs- schrift DE 40 31 079 A1 beschrieben, wobei vorgeschlagen wird, für die Ansteuerung des für die oszillierende Bewegung des Drehmeissels vorgesehenen Antriebs (z. B. elektrischer Linearmotor oder hydraulisches System) neben der vorhandenen Maschinensteuerung eine zusätzliche Rechnersteuerung z. B. in Gestalt eines Personalcomputers heranzuziehen. Ohne Abänderung des zugrunde liegenden kinematischen Verfahrens ist jedoch eine derartige Maschine in ihren Möglichkeiten auf die vorgesehene und öhntiche Anwendungen be- schrankt. Außerdem ist eine solche Sondermaschine in der Anschaffung verhultnismäßig teuer.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Verfahrens für die drehtechnische Bear- beitung von Werkstücken mit Unregelmäßigkeiten oder Unstetigkeiten der Kontur, welches einerseits die an der Maschine bestehenden Gegebenheiten hinsichtlich des Kreuzschlittens und der NC-Steuerung nutzen, ohne Zusatzgerätschaften auskommen, die mit der Massen- trägheit einhergehenden Plobleme überwinden und gleichzeitig den Freiheitsgrad bezüglich der Unstetigkeit der erzeugbaren Kontur um wenigstens eine zusätzliche Dimension erwei- tern sollte. Dabei war auch angestrebt, bisherige frästechnische Operationen durch das neue Verfahren so weit wie möglich abzulösen.

Die genannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein vom Anmelder als Humpel- drehen bezeichnetes drehtechnisches Verfahren gelöst, wobei das Werkstück im Futter der Maschinenspindel mit einer-vorzugsweise konstanten-Drehzahl rotiert, und dabei der Kreuzschlitten mit dem Zerspanungswerkzeug unter Benutzung z. B. einer Gewinde-oder C-Achsen-Programmierung in der Steigungsachse synchronisiert zum Spindelwinkel verfah- ren wird und bestimmte unrunde, aus geometrischen Übergangselementen zusammen- gesetzte Konturen mittels einer Programmierung aus Sprungfunktionen durch Verknüpfung von Befehlssätzen mit Werten für die Adressparameter Durchmesser (X), Lange (Z) und entweder Winkel (C) oder Steigung (F) erzeugt werden, wobei mindestens für einen dieser Parameter in der Programmsatzkette eine Folge aus humpelnden Wertegruppen mit min- destens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe verwendet wird. Das Verfahren ist durch Heranziehung des Parameters Y (Höhe) bei entsprechend ausgerüsteten Maschinen erwei- terbar.

Die bei den meisten Bearbeitungsaufgaben in der Programmsatzkette für mindestens einen Adressparameter zwischen den Zahlenwerten gebildeten Inkremente stellen eine hum- pelnde Folge aus Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe dar, wobei z. B. die entsprechenden Zahlenwerte innerhalb der einen Wertegruppe grösser sind als die innerhalb der anderen und/oder das Vorzeichen innerhalb der einen Werte- gruppe positiv und innerhalb der anderen Wertegruppe negativ ist. Im Prinzip bilden die für einen bestimmten Adressparameter programmierten Werte in der Programmsatzkette eine Folge von Zahlenwerten, in welcher die befohlenen Sprungfunktionen als sogenannte Humpelschritte zum Ausdruck kommen.

Besondere Bedeutung erlangt das Verfahren durch seine Anwendungsmöglichkeit in allen drei Dimensionen, selbst ohne Heranziehung der Y-Achse. Diese bearbeitungsmässige Freiheit ist darauf zurückzuführen, daß Humpelschritte mittels der Programmparameter X, Z, F und C jeweils allein oder in Kombination miteinander programmierbar sind.

Das Verfahren wird erfindungsgemass durch ein Sprungsystem erweitert, wobei die herzu- stellenden Unstetigkeiten in aufeinander folgenden Sequenzen aus geometrisch gegenein- ander versetzten Drehzyklen erzeugt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren benötigt weder Speziatgerätschaften noch zusätzliche NC-Steuerungen und beruht allein auf der Anwendung der mit der Maschinensteuerung und der entsprechenden Software gegebenen Möglichkeiten und wird lediglich begrenzt durch die Dynamik des Gesamtsystems. Hierzu sind z. B. die bekannten Befehissätze G 01, G 31, G 33, G 34, G 37 bzw. G 131 usw., sowie z. B. die Adressparameter Durchmesser- mass (X), Längenmaß (Z), Gewindesteigung (F), Antauftänge (B), Uberlauflange (P), Spin- delwinkel (C), Bezugsrichtung für F (H) und Steigungsanderung (E) verwendbar oder einfügbare Block mit individueller Software. Es ist auch nicht ausgeschlossen, dass aufgrund des hier vorgeschlagenen Verfahrens in der Zukunft erweiterte Programmierungs- möglichkeiten seitens der Industrie serienmäßig angeboten werden.

Die oben angesprochene Dynamik des Gesamtsystems setzt sich zusammen aus der mechanischen und elektronischen Dynamik der Maschine. Dabei ist die mechanische Dynamik abhängig von der Masse des Kreuzschlittens und der Reaktionsgeschwindigkeit des Antriebs z. B. aus Gewindespindeln, Motoren und Getriebe. Demgegenüber ist die elektronische Dynamik durch die Rechengeschwindigkeit der Steuerung und deren Ver- knüpfungssteifigkeit mit den elektromotorischen Antrieben vorgegeben. Demgemäss sind Drehmaschinen der allerneuesten Generation mit digitalen Antrieben und schnellsten Rech- nern für extreme Unstetbearbeitungen geeignet, während die Anwendung des Verfahrens auf öfteren Maschinen entsprechend eingeschränkt ist. Diese Beschränkung kann teilweise durch die Benutzung reduzierter Schnittgeschwindigkeiten während der Zerspanung zurück- gedrängt werden, weil sich daraus niedrigere Spindeldrehzahlen und entsprechend redu- zierte Vorschubgeschwindigkeiten ergeben.

Eine sehr einfache Anwendung des Verfahrens besteht z. B. in der drehtechnischen Her- stellung exzentrischer Zapfen. Hierzu wird mittels einer Verkettung von Befehlssätzen z. B. mit G 33 eine in Bezug auf das Werkstück drehwinkelmäßige Auflösung von 180° reali- siert, indem eine Koordinatenkette aus jeweiligen Zahlenwerten für X und Z sowie eine Steigung in F programmiert werden, wobei die zwischen den für den genannten Winkel- schritt von jeweils 180° in Z programmierten Werten liegenden Inkremente im Prinzip dem halben programmierten Steigungswert entsprechen müssen. Demgegenüber springen die Werte für X bei jedem 180°-Halbschritt zwischen einem grösseren und einem kleineren programmierten Durchmesserwert hin und her, wobei theoretisch der Mittelwert dem Durchmesser, und die halbe Differenz der Exzentrizität des herzustellenden Zapfens entsprechen. Zwecks Vereinfachung des Programmieraufwandes können die z. B. in der Längs-bzw. Durchmesserachse sich wiederholenden Sprünge bei einigen Steuerungen als sogenannte Variable eingegeben werden. Da für das beschriebene Bearbeitungsbeispiel die Durchmesseränderung in der Regel grösser als der beabsichtigte Vorschub in Gestalt der Steigung ist, wird die Maschinensteuerung im Normalfall die programmierte Steigung mit dem Vorschub der X-Achse verrechnen. Daher muß für die Steigung unter F der bezüglich des Durchmessers pro Umdrehung programmierte Weg, also die doppelte Durchmesserdifferenz, eingegeben werden, wenn nicht der Umsprung durch Befehlssatze z. B. mit H unterbunden wird. Aus der beschriebenen Programmierung ergibt sich eine theoretische Bahnkurve des Kreuzschlittens in Gestalt einer fortlaufenden Zick-Zack-Linie.

Tatsächlich wird aufgrund der verschiedenen dämpfend wirkenden Faktoren, wie z. B. hoher Kreuzschlittenmasse und ungenügender Steifigkeit des Regelkreises, ein sich ständig wiederholender quasi sinusartiger Bewegungsablauf des Kreuzschlittens während des Vor- schubs entlang des Werkstücks erzielt, sodass trotz einer im Prinzip primitiven Programmie- rung eine erstaunliche Rundheit des exzentrischen Zapfens resultiert. Andererseits ergibt sich aus dieser Verzerrung, daß die am Werkstück nachmessbaren Abmessungen nicht exakt den programmierten Werten entsprechen. Daher müssen die zu programmierenden Zahlenwerte anhand von Probestücken ermittelt werden. Danach sind diese allerdings mit hoher Genauigkeit auf der jeweiligen Maschine reproduzierbar.

Die oben beschriebene Vorgehensweise ist für die drehtechnische Herstellung elliptischer Körper abwandelbar, indem die programmierte Zick-Zack-Kurve mit doppelter Auflösung, also mit drehwinkelmäßigen Schritten von 90°, festgelegt wird. Nun beschreiben die beiden alternierend programmierten Durchmesser den theoretischen Grösst-bzw. Kleinstdurch- messer der Ellipse. Die dann gewöhnlich von der Steuerung in der X-Achse verrechnete Steigung muß dann mit der vierfachen Durchmesserdifferenz programmiert werden.

In entsprechender Weise wird vorgegangen, wenn ein Polygon (sogenanntes Gleichdick) hergestellt werden soll, wobei eine Auflösung des Winkelschritts von 60° erforderlich ist.

Eine derartige Bearbeitung ist z. B. in Gestalt einer planseitig eingestochenen Nut interes- sant, wie sie heute z. B. als Schmiernut von Anlaufscheiben oder Reinigungsnut an Brems- scheiben bekannt ist. Bei den genannten Beispielen ist eine exakt beschriebene Nutenbahn für die ordnungsgemässe Funktion nicht erforderlich, sodass eventuelle Bahnabweichungen bedeutungslos sind.

Bei den oben beschriebenen Beispielen handelt es sich um relativ harmonische Unrund- bearbeitungen mit konstantem Vorschub in der Längsachse bei fest programmierter Steigung. Es ist ohne weiteres möglich, die beschriebene Programmierung durch Einfügen von Hilfspunkten zu erweitern und so zu einer perfektionierten Kontur zu gelangen. Das erfindungsgemässe Verfahren geht hier jedoch noch weiter, indem für die spanende Herstellung von Werkstücken mit grösserer Unstetigkeit bzw. Eckigkeit der Kontur, oder der Realisierung einer höheren Bahngenauigkeit die Heranziehung von variierenden Steigungs- werten-z. B. auch in Verbindung mit einer feineren Auflösung der Kontur-vorgeschlagen wird. Im Programm wird die zur Erzielung einer bestimmten Kontur vom Kreuzschlitten abzufahrende Bahn dann aus verketteten Sätzen z. B. mit G 33 beschrieben und für jeden Programmsatz eine andere Steigung festgelegt, wobei im Extremfall z. B. ein erster Pro- grammsatz einen sehr kleinen, bzw. ein nächster Programmsatz einen sehr großen Wert für F aufweist, usw., so dass z. B. eine Abfolge aus weichen und ruckartigen Bewegungen des Kreuzschlittens entsteht. Mit diesem Verfahren sind drehtechnische Unstetbearbeitungen in einer grossen Vielfalt realisierbar, z. B. auch auf den Mantelflächen gekrümmter Körper.

In gleicher Weise ist mittels des Verfahrens die in den Programmsatzen abgelegte Koordi- natenkette aus jeweiligen X-und Z-Werten für sich allein, oder auch in Verbindung mit springenden F-Werten heranziehbar, um derartige unstete Konturverläufe zu verwirklichen.

So ist z. B. der Vorschub einer oder beider Achsen als sogenannter Pilgerschritt program- mierbar, wobei nach einer bestimmten Vorschubstrecke jeweils ein z. B. ruckartiger (kürze- rer) Rücksprung folgt, dem wiederum eine z. B. grössere Vorschubstrecke nachgeschaltet ist.

Sinngemäss kann eine derartige Bearbeitung z. B. als das wechselweise Schneiden von ver- ketteten Rechts-und Linksgewinden mit unter Umständen unsymmetrischer Gewindestei- gung aufgefasst werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt auch die spanende Herstellung unstet verlau- fender, aus einer geneigten oder gekrümmten Mantelfläche herausstehender Konturele- mente, wobei mit der Seite des Drehmeissels im wesentlichen die Flanke des unstet ver- laufenden Konturelements und mit der Spitze des Drehmeissels im wesentlichen die Man- telflache bearbeitet wird. Hierbei wird durch entsprechende Programmierung von Start- und Zielpunkten sowie Steigung die Spitze des Drehmeissels auf einer im wesentlichen auf der Mantelfläche verlaufenden Bahn geführt und mit der Seite des Drehmeissels mittels einer programmierten Änderung der Verfahrgeschwindigkeit und/oder Verfahrrichtung die Flanke des unstet verlaufenden Konturelements erzeugt.

Bei der beschriebenen Programmierung ist insbesondere darauf zu achten, daß die ge- wöhnlich mit dem Adreßparameter H bezeichnete Bezugsrichtung für F richtig verwendet wird. Bekanntlich wird unter H festgelegt, mit welcher Achse der Vorschub verrechnet wird, welcher der unter F programmierten Gewindesteigung entspricht. Ohne Angabe oder mit H=0 bezieht sich der Vorschub auf die Z-Achse, also im Prinzip auf Längs-, Kegel-und entsprechende verkettete Gewinde bis maximal 45° zur Z-Achse. Wird H auf 1 gesetzt, so betrifft die Vorschubverrechnung nun die X-Achse, also grundsutzlich Plan-, Kegel-und ent- sprechende verkettete Gewinde bis maximal 45° zur X-Achse. Daneben ist mit H=3 der Vorschub auf die Gewindebahn beziehbar. Bei verketteten Gewinden auf gekrümmten Fla- chen kann es leicht vorkommen, daß der Grenzwert von 45° überschritten wird und die Maschinensteuerung dann automatisch auf die andere Achsenverrechnung umspringt. Ent- weder muss diese dann z. B. durch Umrechnung ermittelt und im Programm bewusst verfälscht angegeben sein, oder es muss der Umsprung per Software unterbunden werden, falls die Steuerung einen entsprechenden Befehissatz bereit halt, z. B. mit I für eine Plan- und K für eine Längssteigung.

Daneben besteht bei der Programmierung der Zielkoordinaten X und Z in Verbindung mit der Steigung F unter einem Befehissatz für Gewinde (z. B. G33) das Problem, daß eine real vorkommende Steigung von Null von der Steuerung nicht akzeptiert wird. Eine Möglichkeit zur Überwindung dieses Hemmnisses besteht dann darin, diesen Parameter auf das kleinste programmierbare Inkrement (z. B. 0,001 mm) zu setzen.

Mit der Erfindung wird jedoch eine noch elegantere Methode zur Eliminierung dieses Problems zur Verfügung gestellt, wobei diese gleichzeitig noch sowohl den Umsprung bei 45° umgeht, als auch den Programmieraufwand reduziert. Danach wird das Humpel- programm z. B. unter dem Befehlssatz G01 durch Koordinatenketten aus X und Z gebildet und unter C der jeweilige Spindelwinkel angegeben. Eine Berechnung der jeweiligen Steigung entfallt dann, da sich diese aus den Differenzen des im jeweiligen Fall gewählten Bezugsparameters (Z oder X) im Verhältnis zum Spindelwinkel C ergibt. Wenn dann die Winkelschritte zwischen den in den Programmsatzen folgenden Spindelwinkeln gleich sind oder sich in einer bestimmten Regelmäßigkeit z. B. als Humpelrythmus wiederholen, so kann der Wert für C als Variable programmiert werden. Dann wird dieser Parameter in seinem Wert nach der Abarbeitung des jeweiligen Programmsatzes um die ebenfalls als Variable oder Festwerte programmierbaren jeweiligen Winkelschrittwerte erhöht oder erniedrigt. Falls eine Änderung des unter Umständen sehr langen Programms erforderlich sein sollte, genügt dann in der Regel das Überschreiben weniger Festwerte oder Variablen. Das oben vorgeschlagene Verfahren der Spindelwinkelprogrammierung ist allerdings nur bei bestimmten Maschinen und NC-Steuerungen möglich, die dem neuesten Entwick- lungsstand entsprechen. Hier ist maschinenseitig die Spindel in den Antriebsmotor inte- griert, wobei die ganze Einheit sowohl als Drehachse als auch als C-Achse ansteuerbar ist.

Bei einer entsprechend schnellen NC-Steuerung besteht dann hinsichtlich der Program- mierung eine gewisse Aquivalenz hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit der Spindel, welche z. B. darin zum Ausdruck kommt, daß die C-Achse bis zu hohen Drehzahlen (u. U. mehrere tausend Umdrehungen pro Minute) benutzbar ist. Damit sind mittels der Programmierung der C-Achse Schnittgeschwindigkeiten realisierbar, die denen der üblichen Drehopera- tionen entsprechen.

Das gesamte erfindungsgemässe Verfahren wird noch durch den Vorschtag erweitert, die aufgrund der limitierten Maschinendynamik bestehenden Anwendungsgrenzen dadurch zu überwinden, daß für extreme Bearbeitungsgeometrien eine Verschachtelung von Bearbei- tungssequenzen herangezogen wird. Dabei handelt es sich um eine Art Sprungverfahren, welches in einem ersten Bearbeitungszyklus z. B. ein erstes Konturelement bearbeitet, dabei jedoch ein zweites auslässt, um mit einer beruhigten Bahn wiederum ein drittes Kontur- element abzufahren, usw.... Die beim ersten Bearbeitungszyklus ausgelassenen Kontur- elemente werden in einem zweiten Bearbeitungszyklus zerspant, wobei nunmehr die Konturelemente aus dem ersten Bearbeitungszyklus ausgelassen werden. Dieses Verfahren berücksichtigt das aus einer mit maximaler Verfahrgeschwindigkeit programmierten abrupten Bewegung resultierende Überschwingen des Gesamtsystems, welches ein in kurzer Entfernung folgendes Konturelement nicht in der gewünschten Weise abzufahren in der Lage ist. Zwecks Ausführung des Verfahrens ist damit wegen der z. B. zwei oder mehr Bearbeitungssequenzen zwar ein höherer Zeitaufwand erforderlich, jedoch ist dieser gegenüber einer frästechnischen Herstellung immer noch drastisch kürzer.

Mit der Erfindung werden gleichzeitig bevorzugte Anwendungen des Verfahrens vorge- schlagen. Diese Anwendungen sot) en anhand von Ausführungsbeispielen gleichzeitig einer naheren Erlauterung des Verfahrens dienen.

Eine der vorgeschlagenen Anwendungen betrifft die Gewindeherstellung verschiedener, insbesondere selbstschneidend in nachgiebiges Material eindrehbarer Einschraubkörper, wie z. B. Holz-, Kunststoff-oder Knochenschrauben, darunter z. B. Implantate wie Schenkel- halsschrauben, Fusionskörper, Schrauben für den so genannten Fixateur Externe, Eindrehpfosten für Zahnimplantate, oder künstliche Hüftgelenkpfannen.

Eine andere Anwendung betrifft die kostengünstige Herstellung von so genannten Kreiskeil- profilen an den inneren oder äusseren Kupplungsflachen von Verbindungselementen im Maschinenbau.

Eine der oben vorgeschlagenen Anwendungen bezieht sich auf vorzugsweise selbst- schneidend einschraubbare künstliche Hüftgelenkpfannen, welche für die so genannte zementfreie Implantation beim Menschen vorgesehen sind. Derartige Schraubpfannen sind in den unterschiedlichsten Ausführungen am Markt. Für eine zuverlassige und dauerhafte Integration und auch eine vorteilhafte Handhabbarkeit beim lmplantieren ist die Gestal- tung des Gewindes von ausschlaggebender Bedeutung. Es ist mittlerweile bekannt, dass eine grosse Kontaktfläche des Implantas zum knöchernen Lager ohne Lastspitzen und ein zum Pfannenpol geneigtes Gewindeprofil gute Voraussetzungen für die Vermeidung von Lockerungen sind. Daneben muß eine solche Schraubpfanne eine gute Taktilianz besitzen, womit die während des Einschraubens von der Schraubpfanne vermittelte Fühlbsrkeit des Aufsetzens des Schalenkörpers auf die vorbereitete knöcherne Aufnahmeflache im Aceta- bulum bezeichnet wird. Bei den bisherigen Schraubpfannentypen besteht hier Handlungs- bedarf, weil bei Ihnen nach dem Implantieren entweder unerwünschte Freiräume zur knöchernen Grenzfläche hin bestehen, oder sie nur mit großer Kraftanstrengung einge- schraubt werden können, bzw. ihre Taktilianz unzureichend ist.

Eine Gruppe von Schraubpfannen ist mit einem sogenannten Flachgewinde versehen, bei welchem die seitlichen Flachen der Gewinderippe parallel zueinander stehen. Es ist üblich, die Gewinderippen zwecks Bildung von Schneidkanten in bestimmten Abstanden durch das Einbringen von Spannuten zu unterbrechen. Bei dieser Gewindeart muss die Schneidkraft beim selbstschneidenden Einschrauben vollständig von der radial nach aussen zeigenden Kopfftöche der Gewinderippe bzw. den dortigen Schneidkanten erbracht werden. Ohne weitere Maßnahme beschreibt jedoch der durch die Kopffläche der einzelnen Gewinde- flügel repräsentierte Kurvenzug in der axialen Aufsicht von der Polseite der Schraubpfanne her eine Spirale, deren genaue Bahn von der Formgestalt des Schalenkörpers der Schraub- pfanne und der Gewindesteigung abhungt. Dadurch nimmt mit fortschreitender Windung der radiale Kurvenabstand von der axialen Mittellinie zu. Das Ende eines jeden Gewinde- flügels steht daher radial weiter nach aussen heraus als sein Anfang. Auf diese Weise entsteht beim Einschrauben einer derartigen Schraubpfanne ein Klemmeffekt, welcher lediglich durch die von der aufgerauhten Oberfläche des Implantats auf das knöcherne Material wirkenden Raspetkräfte gemildert wird. Daher sind derartige Implantate mit einem unnötig hohen Einschraubkraftbedarf behaftet.

Andererseits sind Schraubpfannen mit Flachgewinde bekannt, deren Gewindeflügel durch gruppenweises Uberfrasen mit einem Freiwinkel versehen sind. Allerdings ergeben sich aus der gewählten Bearbeitungsart gerade kopfseitige Flache, welche als Sehnen gegenüber dem von der jeweiligen Schneidkante gebildeten Schwenkkreis zurückversetzt verlaufen.

Dadurch sind Schraubpfannen mit einem solchen Gewinde zwar etwas leichter einschraub- bar, besitzen jedoch wegen der verkürzten Gewindezahnhöhe nur eine reduzierte Flache zur Übertragung von Kräften. Sehr nachteilig ist insbesondere die Spaltenbildung im Bereich des Gewindezahnkopfes zwischen Implantat und Knochen, sowie die auf das knöcherne Substrat wirkende Hebelwirkung wegen der zu tief geschnittenen Zahnrillen.

Daher halten auch solche Schraubpfannen einer kritischen Betrachtung aus rein medizini- scher Sicht nicht stand.

Schraubpfannen der oben beschriebenen Art mit Flachgewinde konnten bislang nur einen gewissen Marktanteil erobern. Gegenwartig scheinen Schraubpfannen mit sogenanntem Spitzgewinde weiter verbreitet zu sein. Doch auch bei dieser Gruppe besteht prinzipiell der zuvor beschriebene Problemkomplex hinsichtlich des unakzeptablen Einschraubverhaltens und der Spaltenbildung in der Kontaktzone. Die verschiedenen Versuche zur Reduzierung des Einschraubkraftbedarfs haben nämtich unter anderem dazu geführt, die eingefrästen Spannuten zu Lasten der Gewindeflügel sehr breit auszulegen. Dadurch ging wertvolle Kontaktfläche verloren, verbunden mit der Bildung ausgedehnter Hohlräume bzw. von der Kraftübertragung ausgeschlossener ossärer Bereiche.

Mit dem US-Patent 4,997,447 wird eine Schraubpfanne mit runden Gewinderillen vorge- schlagen, deren Kopfflächen der einzelnen Gewindeflügel bogenförmig verlaufen, wobei ein Freiwinkel dadurch realisiert ist, daß der vom Pfannenpol ausgehende Radius dieses Bogens mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante immer kleiner wird. Bei dieser Schraubpfanne dürfte ohne Einbußen ihres guten Einschraubverhaltens das Ausmass der Spaltenbildung gegenüber geradlinigen Kopfflächen merklich reduziert sein. Allerdings ist für ihre Fertigung bisher ein recht hoher Zeitbedarf zu veranschlagen, do die vorgeschla- gene Gestaltung das vollstandige Abfahren der Zahnkopferstreckung mit einem Fräser erfordert.

Bisher sind in Bezug auf Schraubpfannen mit Spitzgewinde keine Ausführungen mit einem Freiwinkel der einzelnen Gewindesegmente auf dem Markt erschienen. Dies wird vermut- lich damit zusammenhängen, daß eine entsprechende Realisierung mit einem hohen Schwierigkeitsgrad behaftet ist, und die sich zunächst anbietende frästechnische Herstellung neben einer sehr aufwendigen Programmierung einen sehr hohen zeitlichen Bearbeitungs- aufwand erfordert. Diese Erschwernisse sind darin begründet, daß bei Spitzgewinden je nach Verlauf der Spannuten mindestens eine der Seitenflachen des Gewindezahns zur Bil- dung einer Schneidkante herangezogen werden muss. Wenn nun hinter der Schneidkante ein Neutral-oder Freiwinkel gebildet werden soll, so muss die entsprechende Seitenflache des jeweiligen Gewindeflügels bis zur nächstfolgenden Spannut mit einem kongruenten Seitenwinkel hinterfräst werden. Dabei taucht das Problem auf, daß der Friser bei gekrümmten Mantetftächen nicht gleichzeitig den Grund der Gewinderille konturtreu bearbeiten kann. Man hat dann die Wahl, entweder entlang der Zahnflanke eine immer mehr zunehmende rillenartige Vertiefung in Kauf zu nehmen, oder ein entsprechend anwachsendes treppenstufenartiges Relikt. Wenn dieses Oberbleibsei nicht akzeptiert wird, muss es im Anschluß mittels mindestens eines weiteren Fräsganges entfernt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jetzt möglich, derartige Gewinde von Hüftge- lenkpfannen drehtechnisch in kürzester Zeit und mit Perfektion herzustellen. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Unstetbearbeitung zur Erzeugung eines bestimmten Verlaufs der einzelnen Gewindeflügel an deren pol-, äquator-oder kopfseitiger Flache bzw. mehreren dieser Flächen erfolgen soll. Wegen der freien Programmierbarkeit der Bearbeitungsbahn ist nicht nur jedes beliebige Profil des Gewindezahns beherrschbar, sondern auch der jeweilige winkelmai3ige Verlauf der erzeugten Gewinderippenabschnitte nahezu frei be- stimmbar. Gleichzeitig ist die gesamte Gewindeabwicklung an den Schalenmantel des Pfannenkörpers perfekt anpassbar. Daher kann die Erfindung für sämttiche bekannten Schalenformen wie z. B. sphärisch, asphärisch, paraphörisch, konisch-spharisch, konisch, zylindrisch, parabolisch, toroidisch, usw. angewandt werden.

Das erfindungsgemösse Verfahren ist problemlos mit anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Gewinden für Hüftgetenkpfannen kombinierbar, z. B. mit dem aus der Europäischen Patentschrift EP 0 480 551 bekannten Verfahren, bzw. dem mit der Deutschen Offenlegungsschrift DE 44 00 001 vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Gewindes mit veranderlich modifizierbarem Gewindeprofil. Besonders vorteilhaft erscheint eine Kombination mit einem zum Pfannenpo ! überkippten Gewindezahnprofi ! und einer sich fliessend ändernden Gewindesteigung gemäß der Internationalen Patent- anmeldung WO 97/39702.

Diesbezüglich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, bei künstlichen Hüftgelenkpfannen mit einem sich zum Kopf des Gewindezahns hin verjüngenden Zahnprofil die zwischen den Spannuten gebildeten Gewindeflügel jeweils aus so genannten Schraubflächen (auch bezeichnet als Schraubenflachen) zu bilden und wahlweise mit ihrer jeweiligen Er- streckungsrichtung in Abhängigkeit vom Drallwinkel der Spannut zu verschwenken. Als Schraubflächen werden dabei solche Flächen verstanden, welche durch Rotation eines bestimmten Zahnprofils mit konstantem radialen Abstand von der Pfannenachse und einer Steigung um dieselbe erzeugt sind. Bei einem z. B. trapezförmigen Zahnprofil sind folglich drei Schraubftöchen gebildet, eine als kopfseitige und zwei als Seitenflächen. Dabei können diese Schraubf) ächen in ihrem Fussbereich entlang ihrer Erstreckung einer höhenmässigen Verkürzung unterliegen, wenn das Zahnprofil bei bestimmten Mantelgeo- metrien der Schraubpfanne in die Mantelflache hinein verlauft. Die der Scheide am Anfang des jeweiligen Gewindeflügeis folgenden Flächen besitzen dann einen Neural- winkel, also weder einen Klemm-noch einen Freiwinkel. Dadurch sind unerwünschte Klemmeffekte beseitigt und trotzdem ein allseitiger Knochenkontakt der Gewindeflügel sichergestellt. Damit die am Anfang des jeweiligen Gewindeflügels vorhandene Schneide ihre Wirkung optimal entfalten kann, muß sie gegenüber dem vorauslaufenden Gewin- deflügel vorstehen. Dies wird im ersten Schritt dadurch erreicht, dass für die Schraub- flächen eines nachfolgenden Gewindeflügels ein grösserer Radius herangezogen wird als für die Schraubflachen des vorauslaufenden Gewindeflügels. Vorzugsweise werden die einzelnen Gewindeflügel in ihrer Erstreckung in Abhangigkeit vom Drallwinkel der Span- nuten relativ zueinander verschwenkt, wobei eine an den Drallwinkel sich annähernde Ver- schwenkungsrichtung bevorzugt ist, um einen Überstand der seitlichen Schneidkante mit positivem Spanwinkel zu realisieren.

Eine andere praktische Umsetzung der Erfindung besteht darin, bei der Herstellung derartiger Gewinde an festgelegten Positionen des Gewindezuges mittels der Program- mierung von Humpelsprüngen überschwingende Ubergangsfunktionen der Schneidenbahn zu erzeugen und diese mit den Spannuten so zu synchronisieren, dass die jeweils der Spannut in Einschraubrichtung nachfolgende Schneidkante gegenüber dem Zahnprofil vor- steht. Der restliche Bereich des Zahnflügels weicht demgemöss gegenüber der Schneid- kante zurück, sodass hinter der Schneidkante ein freiwinkelartiger Bereich gebildet ist.

Eine weitere Anwendung der Erfindung betrifft so genannte Kreiskeil-oder 3K-Kupplungen im allgemeinen Maschinenbau. Hierbei handelt es sich um reibschlüssige Dehnverbindun- gen z. B. zwischen Welle und Nabe, welche selbsthemmende, aber wieder tösbare Verbin- dungen erlauben.

Bei einer Kreiskeil-Verbindung sind, im Gegensatz zu einem zylindrischen Querpress- Verband, die Fügeflächen von Welle und Nabe nicht rund, sondern weisen am Umfang so genannte Keilflachen auf. Meist sind es drei Keilflachen. Sie bestehen aus identischen, gegeneinander verdrehten Abschnitten von Spiralen, z. B. logarithmischen Spiraien. Bei Verspannen durch Verdrehen um einen gewissen relativ kleinen Winkelbetrag (z. B. 15°) ergibt sich der notwendige homogene Fiachenkontakt und damit der grösstmögliche Kraft- scHuss zwischen Welle und Nabe. Kreiskeil-Verbindungen gewshrleisten einen günstigen Übergang der zu übertragenden Kraft und besitzen eine vorteilhafte Gestaltfestigkeit. Eine Verbindung mit drei Kreiskeilen am Umfang ist selbstzentrierend. Wenn die radiale Stei- gung der Keitftächen im Bereich von 1 : 50 bis 1 : 200 gewähtt wird, ist eine solche Kreiskeil- Verbindung in der Regel selbsthemmend.

Bei sehr grossen Stückzahlen und nicht so hohen technischen Anforderungen kann das Kreiskeilprofil spanlos und daher relativ kostengünstig produziert werden. Andererseits erfordern kleinere Stückzahlen und hohe Qualitätsansprüche bislang eine fräs-oder sogar schleiftechnische Herstellung zu entsprechenden Kosten. Wegen des Durchmessers des Fräsers bzw. der Schleifscheibe entstehen dann an den Übergängen der einzelnen Kreis- keilflachen nicht nutzbare Bereiche. Diese führen zusammen mit dem zum Fügen erfor- derlichen relativen Verdrehwinkel zu einer nur partiellen kräftemässigen Ausnutzung der Verbindung.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können derartige Kreiskeilverbindungen unter Anwendung verschachtelter Bearbeitungssequenzen nun mit hoher Genauigkeit und zu geringen Kosten selbst bei kleinsten Stückzahlen drehtechnisch hergestellt werden. Dabei wird sogar noch die Möglichkeit eröffnet, derartige Verbindungen im Bedarfsfall konisch auszulegen.

Die Erfindung soll im folgenden hinsichtlich der bevorzugten Anwendungen anhand der siebzehn Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 01 Hemisphärische Schraubpfanne mit kopfseitig klemmendem Flachgewinde gemöss dem Stand der Technik Fig. 02 Hemisphörische Schraubpfanne mit einem mit Freiwinkel versehenen Flachgewin- de gemass dem Stand der Technik Fig. 03 Erfindungsgemass bearbeitete hemispharische Schraubpfanne mit Flachgewinde aus Gewindeflügeln mit kopfseitigen Schraubflachen Fig. 04 Erfindungsgemäss bearbeitete hemisphärische Schraubpfanne mit Spitzgewinde aus Gewindeflügeln mit allseitigen Schraubftöchen Fig. 05 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäss Fig. 1 Fig. 06 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäss Fig. 2 Fig. 07 Zwei Gewindeflügel mit Freiwinkel und bogenförmiger Kopffläche Fig. 08 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäss Fig. 3 Fig. 09 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäss Fig. 4 Fig. 10 Drei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemöss Fig. 3 und hochdynamische Werk- zeugbahn Fig. 11 Drei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemass Fig. 3 und Werkzeugbahn mittlerer Dynamik mit Sprungverfahren Fig. 12 Drei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäss Fig. 3 und überschwingende Werk- zeugbahn mit Sprungverfahren Fig. 13 Aus Sprungbefehlen erzeugte theoretische Werkzeugbahn Fig. 14 Erzeugte Werkstückkontur aus Übergangsfunktionen Fig. 15 Endgültige Werkstückgeometrie nach Weiterbearbeitung Fig. 16 Hülse für eine Kreiskeilverbindung Fig. 17 Zapfen für eine Kreiskeilverbindung Die Zeichnungsfigur 1 stellt die polseitige Ansicht einer hemisphärischen Schraubpfanne 1 mit Flachgewinde gemäss dem Stand der Technik anhand eines Beispiels in einer etwa 1,3- fachen Vergrösserung dar. Für das Beispiel wurde der Nenndurchmesser auf 54 mm, die mittlere Zahnhöhe auf 2,6 mm, die Steigung auf 5 mm, und der Bodenlochdurchmesser auf 22 mm festgelegt. Diese Basisabmessungen wurden aus zeichnerischen Gründen gewahlt und für die Zeichnungsfiguren 2 bis 4 zum Zwecke der besseren Vergleichbarkeit beibehalten. Ebenso wurde der Drallwinkel der Spannut einheitlich auf 0° gesetzt, um den zeichnerischen Aufwand zu reduzieren. Es ist bekannt, daß eine gedrallte Spannut Vorteile in Bezug auf einen günstigeren Spanwinkel und eine g ! eichmössiger verteile Kraftüber- tragung mit sich bringt.

An das Bodenloch 9 der Schraubpfanne 1 schliesst sich ein kuppelförmiger gewindefreier Bereich 6 des Schalenkörpers an. Der Durchmesser des Schulenkörpers wird in der Zeich- nung lediglich durch den äquatorialen Randbereich 10 repräsentiert. Der Gewindezug be- ginnt polseitig am ersten Gewindeflügel 7 und steigt bis vor den Gewindeflügel 2 auf seine volle Höhe an. Zwei der Gewindeflügel (2,3) sind mit Kennziffern versehen, weil sie für eine Detaildarstellung in Fig. 5 vorgesehen sind. Sowohl die kopfseitigen Flächen (4) als auch die jeweils am Zahnfuss zum Schalenkörper gebildeten Kanten (5) der einzelnen Ge- windeflügel-mit Ausnahme des Anfangs-bzw. Endbereichs des Gewindezugs-liegen in der zweidimensionalen Darstellung jeweils auf einer spiralförmigen Kurve. Dabei umfasst der gesamte Gewindezug etwa vier Umlaufe. Der zwischen den Gewindeflügeln verlaufen- de Gewindegrund 8 bildet den hemisphärischen Mantel des Schalenkörpers. Zwecks Erzeu- gung von Spannuten (11) bzw. Schneidkanten ist die umlaufende Gewinderippe 12-fach ohne Drallwinkel geschlitzt. Dabei taucht die Schlitzung unter einem Winkel von etwa 10° ein, um am Gewindezahnkopf jeweils einen positiven Spanwinkel zu bilden.

Das Ausführungsbeispiel einer Schraubpfanne 12 in Fig. 2 mit Flachgewinde gemass dem Stand der Technik ist durch eine frästechnische Nacharbeit aus der Schraubpfanne 1 her- vorgegangen. Daher entsprechen Bodenloch 20, Kuppelbereich 17, Gewindegrund 19, Nenndurchmesser 21 und Schlitzung 22 ebenso wie die Kanten (16) zwischen den Gewin- deflügeln und dem Schalenkörper vollständig der Fig. 1. Zwecks Aufrechterhaltung einer konstanten mittleren Gewindezahnhöhe wurden wegen der hemisphärischen Schaienkontur die Gewindeflügel einzeln nachgefräst. Dabei verschob sich der polseitige Gewindeanfang auf den Gewindeflügel 18. Die geraden Aussenftächen 15 der einzeinen Gewindeflügel verlaufen nun als Sehnen zum Schwenkkreis der in Einschraubrichtung jeweils vorn liegen- den kopfseitigen Schneidkanten und in Synchronisation mit der Gewindeschlitzung so, dass in Bezug auf den jeweiligen Schwenkkreis Freiwinkel gebildet sind. Die Wirkung der Schneidkanten auf die Absenkung des Einschraubkraftbedarfs entfaltet sich durch den Umstand, dass der radiale Abstand der Schneidkanten von der Pfannenachse stets grösser ist als der entsprechende radiale Abstand des vorauslaufenden Flügelendes. Auf zwei der mit den Kennziffern 13 und 14 versehenen Gewindeflügel soll später in der Fig. 6 noch näher eingegangen werden.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer mit dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeiteten Schraubpfanne 23 entspricht in seiner hemisphärischen Schalenform und seinen Grundabmessungen, sowie dem Bodenloch 31, dem sich anschliessenden Kuppel- bereich 28, der Kante (27) zwischen den Gewindeflügeln und dem Schalenmantel, dem Gewindegrund 30, dem Durchmesser 32 und der Gewindeschlitzung 33 wiederum dem Ausführungsbeispie ! aus Fig. 1. Der Gewindezug des Flachgewindes beginnt mit einem ersten Gewindeflügel 29 geringer Zahnhöhe, dem eine Abfolge von vier weiteren Gewin- deflügeln mit jeweils sprunghaft sich vergrössernder Zahnhöhe folgen, bis die Gewinde- rippe mit dem Gewindeflügel 24 ihre volle Höhe erreicht. Die parallel verlaufenden Flan- ken jedes einzelnen Gewindeflügels grenzen jeweils an einen aussen liegenden Ausschnitt aus einer zur Schraubpfannenachse koaxialen Zylinderfläche 26, wobei der zugrunde liegende Zylinderdurchmesser von Gewindeflügel zu Gewindeflügel in Stufen zunimmt.

Dieses Gestaltungsprinzip ist wahlweise auch mittels eines jeweiligen Ausschnitts aus einer entsprechend koaxial liegenden Schraubfläche realisierbar. Durch die beschriebene Gestaltung ist an den Gewindeflügeln weder ein Klemm-noch ein Freiwinkel gebildet. Ein Freiwinkel ist dort überhaupt nicht erforderlich, weil die von der (z. B. durch Sandstrahlen der Schraubpfannenoberftöche erzeugten) Oberflächenrauhigkeit ausgehenden Raspel- kräfte bei neutraler Relativbewegung ein Verklemmen während des Einschraubvorgangs verhindern. Damit ist zunächst die nachteilige Spaltenbildung zwischen dem Implantat und dem knöchernen Lager unterbunden. Trotzdem kommt die jeweils vorn aussen liegende Schneidkante der Gewindeflügel zur Geltung, weil sie einen größeren radialen Abstand von der Pfannenachse hat als die voranlaufende Schneidkante. Das Ergebnis ist ein etwas niedrigerer Einschraubkraftbedarf bei mittlerer Taktilianz, sowie eine verbesserte Primär- und Sekundärfixation des Implantats.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mit dem erfindungsgemässen Verfahren bearbei- teten hemisphärische Schraubpfanne 34 wird in Fig. 4 vorgestellt. Auch hier wurden ver- schiedene Einzelheiten, namentlich das Bodenloch 42, der Kuppelbereich 39, der Gewin- degrund 41, der Durchmesser 43 und die Gewindeschlitzung 44 von den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen unverändert übernommen. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei dem dargestellten Gewinde um ein Spitzgewinde mit im Prinzip dreieckigem Gewinde- zahnprofil. Diese Tatsache ist der zweidimensionalen Darstellung nicht zu entnehmen.

Ähnlich wie zuvor beginnt der Gewindezug mit einem ersten kleinen Gewindeflügel 40 und steigt in seiner Zahnhöhe in mehreren Stufen an, um vor dem Gewindeflügel 35 seine endgültige (mittlere) Zahnhöhe zu erreichen. Die vom Zahnkopf gebildete Kante (37), welche bei einem wirklich spitzen Dreiecksquerschnitt des Gewindezahns praktisch nur als Linie existiert, ist für jeden einzelnen Gewindeflügel eine Schraubenlinie mit konstantem Abstand von der Schraubpfannenachse, welche der Zeichnung nur als Bogen mit einem vom Pfannenmittelpunkt ausgehenden festen Radius zu entnehmen ist. Bei dem gewählten Spitzgewinde ist wegen des fehlenden Dralls der Spannut 44 eine Schneidkante an beiden Gewindezahnflanken gebildet. Die Schneidkante verlagert sich auf eine der Gewindezahn- flanken, wenn ein entsprechender Drallwinkel der Spannut existiert. Die beidseitigen Flä- chen eines einzelnen Gewindeflügels des gezeigten Beispiels sind Schraubflachen, wobei die Steigung der polseitigen Flache der Steigung der äquatorseitigen Flache entspricht, auch wenn der optische Eindruck wegen des zum Aquator hin zunehmenden Pfannen- durchmessers eine andere Situation vortäuscht. Dadurch scheint die am Zahnfuf3 zwischen Gewindeflügel und Schalenmantel der Schraubpfanne gebildete Kante 38 nach rückwärts in den Schalenmantel hinein zu verlaufen. Nachdem für die Schraubflächen des beim Ein- schrauben jeweils nächstfolgenden Gewindeflügels grössere radiale Abstände von der Pfannenachse herangezogen werden, stehen die beidseitigen Schneidkanten gegenüber dem jeweils vorauslaufenden Gewindeflügel seitlich zum Gewindeprofil bzw. radial nach aussen vor und sorgen so für einen Jeichtgöngigen Schnitt beim Einschrauben. Auch in die- sem Fall ist wegen des von den Gewindeflügeln in ihrer Erstreckung gebildeten Neural- winkels das Auftreten von Spalten im Kontaktbereich zum Knochen unterbunden.

Die oben zum Stand der Technik und zu Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Verfahrens gemachten Aussagen sollen im folgenden anhand vergröf3ert herausgezeich- neter Einzelheiten besser verdeutlicht werden, weil bestimmte Details in der jeweiligen Gesamtansicht nur schwer zu erkennen sind.

In Fig. 5 sind zwei Gewindeflügel 2,3 der Fig. 1 vergrössert herausgezeichnet. Davon besitzt der Gewindeflügel 2 eine an der Stirn seiner kopfseitigen Flache 46 liegende Schneidkante 45, und der Gewindeflügel 3 eine gleiche Schneidkante 47 an der entsprechenden Flache 48. Der von der Schneidkante 45 während des Einschraubens der Schraubpfanne be- schriebene Schwenkkreis 49 mit einem festen Radius um die Pfannenmittelachse ist als strich-punktierte Linie eingetragen. Es ist gut zu erkennen, dass ein Teil des jeweiligen Ge- windeflügels über den Schwenkkreis herauswächst, was generell zu Klemmeffekten führen muss.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführung der Gewindeflügel 13,14 gemäss dem Beispiel aus Fig. 2 sind solche Klemmeffekte nicht zu befürchten, da die kopfseitigen Flächen 51 bzw.

53 nach den Schneidkanten 50 bzw. 52 mit einem Freiwinke ! hinterfröst sind. Dabei wird der strich-punktierte Schwenkkreis 54 der Schneidkante 50 an keiner Stelle von der kopf- seitigen Flache des Gewindeflügels berührt. Allerdings verbleibt in diesem Bereich jeweils ein unerwünschter Freiraum. Dieser ist um so grösser, je kleiner die Zahl der Spannuten ist.

Hier sind insbesonders Schraubpfannen mit z. B. nur sechs Spannuten in extremer Weise gehandicapt. Die gezeigte Gestaltung wird gerne bei konischen Schraubpfannen benutzt, weil dann die Gewindeflügel sozusagen im Paket sehr rationell überfröst werden können.

Aus medizinischer Sicht ist dieses Argument jedoch abzulehnen.

Der oben aufgezeigte Problempunkt ist mittels einer Gestaltung der Gewindeflügel 60,61 gemäss Fig. 7 in gewissem Umfang abschwächbar. Auch hier sind die kopfseitigen Flächen 56,58 der Gewindeflügel hinter den stirnseitigen Schneidkanten 55 und 57 mit einem Freiwinkel bezüglich des Schwenkkreises 59 versehen, sodaß ein Verklemmen beim Ein- schrauben verhindert wird. Wegen der Bogenform der Flächen 56,56 ist jedoch der spalt- bildende Freiraum relativ klein und daher eher akzeptabel. Allerdings erforderte diese Bogenform bisher einen hohen fröstechnischen Aufwand, weil die einzelnen Gewindeflügel bei der Herstellung im Prinzip einzeln tangential abgefahren werden mußten. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann die gezeigte geometrische Gestaltung der einzelnen Gewindeflügel jetzt sehr rationell in nur einer Aufspannung auf einer CNC-Drehmaschine hergestellt werden.

Zum Vergleich wird die mit dem erfindungsgemässen Verfahren herstellbare Ausführung der jeweiligen Aussenflächen der einzelnen Gewindeflügel als sogenannte Schraubflächen, wie sie bereits in Fig. 3 vorgestellt wurde, in Fig. 8 anhand von zwei vergrössert abgebilde- ten Gewindeflügeln 24,25 gezeigt. Die jeweils von den Schneidkanten 62 bzw. 64 ausge- henden Kopfflachen 63 bzw. 65 der Gewindeflügel besitzen einen festen Radius, welcher jeweils ab Abstand der Schneidkante von der Schraubpfannenachse 67 definiert ist. In der Zeichnung fallut daher der durch die Schneidkante 62 verlaufende, strich-punktiert dar- gestellte Schwenkkreis aus dem festen Radius 66 deckungsgleich mit der Kopfflache 63 zusammen. Da der entsprechende Radius des Gewindeflügels 25 grösser ist, rogt dessen Schneidkante 64 gegenüber der beim Einschrauben vorauslaufenden Schneidkante 62 des Gewindeflügels 24 vor. So kann die jeweilige Schneidkante und die sich anschliessende, in einem positiven Spanwinkel angestellte Stirnflache in das zu zerspanende Knochenmaterial eindringen und mit relativ leichtem Schnitt die Spane in die Spannut hinein abführen.

Die in Fig. 9 vergrössert aus der Fig. 4 herausgezeichnete Situation unterscheidet sich gegenüber der Ausführung in Fig. 8 dadurch, dass das Gewinde in seinem Zahnprofil nun nicht ein Flach-sondern ein Spitzgewinde ist. Jedoch sind auch hier alle ausseren Flachen der einzelnen Gewindeflügel 35,36 jeweils als Schraubfluchen gestaltet. Wegen des schrä- gen Seitenwinkels und der Steigung bzw. Anstellung der Gewindeflügel, sowie der hemi- sphärischen Schalenkontur scheint die jeweils am Zahnfuss zum Schalenmantel gebildete Kante mit ihrem rückwärtigen Ende 73,74 in den Schalenkörper hinein zu verlaufen.

Tatsachlich tritt jedoch bei der Rotation der Schraubpfanne kein radiales Schieben des projizierten Zahnquerschnitts auf, weil die jeweiligen Außenkanten 69,71 in ihrem Radius zur Schraubpfannenachse unveränderlich sind. Aus der Heranziehung eines dreieckigen Zahnquerschnitts für das gezeigte Beispiel ergibt sich eine Verlagerung der jeweiligen Schneidkante auf mindestens eine, bzw. für Spannuten ohne Drall, auf beide Seitenflachen des jeweiligen Gewindeflügels. In der Zeichnung ist nur die jeweils polseitige Schneidkante 68,70 zu sehen. Die jeweils rückwärtige Schneidkante ist verdeckt. Der Schwenkkreis der kopfseitigen Gewindezahnkante 69 ist mit dem festen Radius 72 um die Schraubpfannen- achse 75 dargestellt. Der extrem reduzierte Einschraubkraftbedarf dieser Ausführung ergibt sich aus dem gegenseitigen radialen Versatz der einzelnen Gewindeflügel, wodurch die einzelnen Schneidkanten gegenüber den jeweils vorauslaufenden sowohl seitlich als auch nach aussen vorstehen.

Zum besseren Verständnis der Vorgehensweise zur Ausführung des Verfahrens für die vor- geschlogene bevorzugte Anwendung zur Herstellung eines Schraubpfannengewindes wer- den die aus Fig. 3 und 8 bekannten Gegebenheiten in den Figuren 10 bis 12 nochmals aufgegriffen. Es werden hier in jeder der Figuren die drei Gewindeflügel 24,25,76 des Flachgewindes abgebildet, sowie die Schneidkante 62 an der kopfseitigen Flache 63 und deren strich-punktierter Schwenkkreis 77 mit dem von der Schraubpfannenachse ausge- henden Radius 66. Dabei wurde der Abbildungsmassstab gegenüber den vorangegan- genen Figuren geringfügig verkleinert.

In der Fig. 10 ist eine von einem Bearbeitungswerkzeug (z. B. Wendeschneidplatte) beschrie- bene, aquidistant zu den kopfseitigen FJachen der einzelnen Gewindeflügel versetzte Bahn 78 dargestellt, welche in der gezeigten Gestalt mittels einer entsprechenden Programmie- rung mit einer extrem dynamischen Drehmaschine erzielbar ist. Der Abstand der Bahn von der zu zerspanenden Kontur wurde deshalb gewählt, um den Bahnverlauf in seiner voll- ständigen Erstreckung sichtbar zu machen. In der Bahn 78 sind zwei Unstetigkeiten 79 und 80 enthalten, welche über die Programmierung bewusst auf eine Position verlegt wurden, welche bei der nachfolgenden Bearbeitung zur Gewindeschlitzung durch Fräsen entfernt wird. Obwohl die Unstetigkeiten 79,80 der Bahn 78 Übergangsfunktionen sind, wird so zwischen den aufeinander folgenden Gewindeflügeln eine radiale Sprungfunktion bewirkt.

Diese radiale Sprungfunktion besteht auf jeden Fall bezüglich der vorgeschlagenen Pro- grammierung, wobei mindestens zwei aufeinander folgende Koordinaten gleichen Durch- messers mit einem der Bearbeitungsaufgabe angepaßten Verfahrweg in Z sowie eine ent- sprechende Steigung bzw. die entsprechenden Spindelwinkel, und im Anschluss ein Durch- messersprung mit maximalem Vorschub (z. B. 100 mm/U) eingegeben werden müssen. Für ein akzeptables Bearbeitungsergebnis ist es erforderlich, dass der Übergangsbereich am Werkstück nicht breiter ist, als die vorgesehene Breite der Spannut.

Mit den meisten der heute verfügbaren CNC-Drehmaschinen ist die Erzeugung der in Fig. 10 gezeigten Schneidenbahn nicht möglich, weil ihre Gesamtdynamik nicht ausreicht, den Kreuzschlitten innerhalb der geforderten Strecke auf einen anderen Drehdurchmesser zu bewegen und dabei gleichzeitig eine ausreichende Bahngenauigkeit einzuhalten. Mit der Erfindung wird für diese Fille ein Sprungverfahren vorgeschlagen, mit welchem dieses Problem prinzipell überwindbar ist. Der entsprechende theoretische Hintergrund soll mittels der Fig. 11 verdeutlicht werden. Die anhand der Bahnkurve 81 dokumentierte Arbeitsweise sieht vor, mit einer ersten Bearbeitungssequenz lediglich den z. B. ersten, dritten, fünften, siebten usw. Gewindeflügel zu bearbeiten und dann den zweiten, vierten, sechsten usw. auszulassen. Die sich aus der Programmierung mit Sprungfunktionen aufgrund der Maschi- nendämpfung jeweils ergebende Ubergangsfunktion der Bahn 81 muß dabei lediglich aus- reichen, nach dem Punkt 82 der ersten Reaktion das Werkzeug so über die nächstfolgende Schneidkante zu heben, dass diese nicht verrundet oder beschädigt wird. Für die Rück- führung des Werkzeugs auf die angestrebte Bahn steht dann z. B. bis zum Punkt 83 eine Strecke zur Verfügung, die nicht durch die Spannutenbreite limitiert ist. Es ist dann ohne weiteres möglich, in einer zweiten Arbeitssequenz die ausgelassenen Konturelemente nach- zuholen und dabei die bereits bearbeiteten entsprechend zu überspringen.

Bei öfteren Drehmaschinen mit entsprechender Trägheit des Regelkreises muss damit gerechnet werden, daß ein Überschwingen die Bahnkurve zusätzlich verzerrt. Dieser Effekt soll mittels der Bahn 84 in Fig. 12 verdeutlicht werden. Nach dem abrupten Reagieren der Werkzeugbewegung auf die programmierte Vorgabe bei Punkt 85 tritt ein Überschwingen der Bahn auf, welches bei Punkt 86 sein Maximum erreicht. Dieses wird im Anschluss weich auslaufend abgebaut, bis die Bahn etwa bei Punkt 87 wieder der programmierten Vorgabe entspricht. In dem Beispiel wäre der beschriebene Effekt mittels des vorgeschlagenen Sprungverfahrens in zwei Bearbeitungssequenzen gerade noch beherrschbar. Im gegebe- nen Fall könnte das Sprungverfahren jedoch ohne weiteres auf drei oder mehr Sequenzen ausgedehnt werden.

Das oben in verschiedenen Varianten erläuterte Verfahren ist für geschrägte Zahnkopf- flächen ebenso anwendbar wie für die Seitenflächen von Gewindeflügeln z. B. gemäss Fig. 9. Dabei verlagern sich die beschriebenen Sprungfunktionen entweder ganz oder teil- weise von der X-auf die Z-Achse. Für diese Fälle werden die vom Werkzeug beschriebenen Humpelbahnen hier zeichnerisch zwar nicht dargestellt, entsprechen jedoch vom Prinzip her denjenigen des gezeigten Sprungverfahrens für die Zahnkopfbearbeitung.

Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, eröffnet die Erfindung auch die Möglichkeit, das Überschwingverhulten der Maschine direkt zur Erzeugung von Freiwinkeln an Gewin- deflügeln nutzbur zu machen. Mittels der Figuren 13 bis 15 soll die genaue Vorgehens- weise naher erlautert werden. Die Figuren 13 bis 15 zeigen anhand eines auf eine versetzte Zahnflanke bezogenen schematischen Beispiels drei überhöht dargestellte Kurven, welche unter Weglassung der räumlichen Komponente auf die Verdeutlichung des inte- ressierenden Bewegungsanteils der Werkzeugbahn reduziert wurden. In der Praxis kann dieser Bewegungsanteil in einer oder in mehreren Ebenen liegen.

In Fig. 13 ist die mittels der Programmierung befohlene Werkzeugbahn 88 mit einem einzigen Sprungbefehl dargestellt. Die Koordinatenpunkte 89,90,91 und 92 sind mittels entsprechender Werte für X und Z angegeben. Davon ist auf dem Zeichnungsblatt lediglich die Änderung von Z als vertikale Komponente sichtbar, während die jeweilige Grosse von X aus der Zeichnung nicht entnehmbar ist. Die horizontalen Abstände zwischen den Koordinatenpunkten sind proportional dem jeweiligen Spindelwinkel, welcher entweder direkt über den Parameter C (Spindelwinkel) oder indirekt über F (Steigung) program- mierbar ist. Dabei ist zu beachten, dass bei Heranziehung des Parameters F der für die jeweilige NC-Steuerung zulässige Grösstwert nicht überschritten wird, während für die Spindelwinkelprogrammierung der Winkelsprung ohne weiteres 0° betragen kann. Prinzi- piell sind auch mehrere Sprungbefehle miteinander verkettbar.

Fig. 14 zeigt den an einem Werkstück vor der Ausfräsung der Spannut gemessenen Verlauf einer Gewindezahnflanke, welcher aus der Befehlskette gemäß Fig. 13 resultiert. Die abge- bildete Kurve 93 besteht aus Übergangsfunktionen, welche in der Trägheit und Regel- steifigkeit der Maschine und der Steuerung begründet sind. Sie beginnt mit einem glatten Verlauf 94, um bei Punkt 95 synchron dem Sprungbefehl abrupt auszulenken. Dabei wird ein Punkt maximaler Uberschwingung 96 erreicht, dem sich ein Rückschwung 97 an- schliesst. Danach folgt ein Nachschwingen 98 kleinerer Amplitude, bevor die Kurve wieder in einen stetigen Verlauf 99 übergeht.

In Fig. 15 wird die seitliche Werkstückkontur nach der Herstellung der Spannut gezeigt. Die Flanken der Spannut sind durch zwei strich-punktierte Linien 102,103 angedeutet. Es sind nun die Flanken 100,101 von zwei Gewindeflügeln gebildet. Die Lage der Spannut ist mit der Kontur der Gewindezahnflanke derart synchronisiert, dass einerseits das Ende 104 des vorlaufenden Gewindeflügels vor die Auslenkung bei Punkt 95 gelegt, und andererseits ein mit einem Freiwinkel versehener Überstand der Schneidkante 105 am nachfolgenden Gewindeflügel gebildet ist. Der durch das Nachschwingen verursachte kleine Buckel 98 ist in seiner Amplitude abhöngig sowohl von der zum Einsatz kommenden Maschine und Steuerung, als auch z. B. von der angewandten Schnittgeschwindigkeit. Für die generelle Wirksamkeit der hauptsachlich erzeugten vorstehenden Schneidkante und deren Freiwinkel ist er praktisch ohne Bedeutung.

Der in der Zeichnungsfigur beispielhaft dargestellte Verlauf von zwei aufeinander folgen- den Gewindezahnflanken bezieht eine gegenseitige Verschwenkung der einzelnen Gewin- deflügel in ihrer Erstreckungsrichtung ein. Der Grad dieser Verschwenkung hangt von den konstruktiven Vorgaben ab. Die Verschwenkung kann dabei derart minimiert oder gänzlich aufgehoben werden, dass lediglich ein Relikt der Überschwingung (96) in Gestalt der Schneidkante 105, bzw. einem Teil von ihr, über das Ende 104 des vorauslaufenden Gewindeflügels vorsteht.

Das mit Hilfe der Zeichnungsfiguren 13 bis 15 erlauterte Verfahren ist in einer entspre- chenden Weise z. B. bei Flachgewinden am radial nach aussen zeigenden Zahnkopf anwendbar, sowie bei anderen Gewinden an zwei oder mehreren Flachen des Gewinde- zahnprofils.

Eine weitere Anwendung des erfindungsgemassen Verfahrens soll mittels der Figuren 16 und 17 an Hand eines Beispiels vorgestellt werden. Dabei handelt es sich um eine so genannte Kreiskeil-Verbindung, welche im allgemeinen Maschinenbau Verwendung findet.

Die Fig. 16 zeigt eine Kupplungshülse 106 mit ihrem Zentrum 107. An der inneren Wan- dung sind drei Kreiskeilflächen 108,109,1 10 gebildet, welche mit Sprüngen 111, 112, 113 aneinander stossen. Ein dem inneren Profil der Hülse 106 angepasster Zapfen 114 ist in Fig. 17 dargestellt. Dieser weist drei zur Mittelachse 115 zentrierte äussere Kreiskeil- flächen 1 16, 1 17, 1 18 auf, welche mit Sprüngen 1 19,120,121 ineinander übergehen.

Die sowohl an Hülse 106 und Zapfen 114 vorhandenen Kreiskeilflächen sind Abschnitte aus Spiralen, welche an den jeweiligen Stossstellen abrupt beginnen bzw. enden. Für die Herstellung dieser Kreiskeilflachen mittels des erfindungsgemassen Verfahrens ist es im Prinzip gleichgültig, ob es sich dabei um Abschnitte aus einer archimedischen, loga- rithmischen, hyperbolischen oder fermatischen Spirale handelt. Man geht allerdings davon aus, dass eine Kreiskeilflache aus einer logarithmischen Spirale wegen des gleichbleiben- den Steigungswinkels die günstigste Materialbeanspruchung beim Verspannen erzeugt.

Bei der Herstellung der inneren bzw. ausseren Kreiskeilflächen kommt es darauf an, einen der Vorgabe weitestgehend entsprechenden Krümmungsverlauf zu realisieren und dabei an den Sprüngen möglichst wenig von der späteren Kontaktflache zu verschenken. Diese Aufgabe ist mittels des erfindungsgemassen Verfahrens unter Einbeziehung des weiter oben schon beschriebenen Sprungsystems ohne weiteres losbar. Zur spanenden Herstellung z. B. der Kreiskeilhülse 106 auf einer CNC-Drehmaschine wird der entsprechende Rohling zunächst vorgebohrt und gegebenenfalls mittels eines Schruppgangs auf das Vormass bearbeitet. Die Fertigbearbeitung mittels einer Bohrstange z. B. mit Wendeschneidplatte erfolgt im Prinzip derart, dass wahrend der Werkstückrotation das Werkzeug mit einem kleinen Vorschub bis zum Ende der Kreiskeilflache radial nach aussen verfahren und dann mittels eines nach innen gerichteten Sprungbefehls von der Kreiskeilflache abgehoben wird. Aus diesem Sprungbefehl im Programm entsteht eine aus Übergangselementen bestehende Werkzeugbahn mit einem zum Zentrum 107 zeigenden Überschwung, welcher mittels der Programmierung derart dimensioniert ist, dass das Werkzeug vom Beginn der nächsten Kreiskeitftäche deutlich entfernt ist. Die im Programm folgenden Befehissatze sind darauf ausgelegt, die nächste Kreiskeitf ! äche zu überspringen und das Werkzeug auf einer beruhigten Bahn in die übernächste Kreiskeilflache eintreten zu lassen. Für das in Fig. 16 gezeigte Ausführungsbeispiel, welches eine in der Aufsicht rechtsdrehende Relativbewe- gung des Werkstücks zum Drehmeissel erfordert, wird dann die Bearbeitungsabfolge der drei Kreiskeilflachen 108,109,110, z. B. beginnend an der Kreiskeilflache 108 derart lauten : 108-bearbeiten von 112 bis 111 110-überspringen 109-bearbeiten von 113 bis 112 108-überspringen 110-bearbeiten von 111 bis 113 109-überspringen 108-bearbeiten von 112 bis 111 usw.

Für die erfindungsgemösse Auslegung des NC-Programms bestehen eine Reihe von Freiheiten. So kann beispielsweise der radiale Vorschub als Steigung wahlweise mit einer überlagerten Anderungsfunktion (z. B. mittels des Parameters E) oder über feste Koordi- naten programmiert werden, um eine bestimmte Art der Flächenkrümmung zu verwirk- lichen. Hinsichtlich der axialen Werkzeugbewegung besteht die Wahl darin, den entspre- chenden Werkzeugvorschub entweder beizubehalten und einen kleineren Vorschubwert zu benutzen, oder einen Vorschub nur entweder wahrend der Zerspanung der einzelnen Kreis- keilflächen oder den Zerspanungspausen beim Überspringen anzuwenden.

Im übrigen entspricht die Herstellung der Kreiskeilflächen des passenden Zapfens im Prinzip der für die Hülse beschriebenen Vorgehensweise. Es ist eine entsprechende Tolerierung der Abmessungen zu berücksichtigen, so dass beide Teile zusammenfügbur sind. Die aus der erfindungsgemassen Bearbeitung sich ergebenden Sprungflachen machen einen derart kleinen Teil des Umfangs aus, dass zwischen den gefügten Partnern nur kleinste von der Kraftübertragung ausgeschlossene Lücken gebildet sind.

Tatsachlich sind die mit dem Verfahren gebotenen Möglichkeiten nahezu unbegrenzt. Sie ergeben sich aus der Anwendung von CNC-Programmen unter Verknüpfung der Schlitten- bewegung mit der Spindeldrehung der Maschine und der Einbeziehung bzw. der Kombi- notion von Humpelwerten der Adressparameter für Durchmesser, Länge, bzw. Steigung oder Spindelwinkel, sowie wahlweise der Benutzung einer Pilgerschritt-Technik bzw. der beschriebenen schachtelbaren Bearbeitungssequenzen. Damit sind jetzt Bearbeitungen auf CNC-Drehmaschinen sehr rationell möglich, welche zuvor zeitaufwendig und teilweise in schlechterer Oberflachenqualitat durch Fräsen erzeugt werden mussten.

Die für die Anwendung des Verfahrens vorgeschlagene künstliche Hüftgelenkpfanne mit speziellem Gewinde und Gewindeflügeln aus Schraubflachen mit Neutralwinkeln hinter den Schneidkanten überzeugt durch sehr niedrige Einschraubkrafte, eine extreme Sicherheit gegen Überdrehung, eine hervorragende Taktilianz und durch weitestgehend spaltenfreie Übergänge zur knöchernen Lagerflache. Besonders vorteilhaft ist eine solche Ausführung mit Spitzgewinde, gedrallten Spannuten und relativ zueinander in Richtung zum Drallwinkel verschwenkten Gewindeflügeln. Damit ist nicht nur die Handhabung während der Implantation deutlich verbessert, sondern auch die Primär-bzw. Sekundärfixation erheblich gesteigert und damit die Gefahr vorzeitiger Auslockerung nahezu ausgeschlossen.