EP1657013B1

EP1657013B1 - Werkzeugaufnahme

Info

Publication number: EP1657013B1
Application number: EP05110009A
Authority: EP
Inventors: Werner Kleine; Werner Britten
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: DE502005010407D1; CN1772424B; TW200621405A; CN1772424A; DE102004054685A1; ZA200509149B; EP1657013A1; ATE485119T1; AU2005227367A1; JP2006136999A; US20060103082A1; US8066290B2

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 der DE3205063 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

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.