EP1657013B1 - Werkzeugaufnahme - Google Patents
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Definitions
- the invention refers to a tool holder according to the preamble of claim 1 with a radially displaceable locking body, in particular for a hammer drill for receiving a percussion drill.
- DE19724532 as well as the DE3205063 has a tool holder a, from a hollow cylindrical receiving sleeve of a guide diameter radially inwardly projecting with a web height, strip-shaped rotary driving web and a radially displaceable locking body.
- the rotational drive web extends on the receiving side to the receiving side edge of the recess for the locking body over an axial length which corresponds approximately to the guide diameter.
- the US5704744 discloses a tool holder with a plurality of opposite, of a uniform guide diameter of a hollow cylindrical receiving sleeve radially inwardly projecting, strip-shaped rotary driving webs of indefinite axial length with contact surfaces and a through a recess of the receiving sleeve in the axial region of the guide diameter through radially displaceable locking body.
- the US5326199 discloses a tool holder with two opposite, of a drive side narrower guide diameter of a hollow cylindrical receiving sleeve radially inwardly einkragenden, strip-shaped rotary driving webs with contact surfaces and a radially through a recess of the receiving sleeve in the axial region of the guide diameter radially displaceable locking body, wherein the receiving side in a substantially radially enlarged sleeve area several soirmititgestge are ordered.
- the object of the invention is to realize a damage and wear minimized tool holder for powerful hand tool machines.
- a tool holder with at least two opposite, of a hollow cylindrical receiving sleeve of a guide diameter radially inwardly projecting, strip-shaped rotary driving webs with contact surfaces on at least one radially displaceable by a recess of the receiving sleeve locking body, wherein the receiving side end of the rotary driving webs a distance from the receiving side edge of the Recess has, which is greater than 1.5 times the guide diameter.
- the fracture-mechanically critical axial region of the multiaxial stress state continuing at 45 ° on the receiving-side edge of the recess extends approximately on both sides approximately half of the guide diameter.
- About the guide diameter corresponding beyond existing, additionally upstream contact length of the rotary driving webs is due to the limited torsional stiffness of the insertion at least the essential part of the torque impressed exclusively on the receiving side of the recess.
- the above fracture mechanics critical axial region is thus exposed to lower loads, which at given Fatigue limit higher torque torque can be impressed damage. Due to the now significantly extended, in addition upstream contact length of the rotary driving webs, the user manually transferred over the machine tool applied jerky tensile loads with high torque shatterproof on the tool.
- the length of the Drehit Vietnamesestege is at least three times the guide diameter, whereby a larger contact area is realized with the same cross-section, which results in standard loads to smaller surface pressures and thus significantly reduces the wear.
- the smaller surface pressures lead to lower sliding friction losses associated with an axially limited freely movable in the receiving sleeve guided insertion end, whereby the impact energy transfer is improved.
- the distance between the Drehit Vietnamesestege from the receiving end of the receiving sleeve is at most half of the guide diameter, which limits the not usable for the transmission of torque axial guide length of the receiving sleeve and thus the tool holder is shortened.
- the sum of two contact surfaces oriented in the same direction of rotation is advantageously in the range between half and the whole of the square of the guide diameter, whereby the tool holder is dimensioned to the permissible surface pressure of 100-120 MPa recommended for steel-steel contact systems such as feather keys.
- the receiving-side end of the rotary driving webs 4a, 4b has a distance X. from the receiving side edge of the recess 6, which corresponds to twice the guide diameter D.
- the length L of the Drehit Vietnamesestege 4a, 4b is three times the guide diameter D and the distance Y of the receiving side end of the receiving sleeve 3 is one fifth of the guide diameter D.
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Description
- Die Erfindung bezeichnet eine Werkzeugaufnahme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem radial versetzbaren Verriegelungskörper, insbesondere für einen Bohrhammer zur Aufnahme eines Schlagbohrers.
- Schlagend und drehend angetriebene Werkzeuge mit einem Einsteckende werden üblicherweise formschlüssig drehfest sowie begrenzt axial beweglich in einer Werkzeugaufnahme geführt, welche mittels zumindest eines, in eine maschinenseitig geschlossene Nut des Einsteckendes eindringenden, radial versetzbaren Verriegelungskörpers axial verriegelt werden.
- Nach der
DE19724532 sowie derDE3205063 weist eine Werkzeugaufnahme einen, von einer hohlzylinderförmigen Aufnahmehülse eines Führungsdurchmessers radial nach Innen mit einer Steghöhe einkragenden, leistenförmigen Drehmitnahmesteg und einen radial versetzbaren Verriegelungskörper auf. Der Drehmitnahmesteg erstreckt sich aufnahmeseitig zum aufnahmeseitigen Rand der Ausnehmung für den Verriegelungskörper über eine axiale Länge, welche etwa dem Führungsdurchmesser entspricht. - Die
US5704744 offenbart eine Werkzeugaufnahme mit mehreren gegenüberliegenden, von einem einheitlichen Führungsdurchmesser einer hohlzylinderförmigen Aufnahmehülse radial nach Innen einkragenden, leistenförmigen Drehmitnahmestegen unbestimmter axialer Länge mit Kontaktflächen und einem durch eine Ausnehmung der Aufnahmehülse im Axialbereich des Führungsdurchmessers hindurch radial versetzbaren Verriegelungskörper. - Die
US5326199 offenbart eine Werkzeugaufnahme mit zwei gegenüberliegenden, von einem antriebsseitig engeren Führungsdurchmesser einer hohlzylinderförmigen Aufnahmehülse radial nach Innen einkragenden, leistenförmigen Drehmitnahmestegen mit Kontaktflächen und einem durch eine Ausnehmung der Aufnahmehülse im Axialbereich des Führungsdurchmessers hindurch radial versetzbaren Verriegelungskörper, wobei aufnahmeseitig in einem wesentlich radial erweiterten Hülsenbereich mehrere Zusatzdrehmitnahmestege anordnet sind. - Die derzeit bei Bohrhammersystemen weltweit meistgenutzten, praktisch standardisierten Einsteckenden und zugeordneten Werkzeugaufnahmen sind in der
US4107949 beschrieben, welche eine aufnahmeseitige, zylindermantelförmige Führungsfläche mit dem Führungsdurchmesser von 10 mm, zum freien Stirnende hin axial geschlossene Verriegelungsnuten und zum freien Stirnende hin axial offene, trapezförmige Drehmitnahmenuten aufweisen. In der zugeordneten Werkzeugaufnahme greift zumindest ein radial versetzbarer Verriegelungskörper in eine Verriegelungsnut ein und begrenzt die axiale Beweglichkeit des Werkzeugs in der Werkzeugaufnahme. Zudem greifen zwei gegenüberliegende Drehmitnahmestege in je eine Drehmitnahmenut des Einsteckendes ein und übertragen über je eine Tangentialkontaktfläche das Drehmoment. Diese Einsteckenden waren ursprünglich für einen Bohrerdurchmesser bis zu 17 mm ausgelegt und sind somit dem Bereich der kleinen, leistungsschwächeren Bohrhämmer mit einer Leistung kleiner 650 W zuzuordnen. Bei derartigen Maschinenleistung - Werkzeug - Kombinationen waren Verschleissprobleme praktisch nicht vorhanden. - Die zunehmend leistungsstärkeren Handwerkzeugmaschinen, insbesondere Bohrhämmer, gestatten es jedoch inzwischen, in bestimmten Betriebsmodi hohe Drehmomente auf ein Werkzeug zu übertragen. Inzwischen hat sich eine Erweiterung des praktischen Einsatzbereiches dieser Bohrhämmer bis zu einem Bohrerdurchmesser von 30 mm ergeben. Dabei hat sich gezeigt, dass Bohrerdurchmesser über 17 mm vermehrt zu Verschleiss und Schädigungen der Werkzeugaufnahme führen, konkret zu wesentlich höherem Verschleiss der Drehmitnahmestege an den Kontaktflächen. Insbesondere durch die Verfügbarkeit moderner, armierungsfester Hammerbohrer kommt es zudem vermehrt zu Werkzeugblockaden dieser im armierten Bohrloch. Beim Versuch des Nutzers, den Hammerbohrer herauszuziehen, werden auf das Werkzeug mittels einer in sich arretierten Handwerkzeugmaschine hohe Drehmomente aufgebracht und hohe ruckartige Zugkräfte ausgeübt, welche auf das Werkzeug über den aufnahmeseitigen Rand der Ausnehmung für den Verriegelungskörper übertragen werden und beim Überschreiten der zulässigen mehrachsigen Beanspruchung zum Bruch der Aufnahmehülse nahe diesem aufnahmeseitigen Rand führen.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer schädigungs- und verschleissminimierten Werkzeugaufnahme für leistungsstarke Handwerkzeugmaschinen.
- Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- So weist eine Werkzeugaufnahme mit mindestens zwei gegenüberliegenden, von einer hohlzylinderförmigen Aufnahmehülse eines Führungsdurchmessers radial nach Innen einkragenden, leistenförmigen Drehmitnahmestegen mit Kontaktflächen wenigstens einen durch eine Ausnehmung der Aufnahmehülse hindurch radial versetzbaren Verriegelungskörper auf, wobei das aufnahmeseitige Ende der Drehmitnahmestege einen Abstand von dem aufnahmeseitigen Rand der Ausnehmung hat, der grösser als das 1,5-fache des Führungsdurchmessers ist.
- Der bruchmechanisch kritische Axialbereich des sich zu 45° fortsetzenden mehrachsigen Spannungszustandes am aufnahmeseitigen Rand der Ausnehmung erstreckt sich beidseitig etwa zur Hälfte des Führungsdurchmessers. Über die dem Führungsdurchsmesser entsprechende darüber hinaus vorhandene, zusätzlich vorgelagerte Kontaktlänge der Drehmitnahmestege wird bedingt durch die begrenzte Torsionssteifigkeit des Einsteckendes zumindest der wesentliche Teil des Drehmoments ausschliesslich aufnahmeseitig von der Ausnehmung eingeprägt. Der obige bruchmechanisch kritische Axialbereich ist somit notwendig geringeren Belastungen ausgesetzt, wodurch bei gegebener Dauerfestigkeitsgrenze ein höheres Drehmoment schädigungsarm einprägbar ist. Durch die nunmehr wesentlich verlängerte, zusätzlich vorgelagerte Kontaktlänge der Drehmitnahmestege, werden vom Nutzer manuell über die Werkzeugmaschine aufgebrachte ruckartige Zugbelastungen bei gleichzeitig hohem Drehmoment bruchsicher auf das Werkzeug übertragen.
- Vorteilhaft beträgt die Länge der Drehmitnahmestege mindestens das Dreifache des Führungsdurchmessers, wodurch bei gleichem Querschnitt eine grössere Kontaktfläche realisiert wird, welche bei Standardbelastungen zu kleineren Flächenpressungen führt und somit den Verschleiss wesentlich reduziert. Zudem führen die kleineren Flächenpressungen zu geringeren Gleitreibungsverlusten eines zugeordnet in der Aufnahmehülse axial begrenzt frei beweglich geführten Einsteckendes, wodurch die Schlagenergieübertragung verbessert wird.
- Vorteilhaft beträgt der Abstand der Drehmitnahmestege vom aufnahmeseitigen Ende der Aufnahmehülse maximal die Hälfte des Führungsdurchmessers, wodurch die nicht zur Übertragung von Drehmoment nutzbare axiale Führungslänge der Aufnahmehülse beschränkt und somit die Werkzeugaufnahme verkürzt ist.
- Vorteilhaft liegt betragsmässig die Summe zweier in derselben Drehrichtung orientierten Kontaktflächen im Bereich zwischen der Hälfte und dem Ganzen des Quadrats des Führungsdurchmessers, wodurch die Werkzeugaufnahme auf die für Stahl-Stahl-Kontaktsysteme wie Passfedern empfohlenen zulässige Flächenpressung von 100 - 120 MPa dimensioniert ist.
- Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
-
Fig. 1 als Werkzeugaufnahme im Längsschnitt -
Fig. 2 als Werkzeugaufnahme im Querschnitt - Nach den
Fig. 1 und Fig. 2 weist eine Werkzeugaufnahme 1 einer drehend und schlagend ein Werkzeug 9 antreibenden Werkzeugmaschine 11 genau zwei gegenüberliegende, von einer hohlzylinderförmigen Aufnahmehülse 3 eines Führungsdurchmessers D radial nach Innen mit einer Steghöhe H = 0.15 D einkragende, leistenförmige Drehmitnahmestege 4a, 4b einer Länge L mit radial verlaufenden Kontaktflächen 5 und einen durch eine Ausnehmung 6 der Aufnahmehülse 3 hindurch radial versetzbaren Verriegelungskörper 2 in Form einer Kugel auf. Das aufnahmeseitige Ende der Drehmitnahmestege 4a, 4b hat einen Abstand X von dem aufnahmeseitigen Rand der Ausnehmung 6, der dem Doppelten des Führungsdurchmessers D entspricht. Die Länge L der Drehmitnahmestege 4a, 4b beträgt das Dreifache des Führungsdurchmessers D und der Abstand Y der vom aufnahmeseitigen Ende der Aufnahmehülse 3 beträgt ein Fünftel des Führungsdurchmessers D. Die betragsmässige Summe Σ aller in derselben Drehrichtung ω orientierten Kontaktflächen 5 liegt mit Σ = 2 L H = 2 (3 D) (0.15 D) = 0.9 D^2 im Bereich zwischen der Hälfte und dem Ganzen des Quadrats des Führungsdurchmessers D. Selbst bei einer leistungsstarken Werkzeugmaschine 11 mit einem Drehmoment M bis zu 50.000 Nmm ergibt sich bei einem Führungsdurchmesser D = 10 mm näherungsweise nur eine Flächenpressung P = M / (D L H) = M / 0.45 D^3 = 111 MPa, die in den empfohlenen Grenzen bleibt. Bei hohen Drehmomenten wie im Fall einer Werkzeugblockade wird durch die begrenzte Torsionssteifigkeit eines Einsteckendes 12 des Werkzeugs 9 im wesentlichen nur die aufnahmeseitig vor dem mehrachsigen Spannungszustand S zusätzlich vorgelagerte Kontaktlänge K = D = 10 mm beansprucht.
Claims (4)
- Werkzeugaufnahme mit mindestens zwei gegenüberliegenden, von einem Führungsdurchmesser (D) einer hohlzylinderförmigen Aufnahmehülse (3) radial nach Innen einkragenden, leistenförmigen Drehmitnahmestegen (4a, 4b) mit, Kontaktflächen (5) und wenigstens einem durch eine Ausnehmung (6) der Aufnahmehülse (3) in einem Axialbereich gleichbleibenden Führungsdurchmessers (D) hindurch radial versetzbaren Verriegelungskörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass das aufnahmeseitige Ende der Drehmitnahmestege (4a, 4b) einen Abstand (X) von dem aufnahmeseitigen Rand der Ausnehmung (6) hat, der größer als das 1,5-fache des Führungsdurchmessers (D) ist, dass der Abstand (Y) der Drehmitnahmestege (4a, 4b) von einem aufnahmeseitigen Rand der Aufnahmehülse (3) geringer als ein Abstand (X+Y) der Ausnehmung (6) von dem aufnahmeseitigen Rand der Aufnahmehülse (3) ist und dass die Drehmitnahmestege (4a, 4b) sich in der axialen Richtung der Aufnahmehülse (3) über die Ausnehmungen erstrecken.
- Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Drehmitnahmestege (4a, 4b) mindestens das Dreifache des Führungsdurchmessers (D) beträgt.
- Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Y) der Drehmitnahmestege (4a, 4b) vom aufnahmeseitigen Ende der Aufnahmehülse (3) maximal die Hälfte des Führungsdurchmessers (D) beträgt.
- Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass betragsmässig die Summe zweier in derselben Drehrichtung (ω) orientierten Kontaktflächen (5) im Bereich zwischen der Hälfte und dem Ganzen des Quadrats des Führungsdurchmessers (D) liegt.
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