DE2508316A1 - Muffen-haltevorrichtung fuer ein rotierendes, kraftbetriebenes werkzeug - Google Patents

Description

PATENTANWALTS BÜ RO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den £ T. 1"Co.

LW/Mü-54 AT-73-1
FaIl-Hr. 266

DRESSER INDUSTRIES, INC.

The Dresser Building, Elm and Akard Streets, P.O.Box 718 Dallas Texas 75221, USA.

Muffen-Haltevorrichtung für ein rotierendes, kraftbetriebenes Werkzeug

Die Erfindung betrifft eine Muffen-Haltevorrichtung für ein rotierendes, kraftbetriebenes Werkzeug (socket retainer for rotable power tool). Bei rotierenden Werkzeugen, etwa bei einer Schlagschraubvorrichtung, werden im allgemeinen abnehmbar angetriebene Muffen verwendet, um alle Sechskant-Größen aufnehmen zu können, wie sie bei Service-Arbeiten vorkommen. Zur Verbindung, Halterung bzw. Lösung der Muffen an bzw. von der Antriebsspindel bedient man sich gewöhnlich einer Haltevorrichtung der Art, die im Spindelschaft untergebracht ist. Wie allgemein bekannt ist, sollen derartige Vorrichtungen jedoch nicht nur die ihnen zugedachten Funktionen ausführen können, sondern sie sollen gleichzeitig aus praktischen Gründen auch widerstandsfähig sein gegenüber Abnutzung auf Grund der vom Schlagwerkzeug hervorgerufenen starken Oszillations- und Vibrationskräfte.

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Es ist bei derartigen Schlagwerkzeugen nicht ungewöhnlich, daß der Haltemechanismus einem Drehrichtungswechsel mit einer Frequenz von 20 Wechseln pro Sekunde und mehr ausgesetzt ist, was natürlich auf die einzelnen Komponenten der Haltevorrichtung extrem hohe Kräfte ausübt. In einer typischen Haltevorrichtungskonstruktion, wie sie beispielsweise in der US-PS 2 954 994 und in der US-PS 3 180 435 beschrieben ist, ist ein radial verschiebbarer Sperrkegel zur Befestigung einer Muffe am Spindelschaft vorgesehen. In wenigstens der letztgenannten Patentschrift ist ein querschnittlich sechseckiger Plunger in Längsrichtung angeordnet vorgesehen und innerhalb der Schaftbohrung komplementär angeordnet, um die Wirkfläche zu.vergrößern und dabei die Abnutzung zu vermindern, die andererseits durch die Vibration und Oszillation des Werkzeugs verursacht würde.

Während derartige Haltemechanismen für Werkzeuge weitgehend kommerzialisiert sind, zeichnen sie sich im allgemeinen durch großen Konstruktionsaufwand aus, um sowohl die Anforderungen hinsichtlich ihrer Funktionen, für die sie geschaffen sind, zu erfüllen, als auch die Gefahr allzu großer Abnutzung abzuwenden, der sie andererseits ausgesetzt wären. Infolge des großen Konstruktionsaufwandes entstehen bei der Herstellung derartiger Vorrichtungen hohe Herstellungskosten. Obwohl dieser Haltemechanismus seit vielen Jahren bekannt ist, ist bisher keine Lösung bekanntgeworden, wie bei gleichzeitiger Beibehaltung der Wirkungsweise und der bisher bekannten Ausführungs-Standardgrößen die Herstellungskosten reduziert und die Konstruktion vereinfacht werden könnt

Die Erfindung betrifft somit eine rotierende Werkzeugmaschine, insbesondere eine Aufnahmehülse hierfür, die in der Lage ist, sowohl die bisher bekannte Wirkungsweise zu erfüllen, als

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auch den Konstruktionsaufwand und die Herstellungskosten gegenüber bekannten, vergleichbaren Vorrichtungen wesentlich zu reduzieren. Gemäß der Erfindung wird dies mit Hilfe eines Haltemechanismus erreicht, der nur drei geringfügig maschinell bearbeitete, ineinander greifende Komponenten aufweist, die innerhalb der Zentralbohrung des Spindelschaftes angeordnet sind. Ein verschiebbar angeordneter, elastomerer Plunger (Kolben) von einer vorher bestimmten Härte bietet ein inneres Drehlager für ein Ende eines langgestreckten Sperrkegels, der durch eine seitliche Bohrung im Wellenschaft aus diesem radial über den Schaftumfang hinaus hervorsteht. Eine Feder drückt den Plunger nach vorne in eine äußerste Stellung bezüglich des Schaftes. In der vorderen Stellung des Plungers überragt der Sperrkegel die Schaftperipherie ausreichend, um eine Muffe mit dem Schaft zu koppeln, während bei in einer hinteren Stellung angeordnetem Plunger der Sperrkegel sich zurückzieht und seine radiale Erhebung vermindert und damit ein Kuppeln und Entkuppel bewirkt wird. Wenn der Plunger aus einer harten, elastomeren Verbindung durch einen Formvorgang oder durch maschinelle Herstellung gebildet wird, werden die vom Schlagwerkzeug herrührenden Vibrations- und Oszillationskräfte leicht absorbiert. Die Abnützung wird dabei wesentlich vermindert, während gleichzeitig die Anordnung von Verriegelungseinrichtungen oder anderen, besonders hergestellten Konstruktionen entfällt, um diese Kräfte in bekannter Weise aufzufangen. Hierbei ist nicht nur die Anzahl der Komponenten verringert, sondern es ist auch die Montagezeit verkürzt, indem der Sperrkegel und das Plungerlager durch eine Schnappeinrichtung miteinander verbunden werden. Dies hat auch eine Verringerung der Herstellungskosten zur Folge. Infolge der einfachen konstruktiven Ausbildung sind sowohl die Material- und Arbeitskosten im Vergleich zu bekannten ähnlichen Vorrichtungen wesentlich geringer.

Es ist daher Ziel und Zweck der Erfindung, ein Haltelager (socket retainer) zur Anbringung an der Antriebsspindel einer

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rotierenden Werkzeugmaschine zu schaffen, die die Vibrationsund Oszillationskräfte leicht aushalten können, ohne daß hierzu ein großer Konstruktionsaufwand erforderlich ist. Danach ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, die Herstellungskosten gegenüber vergleichbaren bekannten Vorrichtungen zu vermindern.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ergibt sich aus den in der Anlage beigefügten Ansprüchen. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie aus der in der Anlage beigefügten Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Antriebsmuffe (drive socket), die am Spindelschaft einer Werkzeugmaschine angebracht und mit dieser verkoppelt ist;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die, Antriebsmuffe mit dem Spindelschaft gekoppelt ist;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 geänderte Ansicht, die den entkuppelten Zustand zwischen Antriebsmuffe und Spindelschaft zeigt;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Halte-Sperrkegel und den Plunger in vergrößerter Darstellung, welche die in Fig. 2 gezeigte gekoppelte Stellung einnehmen;

Fig. 5 einen Teilschnitt durch den Halte-Sperrkegel und den Plunger, welche die in Fig. 3 gezeigte entkoppelte Stellung einnehmen; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Linie 6-6 in Fig. 4.

Gemäß den Fig. 2 und 3 der beigefügten Zeichnung weist die drehbare Abtriebswelle eines Schlag-Schraubschlüssels ader dergleichen einen Spindelschaft 10 auf. Das Ende des Schaftes ist vorzugsweise mit einer Keilverzahnung 12 versehen, die eine

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gleichfalls keilverzahnte, abnehmbar angeordnete Antriebsmuffe 14 antreibt. Die Muffe 14 kann eine (in den Fig. 1 und 2 gestrichelt dargestellte) Sechskantmutter oder Schraube 15 in Drehung versetzen. Zur Koppelung und zur Halterung der Antriebsmuffe 14 am Schaft 10 ist ein hierzu passender Haltemechanismus 16 vorgesehen. Zur Aufnahme des Haltemechanismus 16 ist eine blind endende zylindrische Bohrung 18 im Spindelschaft 10 ausgebildet, die sich in Längsrichtung desselben und zentrisch in diesem von dessen äußerem Ende 19 aus nach innen erstreckt und mit einer seitlich angeordneten, schräglaufenden Radialbohrung 20 in Verbindung steht, welch letztere vom Ende 19 aus schräg nach hinten verläuft.

Der Haltemechanismus 16 weist eine hinter einem gleitbar angeordneten, zylindrisch ausgebildeten elastomeren Plunger 24 angeordnete, zusammengedrückte Spiralfeder 22 auf. Im Plunger 24 ist wiederum das ballig ausgebildete Ende 26 eines langgestreckten Sperrkegels 28 schwenkbar gelagert. Der Sperrkegel 28 ist aus legiertem Stahl oder dergleichen gefertigt und innerhalb der Bohrung 20 angeordnet. Die Längenausdehnung des Sperrkegels 28 ist derart bemessen, daß das Ende 30, wenn der Sperrkegel 28 seine größtmöglich aufgerichtete Stellung einnimmt, radial über den Umfang des Schaftes 10 hinaussteht, was ein Ankoppeln und Haltern der Muffe 14 ermöglicht, was noch zu beschreiben sein wird.

Zur Aufnahme und zur Lagerung des Sperrkegels 28 weist der Plunger 24 eine radial nach innen verlaufende, kegelig ausgebildete Öffnung 32 an seiner Oberseite auf, die mit einem innen angeordneten, sphärisch ausgebildeten Lager 34 in Verbindung steht. Die Montage des Sperrkegels 28 am Plunger 24 ist relativ einfach, wobei nur erforderlich ist, daß der Plunger 24 entgegen der Wirkung der Feder 22 derart angeordnet wird, daß die Öffnung 32 gegenüber der Bohrung 20 zu liegen kommt. Befindet sich der Plunger 24 in dieser Stellung, wird das Ende 26 des

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Sperrkegels 28 durch die Bohrung 20 radial nach innen geführt, bis es in eine innerhalb des Plunger-Lagers 34 ausgebildete Gelenkpfanne (swivel grip) federnd einrastet. Ist der Sperrkegel 28 auf diese Weise angeordnet und gelagert, dient er dazu, ein versehentliches Freigeben des Plungers 24 aus dem offenen Ende der Bohrung 18 heraus zu verhindern. Eine mit kleinem Durchmesser versehene, längs des Plungers 24 verlaufende Bohrung 36 steht mit dem Lager 34 in Verbindung, um eine Ahle oder ein anderes geeignetes Werkzeug zum Herausdrücken des Sperrkegels 28 einführen zu können, wenn dies erforderlich sein sollte.

Die Muffen-Halte stellung des Sperrkegels 28, d.h. die Stellung, bei der die Muffe 14 vom Sperrkegel 28 gehalten wird, ist am besten aus den Fig. 2 und 4 zu ersehen. Für die Halterung ist erforderlich, daß der radiale Überstand des Endes 30 des Sperrkegels 28 über den Schaftumfang hinaus in radialer Richtung eine Größe "X" aufweist, die dazu ausreicht, mit einer ringförmig ausgebildeten Auskehlung 37 der Antriebsmuffe 14 zusammenzuwirken. Wenn das Ende 30 des Sperrkegels 28 in dieser Weise über den Schaftumfang hinausragt, um jede Herausziehbewegung der Muffe 14 zu unterbinden, kann die Muffe 14 nicht entfernt werden. Für diese Zwecke weist der radiale Überstand ¹¹X" gewöhnlich die Größe von etwa 3,175 bis 6,35 mm (1/8 bis 1/4 inch) auf. Zur Verriegelung (oder zur Entkuppelung) der Muffe 14 wird der radiale Überstand des Endes 30 des Sperrkegels 28 auf eine Größe "Y" von etwa 1,587 mm (1/16 inch) oder wenigstens soweit reduziert, daß der Innendurchmesser der Muffenteilverzahnung freigegeben wird. Wenn das Ende 30 des Sperrkegels 28 derart angeordnet ist, wie am besten aus den Fig. 3 und 5 zu ersehen ist, kann die Muffe durch Zurückziehen am Sperrkegel 28 vorbei vom Schaft 10 entfernt werden.

Die Wirkung des Haltemechanismus 16 zur Herbeiführung der Muffen-Haltestellung gemäß den Fig. 2 und 4 wird erzielt,

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wenn der Plunger 24 von der Feder 18 in seine vorderste Stellung gedrückt wird, die von dem in der Bohrung 20 angeordneten Sperrkegel 28 gesetzten Limit bestimmt ist. In dieser Stellung wirkt die vordere Ecke 31 der Bohrung 20 als Stützoder Drehpunkt am Schaft des Sperrkegels 28 und dreht den Sperrkegel 28, wie dargestellt, im Uhrzeigersinn in eine relativ sehr aufgerichtete Stellung innerhalb der Gelenkpfanne 34. Damit sich der Sperrkegel 28 zur Entfernung der Antriebsmuffe 14 radial zurückzieht, wird der Plunger 24 gemäß Fig. 3 mit Hilfe eines durch die Muffe 14 eingeführten geeigneten Werkzeugs 38 nach hinten gedrückt, bis die hintere Fläche des Sperrkegels 28 schrittweise zunächst eine gegenüberliegend angeordnete obere Ecke 33 und dann eine untere Ecke 35 berührt, die gleichfalls als Stütz- bzw. Drehpunkte dienen, um den Sperrkegel 28, wie dargestellt, im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zu drehen. Indem der Plunger 24 in dieser Weise nach hinten gedrückt wird, vermindert sich die radiale Ausdehnungskomponente des Sperrkegels 28, bis die Größe "X" auf die Größe "Y" reduziert ist, was zur Freigabe der Muffe 14 und zu deren Entfernung vom Schaft 10 ausreicht. Um dies zu erreichen, weist die Bohrung 20 einen Winkel und einen Durchmesser auf, die dazu ausreichen, daß der Sperrkegel 28 sich innerhalb eines Bereichs bewegen kann, der von den positiven Winkeln ocund ß (siehe Fig. 4 und 5) begrenzt ist, so daß eine Radialverschiebung des Sperrkegels 28 herbeigeführt werden kann. Ein negativer Winkel bei diesen Stellungen sollte vorzugsweise vermieden werden.

Wesentlich bei der Absorbierung und/oder Dämpfung der heftigen Schlag- und Vibrationskräfte, die mit der hohen Frequenz der Richtungsänderungen bei einer Schlag-Schraubvorrichtung zusammenhängen, sind die Zusammensetzung und/oder physikalischen Eigenschaften des Plungers 24. Zu diesem Zweck ist der Plunger 24 vorzugsweise aus einer zähen, harten Elastomer-Verbindung geformt oder zugerichtet in einer Größe, damit er

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mit geringem Spiel gleitbar in einer Schaftbohrung 18 angeordnet werden kann. Der hierbei verwendete Härtebereich beträgt etwa 60 bis etwa 98 Shore-A-Härtegrade. Gleichzeitig erweist sich ein Elastizitätsmodul von etwa 0,7 bis 1406 kg/mm (1000 bis 2 000 000 psi) als geeignet, wobei jedoch 7 bis 140,6 kg/mm² (10 000 bis 200 000 psi) bevorzugt werden. Diese Werte können natürlich größer oder kleiner sein, je nach den Betriebsbedingungen, denen der Haltemechanismus bei Gebrauch ausgesetzt ist. Die für diese Zwecke geeigneten Zusammensetzungen bzw. Verbindungen sind im Handel erhältliche Materialien, wie etwa glasfaserverstärkter Nitrid-Gummi oder Urethan-Gummi mit geringer Dichte oder andere natürliche oder synthetische Materialien, die im Handel erhältlich oder miteinander vermischt sein können, um die notwendigen elastomeren Eigenschaften zu erzielen. Allgemein sollte der Plunger sich durch hohe Festigkeit und angemessene Flexibilität auszeichnen, um das Ende 26 des Sperrkegels durch Einschnappen bzw. Einrasten aufnehmen zu können. Dennoch sollte der Plunger ausreichend elastisch ausgebildet sein, um nicht von den bei Betrieb auftretenden Schlagkräften nachteilig beeinflußt zu werden. Als für diese Zwecke geeignete Plunger-Zusammensetzung erweist sich ein zu 30% glasgefülltes Urethan, das unter der Bezeichnung IDSA-9250 von der Firma Disogrin Industries of Manchester, New Hampshire, im Handel zu beziehen ist.

Vorstehend ist eine neuartige Muffen-Haitevorrichtung (socket retainer) für eine rotierende Werkzeugmaschine beschrieben, deren Konstruktion sich im Vergleich zu bekannten ähnlichen Vorrichtungen durch große Einfachheit und geringe Fabrikationskosten auszeichnet. Während die erfindungsgemäße Vorrichtung die letztgenannten Vorzüge bietet, gewährleistet sie einen hohen Leistungs- und Zuverlässigkeitsstandard, wie er in bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber den großen Schlagkräften, die bei derartigen rotierenden Werkzeugmaschinen auftreten können, erforderlich ist. Während der oben erläuterte

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erfindungsgemäße Haltemechanismus prinzipiell anhand einer Schlag-Schraubvorrichtung beschrieben ist, ist natürlich nicht beabsichtigt, die Anwendung des Erfindungsgedankens nur hierauf zu beschränken. Der Gegenstand der Erfindung könnte auch leicht benutzt und/oder geeignet sein für viele verschiedene bekannte rotierende Werkzeugmaschinen oder Werkzeuge.

Da viele Veränderungen an der oben erläuterten Konstruktion vorgenommen werden könnten und viele unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung denkbar sind, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird, wird ausdrücklich betont, daß der Erfindungsgedanke durch die Zeichnung und die Beschreibung nur erläutert, nicht aber eingeengt oder gar auf die angegebene Ausführungsform beschränkt ist.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung somit eine Vorrichtung zur Aufnahme einer lösbar angebrachten, kraftangetriebenen Büchse bzw. Muffe (socket) an der drehbar angetriebenen Spindel einer Werkzeugmaschine bzw. eines Werkzeugs, etwa einer Schlag-Schraubvorrichtung. Der Spindelschaft (spindle shank) weist eine sich von dessen äußerstem Ende aus nach innen erstreckende Längsbohrung auf, die einen aus relativ hartem, zähem elastomer gefertigtem Plunger (Kolben) gleitbar aufnimmt. Eine Druck-Spiralfeder drückt den Plunger nach vorne zum äußersten Ende der Spindel hin, während ein langgestreckter Sperrkegel (detent) aus der Spindel von einer im Plunger ausgebildeten Gelenkpfanne aus durch eine an der Seitenwand der Spindel angeordnete seitliche Bohrung radial herausragt. Wenn der Plunger in seine vorderste Stellung gedrückt ist, ragt das freie Ende des Sperrkegels über den Spindelumfang hinaus radial nach außen, und zwar mit einem Abstand, der zur Halterung einer Büchse bzw. Muffe (socket) am Spindelschaft ausreicht, wobei er - je nach Bedarf - eine Koppelung oder Entkoppelung zwischen Hülse und Spindel herbeiführt.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   Muffen-Haltevorrichtung für ein rotierendes, kraftbetriebenes Werkzeug mit einer abnehmbaren Antriebsmuffe und einem Haltemechanismus zur Ankoppelung und Halterung der Antriebsmuffe an einer Antriebsspindel, dadurch gekennzeichnet, .

   daß ein aus einem Elastomer gefertigter Plunger (24) in einer in der Antriebsspindel (10) ausgebildeten Längsbohrung (18) verschiebbar gelagert ist, daß ein sich durch eine im Schaft (10) ausgebildete Radialbohrung (20) hindurch erstreckender, langgestreckter Sperrkegel (28) schwenkbar gelagert ist, dessen erstes Ende (26) im Inneren der Längsbohrung (18) mit dem Plunger (24) zusammenwirkt und dessen zweites Ende (30) dazu in der Lage ist, den Umfang des Schaftes (10) radial nach außen zu überragen, und

   daß der Sperrkegel (28) durch eine Schiebebewegung des Plungers (24) schwenkbar und wirksam ist, wenn der Plunger (24) innerhalb der Längsbohrung (18) eine erste Stellung (Fig. 2, Fig.4) zur Sicherung einer am Schaft (10) angekoppelten Muffe (14) einnimmt, sowie wirksam ist, wenn der Plunger (24) innerhalb der Längsbohrung (18) eine zweite Stellung (Fig. 3, Fig.5) einnimmt, um ein Ankoppeln bzw. Entkoppeln einer Antriebsmuffe (14) am bzw. vom Schaft (10) zuzulassen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Plunger (24) aus einer Urethan-Verbindung gefertigt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Anordnung des Plungers (24) in seiner ersten

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   Stellung (Fig.2, Fig.4) eine Wirkeinrichtung (22) vorgesehen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Plunger (24) in seine erste Stellung (Fig. 2, Fig. 4) drückende Wirkeinrichtung von einer Feder (22) gebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkegel (28) aufrechter angeordnet ist, wenn der Plunger (24) seine erste Stellung (Fig.2, Fig.4) einnimmt, als wenn der Plunger (24) seine zweite Stellung (Fig.3» Fig. 5) einnimmt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (26) des Sperrkegels (28) am Plunger (24) schwenkbar gelagert ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärte des Plungers (24) innerhalb des Shore-A-Härtemeßbereichs von etwa 60 bis 98 liegt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkegel (28) am Plunger (24) mit Hilfe einer dazwischen angeordneten federnden bzw. nachgiebigen Halteeinrichtung gelagert ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Sperrkegels (28) gebildet ist von einer kugelförmigen Ausbildung am ersten Ende (26) des Sperrkegels (28) und einer kugelförmigen Lagerpfanne (34) innerhalb des Plungers (24), welch letztere in Gebrauchslage das erste Ende (26) des Sperrkegels (28) aufnimmt.

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10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Radialbohrung (20) im Schaft (10) gegenüber einer
    Radialebene desselben geneigt ausgebildet ist, wobei der
    Außenrand der Bohrung (20) näher am äußersten Ende des
    Schaftes (10) angeordnet ist, als der Innenrand der Bohrung (20).
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Sperrkegel (28) operativ anspricht auf die Verschiebung des Plungers (24) aus dessen erster Stellung (Fig.2, Fig.4) in dessen zweite Stellung (Fig. 3, Fig. 5), wobei der Sperrkegel (28) mit den Wänden der Radialbohrung (20) derart
    zusammenwirkt, daß seine Rotationsachse gegenüber einer
    Radialebene des Schaftes (10) einen vergrößerten Winkel (ß) (Fig. 5) bildet.

    K ^Meissner

    Patentanwalt

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