EP1174225A1 - Percussion tool - Google Patents

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EP1174225A1
EP1174225A1 EP01810684A EP01810684A EP1174225A1 EP 1174225 A1 EP1174225 A1 EP 1174225A1 EP 01810684 A EP01810684 A EP 01810684A EP 01810684 A EP01810684 A EP 01810684A EP 1174225 A1 EP1174225 A1 EP 1174225A1
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EP
European Patent Office
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tool
tool head
head
shank
striker
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EP01810684A
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Hanspeter Schad
Martin Richter
Franz Popp
Josef Fünfer
Konrad Artmann
Josef Bauer
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25D17/02—Percussive tool bits
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Definitions

  • the tool itself consists of a tool shaft and a non-rotatably limited axial Movable tool head with hard material cutting, the tool shank acoustically long and the tool head acoustically on the flying piston and / or striker is coordinated.
  • tool shank In the advantageous case of the same material from the die block, tool shank and The cross sections of the tool head are the same.
  • the tool head 4 is in relation to one Shock pulse 7, the pulse length equal to twice the acoustic length of the Tool head 4 is adapted, whereby this shock pulse 7 almost completely from Flying piston 5 over the striker 6 and the tool shank 3 into the tool head 4 is transmitted, which in a later point in time essentially with the full Impulse energy rams into a rock 8 to be machined without it becoming one essential back reflection 9 and thus to a loss of pulse energy during transmission comes into the tool head 4.
  • the shock pulse 7 When the shock pulse 7 is transmitted, they are each butting end faces 10 in planar contact with each other, whereby the Shock pulse 7 is transmitted essentially as a rectangular pulse.
  • Tool head 4 designed like a sleeve, the hexagonal prismatic coupling area 12 of the tool shank 3 rotatably and limited axially movable in the engages matching counterpart forming tool head 4.
  • the at least partially in essentially flat design of the end face 10 between the tool shank 3 and the tool head 4 has a very large circular ring area effective radius of curvature realized.

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Abstract

The tool has a hammer tool device (1) with tool head (4) which is rotationally secured with the tool shaft and is movable axially restricted and which with regards to its impedance is adapted acoustically to the fly piston (5) of the hammer tool. The abutting end faces (10) are in at least partial surface contact with each other. The acoustic length of the tool head is half the length of the shock pulse (7) excited by the piston.

Description

Die Erfindung bezeichnet ein, einem zumindest teilweise schlagenden Schlagwerkzeuggerät wie einen Bohr- oder Meisselhammer zugeordnetes, Werkzeug wie einen Bohrmeissel oder Meissel, vorzugsweise zur Bearbeitung von Gestein wie Beton und Mauerwerk.The invention relates to an at least partially striking impact tool device such as a drill or chisel hammer, tool such as a drill bit or Chisels, preferably for processing stone such as concrete and masonry.

Ein als Werkzeug benutzter Bohrmeissel wird von einem zumindest teilweise schlagenden Bohrhammer, bspw. mit dem Döpper und/oder dem Flugkolben eines elektropneumatischen Schlagwerkes, axial zur Werkzeugachse mit mechanischen Stössen auf die Stirnfläche des Einsteckendes beansprucht, wobei sich die Stossenergie im wesentlichen über Longitudinalimpulse in Form von Stossimpulsen bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche ausbreitet und mit der in das zu bearbeitende Material abgegebenen Energie eine Bearbeitung ermöglicht. Diese gegenüberliegende Stirnfläche ist üblicherweise als hartmetallbesetzter Werkzeugkopf ausgebildet.A drill bit used as a tool is replaced by an at least partially striking one Hammer drill, for example with the striking block and / or the flying piston of an electropneumatic Impact mechanism, axially to the tool axis with mechanical impacts on the face of the Inserting claims, the impact energy essentially over Longitudinal impulses in the form of shock impulses up to the opposite face spreads and with the energy given off in the material to be processed Editing enables. This opposite end face is usually called carbide-tipped tool head.

Aus der Physik der Impulsübertragung ist bekannt, wie sich ein Impuls beim Übergang zweier aneinander stossender Körper bezüglich dieser aufteilt, also übertragen oder reflektiert wird. Der Anteil der über das Werkzeug in das zu bearbeitende Material eingekoppelten Energie ist nach der das Impulsverhalten von stabförmigen Festkörpern beschreibenden Stabtheorie von den akustischen Eigenschaften der in der Impulsübertragungskette befindlichen Körper abhängig. Im Werkzeug bewirkt die eingekoppelte Energie somit einerseits eine translatorische Schwerpunktsbewegung und andererseits eine Schwingung um den Schwerpunkt, wobei im wesentlichen nur die translatorische Schwerpunktsbewegung zur Bearbeitung nutzbar ist.From the physics of impulse transmission it is known how an impulse occurs during the transition divides two abutting bodies with respect to them, i.e. transferred or is reflected. The proportion of the material to be processed via the tool Coupled energy is the momentum behavior of rod-shaped solids descriptive rod theory of the acoustic properties of the in the Impulse transmission chain dependent body. In the tool it causes coupled energy thus on the one hand a translational center of gravity and on the other hand a vibration around the center of gravity, whereby essentially only the translational focus movement can be used for editing.

Nach der US4165790 ist ein Werkzeug in mehrere drehfeste und begrenzt axial bewegliche Teile, bspw. in einen kurzen Werkzeugkopf, einen wesentlich längeren Werkzeugschaft sowie ein Einsteckende, unterteilt, wobei jeweils eine mit einem Querstift gesicherte Sechskantverbindung die formschlüssig drehfeste und begrenzt axial bewegliche Verbindung ausbildet. Nach der US4605079 weist ein sehr kurzer derartiger Werkzeugkopf einen Innensechskant für eine formschlüssig drehfeste und begrenzt axial bewegliche Verbindung auf. Derartige Werkzeugköpfe sind nicht bezüglich der Impulsübertragung optimiert. According to US4165790, a tool is made of several non-rotatable and axially movable to a limited extent Parts, e.g. in a short tool head, a much longer tool shank and a push-in end, divided, each secured with a cross pin Hexagon connection, the form-fitting, non-rotating and limited axially movable connection formed. According to US4605079, a very short tool head of this type has one Hexagon socket for a form-fitting, non-rotating and limited axially movable connection on. Such tool heads are not optimized with regard to the impulse transmission.

Nach der WO97/08421 befindet sich ein Bohreinsatz am Ende eines Bohrrohres bzw. einer Bohrstange, wobei der formschlüssig drehfeste und begrenzt axial bewegliche Werkzeugkopf selbst bezüglich einer innerhalb seiner axialen Länge angeordneten Stirnfläche einen Kopfteil und einen Schaftteil ausbildet. Die drehfeste Fixierung erfolgt über polygonal geformte Querschnittsflächen oder über in Aussparungen eingreifende Nasen. Über einen leichten Metallstift oder einen Ring ist der Werkzeugkopf begrenzt axial beweglich zum Bohrrohr bzw. der Bohrstange fixiert. Die Übertragung des Schlagimpulses vom Bohrrohr bzw. der Bohrstange auf den Werkzeugkopf erfolgt über senkrecht zur Werkzeugachse orientierte, im wesentlichen flach ausgebildete Impulsübertragungsflächen, die sowohl zwischen einem Bohrrohr und radial aussen sowie axial innerhalb angeordneten Stirnflächenbereichen des Werkzeugkopfes als auch zwischen einer Bohrstange und radial innen sowie axial innerhalb angeordneten Bereichen eines hülsenförmigen Werkzeugkopfes angeordnet sein können.According to WO97 / 08421 there is a drill bit at the end of a drill pipe or one Boring bar, with the form-fitting, rotationally fixed and limited axially movable Tool head itself with respect to one arranged within its axial length End face forms a head part and a shaft part. The non-rotatable fixation takes place via polygonal shaped cross-sectional areas or via lugs engaging in recesses. The tool head is axially limited via a light metal pin or a ring fixed to the drill pipe or boring bar. The transmission of the impact pulse from the drill pipe or the boring bar to the tool head is perpendicular to the Tool axis oriented, essentially flat impulse transmission surfaces, which are arranged both between a drill pipe and radially outside and axially inside End face areas of the tool head as well as between a boring bar and radially inside and axially inside areas of a sleeve-shaped tool head can be arranged.

Nach der Lehre obiger Schrift ist das Verhältnis der Längen des Schaftteils bezüglich des Kopfteiles möglichst gross, insbesondere grösser als fünf, damit die maximale Impulsenergie in den Werkzeugkopf zur Bearbeitung des Materials übertragen werden kann. Im allgemeinen ist ein bestimmtes Impedanzverhältnis des Schaftteiles zu dem des Kopfteiles zu beachten, wobei konstruktiv bedingte, geringfügige axiale Variationen der absoluten Werte zulässig sind. Ein auf die im Übergang vom Schaftteil zum Kopfteil kopfteilseitig angeordnete Stirnfläche vom Bohrrohr bzw. der Bohrstange übertragener Stossimpuls mit der bezüglich des Werkzeugkopfes doppelten Länge wird zu einem Teil über das kurze Kopfteil direkt in das zu bearbeitende Material übertragen und zum anderen Teil als Zugimpuls in den axial beweglichen Schaftteil übertragen, welcher diese Impulsenergie speichert. Somit wird bei dieser Lösung ein Zugstoss auf den Werkzeugkopf übertragen. Nach Reflektion an der vom Kopfteil abgewandten freien Stirnseite wird dieser als Stossimpuls transformiert über das Kopfteil in das zu bearbeitende Material übertragen. Im Ergebnis der Lehre wird bei der Übertragung der Impulsenergie eines Stossimpulses mit der bezüglich des Werkzeugkopfes doppelten Impulslänge in den Werkzeugkopf im wesentlichen kein Rücklaufimpuls im Bohrrohr bzw. in der Bohrstange angeregt und somit die Impulsenergie nahezu vollständig in den Werkzeugkopf und somit in das zu bearbeitende Material übertragen. Bei einer derartigen Lösung wird die Impulsübertragung eines Zugstosses in einen notwendig mit einem Schaftteil ausgestatteten Werkzeugkopf optimiert, welches als eigentliches selbstständiges Werkzeug mit fest verbundenem Schaftteil und Kopfteil das Material bearbeitet. According to the teaching of the above document, the ratio of the lengths of the shaft part with respect to the Head part as large as possible, in particular larger than five, so that the maximum pulse energy can be transferred into the tool head for processing the material. in the general is a certain impedance ratio of the shaft part to that of the head part to be observed, with design-related, slight axial variations of the absolute Values are allowed. One on the headboard side in the transition from the shaft part to the head part arranged end face from the drill pipe or the drill rod transmitted impact pulse the double length with respect to the tool head becomes a part of the short Transfer the head part directly into the material to be processed and the other part as Tension impulse transmitted into the axially movable shaft part, which this pulse energy stores. With this solution, a tensile impact is thus transmitted to the tool head. After reflection on the free end facing away from the head part, this is called Shock pulse transformed into the material to be processed via the head part. in the The result of the teaching is the transmission of the pulse energy of a shock pulse with the with respect to the tool head twice the pulse length in the tool head essentially no return pulse stimulated in the drill pipe or in the boring bar and thus the Pulse energy almost completely into the tool head and thus into the part to be machined Transfer material. With such a solution, the pulse transmission becomes one Tensile impact optimized in a tool head necessarily equipped with a shank part, which as an actual independent tool with a firmly connected shaft part and Headboard processed the material.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Optimierung der Übertragung der vom Schlagwerkzeuggerät aufgebrachten Impulsenergie in den Werkzeugkopf eines konstruktiv einfach herstellbaren Werkzeuges. Ein weiterer Aspekt besteht in einer geeigneten Befestigung des Werkzeugkopfes eines derartigen Werkzeuges.The object of the invention is to optimize the transmission of the Impact tool device applied pulse energy in the tool head of a constructive easy to manufacture tool. Another aspect is an appropriate one Attachment of the tool head of such a tool.

Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The task is essentially solved by the features of the independent claims. Advantageous further developments result from the subclaims.

Im wesentlichen ist bei einem, einem Schlagwerkzeuggerät zugeordneten, Werkzeug ein mit einem akustisch langen Werkzeugschaft drehfest verbundener und axial begrenzt beweglicher Werkzeugkopf bezüglich seiner Impedanz akustisch an den Flugkolben und/oder den Döpper des Schlagwerkzeuggerätes angepasst, wobei die jeweils aneinander stossenden Stirnflächen jeweils zumindest teilweise flächig in Kontakt zueinander stehen.In the case of a tool assigned to a striking tool device, a tool is essentially provided with an acoustically long tool shaft that is rotationally connected and axially limited Movable tool head acoustically on the flying piston with regard to its impedance and / or the striker of the striking tool device is adapted, with each other abutting end faces are at least partially in contact with each other.

Durch eine derartige akustische Anpassung wird bei einem, bezüglich des vom Flugkolben und/oder Döpper erregten Stossimpulses, akustisch angepassten Werkzeugkopf, bei welchem die Impulslänge gleich der doppelten akustischen Länge des Werkzeugkopfes ist, dieser Stossimpuls nahezu vollständig vom Flugkolben und/oder Döpper in den Werkzeugkopf übertragen, ohne dass es zu einer wesentlichen Rückreflektion und damit zu einem Impulsenergieverlust kommt.With such an acoustic adaptation, the and / or Döpper excited shock pulse, acoustically adapted tool head which is the pulse length equal to twice the acoustic length of the tool head, this shock pulse almost completely from the flying piston and / or anvil into the Tool head transferred without causing significant back reflection and thus too there is a loss of pulse energy.

Durch einen zumindest teilweisen, im wesentlichen flächigen Kontakt zwischen den jeweiligen Stosspartnern wird ein vom Flugkolben aufgebrachter, im wesentlichen rechteckiger, Stossimpuls beim Transport bis zum Werkzeugkopf nicht wesentlich verbreitert, wodurch dieser Stossimpuls unter weitgehender Beibehaltung seiner Form durch den Werkzeugschaft wandert und durch die akustische Anpassung nahezu vollständig in den Werkzeugkopf übertragen wird.Through an at least partial, essentially flat contact between the respective A substantially rectangular, Shock pulse during transport to the tool head is not significantly broadened, which means this impact pulse while largely maintaining its shape through the tool shank migrates and almost completely into the tool head due to the acoustic adjustment is transmitted.

Diese nahezu vollständige Energieübertragung der Impulsenergie des Flugkolbens und/oder Döppers auf den Werkzeugkopf, welcher diese Impulsenergie zumindest teilweise zur Bearbeitung des Materials verbraucht, führt bei relativ zum Flugkolben grossen, schweren Werkzeugen im Vergleich zu einem starren Standardsystem zu einer Steigerung der Bearbeitungsleistung um 25 bis 80%.This almost complete energy transfer of the impulse energy of the flying piston and / or Döppers on the tool head, which at least partially uses this pulse energy Processing of the material consumed leads to large, heavy ones relative to the flying piston Tools compared to a rigid standard system to increase the Machining performance by 25 to 80%.

Es muss hervorgehoben werden, dass ein begrenzt axial beweglicher Werkzeugkopf, selbst einer mit akustisch angepasster Geometrie, zur Kenntnis und Realisierung der Lehre dieser Erfindung gerade nicht hinreichend ist, da diese Lehre erst durch den zusätzlich, nur bei einem hinreichenden Flächenkontakt möglichen, im wesentlichen unverformt übertragenen rechteckigen Stossimpuls definierter Länge den wesentlichen Effekt der vollständigen Impulsübertragung erzielt. In Folge dieser Lehre rammt der Werkzeugkopf mit der maximal übertragbaren Energie in den zu bearbeitenden Werkstoff.It must be emphasized that a tool head with limited axial movement, itself one with acoustically adapted geometry, for knowledge and implementation of the teaching of this Invention is not sufficient, because this teaching is only possible through the additional a sufficient surface contact possible, essentially deformed transmitted rectangular shock pulse of defined length the essential effect of the complete Impulse transmission achieved. As a result of this teaching, the tool head rams with the maximum transferable energy in the material to be processed.

Die senkrecht zur Schlagachse jeweils aneinander stossenden Stirnflächen von Flugkolben und/oder Döpper, Werkzeugschaft und Werkzeugkopf sind zur Gewährleistung eines nahezu zentralen Stosses bei einem geringen zulässigen Winkelversatz der Stosspartner vorteilhaft mit einer effektiven Balligkeit eines derart grossen effektiven Kontaktradius versehen, dass bei den Stössen nicht ein Punktkontakt entsprechend der Hertz'schen Pressung sondern ein Flächenkontakt überwiegt, wobei sich der effektive Kontaktradius reff aus den vorzeichenbehafteten Krümmungen r1, r2 der stossenden Stirnflächen bestimmt nach: 1 reff = 1 r 1 +1 r 2 The end faces of the flying piston and / or striker, tool shank and tool head, which abut each other perpendicularly to the flapping axis, are advantageously provided with an effective crowning of such a large effective contact radius to ensure an almost central impact with a small permissible angular misalignment of the impact partners that there is no impact during the impact Point contact corresponding to the Hertzian pressure but a surface contact predominates, whereby the effective contact radius r eff is determined from the signed curvatures r 1 , r 2 of the abutting end faces according to: 1 r eff = 1 r 1 + 1 r 2

Weiter vorteilhaft sind die vorzeichenbehafteten Krümmungen r1, r2 der stossenden Stirnflächen gleich orientiert, wodurch auch bei einem geringförmigen Winkelversatz der Stosspartner ein nahezu zentraler Stoss mit Flächenkontakt vorliegt. Dazu ist vorteilhaft eine Stirnfläche ballig konkav und die zugeordnete Stirnfläche ballig konvex ausgebildet.Furthermore, the signed curvatures r 1 , r 2 of the abutting end faces are oriented identically, so that there is an almost central abutment with surface contact even with a slight angular offset of the abutting partners. For this purpose, one end face is advantageously convex and the associated end face is convex.

Für die Lehre dieser Erfindung wäre ein unendlich grosser effektiver Kontaktradius ideal, wobei bei einem praktisch realisierbaren effektiven Kontaktradius grösser 1 m im Vergleich zu einem idealen flächigen Kontakt etwa 25% der Steigerung der Bearbeitungsleistung verloren gehen.An infinitely large effective contact radius would be ideal for teaching this invention, with a practically realizable effective contact radius greater than 1 m in comparison to an ideal flat contact about 25% of the increase in machining performance get lost.

Vorteilhaft erfolgt die akustische Anpassung des Werkzeugkopfes zum Flugkolben und/oder Döpper bezüglich der Impedanz nach: A 2 A 1 = E 1 E 2 * ρ 1 ρ 2 wobei L 2 L 1 ≥ E 2 E 1 * ρ 1 ρ 2 wobei (L1, L2) die Längen-, (A1, A2) die Querschnittsflächenverhältnisse, E der jeweilige Elastizitätsmodul und ρ die jeweilige Dichte bezeichnen, wobei der Index 2 den angestossenen Körper kennzeichnet. The acoustic adaptation of the tool head to the flying piston and / or striker advantageously takes place with respect to the impedance according to: A 2 A 1 = e 1 e 2 * ρ 1 ρ 2 in which L 2 L 1 ≥ e 2 e 1 * ρ 1 ρ 2 where (L 1 , L 2 ) the length, (A 1 , A 2 ) the cross-sectional area ratios, E the respective modulus of elasticity and ρ the respective density, the index 2 identifying the body being pushed.

Bei einer Verwendung gleicher Materialien muss somit im wesentlichen derselbe Querschnitt vom Flugkolben und/oder Döpper, Werkzeugschaft und Werkzeugkopf eingehalten werden. Sind aus konstruktiven Zwängen andere Dimensionen notwendig, kann neben der Körpergeometrie vorteilhaft bspw. das Material des Flugkolbens von üblicherweise Stahl, bspw. in einen leichten Keramik- oder Kohlefaserverbundwerkstoff substituiert werden.When using the same materials, essentially the same cross section must be used are observed by the flying piston and / or striker, tool shank and tool head. If other dimensions are necessary due to design constraints, in addition to the Body geometry advantageous, for example, the material of the flying piston of usually steel, For example, be substituted in a light ceramic or carbon fiber composite material.

Notwendige konstruktive Ausgestaltungen von Werkzeugkopf, Flugkolben und/oder Döpper müssen zumindest im wesentlichen auf einer derartigen Geometrie basieren ohne streng prismatisch ausgeführt zu sein. Bei realen Abweichungen um jeweils ca. 10% gehen etwa 25% der Steigerung der Bearbeitungsleistung verloren.Necessary structural designs of the tool head, flying piston and / or striker must at least essentially be based on such a geometry without being strict to be prismatic. With real deviations of approx. 10% each go about 25% of the increase in machining performance lost.

Das Werkzeug selbst besteht aus einem Werkzeugschaft und einem drehfest begrenzt axial beweglichen Werkzeugkopf mit Schneiden aus Hartstoff, wobei der Werkzeugschaft akustisch lang und der Werkzeugkopf akustisch auf den Flugkolben und/oder Döpper abgestimmt ist. Im vorteilhaften Fall gleichen Materials von Döpper, Werkzeugschaft und Werkzeugkopf sind deren Querschnitte gleich.The tool itself consists of a tool shaft and a non-rotatably limited axial Movable tool head with hard material cutting, the tool shank acoustically long and the tool head acoustically on the flying piston and / or striker is coordinated. In the advantageous case of the same material from the die block, tool shank and The cross sections of the tool head are the same.

Vorteilhaft ist der dem Werkzeugkopf benachbarte Kupplungsbereich des Werkzeugschaftes prismatisch ausgebildet, wobei der Querschnitt vorteilhaft die Form eines regelmässigen Vielecks aufweist, bspw. eines Sechsecks. Die Kanten sind vorteilhaft über eine Fase gebrochen. Der Werkzeugkopf, welcher das dazu passende prismatische Gegenstück ausbildet, ist über die sich dadurch ausbildende Verbindung drehformschlüssig befestigt. Ein quer zur Werkzeugachse sowohl durch den Werkzeugkopf als auch durch den Werkzeugschaft geführter Stift stellt als Fixierungsmittel in Verbindung mit einem axialen Langloch in zumindest einem der Teile eine leichtgängige, begrenzt axiale Beweglichkeit sicher.The coupling area of the tool shank adjacent to the tool head is advantageous prismatic, the cross-section advantageously in the form of a regular Has polygons, for example a hexagon. The edges are advantageous over a chamfer Broken. The tool head, which has the matching prismatic counterpart trained, is attached in a rotationally positive manner via the connection thus formed. On across the tool axis both through the tool head and through the Tool shaft guided pin provides as a fixation device in connection with an axial Elongated hole in at least one of the parts has smooth, limited axial mobility for sure.

Vorteilhaft ist der Werkzeugschaft hohl ausgeführt, wobei durch den ausgebildeten Kanal ein fluides Medium wie Spülflüssigkeit geleitet werden kann. Der Kanal weist Ein- und Auslassöffnungen am Einsteckende und im Werkzeugkopf auf, wobei vorteilhaft zwischen dem Werkzeugschaft und dem begrenzt axial beweglichen Werkzeugkopf ein begrenzt axial bewegliches, vorteilhaft ringförmiges, Dichtelement angeordnet ist.The tool shank is advantageously hollow, with a through the channel formed fluid medium such as rinsing liquid can be passed. The channel has inputs and Outlet openings at the insertion end and in the tool head, whereby advantageously between the tool shaft and the limited axially movable tool head a limited axial movable, advantageously annular, sealing element is arranged.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante ist der bezüglich seiner Länge und seines Querschnitts akustisch abgestimmte Werkzeugkopf mit einem dem Werkzeugschaft zugeordneten hülsenartigen Bereich versehen, in welchen der Werkzeugschaft drehfest und begrenzt axial beweglich eingreift. Die notwendige, zumindest teilweise im wesentlichen flächenhafte Ausführung der Stirnfläche zwischen dem Werkzeugschaft und dem Werkzeugkopf wird über einen inneren Kreisringbereich mit einem sehr grossen effektiven Krümmungsradius realisiert. Ein optionales Dichtelement ist vorteilhaft als radial kleinerer, zentral abgesetzter Teil des Werkzeugschaftes ausgeführt, welcher in eine zentrale Bohrung im der Schneide zugeordneten Bereich des Werkzeugkopfes endet, von welchem zumindest eine Öffnung zur Stirnseite des Werkzeugkopfes führt, welche vorteilhaft exzentrisch versetzt zur Werkzeugachse ausserhalb der Kopfnut zur Ausräumung des abgetragenen Materials benachbart zur Schneide angeordnet ist. Als Fixierungsmittel dient ein quer durch ein axiales Langloch des hülsenartigen Bereiches des Werkzeugkopfes sowie durch ein Loch im Werkzeugschaft geführter Stift.In a first advantageous embodiment, the length and length of the Cross-section acoustically coordinated tool head with a tool shank assigned sleeve-like area in which the tool shank rotatably and engages limited axially movable. The necessary, at least in part essentially areal design of the end face between the tool shank and the Tool head is over an inner annulus area with a very large effective Radius of curvature realized. An optional sealing element is advantageous as a radially smaller, centrally located part of the tool shank, which runs in a central hole ends in the area of the tool head assigned to the cutting edge, at least of which an opening leads to the front of the tool head, which is advantageously offset eccentrically to the tool axis outside the head groove to clear away the removed material is arranged adjacent to the cutting edge. A fixation means is used across an axial one Elongated hole of the sleeve-like area of the tool head and through a hole in the Tool shaft guided pin.

In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante ist der bezüglich seiner Länge und seines Querschnitts akustisch abgestimmte Werkzeugkopf mit einem dem Werkzeugschaft zugeordneten radial kleineren, zentral abgesetzten Bereich mit einer im radialen äusseren angeordneten Mitnehmernase versehen, welcher in den Werkzeugschaft drehfest und begrenzt axial beweglich eingreift. Die notwendige, zumindest teilweise im wesentlichen flächenhafte Ausführung der Stirnfläche zwischen dem Werkzeugschaft und dem Werkzeugkopf wird über einen äusseren Kreisringbereich mit einem sehr grossen effektiven Krümmungsradius realisiert. Ein optionales Dichtelement ist vorteilhaft an diesem zentral abgesetzten Bereich angeordnet, welcher eine zentrale Bohrung aufweist, die in einem der Schneide zugeordneten Bereich des Werkzeugkopfes endet, von welchem zumindest eine Öffnung zur Stirnseite des Werkzeugkopfes führt, welche vorteilhaft exzentrisch versetzt zur Werkzeugachse ausserhalb der Kopfnut zur Ausräumung des abgetragenen Materials benachbart zur Schneide angeordnet ist. Als Fixierungsmittel dient entweder ein quer durch ein sehnenartig verlaufendes Loch im Werkzeugschaft sowie durch ein in der Mitnehmernase des Werkzeugkopfes angeordnetes axiales Langloch geführter Stift oder in einer dritten vorteilhaften Variante ein in einer umlaufenden Nut im Werkzeugschaft fixierter Federring, welcher in eine radial aussen angeordnete Ausnehmung der Mitnehmernase des Werkzeugkopfes eingreift.In a second advantageous embodiment, the length and length of the Cross-section acoustically coordinated tool head with a tool shank assigned radially smaller, centrally offset area with a radially outer Arranged driver nose provided, which rotatably in the tool shank and engages limited axially movable. The necessary, at least in part essentially areal design of the end face between the tool shank and the Tool head is over an outer annulus area with a very large effective Radius of curvature realized. An optional sealing element is advantageously central to this offset area arranged, which has a central bore, which in one of the The area of the tool head assigned to the cutting edge ends, of which at least one Opening leads to the front of the tool head, which is advantageously offset to the eccentric Tool axis outside the head groove to clear away the removed material is arranged adjacent to the cutting edge. Either a straight through serves as a fixative a tendon-like hole in the tool shank and through one in the Driver nose of the tool head arranged axial slot guided pin or in a third advantageous variant, which is fixed in a circumferential groove in the tool shank Spring washer, which in a radially outer recess of the driving lug of Tool head engages.

Die Fixierungsmittel ermöglichen zudem vorteilhaft eine modulare Auswechslung des Werkzeugkopfes, wodurch in einfacher Art und Weise dieses Verschleissteil ersetzt sowie ein der Bearbeitungsaufgabe optimal angepasster Werkzeugkopf aus einer Auswahlmenge heraus montiert werden kann.The fixation means also advantageously allow a modular replacement of the Tool head, whereby this wearing part is replaced in a simple manner as well a tool head optimally adapted to the machining task from a selected set can be assembled out.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:

  • Fig. 1 als Prinzip eines stossimpulsoptimierten Werkzeugs für ein zugeordnetes Schlagwerkzeuggerät
  • Fig. 2 als Werkzeug in Schnittdarstellung
  • Fig. 3 als eine erste Ausführungsvariante des Werkzeugs in Explosionsdarstellung
  • Fig. 4 als zweite Ausführungsvariante des Werkzeugs in Explosionsdarstellung
  • Fig. 5 als eine dritte Ausführungsvariante des Werkzeugs in Explosionsdarstellung
    • The invention is explained in more detail with respect to an advantageous exemplary embodiment with:
  • Fig. 1 as a principle of a shock pulse optimized tool for an associated impact tool
  • Fig. 2 as a tool in a sectional view
  • Fig. 3 as a first embodiment of the tool in an exploded view
  • Fig. 4 as a second embodiment of the tool in an exploded view
  • Fig. 5 as a third embodiment of the tool in an exploded view

    • Nach Fig. 1 ist in einer Abbildung mit je einer akustischen Längen- und Breitendimension ein nur teilweise schematisch dargestellten Schlagwerkzeuggerät 1 einem Werkzeug 2 zugeordnet, welches einen akustisch langen Werkzeugschaft 3 und einen axial begrenzt beweglichen Werkzeugkopf 4 aufweist. Der Werkzeugkopf 4 ist bezüglich seiner Impedanz akustisch an einen hin- und herbewegten Flugkolben 5 und einen Döpper 6 des Schlagwerkzeuggerätes 1 angepasst. Der Werkzeugkopf 4 ist bezüglich eines Stossimpulses 7, dessen Impulslänge gleich der doppelten akustischen Länge des Werkzeugkopfes 4 ist, angepasst, wodurch dieser Stossimpuls 7 nahezu vollständig vom Flugkolben 5 über den Döpper 6 und den Werkzeugschaft 3 in den Werkzeugkopf 4 übertragen wird, welcher in einem späteren Zeitpunkt im wesentlichen mit der vollen Impulsenergie in ein zu bearbeitendes Gestein 8 rammt, ohne dass es dabei zu einer wesentlichen Rückreflektion 9 und damit zu einem Impulsenergieverlust bei der Übertragung in den Werkzeugkopf 4 kommt. Bei der Übertragung des Stossimpulses 7 stehen die jeweils aneinander stossenden Stirnflächen 10 jeweils flächig in Kontakt zueinander, wodurch der Stossimpuls 7 im wesentlichen als Rechteckimpuls übertragen wird.1 is in an illustration with an acoustic length and width dimension impact tool device 1, shown only partially schematically, to a tool 2 assigned, which delimits an acoustically long tool shank 3 and one axially Movable tool head 4 has. The tool head 4 is in terms of its impedance acoustically to a reciprocating piston 5 and a striker 6 of Impact tool device 1 adapted. The tool head 4 is in relation to one Shock pulse 7, the pulse length equal to twice the acoustic length of the Tool head 4 is adapted, whereby this shock pulse 7 almost completely from Flying piston 5 over the striker 6 and the tool shank 3 into the tool head 4 is transmitted, which in a later point in time essentially with the full Impulse energy rams into a rock 8 to be machined without it becoming one essential back reflection 9 and thus to a loss of pulse energy during transmission comes into the tool head 4. When the shock pulse 7 is transmitted, they are each butting end faces 10 in planar contact with each other, whereby the Shock pulse 7 is transmitted essentially as a rectangular pulse.

    Nach Fig. 2 besteht das längs der Werkzeugachse geschnittene nicht vollständig dargestellte Werkzeug 2 selbst aus einem Werkzeugschaft 3 und einem drehfest begrenzt axial beweglichen Werkzeugkopf 4 mit Schneiden 11 aus Hartstoff, wobei im dargestellten Fall gleichen Materials von Werkzeugschaft 3 und Werkzeugkopf 4 deren Querschnittsflächen im wesentlichen gleich sind. Der dem Werkzeugkopf 4 benachbarte Kupplungsbereich 12 des Werkzeugschaftes 3 ist prismatisch ausgebildet. Der Werkzeugkopf 4 bildet dazu das passende prismatische Gegenstück aus. Ein quer zur Werkzeugachse sowohl durch den Werkzeugkopf 4 als auch durch den Werkzeugschaft 3 geführter Stift stellt als Fixierungsmittel 13 in Verbindung mit einem axialen Langloch als Fixierungsaufnahme 14 im Werkzeugkopf 4 eine leichtgängige, begrenzt axiale Beweglichkeit Δx sicher. Die bei der Übertragung des Stossimpulses zumindest teilweise in Flächenkontakt befindlichen einander zugeordneten Stirnflächen (10) sind senkrecht zur Werkzeugachse angeordnet (nicht darstellbar) mit einer effektiven Balligkeit grösser 1 m ausgeführt. Der Werkzeugschaft ist hohl ausgeführt. Ein sich innerhalb ausbildender Kanal 15, welcher in eine zentrale Bohrung im der Schneide 11 zugeordneten Bereich des Werkzeugkopfes 4 endet, weist (teilweise nicht dargestellte) Ein- und Auslassöffnungen 16 am Einsteckende bzw. im Werkzeugkopf 4 auf, wobei in einem axialen Dichtbereich 17 zwischen dem Werkzeugschaft 3 und dem begrenzt axial beweglichen Werkzeugkopf 4 ein begrenzt axial bewegliches ringförmiges Dichtelement 18 angeordnet ist.According to FIG. 2, the cut along the tool axis is not shown completely Tool 2 itself from a tool shank 3 and a rotationally limited axially movable tool head 4 with cutting edges 11 made of hard material, in the case shown same material from tool shank 3 and tool head 4 whose cross-sectional areas in are essentially the same. The coupling area 12 of the tool head 4 adjacent Tool shank 3 is prismatic. The tool head 4 forms this matching prismatic counterpart. A across the tool axis through both Tool head 4 and through the tool shaft 3 guided pin as Fixing means 13 in connection with an axial elongated hole as fixation receptacle 14 in Tool head 4 a smooth, limited axial mobility Δx safely. The at the Transmission of the shock pulse at least partially in surface contact with each other assigned end faces (10) are arranged perpendicular to the tool axis (not representable) with an effective crown greater than 1 m. The tool shank is hollow. A channel 15 forming within, which in a central bore ends in the area of the tool head 4 assigned to the cutting edge 11, has (partially not shown) inlet and outlet openings 16 at the insertion end or in the tool head 4 on, in an axial sealing region 17 between the tool shank 3 and the limited axially movable tool head 4 a limited axially movable annular Sealing element 18 is arranged.

    Nach Fig. 3 ist der bezüglich seiner Länge und seines Querschnitts akustisch abgestimmte Werkzeugkopf 4 hülsenartig ausgeführt, wobei der sechskantig prismatische Kupplungsbereich 12 des Werkzeugschafts 3 drehfest und begrenzt axial beweglich in den ein passendes Gegenstück ausbildenden Werkzeugkopf 4 eingreift. Die zumindest teilweise im wesentlichen flächenhafte Ausführung der Stirnfläche 10 zwischen dem Werkzeugschaft 3 und dem Werkzeugkopf 4 wird über einen inneren Kreisringbereich mit einem sehr grossen effektiven Krümmungsradius realisiert. Ein ringförmiges Dichtelement 18 ist umfänglich um einen radial kleinen, zentral abgesetzten Dichtbereich 17 des Werkzeugschaftes 3 angeordnet, welcher in eine zentrale Bohrung des Werkzeugkopfes 4 eingreift, von welcher zwei Auslassöffnungen 16 zu je einer Stirnseite des Werkzeugkopfes 4 führen, welche exzentrisch versetzt zur Werkzeugachse ausserhalb einer Kopfnut 19 zur Ausräumung des abgetragenen Materials und benachbart zur Schneide 11 angeordnet ist. Als Fixierungsmittel 13 dient ein Stift, welcher quer zur Werkzeugachse durch eine als axiales Langloch ausgeführte Fixierungsaufnahme 14 des Kupplungsbereiches 12 des hülsenartigen Werkzeugkopfes 4 sowie durch ein Loch im Werkzeugschaft 3 geführt ist.3 is the acoustically coordinated with respect to its length and its cross section Tool head 4 designed like a sleeve, the hexagonal prismatic coupling area 12 of the tool shank 3 rotatably and limited axially movable in the engages matching counterpart forming tool head 4. The at least partially in essentially flat design of the end face 10 between the tool shank 3 and the tool head 4 has a very large circular ring area effective radius of curvature realized. An annular sealing element 18 is circumferentially around a radially small, centrally offset sealing area 17 of the tool shank 3 arranged, which engages in a central bore of the tool head 4, of which two outlet openings 16 lead to one end of the tool head 4, which eccentrically offset to the tool axis outside a head groove 19 to clear the removed material and is arranged adjacent to the cutting edge 11. As a fixative 13 serves a pin, which transversely to the tool axis through an axial slot executed fixation receptacle 14 of the coupling region 12 of the sleeve-like Tool head 4 and is guided through a hole in the tool shank 3.

    Nach Fig. 4 ist der bezüglich seiner Länge und seines Querschnitts akustisch abgestimmte Werkzeugkopf 4 mit einem dem Werkzeugschaft 3 zugeordneten radial kleineren, zentral abgesetzten Kupplungsbereich 12 mit einer im radialen Äusseren angeordneten Mitnehmernase 20 versehen, welcher in den als Gegenstück ausgebildeten Werkzeugschaft 3 drehfest und begrenzt axial beweglich eingreift. Die zumindest teilweise im wesentlichen flächenhafte Ausführung der Stirnfläche 10 zwischen dem Werkzeugschaft 3 und dem Werkzeugkopf 4 wird über einen äusseren Kreisringbereich mit einem sehr grossen effektiven Krümmungsradius realisiert. Ein ringförmiges Dichtelement 18 ist an dem sich an den Kupplungsbereich 12 anschliessenden zentral abgesetzten Dichtbereich 17 angeordnet, welcher eine zentrale Bohrung aufweist, die in einer der Schneide 11 zugeordneten Bohrung des Werkzeugkopfes endet, von welchem zwei Auslassöffnungen 16 zu je einer Stirnseite des Werkzeugkopfes 4 führen, welche vorteilhaft exzentrisch versetzt zur Werkzeugachse ausserhalb der Kopfnut 19 zur Ausräumung des abgetragenen Materials und benachbart zur Schneide 11 angeordnet ist. Als Fixierungsmittel 13 dient ein Stift, welcher quer durch ein sehnenartig verlaufendes Loch im Werkzeugschaft 3 sowie durch ein in der Mitnehmernase 20 des Werkzeugkopfes 4 angeordnetes axiales Langloch als Fixierungsaufnahme 14 geführt ist.4 is the acoustically coordinated with respect to its length and its cross section Tool head 4 with a radially smaller, centrally assigned tool shaft 3 stepped coupling area 12 with one arranged in the radial outside Driver nose 20 provided, which in the tool shaft designed as a counterpart 3 engages in a rotationally fixed and limited axially movable manner. The at least partially essentially areal design of the end face 10 between the tool shank 3 and the Tool head 4 is very large over an outer circular ring area effective radius of curvature realized. An annular sealing element 18 is attached to the the coupling area 12 adjoining centrally offset sealing area 17 is arranged, which has a central bore, the bore associated with the cutting edge 11 of the tool head, from which two outlet openings 16 each end of the tool head 4, which advantageously offset eccentrically to the tool axis outside the top groove 19 to clear away the removed material and adjacent to Cutting edge 11 is arranged. A pin, which runs across a hole running in a tendon-like manner in the tool shank 3 and through a hole in the driving nose 20 of the tool head 4 arranged axial elongated hole as a fixation receptacle 14 is led.

    Nach Fig. 5 dient als Fixierungsmittel 13 ein in einer umlaufenden Nut 21 im Werkzeugschaft 3 fixierter Federring, welcher in eine radial aussen angeordnete Ausnehmung der Mitnehmernase 20 des Werkzeugkopfes 4 als Fixierungsaufnahme 14 eingreift.5 serves as a fixing means 13 in a circumferential groove 21 in the tool shank 3 fixed spring washer, which in a radially outer recess of the Driver nose 20 of the tool head 4 engages as a fixation receptacle 14.

    Claims (10)

    Werkzeug, ausgebildet zur Bearbeitung von Gestein (8), Mauerwerk und dgl. durch ein zugeordnetes, einen Flugkolben (5) und optional einen Döpper (6) aufweisendes, Schlagwerkzeuggerät (1), mit einem akustisch langen Werkzeugschaft (3) und einem drehfest damit verbundenen und axial begrenzt beweglichen Werkzeugkopf (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (4) bezüglich seiner Impedanz akustisch an den Flugkolben (5) und/oder den Döpper (6) des Schlagwerkzeuggerätes (1) angepasst ist und dass die jeweils aneinander stossenden Stirnflächen (10) zumindest teilweise flächig in Kontakt zueinander stehen.Tool designed for machining rock (8), masonry and the like by means of an associated striking tool device (1) having a flying piston (5) and optionally a striker (6), with an acoustically long tool shank (3) and a non-rotatable tool shaft Connected and axially limited movable tool head (4), characterized in that the tool head (4) is acoustically matched in terms of its impedance to the flying piston (5) and / or the striker (6) of the striking tool device (1) and that the respectively abutting End faces (10) are at least partially in contact with one another. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Länge des Werkzeugkopfes (4) der halben Länge des vom Flugkolben (5) und/oder Döpper (6) erregten Stossimpulses (7) beträgt.Tool according to claim 1, characterized in that the acoustic length of the tool head (4) is half the length of the shock pulse (7) excited by the flying piston (5) and / or striker (6). Werkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (4) mit dem Werkzeugschaft (3) über einen prismatisch ausgebildeten drehformschlüssigen Kupplungsbereich (12) drehfest miteinander verbunden ist.Tool according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the tool head (4) is connected to the tool shaft (3) in a rotationally fixed manner via a prismatic coupling section (12). Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kupplungsbereiches (12) ein sowohl durch den Werkzeugkopf (4) als auch durch den Werkzeugschaft (3) sich quer zur Werkzeugachse erstreckendes Fixierungsmittel (13) innerhalb einer axial länglichen Fixierungsaufnahme (14) des Werkzeugkopfes (4) und/oder des Werkzeugschaftes (3) angeordnet ist.Tool according to claim 3, characterized in that within the coupling area (12) a fixing means (13) extending both through the tool head (4) and through the tool shank (3) transversely to the tool axis within an axially elongated fixing receptacle (14) of the tool head (4) and / or the tool shank (3) is arranged. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierungsmittel (13) als Stift oder als Ring ausgebildet ist.Tool according to claim 4, characterized in that the fixing means (13) is designed as a pin or as a ring. Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschaft (3) hohl ausgeführt ist und Ein- bzw. Auslassöffnungen an einem Einsteckende und im Werkzeugkopf (4) aufweist und dass zwischen dem Werkzeugschaft (3) und dem begrenzt axial beweglichen Werkzeugkopf (4) ein begrenzt axial bewegliches Dichtelement (18) angeordnet ist.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the tool shaft (3) is hollow and has inlet or outlet openings at an insertion end and in the tool head (4) and that between the tool shaft (3) and the limited axially movable tool head ( 4) a sealing element (18) which is axially movable to a limited extent is arranged. Schlagwerkzeuggerät zur zumindest teilweise schlagenden Beanspruchung eines Werkzeugs (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkolben (5) aus einem bezüglich Stahl leichteren und/oder weniger steifen Material besteht.Impact tool device for at least partially striking stress on a tool (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the flying piston (5) consists of a material which is lighter and / or less rigid with respect to steel. Werkzeug und/oder Schlagwerkzeuggerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die akustische Anpassung des Flugkolbens (5) und/oder des Döppers (6) und/oder des Werkzeugkopfes (4) bezüglich der akustischen Impedanz jeweils durch eine geeignete Dimensionierung der wesentlichen Länge und der wesentlichen Querschnittsfläche erfolgt.Tool and / or percussion tool device according to one of the preceding claims, characterized in that the acoustic adaptation of the flying piston (5) and / or the striker (6) and / or the tool head (4) with respect to the acoustic impedance in each case by suitable dimensioning of the essential Length and the essential cross-sectional area. Werkzeug und/oder Schlagwerkzeuggerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zumindest teilweise aneinander stossenden Stirnflächen (10) senkrecht zur Schlagachse ausgeführt sowie mit einer effektiven Balligkeit mit einem effektiven Kontaktradius von mindestens 1 m versehen sind.Tool and / or percussion tool device according to one of the preceding claims, characterized in that the end faces (10) which are in each case at least partially abutting against one another are designed perpendicular to the striking axis and are provided with an effective crowning with an effective contact radius of at least 1 m. Werkzeug und/oder Schlagwerkzeuggerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei einander zugeordneten Stirnflächen (10) je eine ballig konkav und die andere ballig konvex ausgebildet ist.Tool and / or percussion tool device according to claim 9, characterized in that in the case of two end faces (10) assigned to one another, one is each convex and the other convex.
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