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Patent Searching and Data


Title:
TOOL FOR ROUGHENING A METALLIC SURFACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/172864
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a roughening tool for roughening a metallic surface of an inner wall of a pre-drilled workpiece bore, a profiled contour (20) being designed between the tool clamping shaft and the tool tip (11) by means of which contour, when the tool rotates (R), a roughened structure can be produced by forming the metallic surface with or without chip removal. According to the invention, said roughening tool comprises at least one profiled rib (13) which extends along the tool axis (L), protrudes from a main tool part, and on whose outer rib back said profiled contour (20) is designed.

Inventors:
KOPTON, Peter (Am Eixelberg 3, Kösching, 85092, DE)
Application Number:
EP2015/000873
Publication Date:
November 19, 2015
Filing Date:
April 29, 2015
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (D- Ingolstadt, 85045, DE)
International Classes:
B23B41/12; B23D13/00; B23P9/00
Foreign References:
DE102013108604A12014-02-20
JP2006097045A2006-04-13
DE102011001772A12012-06-14
DE102012105183A12013-12-19
DE102009006694A12010-08-05
DE102008024313A12009-12-03
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Claims:
Ansprüche

Aufrauwerkzeug zum Aufrauen einer metallischen Oberfläche einer Innenwandung (1 ) einer vorgebohrten Werkstückbohrung (3), zwischen dessen Spannschaft und dessen Werkzeugspitze (11 ) eine Profilierkontur (20) ausgebildet ist, mit der bei einer Werkzeugrotation (R) unter spanender oder spanfreier Umformung der metallischen Oberfläche eine Aufraustruktur (22) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufrauwerkzeug zumindest einen sich entlang der Werkzeugachse (L) erstreckenden, von einem Werkzeuggrundkörper (9) abragenden Profiliersteg (13) aufweist, an dessen äußeren Stegrücken die Profilierkontur (20) ausgebildet ist, und dass der Profiliersteg (13) an der Werkzeugspitze (11 ) mit einer zur Werkzeugachse (L) quer ausgerichteten Nutschneide (25) abschließt, mit der vor der Durchführung der durch die Werkzeug rotation (R) erfolgenden Umformung das Aufrauwerkzeug in einer axialen Hubbewegung (h) in die Kernbohrung (3) einfahrbar ist, und zwar unter Bildung einer entlang der Kernbohrungs-Längsachse verlaufenden Profiliernut (27), mit der der Profiliersteg (13) in Nuteingriff bringbar ist.

Aufrauwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeug-Durchmesser (dN) an der Nutschneide (25) größer ist als der Werkzeug-Durchmesser (dP) an der Profilierkontur (20) oder dass der Werkzeug-Durchmesser (dN) an der Nutschneide (25) gleich dem Werkzeug-Durchmesser (dP) an der Profilierkontur (20) ist. Aufrauwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutschneide (25) eine Nutgrund-Schneidkante (29) aufweist, die an einer ersten Schneidenecke (31 ) mit einer entlang der Werkzeugachse (L) verlaufenden Profilier-Schneidkante (23) zusammenläuft.

Aufrauwerkzeug nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Nutflanken-Schneidkante (35) und eine zweite Nutflanken-Schneidkante (37) der Nutschneide (25) so von der Nutgrund-Schneidkante (29) abgewinkelt ist, dass die im Werkstück gebildete Profilnut (27) eine Schwalbenschwanzform aufweist, bei der die Nut-Seitenwände der Profilnut (27) Hinterschnitte bilden.

Aufrauwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profiliersteg (13) zumindest im Bereich der Werkzeugspitze (11 ) eine, einen nutenförmigen Spanraum y (19) zugewandte Spanfläche (17) und/oder eine Freifläche (21 ) am Stegrücken auf, die bevorzugt an der Profilier-Schneidkante (23) zusammenlaufen.

Aufrauwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegrücken-Freifläche (21 ) und eine stirnseitig an der Werkzeugspitze (11 ) ausgebildete Nut-Spanfläche (33) an der Nutgrund-Schneidkante (29) zusammenlaufen.

Aufrauwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Werkzeugspitze (11 ) ausgebildete Nut-Spanfläche (33) begrenzt ist durch die Nutgrund-Schneidkante (29) sowie durch eine erste und eine zweite Nutflanken-Schneidkante (35, 37), die jeweils an der ersten Schneidenecke (31 ) und an der zweiten Schneidenecke (39) in die Nutgrund-Schneidkante (29) übergehen.

Aufrauwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profiliersteg (13) mit einem Drallwinkel (a) spiralförmig um die Werkzeugachse (L) verläuft, und dass insbesondere die Profiliernut (27) mit der axialen Hubbewegung (h) und einer dem Drallwinkel (a) angepassten Rotationsbewegung (R) des Aufrauwerkzeugs spiralförmig in der Innenwandung (1 ) der Kernbohrung (3) ausbildbar ist.

Aufrauwerkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch, gekennzeichnet, dass die Nut-Spanfläche (33) der Nutschneide (25) radial nach innen mit einer stirnseitigen Spanleitfläche (41 ) verlängert ist, mittels der der beim Nutschneiden entstehende Nutspan in den längs der Werkzeugachse (L) verlaufenden Spanraum (19) gedrückt wird.

Aufrauwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Profiliersteg (13) zumindest eine, sich entlang der Werkzeugachse (L) erstreckende Aufbohr-Schneide (34) vom Werkzeug-Grundkörper (9) radial abragt, und dass insbesondere die Aufbohr-Schneide (34) einen Aufbohrsteg (35) mit einer, einen nutenförmigen Spanraum (36) zugewandten Spanfläche (38) und einer äußeren Freifläche (39) aufweist, die an einer längs der Werkzeugachse (L) verlaufenden Aufbohr-Schneidkante (41 ) zusammenlaufen, mit der -durch Rotation (R) des Aufrauwerkzeugs die Kernbohrung (3) bis auf einen Enddurchmesser aufgebohrt wird.

11. Aufrauwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbohrsteg (35) an der Werkzeugspitze (1 ) mit einer Nutschneide (45) abschließt, mit der vor dem Aufbohrvorgang bei der axialen Hubbewegung (h) eine Aufbohrnut (43) in der Innenwandung (1 ) der Kernbohrung (3) erzeugbar ist, mit der die Aufbohrschneide (34) in Nuteingriff ist, und dass insbesondere der Profiliersteg (13) und der Aufbohrsteg (35) mit gleicher Steigung am Werkzeug ausgebildet sind.

Aufrauwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rückendurchmesser (dA) des Aufbohrstegs (35) größer als der Kernbohrungsdurchmesser und kleiner als der Profilierkonturdurchmesser (dp) ist.

Verfahren zum Aufrauen einer metallischen Oberfläche mit einem Aufrauwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem Vorbearbeitungsschritt (I) eine längs der Kernbohrungsachse verlaufende Profiliernut (27) in der Kernbohrungs-Innenwandung (1 ) ausgebildet wird, und in einem Endbearbeitungsschritt (II) der in der Profiliernut (27) angeordnete Profiliersteg (13) des Aufrauwerkzeugs unter Rotation (R) die Umformung der metallischen Oberfläche vornimmt.

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorbearbeitungsschritt (I) mittels der Nutschneide (45) am Aufbohrsteg (35) des Aufrauwerkzeugs eine längs der Kernbohrungsachse verlaufende Aufbohmut (43) an der Kernbohrungs-Innenwandung (1 ) ausgebildet wird, und im Endbearbeitungsschritt (II) die Aufbohrschneide (34) des Aufbohrstegs (34) unter Werkzeug rotation (R) die Kernbohrung (3) bis auf den Enddurchmesser aufbohrt.

Description:
Werkzeug zum Aufrauen einer metallischen

Oberfläche

Die Erfindung betrifft ein Aufrauwerkzeug zum Aufrauen einer metallischen Oberfläche einer Innenwandung einer vorgebohrten Werkstück-Kern bohrung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Aufrauen einer solchen Oberfläche nach dem Patentanspruch 13.

Ein solches Aufrauwerkzeug wird im Fahrzeugbau ( zum Beispiel bei der Herstellung einer Zylinderkopf-Bohrung einer Leichtmetall-Brennkraftmaschine aus Aluminium- oder Magnesium-Legierungen verwendet. Um die Verschleißfestigkeit der Al/Mg-Zylinderlaufflächen einer solchen Brennkraftmaschine zu erhöhen, kann in einem thermischen Spritzverfahren eine verschleißfeste Beschichtung auf die Zylinderlaufflächen aufgebracht werden.

Zur Verbesserung der Haftfestigkeit kann vor dem Applizieren der verschleißfesten Beschichtung die Metalloberfläche unter Bildung einer Aufraustruktur mit mikroskopisch kleinen Hinterschneidungen aufgeraut werden. Das Aufrauen kann beispielhaft chemisch oder durch Laserbearbeitung erfolgen. Alternativ kann auch ein mechanisches Aufrauen erfolgen, wie es beispielhaft aus der DE 10 2009 006 694 A1 oder aus der DE 10 2008 024 313 A1 bekannt ist. Bei einem solchen gattungsgemäßen mechanischen Aufrauen wird ein Aufrauwerkzeug eingesetzt, das am Außenumfang eine Profilierkontur aufweist, mit der Werkzeug rotation unter spanender oder spanfreier Umformung der metallischen Oberfläche eine vordefinierte Aufraustruktur erzeugbar ist. So wird in der DE 10 2008 024 313 A1 die Aufraustruktur in zwei Arbeitsschritten bereitgestellt, und zwar zunächst in einem ersten Schritt, bei dem Hinterschnitte spanend und/oder prägend in die metallische Oberfläche eingebracht werden, und einem zweiten Verfahrensschritt, bei dem die Vorformen zum Beispiel durch Stauchung in einem nicht spanenden Verfahrensschritt weiter verformt werden.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Aufrauwerkzeuge sowie die damit durchführbaren Aufrauverfahren sind fertigungstechnisch aufwendig sowie mit hohen Werkzeug kosten und hohen Bearbeitungszeitdauern beim Aufrauen verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Aufrauwerkzeug zum Aufrauen einer metallischen Oberfläche einer Innenwandung einer vorgebohrten Werkstück-Kernbohrung bereitzustellen, dass bei reduziertem Energieaufwand und/oder Zeitaufwand eine qualitativ hochwertige Aufraustruktur an der Innenwandung der Werkstück-Kernbohrung erzeugt.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung beruht auf der Problematik, dass mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufrauwerkzeug die Erzeugung der Aufraustruktur ah der Kernbohrungs-Innenwandung zeit- und energieaufwendig ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Aufrauwerkzeug mit zumindest einem Profiliersteg versehen, der sich längs der Werkzeugachse erstreckt und von einem Werkzeuggrundkörper radial nach außen abragt. Die Profilierkontur zur Erzeugung der Aufraustruktur ist an dessen außenumfangsseitigen Stegrücken ausgebildet. Zudem weist der Profiliersteg an der Werkzeugspitze des Aufrauwerkzeuges eine Nutschneide auf. Die Nutschneide ist quer zur Werkzeugachse ausgerichtet und unmittelbar an der Werkzeugspitze angeordnet. Mit einem solchen Aufrauwerkzeug kann die Aufrau struktur in zwei Bearbeitungsschritten erzeugt werden: In einem ersten Vorbearbeitungsschritt wird zunächst mittels der Nutschneide des Profilierstegs eine längs der Kernbohrungsachse verlaufende Profiliernut in die Kernbohrungsinnenwandung geschnitten. Die Ausbildung der Profiliernut in der Kernbohrungs-Innenwandung erfolgt beispielhaft durch eine Axialhubbewegung des Bohrwerkzeuges in die Kernbohrung hinein. Alternativ dazu kann die Profiliernut auch spiralförmig ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Aufrauwerkzeug in einem„Gewindebohrmodus" mit geringer Drehzahl in die Kernbohrung eingefahren. In diesem Fall erstreckt sich der Profiliersteg nicht geradlinig längs der Werkzeugachse, sondern verläuft dieser vielmehr mit einem Drallwinkel spiralförmig um die Werkzeugachse. Die Drehzahl ist dabei dem Drallwinkel des Profilierstegs angepasst. Nach erfolgtem ersten Vorbearbeitungsschritt, das heißt im, in die Kernbohrung eingefahrenen Zustand, ist der Profiliersteg in Nuteingriff mit der Profiliernut, das heißt über die gesamte Bearbeitungslänge (Profilierungslänge) in der Profiliernut angeordnet.

In einem anschließenden zweiten Profilierungsschritt kann dann die Profilierkontur des Aufrauwerkzeugs unter Werkzeug rotation die metallische Oberfläche der Innenwandung der Kernbohrung aufrauen. Für den Endbearbeitungsschritt ist keine hohe Drehzahl erforderlich, sondern aufgrund des fehlenden bzw. zumindest stark reduzierten Axialvorschubs lediglich eine reduzierte Drehzahl. Bei zum Beispiel zwei mit Bezug auf die Werkzeugachse diametral gegenüberliegenden punktsymmetrisch ausgeführten Profilierstegen ist lediglich zumindest eine halbe Umdrehung des Aufrauwerkzeuges erforderlich. Anschließend kann das Aufrauwerkzeug aus der oberflächenbearbeitenden Kernbohrung herausgeführt werden. Auf diese Weise erfolgt der Aufrauprozess wesentlich energieeffizienter sowie mit stark reduziertem Zeitaufwand.

Es ist hervorzuheben, dass sowohl der Vorbearbeitungsschritt als auch der Profilierschritt ohne Werkzeugwechsel, das heißt durch ein einziges Aufrauwerkzeug erfolgt. Der zumindest eine Profiliersteg sowie der später beschriebene, zumindest eine Aufbohrsteg kann materialeinheitlich und/oder einstückig am Werkzeuggrundkörper angeformt sein. Alternativ dazu können die Profilier- und Aufbohrstege auch an separaten Umformplatten ausgebildet sein, die am Werkzeuggrundkörper lösbar befestigt sind.

Wie oben erwähnt, ist im Vorbearbeitungsmodus die zumindest eine spiralförmige Profiliernut in der Kernbohrungs-Innenwandung in einem „Gewindebohrmodus" erzeugt werden. Das heißt, dass bei der Erzeugung der spiralförmigen Profiliernut das Aufrauwerkzeug sowohl mit axial Vorschubgeschwindigkeit als auch unter langsamer Rotation um seine Werkzeugachse (das heißt abhängig von der Nutsteigung) in die zylindrische Kernbohrung bewegt wird, und zwar so, dass sich ein durchgehender Nut- Gang ergibt und der Profiliersteg in Eingriff mit der erzeugten Profiliernut ist.

Nachfolgend wird die Werkzeuggeometrie des Aufrauwerkzeugs beschrieben: Die Nutschneide des Profilierstegs kann eine Nutgrund-Schneidkante aufweisen, die an einer ersten Schneidenecke mit der Haupt-Schneidkante zusammenläuft. Zudem kann der Profiliersteg im Bereich der Werkzeugspitze eine außenumfangsseitige Freifläche aufweisen, die an der Nutgrund- Schneidkante mit einer Nut-Spanfläche zusammenläuft. Die Nut-Spanfläche drückt den während des Vorbearbeitungsschrittes entstehenden Nutspan in den, längs der Werkzeugachse verlaufenden nutenförmigen Spanraum und wird von dort weiter in Richtung aus der Kernbohrung geführt.

Die oben genannte Nut-Spanfläche ist sowohl durch die Nut-Schneidkante als auch durch erste und zweite Nutflanken-Schneidkanten begrenzt. Diese gehen jeweils an der ersten Schneidenecke und an einer zweiten Schneidenecke in die Nutgrund-Schneidkante über. An der ersten Schneidenecke laufen somit insgesamt eine Profilier-Schneidkante, die erste Nutflanken-Schneidkante sowie die Nutgrund-Schneidkante zusammen.

Wie bereits oben angedeutet, ist es im Hinblick auf reduzierte mechanische Belastungen des Bohrwerkzeuges bevorzugt, wenn die Profiliernut im Vorbearbeitungsschritt nicht geradlinig, sondern spiralförmig in die Kernbohrungs-Innenwandung eingebracht wird. Entsprechend verläuft der Profiliersteg mit einem Drallwinkel spiralförmig um die Werkzeugachse. In diesem Fall wird die Profilnut sowohl mit der translatorischen Hubbewegung, als auch mit einer, dem Drallwinkel angepassten Rotationsbewegung des Aufrauwerkzeuges spiralförmig in die Kernbohrungs-Innenwandung eingeschnitten (das heißt im Gewindebohrmodus).

Für ein einwandfreies Abtragen des Nutspans ist es bevorzugt, wenn die Nut- Schneidkante mit Bezug auf eine zur Werkzeugachse rechtwinklige Ebene mit einem vorgegebenen Anstellwinkel schräggestellt ist. Der Anstellwinkel ist bevorzugt so bemessen, dass in der Rotationsrichtung betrachtet, die vorauseilende erste Schneidenecke um einen Axialversatz von der Werkzeugspitze beabstandet ist. Die oben genannte zweite Schneidenecke kann bevorzugt in etwa flächenbündig an der gegebenenfalls flachen Werkzeugspitze abschließen. Im Hinblick auf einen einwandfreien Betrieb ist es von Relevanz, dass der während des Vorbearbeitungsschrittes anfallende Nutspan zuverlässig aus der Kernbohrung abgeführt wird. Für eine solche zuverlässige Nutspan-Abführung kann die Nut-Spanfläche der Nutschneide radial nach Innen mit einer Spanleitfläche verlängert sein. Über die Spanleitfläche kann der beim Nutschneiden entstehende Nutspan leichtgängig in den längs der Werkzeugachse verlaufenden Spanraum gedrückt werden. In einer konstruktiven Ausführung kann die, die Nut-Spanfläche radial nach Innen verlängernde Spanleitfläche durch eine Eckausnehmung am Übergang zwischen der Werkzeugspitze und dem Spanraum gebildet sein.

Bevorzugt kann der Profiliersteg im Bereich der Nutschneide an der Werkzeugspitze eine Stegtiefe aufweisen, die größer als die Stegtiefe/Profilhöhe der Profilierkontur ist. Das heißt, dass der Werkzeugdurchmesser an der Nutschneide größer ist als der Werkzeugdurchmesser an der Profilkontur. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass im Vorbearbeitungsschritt die der Nutschneide in Einführrichtung nacheilende Profilierkontur belastungsfrei in die Profiliernut einfahrbar ist. Die Werkstück-Kernbohrung kann zunächst mittels eines separaten Bohrwerkzeuges toleranzbehaftet vorgebohrt werden. Vor Durchführung des Aufrauprozesses kann anschließend die Kernbohrung auf einen Enddurchmesser aufgebohrt werden. In einer besonderen Ausführungsvariante kann der Aufbohrvorgang nicht in einem separaten Prozessschritt durchgeführt werden, sondern gleichzeitig mit dem Aufrauvorgang. Hierzu kann zusätzlich zu dem zumindest einen Profiliersteg zumindest eine Aufbohr-Schneide bereitgestellt sein, die sich entlang der Werkzeugachse erstreckt und vom Werkzeuggrundkörper radial nach außen abragt. Die Aufbohr-Schneide kann einen Aufbohrsteg aufweisen, der eine, einen nutenförmigen Spanraum zugewandte Spanfläche und eine außenumfangsseitige Freifläche aufweist, die an einer sich entlang der Werkzeugachse erstreckenden Aufbohr-Schneidkante zusammenlaufen. In diesem Fall erfolgt im Profilierschritt sowohl das Aufrauen der Innenwandung als auch zeitgleich das Aufbohren bis aüf den Enddurchmesser.

Bevorzugt ist die Steghöhe des Aufbohrstegs geringer als die Profilkonturhöhe, jedoch noch groß genug, um in der Werkstück-Vorbohrung einen Materialabtrag bis auf einen Bohrungs-Enddurchmesser zu gewährleisten. Das heißt, dass der Werkzeugdurchmesser am Aufbohrsteg kleiner ist als der Werkzeugdurchmesser an der Profilierkontur. Im oben erwähnten Vorbearbeitungsschritt (das heißt beim Einfahren in der Axialrichtung) wird daher nicht nur mittels des Profilierstegs eine Profiliernut, sondern zusätzlich auch mittels des Aufbohrstegs eine Aufbohrnut in der Kernbohrungsinnenwandung erzeugt. Die Nuttiefe der Aufbohrnut ist dabei kleiner als die Nuttiefe der Profiliernut.

Im nachfolgenden Endbearbeitungsschritt wird die Kernbohrung unter Werkzeug rotation bis auf den Enddurchmesser aufgebohrt. Die beim Vorbearbeitungsschritt in die Kernbohrungs-Innenwandung eingebrachte Aufbohrnut weist eine Nuttiefe auf, die der im anschließenden Endbearbeitungsschritt abzutragenden Materialstärke entspricht. Demgegenüber liegt der Nutgrund der beim Vorbearbeitungsschritt eingebrachten Profiliernut auf einem größeren Durchmesser als die beim Aufbohren abzutragende Materialstärke. In diesem Fall verbleibt im Fertigungszustand lediglich die Profiliernut und die Aufraustruktur an der Kernbohrungs-Innenwandung, während die Aufbohrnut verschwunden ist.

Zudem wird bei der Werkzeugrotation im Endbearbeitungsschritt im Inneren der Werkstück-Bohrung durch die rotierende Nutschneide eine ringförmig umlaufende Ringnut erzeugt. Sowohl die Ringnut als auch die Profiliernut können, je nach Verwendungszweck des Werkstückes, zum Beispiel als Luftführungskanäle wirken.

Der Aufbohrsteg und der Profiliersteg können - mit Ausnahme der Profilierkontur sowie der unterschiedlichen Steghöhen - baugleich ausgeführt sein. Vor diesem Hintergrund kann im Hinblick auf die Geometrie des Aufbohrstegs Bezug auf die obige Beschreibung des Profilierstegs genommen werden. Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung den Bereich an der Werkzeugspitze eines Aufrauwerkzeuges gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine Draufsicht entlang der Werkzeugachse

Werkzeugspitze des Aufrauwerkzeuges;

Fig. 3 eine Ansicht, die den Vorbearbeitungsschritt zeigt, bei dem das

Werkzeug unter Bildung der Profiliernut in die Vorbohrung eingefahren wird; Fig. 4 in einer Teilansicht eine Abwicklung der Kernbohrungsinnenwandung nach erfolgtem Endbearbeitungsschritt; Fig. 5 in einer stark vergrößerten schematischen Teilschnittdarstellung die in der metallischen Oberfläche der Innenwandung der Kernbohrung eingearbeitete Aufraustruktur;

Fig. 6 in einer Ansicht entsprechend der Fig. 2 ein Aufrauwerkzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

In der Fig. 1 ist ein Aufrauwerkzeug zum Aufrauen einer in den Fig. 3 gezeigten Innenwandung 1 einer Kernbohrung 3 eines Werkstückes 5 gezeigt. Das Aufrauwerkzeug weist einen nicht dargestellten Spannschaft zum Einspannen in ein nicht dargestelltes Werkzeugfutter sowie einen daran anschließenden Werkzeugkörper 9 (Fig. 2) auf. Zwischen der abgeflachten Werkzeugspitze 11 und dem Spannschaft erstrecken sich beispielhaft zwei, mit Bezug auf eine Werkzeugachse L diametral gegenüberliegende Profilierstege 13, die zueinander punktsymmetrisch ausgeführt sind. Die beiden Profilierstege 13 verlaufen mit einem Drallwinkel α spiralförmig um die Werkzeugachse L. Jeder der Profilierstege 13 weist eine Spanfläche 17, die einem jeweils nutenförmigen Spanraum 19 zugewandt ist, und eine außenumfangsseitige Freifläche 21 auf. Die Spanfläche 17 und die außenumfangsseitige Freifläche 21 des Profilierstegs 15 laufen im Bereich der Werkzeugspitze 11 an einer sich längs der Werkzeügachse L erstreckenden Profilier-Schneidkante 23 zusammen. Mittels der Profilier-Schneidkante 23 wird bei vollständig eingefahrenem Aufrauwerkzeug und bei einer Werkzeug- Rotation R eine in der Fig. 4 gezeigte umfangsseitige Ringnut 24 in der Innenwandung 1 der vorgebohrten Werkstück-Kernbohrung 3 erzeugt. Jeder der Profilierstege 13 schließt an der Werkzeugspitze 11 mit einer Nutschneide 25 ab, die quer zur Werkzeugachse L ausgerichtet ist. Mit Hilfe der Nutschneide 25 kann in einem später beschriebenen Vorbearbeitungsschritt I das Aufrauwerkzeug i einem Gewindebohrmodus, das heißt mit einer translatorischen Hubbewegung h (Fig. 3) sowie einer an den Werkzeug-Drallwinkel angepassten Rotation, in die Kernbohrung 3 eingefahren werden. Dadurch ergeben sich die in der Fig. 3 gezeigten, diametral gegenüberliegenden Profilnuten 27, die sich spiralförmig entlang der Kernbohrungsachse erstrecken.

Die Nutschneide 25 weist gemäß der Fig. 2 eine Nutgrund-Schneidkante 29. Diese läuft an einer ersten Schneidenecke 31 mit der Profil ier-Schneidkante 23 zusammen. Zudem laufen auch die außenumfangsseitige Freifläche 21 des Profilierstegs 13 und eine stirnseitige Nut-Spanfläche 33 an der Nutgrund- Schneidkante 29 zusammen. Die Nut-Spanfläche 33 ist gemäß der Fig. 1 begrenzt durch die Nutgrund-Schneidkante 29 sowie durch eine erste Nutflanken-Schneidkante 35 und eine zweite Nutflanken-Schneidkante 37. Die erste Nutflanken-Schneidkante 35 geht an der bereits erwähnten Schneidenecke 31 in die Nutgrund-Schneidkante 29 über. Die zweite Nutflanken-Schneidkante 37 geht an einer zweiten Schneidenecke 39 in die Nutgrund-Schneidkante 29 über.

In Abkehr zu den Figuren kann die erste Nutflanken-Schneidkante 35 und die zweite Nutflanken-Schneidkante 37 so von der Nutgrund-Schneidkante 29 abgewinkelt sein, dass jede der Profilnuten 27 eine Schwalbenschwanzform aufweist, bei der die Nut-Seitenwände der jeweiligen Profilnut 27 Hinterschneidungen bilden.

Wie aus der Fig. 1 weiter hervorgeht, schließt sich in einem Längsverlauf weg von der Werkzeugspitze 11 an der Freifläche 21 des Profilierstegs 13 eine Profilierkontur 20 an, mittels der eine in der Fig. 6 beschriebene Aufraustruktur 22 auf der Innenwandung 1 der Kernbohrung erzeugt wird. Die Profilier- Schneidkante 23 geht im weiteren Verlauf in Richtung Spannschaft über in Stoßkanten 24 (Fig. 1 ) der Profilierkontur 20. Die Stoßkanten 24 der Profilierkontur 20 ragen mit einer Profilhöhe h P vom Werkzeuggrundkörper 9 radial nach außen ab. Die Profilhöhe h P ist dabei kleiner bemessen als die Steghöhe h N an der Nutschneide 25. Demgegenüber ist die Stegbreite im Bereich der Nutschneide 25 sowie im Bereich der Profilkontur 20 identisch. Alternativ kann die Stegbreite im Bereich der Profilkontur 20 kleiner sein als die Stegbreite im Bereich der Nutschneide 25.

Gemäß der Fig. 1 ist die Nutgrund-Schneidkante 29 mit Bezug auf eine zur Werkzeugachse L rechtwinklige Ebene mit einem Anstellwinkel ß schräggestellt. Der Anstellwinkel ß liegt bei etwa 45° und ist so gewählt, dass in der Rotationsrichtung R betrachtet die vorauseilende erste Schneidenecke 31 um einen Längsversatz a-ι von der Werkzeugspitze 11 beabstandet ist. Demgegenüber ist die zweite nacheilende Schneidenecke 39 in der Fig. 1 flächenbündig (das heißt ohne Längenversatz) mit der Werkzeugspitze 11 ausgerichtet. *

Die oben erwähnte Nut-Spanfläche 33 der Nutschneide 25 ist radial nach innen mit einer Spanleitfläche 41 verlängert. Mittels der Spanleitfläche 41 wird der beim Nutschneiden entstehende Nutspan in den längs der Werkzeugachse L verlaufenden Spanraum 19 gedrückt. Wie aus den Figuren hervorgeht, ist die Spanleitfläche 41 durch eine Eckausnehmung 43 am Übergang zwischen der Werkzeugspitze und dem Spanraum 19 gebildet. Die Spanabfuhr, die Schmierung und/oder die Kühlung wird durch den Einsatz zum Beispiel eines Kühl-/Schmiermittels unterstützt, dass mit hohem Druck aus Kühlmittelauslässen (nicht dargestellt) in die Werkzeugspitze sowie in Spanräume 19 geführt ist, um die Späne aus der Kernbohrung 3 herauszufordern.

Anhand der Fig. 3 ist das Verfahren zum Aufrauen der Kernbohrungs- Innenwandung 1 veranschaulicht. Demzufolge wird in einem ersten Vorbearbeitungsschritt I zunächst in einem Gewindebohrmodus, das heißt mit geringer Drehzahl sowie mit daran angepasster axialer Hubbewegung h das Aufrauwerkzeug in die vorgebohrte Werkstück-Kernbohrung 3 eingeführt. Dadurch werden die einander gegenüberliegenden spiralförmigen Profiliernuten 27 gebildet. Die Nuttiefe t der beiden Nuten 27 ist dabei aufgrund der Profiliersteg-Geometrie so ausgelegt, dass deren Nutgrund radial außerhalb der Profilierkontur 20 liegt.

Auf diese Weise wird im Vorbearbeitungsschritt I die Profilierkontur 20 ohne mechanische Beanspruchung in die Profiliernuten 27 eingefahren. Nach erfolgter Ausbildung der beiden Profiliernuten 27 verbleibt das Bohrwerkzeug in seinen eingefahrenen Zustand, in dem die beiden Profilierstege 13 in Nuteingriff mit den beiden Profiliernuten 27 sind. Im nachfolgenden Endbearbeitungsschritt II wird dann das Aufrauwerkzeug mit zumindest einer halben Umdrehung (das heißt zumindest mit einem Drehwinkel von 180°) beaufschlagt, wobei je nach Auslegung der Profilierkontur 20 eine spanende oder spanfreie Umformung der metallischen Oberfläche der Kernbohrungs-Innenwandung 1 erfolgt. Anschließend wird das Aufrauwerkzeug zur Entnahme aus der Kernbohrung 1 wieder im umgekehrten Gewindebohrmodus betrieben, das heißt mit nunmehr entgegengesetzter Drehrichtung, um wieder aus der Kernbohrung 1 herausgefahren werden zü können. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Hüllkurvendurchmesser d N des Werkzeugs im Bereich der Nutschneide 25 größer als der Hüllkurvendurchmesser d P im Bereich der Profilkontur 20. Entsprechend ergibt sich nach dem Aufrauprozess die in der Fig. 4 gezeigte Aufraustruktur 22 an der Innenwandung 1 der Kernbohrung 3, wonach die beiden Profiliernuten 27 in Schrägstellung sich mit einer Nuttiefe entlang der Kernbohrungsachse erstrecken. Die Aufraustruktur 22 erstreckt sich demgegenüber rechtwinklig zur Kernbohrungsachse. Im unteren Bereich der Abwicklung ist die umlaufende Ringnut 24 ausgebildet, die sich aufgrund der Rotation der Nutschneide 25 im Endbearbeitungsschritt II ergibt. Die Aufraustruktur 22 weist gemäß der Fig. 5 beispielhaft geradlinig verlaufende Formtaschen 28 auf, die im Querschnitt eine Schwalbenschwanzform haben. Zur Bildung einer solchen Schwalbenschwanzform können die Stoßkanten 24 der Profilierkontur 20 die in der Fig. 5 gestrichelt angedeuteten Geometrien aufweisen.

In der Fig. 6 ist ein Aufrauwerkzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, dass ebenfalls zwei mit Bezug auf die Werkzeugachse L diametral gegenüberliegende Profilierstege 13 aufweist. Zusätzlich dazu sind umfangsseitig versetzte Aufbohr-Schneiden 34 vorgesehen, die vom Werkzeuggrundkörper 11 radial abragen. Die beiden Aufbohrschneiden 34 sind zusammen mit den Profilierstegen 13 mit gleichen Winkelabständen umfangsverteilt am Außenumfang des Werkzeuggrundkörpers 9 angeordnet. Jede der Aufbohrschneiden 34 weist einen, einem nutenförmigen Spanraum 36 zugewandte Spanfläche 38 auf sowie eine am Stegrücken angeordnete äußere Freifläche 39. Die Spanfläche 38 sowie die Freifläche 39 laufen an einer sich längs der Werkzeugachse L erstreckenden Aufbohr-Schneidkante 41 zusammen. Zudem sind die Profilierstege 13 und die Aufbohrstege 35 jeweils mit gleicher Steigung am Werkzeug ausgebildet. Mittels der Aufbohr-Schneidkante kann durch Rotation des Aufbohrwerkzeuges (das heißt im Endbearbeitungsschritt II) die Kernbohrung 3 bis auf einen Enddurchmesser d E (Fig. 3 und 6) aufgebohrt werden. Wie in der Fig. 3 angedeutet ist, werden beim Vorbearbeitungsschritt I nicht nur die Profilnuten 27, sondern auch die Aufbohrnuten 43 (eine ist in der Fig. 3 gestrichelt angedeutet) in der Kernbohrungs-Innenwandung 1 erzeugt. Im nachfolgenden Endbearbeitungsschritt II erfolgt dann zusätzlich ein Aufbohrvorgang, bei dem die Aufbohrsch neide 34 unter Werkzeugrotation die Kernbohrung bis auf den Enddurchmesser d E aufbohrt.