WO2018224214A1 - Spannvorrichtung sowie ultraschall-bohrmaschine - Google Patents

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WO2018224214A1
WO2018224214A1 PCT/EP2018/060025 EP2018060025W WO2018224214A1 WO 2018224214 A1 WO2018224214 A1 WO 2018224214A1 EP 2018060025 W EP2018060025 W EP 2018060025W WO 2018224214 A1 WO2018224214 A1 WO 2018224214A1
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WO
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clamping
recess
drilling tool
clamping device
longitudinal axis
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PCT/EP2018/060025
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian SITZBERGER
Christian TRUM
Original Assignee
SCHOTT Diamantwerkzeuge GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/08—Means for retaining and guiding the tool bit, e.g. chucks allowing axial oscillation of the tool bit
    • B25D17/084—Rotating chucks or sockets
    • B25D17/088—Rotating chucks or sockets with radial movable locking elements co-operating with bit shafts specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to a clamping device for ultrasonic drilling machines, in particular ultrasonic hand drills, an ultrasonic drill having such a clamping device and a method for clamping a drilling tool.
  • a hand-held ultrasonic drill is already out of the
  • Vibration generator for generating ultrasonic vibrations in order to increase the drilling performance supported by these ultrasonic vibrations.
  • Drill is clamped, allow an insufficient transfer of ultrasonic vibrations to the drilling tool.
  • Oscillation unit generated ultrasonic vibrations on the
  • Drilling tool allows.
  • An ultrasonic drill is the subject of independent claim 20 and a method for clamping a drilling tool is the subject of the sibling
  • Claim 21 According to a first aspect, the invention relates to a
  • Clamping device for coupling a drilling tool with a
  • the clamping device comprises a recess having a bottom region, into which the drilling tool can be inserted in the free-end side in sections.
  • the recess is preferably introduced in a sonotrode, which is coupled directly to the vibration exciter.
  • first clamping means are provided for clamping the drilling tool in the recess, which are designed such that a free end of the drilling tool is pressed against the bottom region of the recess.
  • Clamping device on first clamping means which are movable relative to the drilling tool to clamp it in the axial direction against the bottom portion of the recess.
  • the essential advantage of the tensioning device is that the drilling tool is clamped not only in the radial direction but in particular also axially, so that the free end of the drilling tool shaft bears firmly against the bottom area. This can be an effective
  • the first clamping means are designed to engage a contour provided on the drilling tool.
  • the contour can in particular be a cross-sectional thickening in the region of
  • the clamping device can be designed in particular for receiving drilling tools according to the SDS-plus system.
  • Drilling tools according to the SDS-plus system have a drill bit shank with a diameter of about 10mm.
  • diametrically opposite recesses are provided with a semicircular cross-section and grooves for torque transmission.
  • Bohrwerkmaschineschaft often a larger diameter than the adjoining the Bohrwerkmaschineschaft upwards, the cutting edge or drill bit having Bohrwerkmaschinebericht Symposium.
  • Clamping means can either engage in the recesses or at the forming by the different diameters
  • the first clamping means for the first clamping means for the first clamping means
  • first clamping means are pivotable about a pivot axis extending transversely to the central longitudinal axis of the clamping device.
  • first clamping means are either exclusively translationally movable along one or more displacement axes or the first clamping means are both displaceable and pivotable in the
  • the first clamping means are formed by a plurality of clamping jaws, in particular a pair of clamping jaws, which are deliverable by a pivoting movement or a translational feed movement relative to the Bohrwerkmaschineschaft and are in particular adapted to engage in a recess provided on the Bohrwerkmaschineschaft.
  • the clamping jaws are by a pivoting movement or a translational feed movement in the bore of the tool receiving recess
  • Clamping device introduced.
  • openings are provided in the recess forming the sonotrode, through which the clamping jaws protrude into the recess receiving the drill tool shank so as to clamp the drilling tool.
  • the first clamping means are provided with an axially extending to the central longitudinal axis of the clamping device first
  • Movement direction component relative to the Bohrwerkmaschinemaschine deliverable. This can be achieved either by clamping jaws, which are displaceably guided on a plurality of different displacement axes and are thus translationally displaceable in different directions or the clamping jaws are displaceably guided along a single displacement axis, which extends at an acute angle transverse to the central longitudinal axis of the chuck.
  • clamping jaws By such mobility of the clamping jaws acting both in the radial and in the axial direction clamping the drilling tool can be achieved.
  • the clamping jaws are both along an axial or substantially axial to the central longitudinal axis of the
  • Clamping device extending first displacement axis and along a radially or substantially radially to the central longitudinal axis of the
  • clamping device extending second displacement axis slidably guided.
  • Such a guidance of the clamping jaws allows at the same time a radial and an axial clamping by means of the pair of clamping jaws.
  • the clamping jaws are directed obliquely with respect to the central longitudinal axis of the clamping device in the recess directed towards the bottom portion of the recess.
  • the clamping jaws can each achieve a radial and axial clamping of the drilling tool by a movement along a single obliquely extending displacement axis.
  • the first clamping means are designed such that they are pressed by a pivoting movement or a combined pivot-sliding movement in provided on the drill tool shank recesses. These recesses have, in particular, a semicircular cross section.
  • the first clamping means comprise at least a pair of clamping jaws,
  • an axially displaceable clamping sleeve is provided, which is at least indirectly in operative connection with the first clamping means, in particular the clamping jaws, in such a way that with an axial displacement of the clamping sleeve is an insertion and / or pivoting of the clamping jaws in recess.
  • displaceable clamping sleeve can be a structurally simple and reliable
  • second clamping means are provided, which for the radial clamping of the Bohrtechnikmaschines in an area above the first clamping means (ie with a greater distance to the bottom portion of the recess as the first clamping means) are formed.
  • this second clamping means can be an additional clamping of the drilling tool in an upper
  • Drill tool shank area can be achieved, i. an area just before the drill bit shank leaves the jig. As a result, a further improved transmission of the ultrasonic vibrations to the drilling tool can be achieved.
  • the second clamping means comprise a clamping cone extending circumferentially around the recess or a plurality of clamping elements arranged circumferentially distributed, wherein the second clamping means are formed either for indirect or direct action on a recorded in the recess Bohrwerkmaschineschaft.
  • the clamping cone can be designed to press elastically deformable regions of a clamping section of the sonotrode relative to the drilling tool.
  • the elastically deformable regions of the sonotrode can be formed in particular by tongue-like sonotrode sections which are formed on an upper-side end of the sonotrode.
  • the clamping section of the sonotrode can have openings through which clamping elements penetrate the clamping section and act directly on the drill tool shank.
  • the second clamping means are operatively connected to the clamping sleeve, in such a way that the axial
  • Drill tool shank effected by means of the second clamping means can be achieved via the clamping sleeve.
  • the elastic force transmission means can be formed in particular by a spring element, preferably by a disc spring or a plate spring packet.
  • the elastic force transmission means may be provided either between the clamping sleeve and a functional element (e.g., a clamping cone) of the second clamping means or the elastic ones
  • Power transmission means are provided directly between functional elements of the first and second tensioning means.
  • the first clamping means are formed by a sleeve-shaped clamping element which can be screwed in the axial direction with respect to the central longitudinal axis of the clamping device.
  • Cross-sectional expansion of the drilling tool can be achieved.
  • the clamping element has an opening for the passage of the drilling tool, wherein the diameter of the
  • Opening is adapted to the diameter of the Bohrwerkmaschines such that the opening edge during clamping of the drilling tool relative to the edge of a cross-sectional thickening of the
  • the clamping element can thus attached via the bore on the drilling tool and then to the clamping device, in particular the sonotrode of the clamping device be screwed. This can be a simple way
  • Distortion of the drilling tool can be achieved in the clamping device.
  • the edge of the opening has the
  • Bracing also a radial strain of the drilling tool can be achieved in the clamping device.
  • a radial strain of the drilling tool can be achieved in the clamping device.
  • the recess is formed in an integrally formed sonotrode. This can be the
  • the invention relates to an ultrasonic hand drill comprising a clamping device for receiving a drilling tool and drive means in the form of an electric motor for moving the drilling tool.
  • the drive means also comprise a vibration exciter, by means of which the drilling tool can be set into vibrations in the ultrasonic range.
  • the tensioning device is designed according to one of the previously described embodiments.
  • the invention relates to a
  • the clamping device of a hand drill.
  • the clamping device has a bottom region having a recess in the
  • the drilling tool is ELIdsch used. Further, first clamping means are provided, by means of which the drilling tool is clamped in the recess, in such a way that a free end of the drilling tool is pressed by the first clamping means to the bottom portion of the recess.
  • the sonotrode establishes the connection from the vibration exciter (for example the piezo elements of an ultrasonic generator) to the drilling tool.
  • FIG. 1 shows by way of example and roughly schematically an ultrasonic hand drill in a lateral sectional view; an example provided on a sonotrode
  • FIG. 3 shows, by way of example, a first embodiment of a tensioning device in an open position in a sectional view along a first sectional plane running through the central longitudinal axis; by way of example the tensioning device according to FIG. 3 in one
  • FIG. 5 by way of example the clamping device according to FIGS. 3 and 4 in a sectional view, in which the sectional plane perpendicular to
  • FIG. 6 shows, by way of example, the clamping device analogous to the illustration in FIG. 3 in a closed position in a sectional view along a first sectional plane running through the central longitudinal axis;
  • Fig. 7 by way of example, the clamping device of FIG. 6 in a
  • FIG. 8 shows by way of example the tensioning device according to FIGS. 6 and 7 in a sectional view in which the sectional plane is perpendicular to FIG
  • FIG. 9 shows by way of example a second embodiment of a tensioning device in an open position and in a sectional view along a first sectional plane running through the central longitudinal axis;
  • FIG. 10 by way of example, the clamping device of FIG. 9 in a
  • FIGS. 9 and 10 in a double-sectional view along a first and a second cutting plane extending through the central longitudinal axis;
  • FIG. 12 shows, by way of example, the clamping device analogous to the illustration in FIG. 9 in a closed position in a sectional view along a first sectional plane running through the central longitudinal axis;
  • FIG. 13 by way of example the tensioning device of FIG. 12 in one
  • FIG. 15 shows, by way of example, a third embodiment of a tensioning device in an open position and in a sectional view along a first sectional plane running through the central longitudinal axis;
  • FIG. 16 shows an example of the clamping device according to FIG. 15 in one
  • FIG. 17 shows by way of example the tensioning device according to FIGS. 15 and 16 in a double-sectional view along a first and a second cutting plane running through the central longitudinal axis;
  • FIG. 18 shows, by way of example, the clamping device analogous to the illustration in FIG. 15 in a closed position in a sectional view along a first sectional plane running through the central longitudinal axis;
  • FIG. 19 by way of example the tensioning device according to FIG. 18 in a
  • FIG. 20 shows by way of example the tensioning device according to FIGS. 18 and 19 in a double-sectional view along a first and a second cutting plane running through the central longitudinal axis;
  • Fig. 21 by way of example a fourth embodiment of a
  • FIG. 22 by way of example the clamping device of FIG. 21 in a
  • FIG. 1 shows, by way of example and schematically, a hand drill 1.
  • the hand drill 1 has, in a conventional manner, a housing 1 .1, on which a handle .2 is provided in order to be able to manually guide the hand drill.
  • control means 1 .3 are provided, by means of which the speed of the hand drill 1 is controllable.
  • the hand drill 1 has a tool holder in the form of a clamping device 2, which is designed to hold a drilling tool 3.
  • the tensioning device 2 can in particular a
  • Drilling tools are all tools with straight
  • Tool shaft understood, especially those that have a geometrically defined cutting edge for creating wells. With such drilling tools can be supported by the
  • the shaft 7 is in the embodiment shown by several
  • Bearing 8 mounted rotatably, so that the shaft 7 is rotatable about a rotation axis DA.
  • the shaft 7 is in operative connection with a motor 4.
  • the motor 4 is provided offset to the shaft 7.
  • To initiate a torque in the shaft 7 is a
  • Gear 6 is provided, by means of which a rotary motion of the motor 4 is transmitted to the shaft 7.
  • the transmission 6 may be a gear 6 formed from intermeshing toothed gears 6.1, 6.2.
  • Vibration generator 5 is provided.
  • This vibration exciter 5 has a plurality of piezo elements 5.1, which are arranged in a stack in succession along a longitudinal axis LAS of the vibration exciter 5.
  • the longitudinal axis LAS of the vibration generator 5 can be arranged parallel to the axis of rotation DA, but in particular coincide with the axis of rotation DA, i. the longitudinal axis LAS of the vibration generator 5 and the axis of rotation DA of the shaft 7 and the drilling tool 3 form a common axis.
  • the vibration generation can take place by means of at least one piezoelectric element using the piezoelectric effect or by at least one magnetostrictive element using the effect of the magnetostriction.
  • the vibration exciter 5 is connected to a drive unit 9, which is designed for electrical activation of the vibration exciter 5. In particular, the drive unit 9 acts on the
  • Vibration generator 5 with an electrical signal to put this in vibration in the ultrasonic range.
  • the oscillation frequency can be in the range between 20 kHz and 60 kHz, preferably in the range between 20 kHz and 40 kHz.
  • the tensioning device 2 the drilling tool 3 with the
  • Vibration generator 5 vibrationally coupled, i. the ones from
  • Vibration generator 5 generated vibrations are on the
  • the drilling tool 3 can in particular on the
  • Vibration generator 5 or the oscillating in / on the drill 1 system be tuned that the entire oscillating system including the drilling tool 3 oscillates with a longitudinal eigenmode in the considered frequency spectrum.
  • Vibration generator 5 generated standing wave can be tuned so that the bearing 8 and the introduction of torque (for example, by gear 6.2) each attack in a node vibration.
  • the standing wave generated by the vibration exciter 5 can have x zero crossings, where x is between 1 and 3.
  • the vibration generator 5 may be designed in particular for generating longitudinal ultrasonic vibrations.
  • the drilling tool 3 is set in motion in the axial direction (axially with respect to the axis of rotation DA) in a manner similar to a mechanical impact mechanism of a percussion drill. This can be achieved by the ultrasonic vibrations supported a high material removal of the material to be drilled can be achieved.
  • the drive unit 9 may be designed to adapt the frequency of the vibrations generated by the vibration generator 5 to the speed of the motor 4. In other words, the frequency of the
  • Ultrasonic vibration with the speed of the motor 4 changed.
  • the frequency of the ultrasonic vibration is independent is selected from the speed of the motor 4, in particular is fixed.
  • Adjust drilling tool or the material to be drilled Adjust drilling tool or the material to be drilled.
  • Adjustment can be made continuously or based on several predetermined frequency levels.
  • the frequency can in particular be selected such that, depending on the length or the diameter of the drill in the region of the free end of a maximum
  • Oscillation amplitude (oscillation maximum) yields.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a tensioning device 2.
  • the tensioning device 2 is provided on the free end side on a sonotrode 2.1.
  • On this sonotrode 2.1 of the vibration exciter 5 acts to transmit the ultrasonic vibrations to the sonotrode 2.1.
  • the vibration exciter 5 is at the
  • the tensioning device 2 opposite free end of the sonotrode 2.1 provided and acts directly on this one.
  • the tensioning device 2 is preferably designed as a quick-release device, i. one
  • Drill 3 can without tools and solely by hand
  • the tensioning device 2 may be designed to provide a tensioning action by means of aids, for example tensioning wrenches or the like
  • FIG. 2 the clamping device 2 on the circumference of an operating section 2.2, which is formed for example as an actuating ring.
  • an operating section 2.2 which is formed for example as an actuating ring.
  • actuating section 2.2 By turning the actuating section 2.2 about the central longitudinal axis MI_A around, as described in more detail below, a clamping action on the drilling tool 3 can be achieved.
  • Figures 3 to 8 show the internal structure of a tensioning device 2 in a first embodiment, wherein the Figures 3 to 5 show an open state of the tensioning device 2, wherein the
  • Drill tool 3.1 is clamped in the clamping device 2.
  • the clamping device 2 comprises in the illustrated embodiment first clamping means S1 and second clamping means S2, wherein the second clamping means S2 need not necessarily be provided.
  • the first and second clamping means S1, S2 are arranged one above the other in the direction of the central longitudinal axis MLA in such a way that the first clamping means S1 clamp the drill tool shank 3.1 in the area of its free end and the second clamping means S2 clamp this drill tool shank 3.1 further above, for example in one Area before exit of the
  • Drill tool 3.1 from the jig 2 out.
  • the first and second tensioning means S1, S2 are replaced by the
  • Activation section 2.2 activated.
  • the first and second clamping means S1, S2 can be moved by turning the actuating section 2.2 relative to the drill tool shank 3.1 such that a firm clamping of the drilling tool 3 results in the clamping device 2, in particular such that the drilling tool 3 not only in the radial Direction relative to the central longitudinal axis MLA of the clamping device 2 is clamped but also in the axial direction relative to the central longitudinal axis MLA against a bottom portion 10.1 of a recess 10 in the clamping device 2 is pressed.
  • the tensioning device 2 has a sonotrode 2.1 into which the vibrations generated by the vibration exciter 5 Ultrasonic vibrations are initiated.
  • the recess 10, into which the drill tool shank 3.1 can be introduced, is preferably formed in this sonotrode 2.1.
  • the recess 10 is open at the top, so that the free end of the drill tool 3.1 can be inserted through this opening in the recess 10.
  • the operating section 2.2 is rotatably mounted about the central longitudinal axis MLA and has on the inside a thread 2.2.1, by means of which the operating section 2.2 is in operative connection with a clamping sleeve 12.
  • the clamping sleeve 12 has an external thread 12.1, which is in engagement with the thread 2.2.1 of the operating section 2.2.
  • clamping sleeve 12 on a contact area 12.2, by means of which this against the first clamping means S1, formed in the illustrated embodiment by a pair of clamping jaws 11, comes to rest.
  • the clamping jaws 11 are preferably arranged diametrically opposite one another.
  • the jaws 11 are in the illustrated embodiment, each along several different
  • Displacement axes VA2 can bring the jaws 11 in particular from a retracted position to an advanced position be in which they protrude laterally into the recess 10 and thereby cause the radial clamping of the drilling tool 3.
  • Displacement along the first displacement axes VA1 may be the
  • Pressing the free end of the drilling tool 3 on the bottom portion 10.1 of the recess 10 can be achieved.
  • the clamping jaws 1 1 each have an inclined surface 11.1, which interacts with the contact region 12.2 of the clamping sleeve 12.
  • the inclined surface 1 1 .1 may be flat or curved.
  • the inclined surfaces 1 1.1 each extend at an acute angle ⁇ relative to the
  • Clamping jaws 1 1 are moved radially inward, a contouring provided.
  • this contouring is formed by diametrically opposed recesses 3.3.
  • Recesses 3.3 are provided in particular in drilling tools 3, the drill tool shank 3.1 of which is designed in accordance with the insertion system "SDS-plus.” These recesses 3.3 have a semicircular cross section and are in the region of the free end of the drilling tool 3 by means of a limiting section 3.3.1 closed trained. This recess 3.3 can be used to effect a pressing of the drilling tool relative to the bottom portion 10.1 of the recess 10. As explained above, the clamping jaws 1 1 are initially moved in the radial direction toward the drilling tool 3, so that they engage in the respective recesses 3. 3. As soon as these clamping jaws 11 come to bear against the drilling tool 3, a further radial displacement movement of the clamping jaws 11 is prevented. Due to the concern of the contact area 12.2 with respect to the inclined surfaces 11.1 of the clamping jaws 11 is now by the jaws 1 1 a
  • Clamping jaws 11 along the first and second displacement axes VA1, VA2 can be done not only temporally one after the other but also at least partially at the same time.
  • the clamping jaws 1 1 can only be displaced by a partial stroke along the first displacement axis VA 1.
  • the clamping jaws 1 1 can only be displaced by a partial stroke along the first displacement axis VA 1.
  • Clamping jaws 1 1 in its lower, radially inner corner region in such a manner to the shape of the recess 3.3 in the region of
  • Limiting sections 3.3.1 come to the plant.
  • the second clamping means S2 are also displaced by the clamping sleeve 12 for clamping the drilling tool 3.
  • the second clamping means S2 comprise a clamping cone 13 and a clamping section 2.1 .1 cooperating with the clamping cone 13.
  • the clamping section 2.1 .1 delimits the recess 10 on the circumference in an upper region opposite the bottom region 10.1, ie, forms the wall of the recess 10 in this upper region.
  • the clamping section 2.1.1 is preferably formed on the outside cone-shaped.
  • the clamping section 2.1.1 widens in the direction of the bottom region 10.1 of the recess 10.
  • the clamping cone 13 surrounds the clamping section 2.2.1 circumferentially at least in sections. In this case, an inwardly formed on the clamping cone 13 cone surface is formed inversely to the outer cone of the clamping section 2.1.1.
  • the clamping cone 13 is also in with the clamping sleeve 12 in
  • the elastic force transmission means are in particular by a spring element 16, for example as
  • Cup spring package may be formed formed formed.
  • the elastic force transmission means between the clamping sleeve 12 and the clamping cone 13 are provided acting, in such a way that initially by the clamping sleeve 12 acting in the axial direction pressure on the elastic force transmission means is effected.
  • the elastic force transmission means in turn transmit this pressure to the clamping cone 13.
  • By the pressure a displacement of the clamping cone 13 in the direction of the bottom portion 10.1 of the recess 10 is achieved. Due to the cone shape of the
  • Span section 2.1.1 formed segmented.
  • the clamping section 2.1.1 has a plurality of slots, so that tongue-like clamping section segments form, which can be elastically pressed against the drilling tool 3 in the radial direction.
  • the elasticity of the elastic force transmission means, in particular of the spring element 16 is selected such that initially the first
  • Drill tool shank 3.1 are pressed and this
  • transfer means 15 are provided within the recess, in the on
  • Drill tool shank 3.1 trained grooves 3.4 engage.
  • a pair of transmission means 15 is provided, which are diametrically opposed to each other and thereby engage in diametrically formed on the drill shank 3.1 3.1 grooves 3.4.
  • the transmission means 5 in the exemplary embodiment shown are formed by web-shaped projections within the recess 10, which are adapted to the grooves 3.4. These web-shaped projections can be provided, for example, in one piece on the sonotrode 2.1.
  • the transmission means 15 by separate Elements are formed, which are inserted in formed on the sonotrode 2.1 openings.
  • clamping jaws 1 1 from a clamping position to an open position is preferably supported by
  • Figures 9 to 14 show a second embodiment of a
  • FIGS. 9 to 11 show an open state of the tensioning device 2, in which the drilling tool 3 is clamped
  • FIGS. 12 to 14 show a clamped state of the drilling tool 3.
  • the tensioning device 2 of the second exemplary embodiment again comprises first tensioning means S1 and second tensioning means S2, wherein the second tensioning means S2 can optionally be provided.
  • the first and second clamping means S1, S2 are arranged one above the other in the direction of the central longitudinal axis MLA, in such a way that the first clamping means S1 guide the drill tool 3.1 in the region of its free end and the second clamping means S2 clamp this drill tool shank 3.1 further above, for example, immediately before the exit of the drill tool 3.1 from the clamping device 2 out.
  • the first and second tensioning means S1, S2 are in turn activated by a rotatable actuating portion 2.2.
  • the first and second tensioning means S1, S2 can be rotated by twisting the Operating section 2.2 relative to the drill shank 3.1 are moved so that a firm clamping of the drilling tool 3 results in the clamping device 2, in particular such that the drilling tool 3 not only in the radial direction relative to the
  • Center longitudinal axis MLA of the clamping device 2 is clamped but also in the axial direction relative to the central longitudinal axis MLA against a bottom portion 10.1 of a recess 10 in the clamping device 2 is pressed.
  • the recess 10 is in turn formed in the sonotrode 2.1 and is open at the top, so that the free end of the drilling tool 3 can be inserted through this opening in the recess 10.
  • Shank diameter of drilling tools of the SDS-plus system adapted so that the drill shank 3.1 is accurately inserted.
  • This shaft diameter is for example in the range of about 10mm.
  • the operating section 2.2 is analogous to the first
  • clamping sleeve 12 in operative connection.
  • the clamping sleeve 12 again has an external thread, which is in engagement with the thread 2.2.1 of the operating section 2.2, so that the clamping sleeve 12 during rotation of the actuating portion 2.2 translationally parallel to
  • Movement or axial displacement of the clamping sleeve 12 is a
  • Clamping means S1, S2 causes. More in detail is the clamping sleeve 12 via elastic
  • Power transmission means in particular a spring element 16, especially preferably by means of a plate spring or a plate spring package with the first clamping means S1, formed in the illustrated embodiment by a sliding sleeve 17 and a pair of pin-like clamping jaws 11, in operative connection.
  • the elastic force transmission means are provided between the clamping sleeve 12 and the sliding sleeve 17 and preferably surround circumferentially a tapered portion of the sonotrode 2.1, in which the recess 10 is provided.
  • the sliding sleeve 17 has in a lower, the pin-like clamping jaws 1 1 facing area inclined surfaces 17.1. These inclined surfaces 17.1 are inclined with respect to the
  • the clamping jaws 11 are preferably diametrically opposed
  • the clamping jaws 11 are arranged displaceably in the clamping device 2 in the embodiment shown along displacement axes VA3.
  • the displacement axes VA3 run obliquely to the central longitudinal axis MLA and close a sharp
  • the angle ⁇ assumes, for example, values in the range between 30 ° and 70 °, preferably in the range between 40 ° and 60 °, particularly preferably in the range between 45 ° and 55 °. Due to the inclined surface 17.1 of
  • clamping jaws 1 1 advanced with their front free ends into the recess 10. In other words, the clamping jaws 1 1 are moved transversely to the central longitudinal axis MLA on the drilling tool 3.
  • the clamping device 2 is especially for
  • contouring is provided on the drill tool shank 3.1 in the area in which the clamping jaws 11 are slid obliquely downward and inwardly into the recess 10
  • this contouring is formed by diametrically opposed recesses 3.3. These recesses 3.3 have one in particular
  • Clamping jaws 1 1 engage them in the respective recesses 3.3.
  • the jaws 1 1 can be so relative to the on
  • Floor area 10.1 be arranged freely End rock resting Bohrwerkmaschinemaschine 3.1 that the free ends of the clamping jaws 11 relative to a lower portion of the recess 3.3, in particular in the area of the limiting section 3.3.1 come to rest.
  • the free end of the clamping jaws 11 is formed convexly curved and thus adapted to a concave curvature of the recess 3.3 in the region of the limiting section 3.3.1.
  • the second clamping means S2 comprise a plurality of clamping jaws 18, wherein in the shown
  • Embodiment two diametrically opposite jaws 18 are used. It is understood that more than two
  • jaws 18 can be used.
  • the jaws 18 are guided radially displaceably in recesses of the sonotrode 2.1.
  • the jaws 18 are rotationally offset from the
  • Chucking 11 is arranged.
  • the rotational offset is 90 ° or substantially 90 °, i. the jaws 18 are in a first l o room level and the clamping jaws 1 1 in a second space level
  • the jaws 18 are circumferentially of the clamping sleeve 12th
  • the jaws 18 each have one
  • Sloping surface 18.1 which may be flat or curved. This inclined surface 18.1 acts with a on the clamping sleeve 12th
  • 0 embodiment is designed as an inner cone.
  • the oblique surfaces 18.1 of the clamping jaws 18 rest flat on the inclined surface 12.3.
  • the inclined surface 12.3 encloses with the central longitudinal axis MLA an acute angle ⁇ , which opens towards the bottom area 10.1 downwards.
  • the angle ⁇ is preferably chosen smaller than 10 ° 5.
  • the clamping sleeve 12 With axial displacement of the clamping sleeve 12 along the central longitudinal axis MLA, the inclined surfaces 12.3 relative to the inclined surfaces 18.1 of the clamping jaws 18 are displaced, so that they are displaced radially inwardly into the recess 10 and thereby clamp the drill bit shank 18.1.
  • the clamping sleeve 12 is connected to the sliding sleeve 17 via the spring element 16 in operative connection, ie the sliding sleeve 17 is supported by the clamping sleeve 12 in the axial direction of the
  • the elasticity of the spring element 16 is selected such that first the first clamping means S1, in particular the clamping jaws 1 1 are pressed against the drill tool 3.1 and this
  • Drill tool shank 3.1 to the bottom portion 10.1 of the recess 10 an improved transmission of the ultrasonic vibrations to the drilling tool 3 and thus an improved drilling action is achieved.
  • Transmission means 15 are provided which are diametrically opposed
  • the bolts 15.1 are arranged one above the other in the axial direction in order to be able to engage in one and the same groove 3.4.
  • the bolts can also be formed by web-shaped transmission means 15, which protrude through0 longitudinal slot-like openings in the recess.
  • Embodiment are realized by integrally formed on the sonotrode 2.1 webs. 5 The provision of the jaws 1 1 and the sliding sleeve 17 off
  • a clamping position in an open position is preferably carried out again supported by spring elements which divide the clamping jaws 1 1 and the sliding sleeve 17 in a position corresponding to the open position.
  • Figures 15 to 20 show a third embodiment of a
  • a first essential difference of the third embodiment from the above-described embodiments is that the clamping jaws 19 are pivotally provided in the tensioning device 2. Another difference is that only first Clamping means S1 are provided, which have a radial and an axial
  • the first clamping means S1 are in turn activated by a rotatable actuating portion 2.2, so that thereby the clamping of the drilling tool 3 takes place in the clamping device 2, namely
  • the drilling tool 3 is clamped not only in the radial direction with respect to the central longitudinal axis MLA of the tensioning device 2 but also in the axial direction with respect to the longitudinal center axis MLA against a bottom region 10.1 of a recess 10 in the tensioning device 2.
  • the recess 10 is in turn formed in the sonotrode 2.1 and is open at the top, so that the free end of the drilling tool 3 can be inserted through this opening in the recess 10.
  • the actuating portion 2.2 is analogous to the first and second embodiments via an inner-side thread 2.2.1 with a clamping sleeve 12 in operative connection.
  • the clamping sleeve 12 in turn has an external thread which is in engagement with the thread 2.2.1 0 of the operating section 2.2, so that the clamping sleeve 12 at
  • Movement or axial displacement of the clamping sleeve 12 is a
  • the clamping sleeve 12 is distributed with several circumferentially
  • clamping jaws 19 in operative connection.
  • the clamping sleeve 12 surrounds the clamping jaws 1 1 sections circumferentially.
  • the clamping jaws 19 are for example elongated, wherein the longitudinal axis of the clamping jaws 19 extends parallel or substantially parallel to the central longitudinal axis MLA.
  • the clamping jaws 9 have a bearing portion 19. 1, which is provided in the region of the clamping jaws 19, which is surrounded by the clamping sleeve 12. By the bearing portion 19.1, the clamping jaws 19 are pivotally held in the tensioning device 2, namely pivotable about a
  • Swivel axis SA the transverse, in particular at right angles to
  • Center longitudinal axis MLA runs.
  • the recess 10 is provided,
  • This extension 2.1.3 preferably forms the pivot axis SA.
  • On the bearing portion 19.1 also has a groove or notch 19.1.1 is provided, in which an annular elastic element 19.2, for example in the form of an O-ring or an annular spring is at least partially received.
  • the annular elastic element 19.2 preferably extends around the clamping jaws 19 on the outside, so that they are tensioned with their bearing sections 19.1 in a radially inward position. By this elastic element 19.2, the clamping jaws 19 are held in the open position shown in Figures 15 and 17.
  • the clamping jaws 9 continue to have a sliding portion 19.3.
  • This sliding portion 19.3 is provided on the outside of the clamping jaws 19. This sliding portion 19.3, for example, by a flat inclined surface or by a curved
  • This Sliding portion 19.3 cooperates with a sliding portion 12.4 of the clamping sleeve 12, in such a way that the sliding portion 12.4 of the clamping sleeve 12 slides along the sliding portion 19.3 fitting by the axial displacement of the clamping sleeve 12.
  • Slide section 19.3 cooperate in such a way that the clamping jaws 19 are pivoted from the open pivot position shown in FIG. 15 into the closed pivot position shown in FIG.
  • the pivoting is carried out such that the
  • the clamping jaws 19 can be designed such that there is an at least partially positive engagement between the respective recess and the clamping jaw 19.
  • the clamping jaws 19 have a corner region 19.4, which is connected to the shape of the recess 3.3 in the region of
  • Limiting section 3.3.1 is adapted. As a result, the axial clamping of the drilling tool 3 described in more detail below, in particular the pressing of the free end of the
  • Drill tool 3.1 3.1 to the bottom portion 10.1 of the recess 10 are significantly improved.
  • the axial clamping of the drilling tool 3 can already result solely from the pivoting movement of the clamping jaws 19.
  • the clamping jaws 19 are also displaceably provided in the axial direction along the central longitudinal axis MLA, namely after an at least partial pivoting of the clamping jaws 19 into a radially inward position (see Fig. 18).
  • the clamping jaws 19 are also displaceably provided in the axial direction along the central longitudinal axis MLA, namely after an at least partial pivoting of the clamping jaws 19 into a radially inward position (see Fig. 18).
  • Clamping jaws 19 each have a stop 19.5, opposite to the Clamping sleeve 12 comes to rest (see Fig. 18, 19). By a further axial displacement, the clamping jaws 19 are displaced in the axial direction in the direction of the bottom portion 10.1, so that after the radial pivoting of the clamping jaws 19 of the clamping jaws 19 clamped held Bohrwerkmaschineschaft 3.1 is pressed against the bottom portion 10.1.
  • the torque transmission to the drilling tool 3 is analogous to the second exemplary embodiment by means of bolts 15. 1, which engage in grooves 3. 3 formed on the drill tool shank 3.1.
  • the torque transmission as in the first embodiment via web-shaped projections within the
  • Recess 10 made, which are integrally formed on the sonotrode 2.1 or inserted into slot-like recesses of the sonotrode 2.1.
  • Figures 21 and 22 show a fourth embodiment of a clamping device 2.
  • the clamping device in turn has a
  • Sonotrode 2.1 on, in which a precisely fitting recess 10 is formed for a drill shank 3.1.
  • Diameter of the recess 10 to the shaft diameter of the Drill 3 adapted such that the wall of the recess
  • clamping element 20 For axial pressing of the free end of the drilling tool 3 to the bottom portion 10.1 of the recess 10, a clamping element 20 is provided.
  • This clamping element 20 is formed like a screw cap, i. it has a first clamping element section 20.1, the
  • an internal thread is provided on the inside, provided with a circumferentially in the opening region of the sonotrode 2.1
  • the clamping element 20 has a second clamping element section 20.2, in which an opening 20.3 is formed.
  • the second clamping element section 20.2 extends, for example, at right angles to the clamping element section 20.1 and forms in sections a cover section through which the opening 20.3 extends.
  • drilling tools 3 designed according to the SDS-plus system have a cross-sectional thickening 3.2 in the area of the drill tool shank 3.1.
  • the cross-sectional thickening 3.2 in the area of the drill tool shank 3.1.
  • Drill tool shank 3.1 formed thinner in a following on the drill bit or cutting first Bohrwerkmaschinemaschine Anlagen Suite 3.1.1 than in the region of the free end of Bohrwerkmaschines 3.1, i. a second Bohrwerkmaschinemaschine GmbH Society 3.1.2.
  • the opening 20.3 is formed with its diameter d such that the first
  • the cross-sectional thickening 3.2 comes when screwing the clamping element 20 relative to the edge of the Opening 20.3 to the plant and the drilling tool 3 can be pressed with its free end against the bottom portion 10.1 of the recess 10.
  • the sonotrode 2.1 adjacent edge of the opening 20.3 is cone-shaped or otherwise adapted to the cross-sectional thickening 3.2, so that by screws on the clamping element 20 in the radial direction a
  • Clamping action on the drilling tool 3 can be achieved.
  • the torque transmission to the drilling tool 3 can be carried out analogously to the previously described embodiments, in particular by means of transmission means 15 in the form of the bolt 15.1, as shown in Figure 21.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannvorrichtung zur Kopplung eines Bohrwerkzeugs (3) mit einer Bohrmaschine (1) umfassend eine einen Bodenbereich (10.1) aufweisende Ausnehmung (10), in die abschnittsweise das Bohrwerkzeug (3) freiendseitig einsetzbar ist. Dabei sind erste Spannmittel (S1) zum Einspannen des Bohrwerkzeugs (3) in der Ausnehmung (10) vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass ein freies Ende des Bohrwerkzeugs (3) an den Bodenbereich (10.1) der Ausnehmung (10) angepresst wird.

Description

Spannvorrichtung sowie Ultraschall-Bohrmaschine Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Ultraschall- Bohrmaschinen, insbesondere Ultraschall-Handbohrmaschinen, eine Ultraschall-Bohrmaschine mit einer derartigen Spannvorrichtung sowie ein Verfahren zum Einspannen eines Bohrwerkzeugs. Eine handgeführte Ultraschall-Bohrmaschine ist bereits aus der
Druckschrift DE 20 2017 100 736 U1 bekannt. Diese weist im Unterschied zu Schlagbohrmaschinen anstelle eines Schlagwerks einen
Schwingungserreger zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen auf, um unterstützt durch diese Ultraschallschwingungen die Bohrleistung zu erhöhen.
Problematisch hierbei ist, dass im Stand der Technik bekannte
Spannvorrichtungen, mittels denen ein Bohrwerkzeug an der
Bohrmaschine eingespannt wird, eine nur unzureichende Übertragung der Ultraschallschwingungen auf das Bohrwerkzeug ermöglichen.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spannvorrichtung anzugeben, die eine effektive Übertragung der von der
Schwingungseinheit erzeugten Ultraschallschwingungen auf das
Bohrwerkzeug ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der
Unteransprüche. Eine Ultraschall-Bohrmaschine ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 20 und ein Verfahren zum Einspannen eines Bohrwerkzeugs ist Gegenstand des nebengeordneten
Patentanspruchs 21. Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine
Spannvorrichtung zur Kopplung eines Bohrwerkzeugs mit einer
Bohrmaschine. Die Spannvorrichtung umfasst eine einen Bodenbereich aufweisende Ausnehmung, in die abschnittsweise das Bohrwerkzeug freiendseitig einsetzbar ist. Die Ausnehmung ist dabei vorzugsweise in einer Sonotrode eingebracht, die unmittelbar mit dem Schwingungserreger gekoppelt wird. Weiterhin sind erste Spannmittel zum Einspannen des Bohrwerkzeugs in der Ausnehmung vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass ein freies Ende des Bohrwerkzeugs an den Bodenbereich der Ausnehmung angepresst wird. In anderen Worten weist die
Spannvorrichtung erste Spannmittel auf, die relativ zum Bohrwerkzeug bewegbar sind, um dieses in axialer Richtung gegen den Bodenbereich der Ausnehmung zu verspannen.
Der wesentliche Vorteil der Spannvorrichtung besteht darin, dass das Bohrwerkzeug nicht nur in radialer Richtung sondern insbesondere auch axial eingespannt wird, so dass das freie Ende des Bohrwerkzeugschafts gegen den Bodenbereich fest anliegt. Dadurch kann eine effektive
Schwingungsübertragung auf das Bohrwerkzeug erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Spannmittel zum Angreifen an einer am Bohrwerkzeug vorgesehenen Kontur ausgebildet. Die Kontur kann insbesondere eine Querschnittsverdickung im Bereich des
Bohrwerkzeugschafts sein oder durch eine am Bohrwerkzeugschaft vorgesehenen Ausnehmung gebildet werden. Die Spannvorrichtung kann insbesondere zur Aufnahme von Bohrwerkzeugen gemäß dem SDS-plus- System ausgebildet sein. Bohrwerkzeuge gemäß dem SDS-plus-System weisen einen Bohrwerkzeugschaft mit einem Durchmesser von etwa 10mm auf. An diesem Schaft sind jeweils diametral gegenüberliegend Ausnehmungen mit einem halbkreisförmigen Querschnitt und Nuten zur Drehmomentübertragung vorgesehen. Ferner weist der
Bohrwerkzeugschaft häufig einen größeren Durchmesser auf als der sich an den Bohrwerkzeugschaft nach oben hin anschließende, die Schneide bzw. Bohrspitze aufweisende Bohrwerkzeugbereich. Die ersten
Spannmittel können dabei entweder in die Ausnehmungen eingreifen oder an der sich durch die unterschiedlichen Durchmesser bildenden
Querschnittsverdickung angreifen, um die axiale Verspannung des Bohrwerkzeugs zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Spannmittel zum
Anpressen des freien Endes des Bohrwerkzeugs an den Bodenbereich der Ausnehmung axial in Bezug auf die Mittellängsachse der
Spannvorrichtung bewegbar. Alternativ oder zusätzlich sind die ersten Spannmittel um eine quer zur Mittellängsachse der Spannvorrichtung verlaufende Schwenkachse verschwenkbar. In anderen Worten sind die ersten Spannmittel entweder ausschließlich translatorisch entlang einer oder mehrerer Verschiebeachsen bewegbar oder die ersten Spannmittel sind sowohl verschiebbar als auch verschwenkbar in der
Spannvorrichtung aufgenommen. Dadurch kann sowohl ein radiales als auch ein axiales Einspannen des Bohrwerkzeugs erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Spannmittel durch mehrere Spannbacken, insbesondere ein Paar von Spannbacken gebildet, die durch eine Schwenkbewegung oder eine translatorische Zustellbewegung gegenüber dem Bohrwerkzeugschaft zustellbar sind und insbesondere dazu ausgebildet sind, in eine am Bohrwerkzeugschaft vorgesehene Ausnehmung einzugreifen. In anderen Worten sind die Spannbacken durch eine Schwenkbewegung oder eine translatorische Zustellbewegung in die den Bohrwerkzeugschaft aufnehmende Ausnehmung der
Spannvorrichtung einbringbar. Hierzu sind beispielsweise in der die Ausnehmung ausbildenden Sonotrode Öffnungen vorgesehen, durch die hindurch die Spannbacken in die den Bohrwerkzeugschaft aufnehmende Ausnehmung vorstehen, um das Bohrwerkzeug dadurch einzuspannen. Dadurch kann eine effektive Übertragung von Ultraschallschwingungen auf das Bohrwerkzeug erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Spannmittel mit einer axial zur Mittellängsachse der Spannvorrichtung verlaufenden ersten
Bewegungsrichtungskomponente und mit einer radial zur Mittellängsachse der Spannvorrichtung verlaufenden zweiten
Bewegungsrichtungskomponente gegenüber dem Bohrwerkzeugschaft zustellbar. Dies kann entweder durch Spannbacken erreicht werden, die an mehreren unterschiedlichen Verschiebeachsen verschiebbar geführt sind und dadurch in unterschiedlichen Richtungen translatorisch verschiebbar sind oder die Spannbacken sind jeweils entlang einer einzigen Verschiebeachse verschiebbar geführt, die in einem spitzen Winkel quer zur Mittellängsachse des Spannfutters verläuft. Durch eine derartige Bewegbarkeit der Spannbacken kann eine sowohl in radialer als auch in axialer Richtung wirkende Einspannung des Bohrwerkzeugs erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Spannbacken sowohl entlang einer axial oder im Wesentlichen axial zur Mittellängsachse der
Spannvorrichtung verlaufenden ersten Verschiebeachse als auch entlang einer radial oder im Wesentlichen radial zur Mittellängsachse der
Spannvorrichtung verlaufenden zweiten Verschiebeachse verschiebbar geführt. Eine derartige Führung der Spannbacken ermöglicht zugleich eine radiale und eine axiale Einspannung mittels des Paars von Spannbacken. Gemäß einer Ausführungsform sind die Spannbacken schräg in Bezug auf die Mittellängsachse der Spannvorrichtung in die Ausnehmung auf den Bodenbereich der Ausnehmung hin gerichtet einschiebbar. Dadurch können die Spannbacken jeweils durch eine Bewegung entlang einer einzigen schräg verlaufenden Verschiebeachse ein radiales und axiales Einspannen des Bohrwerkzeugs erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Spannmittel derart ausgebildet, dass diese durch eine Schwenkbewegung oder eine kombinierte Schwenk-Schiebebewegung in am Bohrwerkzeugschaft vorgesehene Ausnehmungen eingedrückt werden. Diese Ausnehmungen weisen insbesondere einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die ersten Spannmittel umfassen zumindest ein Paar von Spannbacken,
insbesondere genau ein Paar von Spannbacken, die jeweils in eine am Bohrwerkzeugschaft vorgesehene Ausnehmung einschiebbar und/oder einschwenkbar sind. Die freiendseitige Formgebung der Spannbacken ist vorzugsweise an die Form der Ausnehmungen angepasst. Dadurch kann ein effektives Einspannen des Bohrwerkzeugs erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform ist eine axial verschiebbare Spannhülse vorgesehen, die zumindest mittelbar mit den ersten Spannmitteln, insbesondere den Spannbacken in Wirkverbindung steht, und zwar derart, dass bei einer axialen Verschiebung der Spannhülse ein Einschieben und/oder Einschwenken der Spannbacken in Ausnehmung erfolgt. Über die entlang der Mittellängsachse der Spannvorrichtung verschiebbare Spannhülse kann so eine konstruktiv einfache und zuverlässige
Bewegung der Spannbacken sichergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind zweite Spannmittel vorgesehen, die zur radialen Klemmung des Bohrwerkzeugschafts in einem Bereich oberhalb der ersten Spannmittel (d.h. mit einem größeren Abstand zu dem Bodenbereich der Ausnehmung als die ersten Spannmittel) ausgebildet sind. Durch diese zweiten Spannmittel kann eine zusätzliche Klemmung des Bohrwerkzeugs in einem oberen
Bohrwerkzeugschaftbereich erreicht werden, d.h. einem Bereich kurz bevor der Bohrwerkzeugschaft die Spannvorrichtung verlässt. Dadurch kann eine weiterhin verbesserte Übertragung der Ultraschallschwingungen auf das Bohrwerkzeug erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die zweiten Spannmittel einen umfangsseitig um die Ausnehmung herum verlaufenden Spannkonus oder mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete Spannelemente, wobei die zweiten Spannmittel entweder zur mittelbaren oder direkten Einwirkung auf einen in der Ausnehmung aufgenommenen Bohrwerkzeugschaft ausgebildet sind. Der Spannkonus kann dabei dazu ausgebildet sein, elastisch verformbare Bereiche eines Spannabschnitts der Sonotrode gegenüber dem Bohrwerkzeug anzudrücken. Die elastisch verformbaren Bereiche der Sonotrode können insbesondere durch zungenartig ausgebildete Sonotrodenabschnitte gebildet werden, die an einem oberseitigen Ende der Sonotrode ausgebildet sind. Alternativ kann der Spannabschnitt der Sonotrode Öffnungen aufweisen, durch die hindurch Spannelemente den Spannabschnitt durchdringen und direkt auf den Bohrwerkzeugschaft einwirken.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zweiten Spannmittel mit der Spannhülse wirkverbunden, und zwar derart, dass die axiale
Verschiebung der Spannhülse eine radiale Spannwirkung am
Bohrwerkzeugschaft mittels der zweiten Spannmittel bewirkt. Damit kann über die Spannhülse nicht nur ein Aktivieren der ersten Spannmittel sondern auch der zweiten Spannmittel erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Spannhülse mit den ersten
Spannmitteln und/oder den zweiten Spannmitteln über elastische
Kraftübertragungsmittel gekoppelt. Die elastischen Kraftübertragungsmittel können insbesondere durch ein Federelement, vorzugsweise durch eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket gebildet werden. Dadurch kann eine zumindest teilweise Entkopplung der Aktivierung der ersten Spannmittel und/oder der zweiten Spannmittel erreicht werden, d.h. diese können zeitlich versetzt zueinander durch die Verschiebung der Spannhülse aktiviert werden.
Die elastischen Kraftübertragungsmittel können entweder zwischen der Spannhülse und einem Funktionselement (z.B. einem Spannkonus) der zweiten Spannmittel vorgesehen sein oder die elastischen
Kraftübertragungsmittel sind unmittelbar zwischen Funktionselementen der ersten und zweiten Spannmittel vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Spannmittel durch ein hülsenförmiges Spannelement gebildet, das in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellängsachse der Spannvorrichtung aufschraubbar ist. Dadurch kann ein axiales Einspannen des Bohrwerkzeugs durch Angreifen der ersten Spannmittel an einer Verdickungsstelle bzw. einer
Querschnittsaufweitung des Bohrwerkzeugs erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Spannelement eine Öffnung zur Durchführung des Bohrwerkzeugs auf, wobei der Durchmesser der
Öffnung derart an den Durchmesser des Bohrwerkzeugschafts angepasst ist, dass der Öffnungsrand beim Einspannen des Bohrwerkzeugs gegenüber dem Rand einer Querschnittsverdickung des
Bohrwerkzeugschafts zur Anlage kommt. Das Spannelement kann damit über die Bohrung auf das Bohrwerkzeug aufgesteckt und anschließend an der Spannvorrichtung, insbesondere der Sonotrode der Spannvorrichtung verschraubt werden. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein
Verspannen des Bohrwerkzeugs in der Spannvorrichtung erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Rand der Öffnung dem
Bodenbereich der Ausnehmung zugewandt einen Konus zur Zentrierung des Bohrwerkzeugs auf. Dadurch kann zusätzlich zur axialen
Verspannung auch eine radiale Verspannung des Bohrwerkzeugs in der Spannvorrichtung erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform sind in die Ausnehmung radial
hineinragend Übertragungsmittel zur Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeug vorgesehen. Diese Übertragungsmittel können entweder einstückig an der die Ausnehmung bildenden Sonotrode vorgesehen sein oder durch in die Ausnehmung hineinragende, durch Öffnungen in der Sonotrode hindurchgeführte Stege oder Bolzen gebildet sein. Dadurch kann die Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeug unabhängig von der Einspannung desselben zur Übertragung der Ultraschallschwingung erreicht werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausnehmung in einer einstückig ausgebildeten Sonotrode ausgebildet. Damit kann der
Bohrwerkzeugschaft unmittelbar in die Sonotrode eingesteckt werden, was die Effektivität der Ultraschallübertragung wesentlich verbessert. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Ultraschall- Handbohrmaschine umfassend eine Spannvorrichtung zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs und Antriebsmittel in Form eines elektrischen Motors zum Bewegen des Bohrwerkzeugs. Die Antriebsmittel umfassen zudem einen Schwingungserreger, mittels dem das Bohrwerkzeug in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzbar ist. Die Spannvorrichtung ist dabei gemäß einem der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet.
Gemäß einem nochmals weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein
Verfahren zum Einspannen eines Bohrwerkzeugs in einer
Spannvorrichtung einer Handbohrmaschine. Die Spannvorrichtung weist eine einen Bodenbereich aufweisende Ausnehmung auf, in die
abschnittsweise das Bohrwerkzeug freiendseitig einsetzbar ist. Ferner sind erste Spannmittel vorgesehen, mittels denen das Bohrwerkzeug in der Ausnehmung eingespannt wird, und zwar derart, dass ein freies Ende des Bohrwerkzeugs durch die ersten Spannmittel an den Bodenbereich der Ausnehmung angepresst wird.
Unter„Sonotrode" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Element verstanden, das durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen in
Resonanzschwingungen versetzt werden kann. Dabei stellt die Sonotrode die Verbindung vom Schwingungserreger (z.B. den Piezoelementen eines Ultraschallgenerators) zum Bohrwerkzeug her.
Die Ausdrücke„näherungsweise",„im Wesentlichen" oder„etwa" bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle
beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft und grob schematisch eine Ultraschall- Handbohrmaschine in einer seitlichen Schnittdarstellung; beispielhaft eine an einer Sonotrode vorgesehene
Spannvorrichtung;
Fig. 3 beispielhaft eine erste Ausführungsform einer Spannvorrichtung in einer Offenstellung in einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene; beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 3 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 3 verläuft;
Fig. 5 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 3 und 4 in einer Schnittdarstellung, bei der die Schnittebene senkrecht zur
Mittellängsachse im Bereich der Spannbacken verläuft;
Fig. 6 beispielhaft die Spannvorrichtung analog zur Darstellung in Fig. 3 in einer Schließstellung bei einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene; Fig. 7 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 6 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 6 verläuft;
Fig. 8 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 6 und 7 in einer Schnittdarstellung, bei der die Schnittebene senkrecht zur
Mittellängsachse im Bereich der Spannbacken verläuft;
Fig. 9 beispielhaft eine zweite Ausführungsform einer Spannvorrichtung in einer Offenstellung und in einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 10 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 9 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 9 verläuft;
Fig. 1 1 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 9 und 10 in einer Doppelschnittdarstellung entlang einer ersten und einer zweiten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 12 beispielhaft die Spannvorrichtung analog zur Darstellung in Fig. 9 in einer Schließstellung bei einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 13 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 12 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 12 verläuft; Fig. 14 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 12 und 13 in einer Doppelschnittdarstellung entlang einer ersten und einer zweiten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 15 beispielhaft eine dritte Ausführungsform einer Spannvorrichtung in einer Offenstellung und in einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 16 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 15 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 15 verläuft;
Fig. 17 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 15 und 16 in einer Doppelschnittdarstellung entlang einer ersten und einer zweiten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 18 beispielhaft die Spannvorrichtung analog zur Darstellung in Fig. 15 in einer Schließstellung bei einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene;
Fig. 19 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 18 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 18 verläuft;
Fig. 20 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 18 und 19 in einer Doppelschnittdarstellung entlang einer ersten und einer zweiten, durch die Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene; Fig. 21 beispielhaft ein viertes Ausführungsbeispiel einer
Spannvorrichtung mit einem aufschraubbaren Spanneiement in einer Schnittdarstellung entlang einer ersten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, und
Fig. 22 beispielhaft die Spannvorrichtung gemäß Fig. 21 in einer
Schnittdarstellung entlang einer zweiten, durch die
Mittellängsachse verlaufenden Schnittebene, die senkrecht zur ersten Schnittebene gemäß Fig. 21 verläuft.
Figur 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Handbohrmaschine 1 . Die Handbohrmaschine 1 weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 1 .1 auf, an dem ein Handgriff .2 vorgesehen ist, um die Handbohrmaschine händisch führen zu können. An dem Handgriff 1.2 sind Steuermittel 1 .3 vorgesehen, mittels denen die Drehzahl der Handbohrmaschine 1 steuerbar ist.
Zudem weist die Handbohrmaschine 1 eine Werkzeugaufnahme in Form einer Spannvorrichtung 2 auf, die zur Halterung eines Bohrwerkzeugs 3 ausgebildet ist. Die Spannvorrichtung 2 kann insbesondere eine
Schnellspannvorrichtung zur drehfesten Verbindung des Bohrwerkzeugs 3 mit einer drehend im Gehäuse gelagerten Welle 7 sein. Unter
Bohrwerkzeug werden sämtliche Werkzeuge mit geradem
Werkzeugschaft verstanden, insbesondere solche, die eine geometrisch bestimmte Schneide zur Erstellung von Bohrlöchern aufweisen. Mit derartigen Bohrwerkzeugen lassen sich unterstützt durch die
Ultraschallschwingung vorteilhaft Löcher in spröde Materialien,
beispielsweise Ziegel, Beton oder aber auch Verbundwerkstoffe einbringen. Die Welle 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch mehrere
Lagerstellen 8 rotativ gelagert, so dass die Welle 7 um eine Drehachse DA drehbar ist. Die Welle 7 steht mit einem Motor 4 in Wirkverbindung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Motor 4 versetzt zur Welle 7 vorgesehen. Zur Einleitung eines Drehmoments in die Welle 7 ist ein
Getriebe 6 vorgesehen, mittels dem eine Drehbewegung des Motors 4 auf die Welle 7 übertragen wird. Das Getriebe 6 kann insbesondere ein aus kämmend ineinandergreifenden Zahnrädern 6.1 , 6.2 gebildetes Getriebe 6 sein. Dadurch wird eine vom Motor bewirkte Drehbewegung über die Welle 7 und die Spannvorrichtung 2 auf das Bohrwerkzeug 3 übertragen.
Zur Erzeugung von Schwingungen am Bohrwerkzeug 3 ist ein
Schwingungserreger 5 vorgesehen. Dieser Schwingungserreger 5 weist mehrere Piezoelemente 5.1 auf, die stapelartig hintereinander entlang einer Längsachse LAS des Schwingungserregers 5 angeordnet sind. Die Längsachse LAS des Schwingungserregers 5 kann dabei parallel zur Drehachse DA angeordnet sein, insbesondere aber mit der Drehachse DA zusammenfallen, d.h. die Längsachse LAS des Schwingungserregers 5 und die Drehachse DA der Welle 7 bzw. des Bohrwerkzeugs 3 bilden eine gemeinsame Achse. Die Schwingungserzeugung kann mittels zumindest eines Piezoelements unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts oder durch zumindest ein magnetostriktives Element unter Nutzung des Effekts der Magnetostriktion erfolgen. Der Schwingungserreger 5 ist mit einer Ansteuereinheit 9 verbunden, die zur elektrischen Ansteuerung des Schwingungserregers 5 ausgebildet ist. Insbesondere beaufschlagt die Ansteuereinheit 9 den
Schwingungserreger 5 mit einem elektrischen Signal, um diesen in Schwingungen im Ultraschallbereich zu versetzen. Die Schwingfrequenz kann dabei im Bereich zwischen 20 kHz und 60 kHz liegen, bevorzugt im Bereich zwischen 20 kHz und 40 kHz. Über die Spannvorrichtung 2 ist das Bohrwerkzeug 3 mit dem
Schwingungserreger 5 schwingungsgekoppelt, d.h. die vom
Schwingungserreger 5 erzeugten Schwingungen werden auf das
Bohrwerkzeug 3 übertragen, so dass der Bohrvorgang
schwingungsunterstützt erfolgt.
Das Bohrwerkzeug 3 kann insbesondere derart auf den
Schwingungserreger 5 bzw. das in/an der Bohrmaschine 1 schwingende System abgestimmt sein, dass das gesamte schwingende System einschließlich des Bohrwerkzeugs 3 mit einer Longitudinaleigenmode im betrachteten Frequenzspektrum schwingt. Die durch den
Schwingungserreger 5 erzeugte stehende Welle kann so abgestimmt sein, dass die Lagerung 8 und die Einleitung des Drehmoments (beispielsweise durch Zahnrad 6.2) jeweils in einem Schwingungsknotenpunkt angreifen. Die durch den Schwingungserreger 5 erzeugte stehende Welle kann dabei x Nulldurchgänge aufweisen, wobei x zwischen 1 und 3 liegt.
Der Schwingungserreger 5 kann insbesondere zur Erzeugung von longitudinalen Ultraschallschwingungen ausgebildet sein. Durch diese longitudinalen Ultraschallschwingungen wird das Bohrwerkzeug 3 in axialer Richtung (axial in Bezug auf die Drehachse DA) ähnlich einem mechanischen Schlagwerk einer Schlagbohrmaschine in Bewegung versetzt. Dadurch kann durch die Ultraschallschwingungen unterstützt ein hoher Materialabtrag an dem zu bohrenden Material erreicht werden.
Die Ansteuereinheit 9 kann dazu ausgebildet sein, die Frequenz der vom Schwingungserreger 5 erzeugten Schwingungen an die Drehzahl des Motors 4 anzupassen. In anderen Worten wird die Frequenz der
Ultraschallschwingung mit der Drehzahl des Motors 4 verändert. Alternativ ist es möglich, dass die Frequenz der Ultraschallschwingung unabhängig von der Drehzahl des Motors 4 gewählt wird, insbesondere fest ist.
Weiterhin alternativ ist es möglich, die Frequenz unabhängig von der Drehzahl des Motors 4 zu variieren, um diese an das jeweilige
Bohrwerkzeug bzw. das zu bohrende Material anzupassen. Die
Einstellung kann stufenlos oder basierend auf mehreren vorgegebenen Frequenzstufen erfolgen. Die Frequenz kann insbesondere derart gewählt werden, dass sich abhängig von der Länge bzw. des Durchmessers des Bohrers im Bereich dessen freien Endes eine maximale
Schwingungsamplitude (Schwingungsmaximum) ergibt.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform einer Spannvorrichtung 2 gezeigt. Vorzugsweise ist die Spannvorrichtung 2 freiendseitig an einer Sonotrode 2.1 vorgesehen. Auf diese Sonotrode 2.1 wirkt der Schwingungserreger 5, um die Ultraschallschwingungen auf die Sonotrode 2.1 zu übertragen. Vorzugsweise ist der Schwingungserreger 5 an dem der
Spannvorrichtung 2 gegenüberliegenden freien Ende der Sonotrode 2.1 vorgesehen und wirkt direkt auf diese ein. Die Spannvorrichtung 2 ist vorzugsweise als Schnellspannvorrichtung ausgebildet, d.h. ein
Bohrwerkzeug 3 kann werkzeuglos und allein durch händische
Krafteinwirkung in der Spannvorrichtung 2 eingespannt werden. Alternativ kann die Spannvorrichtung 2 dazu ausgebildet sein, durch Hilfsmittel, beispielsweise Spannschlüssel o.a., eine Spannwirkung am
Bohrwerkzeug 3 zu erzeugen.
Wie in Figur 2 ersichtlich, weist die Spannvorrichtung 2 umfangsseitig einen Betätigungsabschnitt 2.2 auf, der beispielsweise als Betätigungsring ausgebildet ist. Durch Drehen des Betätigungsabschnitts 2.2 um die Mittellängsachse MI_A herum kann, wie nachfolgend näher erläutert, eine Spannwirkung an dem Bohrwerkzeug 3 erreicht werden. Figuren 3 bis 8 zeigen den inneren Aufbau einer Spannvorrichtung 2 in einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Figuren 3 bis 5 einen offenen Zustand der Spannvorrichtung 2 zeigen, bei dem der
Bohrwerkzeugschaft 3.1 lose, d.h. nicht eingespannt in der
Spannvorrichtung 2 aufgenommen ist und die Figuren 6 bis 8 einen Schließzustand der Spannvorrichtung 2 zeigen, bei dem der
Bohrwerkzeugschaft 3.1 in der Spannvorrichtung 2 eingespannt ist.
Die Spannvorrichtung 2 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel erste Spannmittel S1 und zweite Spannmittel S2, wobei die zweiten Spannmittel S2 nicht zwangsweise vorgesehen sein müssen. Die ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2 sind in Richtung der Mittellängsachse MLA gesehen übereinander angeordnet, und zwar derart, dass die ersten Spannmittel S1 den Bohrwerkzeugschaft 3.1 im Bereich dessen freien Ende und die zweiten Spannmittel S2 diesen Bohrwerkzeugschaft 3.1 weiter oberhalb spannen, beispielsweise in einem Bereich vor Austritt des
Bohrwerkzeugschafts 3.1 aus der Spannvorrichtung 2 heraus.
Die ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2 werden durch den
Betätigungsabschnitt 2.2 aktiviert. Insbesondere können die ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2 durch Verdrehen des Betätigungsabschnitts 2.2 gegenüber dem Bohrwerkzeugschaft 3.1 derart bewegt werden, dass sich ein festes Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 in der Spannvorrichtung 2 ergibt, und zwar insbesondere derart, dass das Bohrwerkzeug 3 nicht nur in radialer Richtung bezogen auf die Mittellängsachse MLA der Spannvorrichtung 2 eingespannt wird sondern auch in axialer Richtung bezogen auf die Mittellängsachse MLA gegen einen Bodenbereich 10.1 einer Ausnehmung 10 in der Spannvorrichtung 2 angepresst wird. Wie zuvor bereits erwähnt, weist die Spannvorrichtung 2 eine Sonotrode 2.1 auf, in welche die von dem Schwingungserreger 5 erzeugten Ultraschallschwingungen eingeleitet werden. Die Ausnehmung 10, in die der Bohrwerkzeugschaft 3.1 einbringbar ist, ist vorzugsweise in dieser Sonotrode 2.1 ausgebildet. Die Ausnehmung 10 ist dabei nach oben hin offen, so dass das freie Ende des Bohrwerkzeugschafts 3.1 über diese Öffnung in die Ausnehmung 10 eingeschoben werden kann.
Der Betätigungsabschnitt 2.2 ist drehbar um die Mittellängsachse MLA gelagert und weist innenseitig ein Gewinde 2.2.1 auf, mittels dem der Betätigungsabschnitt 2.2 mit einer Spannhülse 12 in Wirkverbindung steht. Insbesondere weist die Spannhülse 12 ein Außengewinde 12.1 auf, das in Eingriff mit dem Gewinde 2.2.1 des Betätigungsabschnitts 2.2 steht. Bei Drehung des Betätigungsabschnitts 2.2 wird die Spannhülse 12
translatorisch bewegt und zwar parallel zur Mittellängsachse MLA der Spannvorrichtung 2, wie dies in Figur 3 mittels des Doppelpfeils
angedeutet ist. Diese translatorische Bewegung bzw. axiale Verschiebung der Spannhülse 12 bewirkt ein Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 mittels der ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2.
Mehr im Detail weist die Spannhülse 12 einen Anlagebereich 12.2 auf, mittels dem diese gegenüber den ersten Spannmitteln S1 , im gezeigten Ausführungsbeispiel gebildet durch ein Paar von Spannbacken 11 , zur Anlage gelangt. Die Spannbacken 11 sind vorzugsweise diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Spannbacken 11 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils entlang mehrerer in unterschiedlichen
Richtungen verlaufenden Verschiebeachsen VA1 , VA2 verschiebbar in der Spannvorrichtung 2 angeordnet, und zwar derart, dass die Spannbacken 1 1 mittels der ersten Verschiebeachsen VA1 parallel zur Mittellängsachse MLA und mittels der zweiten Verschiebeachsen VA2 radial zu dieser Mittellängsachse MLA verschiebbar sind. Über die zweiten
Verschiebeachsen VA2 können die Spannbacken 11 insbesondere von einer zurückgezogenen Stellung in eine vorgeschobene Stellung gebracht werden, in der diese in die Ausnehmung 10 seitlich hineinragen und dabei die radiales Klemmung des Bohrwerkzeugs 3 bewirken. Über die
Verschiebung entlang der ersten Verschiebeachsen VA1 kann das
Andrücken des freien Endes des Bohrwerkzeugs 3 an dem Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 erreicht werden.
Zum Einleiten der vorbeschriebenen Verschiebebewegungen entlang der ersten und zweiten Verschiebeachsen VA1 , VA2 weisen die Spannbacken 1 1 jeweils eine Schrägfläche 1 1.1 auf, die mit dem Anlagebereich 12.2 der Spannhülse 12 zusammenwirkt. Die Schrägfläche 1 1 .1 kann eben oder aber auch gewölbt ausgebildet sein. Insbesondere wird der Anlagebereich 12.2 beim Verdrehen des Betätigungsabschnitts 2.2 zur Anlage
gegenüber der Schrägfläche 1 1 .1 gebracht. Die Schrägflächen 1 1.1 verlaufen jeweils in einem spitzen Winkel α gegenüber der
Mittellängsachse MLA, wobei sich dieser Winkel α nach unten hin, d.h. in Richtung der Sonotrode 2.1 öffnet. Bei der translatorischen Bewegung der Spannhülse 12 gleitet deren Anlagebereich 12.2 an den Schrägflächen 1.1 der Spannbacken 11 , wodurch zunächst eine quer zur
Mittellängsachse MLA gerichtete Verschiebung der Spannbacken 11 erfolgt. In anderen Worten werden die Spannbacken 1 1 in radialer
Richtung auf das Bohrwerkzeug 3 zubewegt.
An dem Bohrwerkzeugschaft 3.1 ist in dem Bereich, in dem die
Spannbacken 1 1 radial nach innen verschoben werden, eine Konturierung vorgesehen. Insbesondere wird diese Konturierung durch einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen 3.3 gebildet. Diese
Ausnehmungen 3.3 sind insbesondere bei Bohrwerkzeugen 3, deren Bohrwerkzeugschaft 3.1 gemäß dem Einstecksystem„SDS-plus" ausgebildet ist, vorgesehen. Diese Ausnehmungen 3.3 weisen einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und sind im Bereich des freien Endes des Bohrwerkzeugs 3 mittels eines Begrenzungsabschnitts 3.3.1 geschlossen ausgebildet. Diese Ausnehmung 3.3 kann dazu verwendet werden, ein Anpressen des Bohrwerkzeugs gegenüber dem Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 zu bewirken. Wie zuvor erläutert, werden zunächst die Spannbacken 1 1 in radialer Richtung auf das Bohrwerkzeugs 3 zubewegt, so dass diese in die jeweiligen Ausnehmungen 3.3 eingreifen. Sobald diese Spannbacken 11 gegenüber dem Bohrwerkzeug 3 zur Anlage gelangen, wird eine weitere radiale Verschiebebewegung der Spannbacken 11 verhindert. Durch das Anliegen des Anlagebereichs 12.2 gegenüber den Schrägflächen 11.1 der Spannbacken 11 wird nunmehr durch die Spannbacken 1 1 eine
Spannkraft in axialer Richtung (bezogen auf die Mittellängsachse MLA der Spannvorrichtung 2) auf das Bohrwerkzeugs 3 ausgeübt, so dass dessen freies Ende an den Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 angepresst wird.
Es versteht sich, dass die radiale und axiale Verschiebung der
Spannbacken 11 entlang der ersten und zweiten Verschiebeachsen VA1 , VA2 nicht nur zeitlich nacheinander sondern auch zumindest teilweise zeitgleich erfolgen kann.
Wie insbesondere in Zusammenschau der Figuren 3 und 6 ersichtlich können die Spannbacken 1 1 lediglich um einen Teilhub entlang der ersten Verschiebeachse VA1 verschoben werden. Alternativ können die
Spannbacken 1 1 in ihrem unteren, radial innenliegenden Eckbereich derart an die Formgebung der Ausnehmung 3.3 im Bereich des
Begrenzungsabschnitts 3.3.1 angepasst sein, dass die Spannbacken 1 1 vollständig entlang der ersten Verschiebeachse VA1 nach unten verschoben sind, bis die jeweiligen Eckbereiche gegenüber den
Begrenzungsabschnitten 3.3.1 zur Anlage kommen. Neben den ersten Spannmitteln S1 werden auch die zweiten Spannmittel S2 durch die Spannhülse 12 zum Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 verschoben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die zweiten Spannmittel S2 einen Spannkonus 13 und einen mit dem Spannkonus 13 zusammenwirkenden Spannabschnitt 2.1 .1. Der Spannabschnitt 2.1 .1 begrenzt in einem oberen, dem Bodenbereich 10.1 gegenüberliegenden Bereich die Ausnehmung 10 umfangsseitig, d.h. bildet in diesem oberen Bereich die Wandung der Ausnehmung 10 aus. Der Spannabschnitt 2.1.1 ist vorzugsweise außenseitig konusförmig ausgeformt. Insbesondere weitet sich der Spannabschnitt 2.1.1 in Richtung des Bodenbereichs 10.1 der Ausnehmung 10 auf. Der Spannkonus 13 umgibt den Spannabschnitt 2.2.1 umfangsseitig zumindest abschnittsweise. Dabei ist eine innenseitig am Spannkonus 13 gebildete Konusfläche invers zum Außenkonus des Spannabschnitts 2.1.1 ausgebildet.
Der Spannkonus 13 steht mit der Spannhülse 12 ebenfalls in
Wirkverbindung und wird durch diese in axialer Richtung bezogen auf die Mittellängsachse MLA translatorisch bewegt bzw. verschoben. Die
Kopplung der Spannhülse 12 erfolgt über elastische
Kraftübertragungsmittel. Die elastischen Kraftübertragungsmittel werden insbesondere durch ein Federelement 16, das beispielsweise als
Tellerfederpaket ausgebildet sein kann, gebildet. Wie in den Figuren 3 und 6 ersichtlich, sind die elastischen Kraftübertragungsmittel zwischen der Spannhülse 12 und dem Spannkonus 13 wirkend vorgesehen, und zwar derart, dass durch die Spannhülse 12 zunächst ein in axialer Richtung wirkender Druck auf die elastischen Kraftübertragungsmittel bewirkt wird. Die elastischen Kraftübertragungsmittel wiederum übertragen diesen Druck anschließend auf den Spannkonus 13. Durch den Druck wird eine Verschiebung des Spannkonus 13 in Richtung des Bodenabschnitts 10.1 der Ausnehmung 10 erreicht. Aufgrund der Konusform des
Spannabschnitts 2.1.1 wird dieser Spannabschnitt 2.1.1 in radialer Richtung, d.h. auf den Bohrwerkzeugschaft 3.1 zu verformt, wodurch sich eine Klemmung des Bohrwerkzeugs 3 ergibt. Vorzugsweise ist der
Spannabschnitt 2.1.1 segmentiert ausgebildet. Insbesondere weist der Spannabschnitt 2.1.1 mehrere Schlitze auf, so dass sich zungenartige Spannabschnittsegmente ausbilden, die elastisch in radialer Richtung an das Bohrwerkzeug 3 angedrückt werden können.
Die Elastizität der elastischen Kraftübertragungsmittel, insbesondere des Federelements 16 ist derart gewählt, dass zunächst die ersten
Spannmittel S1 , insbesondere die Spannbacken 11 gegen den
Bohrwerkzeugschaft 3.1 angedrückt werden und diesen
Bohrwerkzeugschaft 3.1 gegenüber dem Bodenbereich 10.1 anpressen. Anschließend erfolgt über die zweiten Spannmittel S2 eine weitere
Spannung des Bohrwerkzeugschaft 3.1 in der vorbeschriebenen Art und Weise. Durch das mehrfache Klemmen des Bohrwerkzeugs 3 innerhalb der Ausnehmung 10 und zudem das Anpressen des freien Endes des Bohrwerkzeugschafts 3.1 an den Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 wird eine verbesserte Übertragung der Ultraschallschwingungen auf das Bohrwerkzeugs 3 und damit eine verbesserte Bohrwirkung erreicht.
Zur Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeugs 3 sind innerhalb der Ausnehmung 10 Übertragungsmittel 15 vorgesehen, die in am
Bohrwerkzeugschaft 3.1 ausgebildete Nuten 3.4 eingreifen. Vorzugsweise ist ein Paar von Übertragungsmittel 15 vorgesehen, die einander diametral gegenüberliegen und dadurch in diametral am Bohrwerkzeugschaft 3.1 ausgebildete Nuten 3.4 eingreifen. Wie insbesondere in Figur 5 gezeigt sind die Übertragungsmittel 5 im gezeigten Ausführungsbeispiel durch stegförmige Vorsprünge innerhalb der Ausnehmung 10 gebildet, die an die Nuten 3.4 formangepasst sind. Diese stegförmige Vorsprünge können beispielsweise einstückig an der Sonotrode 2.1 vorgesehen sein.
Alternativ ist es möglich, dass die Übertragungsmittel 15 durch separate Elemente gebildet werden, die in an der Sonotrode 2.1 ausgebildete Öffnungen eingefügt sind.
Die Rückstellung der Spannbacken 1 1 aus einer klemmenden Position in eine geöffnete Position erfolgt vorzugsweise unterstützt durch
Federelemente, die die Spannbacken 1 1 in eine der geöffneten Position entsprechende Stellung rücksteilen. Vorzugsweise sind mehrere
Federelemente vorgesehen, die eine Rückstellung der Spannbacken 1 1 sowohl in Richtung der ersten Verschiebeachse VA1 als auch der zweiten Verschiebeachse VA2 bewirken.
Figuren 9 bis 14 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Spannvorrichtung 2. wobei die Figuren 9 bis 1 1 einen offenen Zustand der Spannvorrichtung 2, in dem das Bohrwerkzeugs 3 eingespannt ist, und die Figuren 12 bis 14 einen eingespannten Zustand des Bohrwerkzeugs 3 zeigen.
Die Spannvorrichtung 2 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst wiederum erste Spannmittel S1 und zweite Spannmittel S2, wobei die zweiten Spannmittel S2 optional vorgesehen sein können. Ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 bis 8 sind die ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2 in Richtung der Mittellängsachse MLA gesehen übereinander angeordnet, und zwar derart, dass die ersten Spannmittel S1 den Bohrwerkzeugschaft 3.1 im Bereich dessen freien Ende und die zweiten Spannmittel S2 diesen Bohrwerkzeugschaft 3.1 weiter oberhalb spannen, beispielsweise unmittelbar vor Austritt des Bohrwerkzeugschafts 3.1 aus der Spannvorrichtung 2 heraus.
Die ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2 werden wiederum durch einen verdrehbaren Betätigungsabschnitt 2.2 aktiviert. Insbesondere können die ersten und zweiten Spannmittel S1 , S2 durch Verdrehen des Betätigungsabschnitts 2.2 gegenüber dem Bohrwerkzeugschaft 3.1 derart bewegt werden, dass sich ein festes Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 in der Spannvorrichtung 2 ergibt, und zwar insbesondere derart, dass das Bohrwerkzeug 3 nicht nur in radialer Richtung bezogen auf die
Mittellängsachse MLA der Spannvorrichtung 2 eingespannt wird sondern auch in axialer Richtung bezogen auf die Mittellängsachse MLA gegen einen Bodenbereich 10.1 einer Ausnehmung 10 in der Spannvorrichtung 2 angepresst wird. Die Ausnehmung 10 ist wiederum in der Sonotrode 2.1 ausgebildet und ist nach oben hin offen, so dass das freie Ende des Bohrwerkzeugs 3 über diese Öffnung in die Ausnehmung 10 eingeschoben werden kann.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der Ausnehmung 10 an den
Schaftdurchmesser von Bohrwerkzeugen des SDS-plus-Systems angepasst, so dass der Bohrwerkzeugschaft 3.1 passgenau einsteckbar ist. Dieser Schaftdurchmesser liegt beispielsweise im Bereich von etwa 10mm.
Der Betätigungsabschnitt 2.2 steht analog zum ersten
Ausführungsbeispiel über ein innenseitiges Gewinde 2.2.1 mit einer
Spannhülse 12 in Wirkverbindung. Insbesondere weist die Spannhülse 12 wiederum ein Außengewinde auf, das in Eingriff mit dem Gewinde 2.2.1 des Betätigungsabschnitts 2.2 steht, so dass die Spannhülse 12 bei Drehung des Betätigungsabschnitts 2.2 translatorisch parallel zur
Mittellängsachse MLA bewegt wird. Durch diese translatorische
Bewegung bzw. axiale Verschiebung der Spannhülse 12 wird ein
Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 mittels der ersten und zweiten
Spannmittel S1 , S2 bewirkt. Mehr im Detail steht die Spannhülse 12 über elastische
Kraftübertragungsmittel, insbesondere ein Federelement 16, besonders bevorzugt mittels einer Tellerfeder oder einem Tellerfederpaket mit den ersten Spannmitteln S1 , im gezeigten Ausführungsbeispiel gebildet durch eine Schiebehülse 17 und ein Paar von stiftartigen Spannbacken 11 , in Wirkverbindung. Die elastischen Kraftübertragungsmittel sind zwischen der Spannhülse 12 und der Schiebehülse 17 vorgesehen und umgeben vorzugsweise umfangsseitig einen verjüngten Bereich der Sonotrode 2.1 , in dem die Ausnehmung 10 vorgesehen ist. Damit kann ein von der Spannhülse 12 auf die elastischen Kraftübertragungsmittel übertragener Druck, der entlang der Mittellängsachse MLA wirkt, auf die Schiebehülse 17 übertragen werden. Die Schiebehülse 17 weist in einem unteren, den stiftartigen Spannbacken 1 1 zugewandten Bereich Schrägflächen 17.1 auf. Diese Schrägflächen 17.1 sind schräg in Bezug auf die
Mittellängsachse MLA ausgerichtet. Insbesondere schließen die
Schrägflächen 17.1 mit der Mittellängsachse MLA einen spitzen Winkel ein, der sich in Richtung des Bodenbereichs 10.1 der Ausnehmung 10, d.h. nach unten hin öffnet. Diese Schrägflächen 17.1 sind dazu
ausgebildet, bei axialer Verschiebung der Schiebehülse 17 an
Rückflächen 1 1.2 der Spannbacken 1 1 entlang zu gleiten und dabei ein Verschieben der Spannbacken 1 1 zu bewirken.
Die Spannbacken 11 sind vorzugsweise einander diametral
gegenüberliegend angeordnet. Die Spannbacken 11 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel entlang Verschiebeachsen VA3 verschiebbar in der Spannvorrichtung 2 angeordnet. Die Verschiebeachsen VA3 verlaufen dabei schräg zur Mittellängsachse MLA und schließen einen spitzen
Winkel ß mit der Mittellängsachse MLA ein, der sich nach oben hin, d.h. in Richtung der oberseitigen Öffnung der Ausnehmung 10 hin öffnet. Der Winkel ß nimmt beispielsweise Werte im Bereich zwischen 30° und 70°, vorzugsweise im Bereich zwischen 40° und 60°, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 45° und 55° an. Durch die Schrägfläche 17.1 der
Schiebehülse 17 und die schräge Ausrichtung der Verschiebeachsen VA3 werden bei einer translatorischen Bewegung der Schiebehülse 17 entlang der Mittellängsachse MLA in Richtung des Bodenbereichs 10.1 die
Spannbacken 1 1 mit ihren vorderen freien Enden in die Ausnehmung 10 vorgeschoben. In anderen Worten werden die Spannbacken 1 1 quer zur Mittellängsachse MLA auf das Bohrwerkzeug 3 zubewegt.
Wie zuvor bereits erläutert, ist die Spannvorrichtung 2 speziell zum
Einspannen von Bohrwerkzeugen 3 mit einem Bohrwerkzeugschaft 3.1 gemäß dem Einstecksystem„SDS-plus" ausgebildet. So ist an dem Bohrwerkzeugschaft 3.1 in dem Bereich, in dem die Spannbacken 11 schräg nach unten und innen in die Ausnehmung 10 verschoben werden, eine Konturierung vorgesehen. Insbesondere wird diese Konturierung durch einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen 3.3 gebildet. Diese Ausnehmungen 3.3 weisen insbesondere einen
halbkreisförmigen Querschnitt auf und sind im Bereich des freien Endes des Bohrwerkzeugs 3 mittels eines Begrenzungsabschnitts 3.3.1 geschlossen ausgebildet. Beim Einschieben der freien Enden der
Spannbacken 1 1 greifen diese in die jeweiligen Ausnehmungen 3.3 ein. Die Spannbacken 1 1 können dabei derart relativ zu dem am
Bodenbereich 10.1 freiendseitig aufliegenden Bohrwerkzeugschaft 3.1 angeordnet sein, dass die freien Enden der Spannbacken 11 gegenüber einem unteren Bereich der Ausnehmung 3.3, insbesondere im Bereich des Begrenzungsabschnitts 3.3.1 zur Anlage gelangen. Besonders bevorzugt ist das freie Ende der Spannbacken 1 1 an den Abschnitt der Ausnehmung 3.3 im Bereich des Begrenzungsabschnitts 3.3.1
formangepasst. Insbesondere ist das freie Ende der Spannbacken 11 konvex gewölbt ausgebildet und damit an eine konkave Wölbung der Ausnehmung 3.3 im Bereich des Begrenzungsabschnitts 3.3.1 angepasst. Neben den ersten Spannmitteln S1 werden auch die zweiten Spannmittel S2 durch die Spannhülse 12 zum Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 verschoben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die zweiten Spannmittel S2 mehrere Klemmbacken 18, wobei im gezeigten
Ausführungsbeispiel zwei diametral gegenüberliegende Klemmbacken 18 verwendet werden. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei
5 Klemmbacken 18 Verwendung finden können. Die Klemmbacken 18 sind in Ausnehmungen der Sonotrode 2.1 radial verschiebbar geführt.
Vorzugsweise sind die Klemmbacken 18 drehversetzt zu den
Spannbacken 11 angeordnet. Bevorzugt beträgt der Drehversatz 90° oder im Wesentlichen 90°, d.h. die Klemmbacken 18 sind in einer ersten l o Raumebene und die Spannbacken 1 1 in einer zweiten Raumebene
orientiert, wobei die Raumebenen miteinander einen Winkel von 90° oder im Wesentlichen 90° einschließen. Dadurch kann ein verbesserter Klemmeffekt erreicht werden.
15 Die Klemmbacken 18 werden umfangsseitig von der Spannhülse 12
umschlossen. Die Klemmbacken 18 weisen dabei jeweils eine
Schrägfläche 18.1 auf, die eben oder gewölbt ausgebildet sein kann. Diese Schrägfläche 18.1 wirkt mit einer an der Spannhülse 12
vorgesehenen Schrägfläche 12.3 zusammen, die im gezeigten
0 Ausführungsbeispiel als Innenkonus ausgebildet ist. Insbesondere liegen die Schrägflächen 18.1 der Klemmbacken 18 an der Schrägfläche 12.3 flächig an. Die Schrägfläche 12.3 schließt dabei mit der Mittellängsachse MLA einen spitzen Winkel φ ein, der sich nach unten hin in Richtung des Bodenbereichs 10.1 öffnet. Der Winkel φ ist vorzugsweise kleiner als 10° 5 gewählt.
Bei axialer Verschiebung der Spannhülse 12 entlang der Mittellängsachse MLA werden die Schrägflächen 12.3 gegenüber den Schrägflächen 18.1 der Klemmbacken 18 verschoben, so dass diese radial nach innen in die 0 Ausnehmung 10 verschoben werden und dabei den Bohrwerkzeugschaft 18.1 klemmen. Wie zuvor erwähnt, steht die Spannhülse 12 mit der Schiebehülse 17 über das Federelement 16 in Wirkverbindung, d.h. die Schiebehülse 17 wird durch die Spannhülse 12 in axialer Richtung bezogen auf die
Mittellängsachse MLA translatorisch bewegt bzw. verschoben. Wie insbesondere aus einer Zusammenschau der Figuren 10 und 13 entnommen werden kann, wird durch die Spannhülse 12 zunächst ein in axialer Richtung wirkender Druck auf das Federelement 16 bewirkt. Das Federelement 16 wiederum überträgt diesen Druck anschließend auf die Schiebehülse 17, wodurch, wie vorher beschrieben, eine Klemmung durch die Spannbacken 1 1 erreicht wird.
Die Elastizität des Federelements 16 ist dabei derart gewählt, dass zunächst die ersten Spannmittel S1 , insbesondere die Spannbacken 1 1 gegen den Bohrwerkzeugschaft 3.1 angedrückt werden und diesen
Bohrwerkzeugschaft 3.1 gegenüber dem Bodenbereich 10.1 anpressen. Nach Erreichen der Klemmung durch die ersten Spannmittel S1 wird das Federelement 16 zumindest teilweise komprimiert und dabei die zweiten Spannmittel S2 aktiviert, d.h. in einem zweiten, nachfolgenden Schritt erfolgt über die zweiten Spannmittel S2 eine weitere Klemmung des Bohrwerkzeugschaft 3.1 in der vorbeschriebenen Art und Weise. Durch das mehrfache Klemmen des Bohrwerkzeugs 3 innerhalb der
Ausnehmung 10 und zudem das Anpressen des freien Endes des
Bohrwerkzeugschafts 3.1 an den Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 wird eine verbesserte Übertragung der Ultraschallschwingungen auf das Bohrwerkzeug 3 und damit eine verbesserte Bohrwirkung erreicht.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 9 bis 14 erfolgt die
Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeug 3 nicht, wie im vorherigen Ausführungsbeispiel über stegförmige Vorsprünge innerhalb der
Ausnehmung 10, die einstückig an der Sonotrode 2.1 ausgebildet sind, W
- 29 - sondern innerhalb der Ausnehmung 10 vorgesehene Übertragungsmittel 15 in Form von Bolzen 15.1 , die in am Bohrwerkzeugschaft 3.1
ausgebildete Nuten 3.4 eingreifen. Vorzugsweise ist ein Paar von
Übertragungsmittel 15 vorgesehen, die einander diametral
5 gegenüberliegen und dadurch in diametral am Bohrwerkzeugschaft 3.1 ausgebildeten Nuten 3.4 eingreifen. Vorzugsweise sind jeweils zumindest zwei Bolzen 15.1 in axialer Richtung übereinander angeordnet, um in ein und dieselbe Nut 3.4 eingreifen zu können. Die Bolzen können aber auch durch stegförmige Übertragungsmittel 15 gebildet werden, die durch0 längsschlitzartige Öffnungen in die Ausnehmung hineinragen. Alternativ ist es möglich, dass die Übertragungsmittel 15, wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel durch einstückig an der Sonotrode 2.1 ausgebildete Stege realisiert sind. 5 Die Rückstellung der Spannbacken 1 1 bzw. der Schiebehülse 17 aus
einer klemmenden Position in eine geöffnete Position erfolgt vorzugsweise wieder unterstützt durch Federelemente, die die Spannbacken 1 1 bzw. die Schiebehülse 17 in eine der geöffneten Position entsprechende Stellung rücksteilen.
0
Figuren 15 bis 20 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Spannvorrichtung 2, wobei die Figuren 15 bis 17 einen offenen Zustand der Spannvorrichtung 2, in dem das Bohrwerkzeugs 3 nicht eingespannt ist, und die Figuren 18 bis 20 einen eingespannten Zustand des
5 Bohrwerkzeugs 3 zeigen.
Ein erster wesentlicher Unterschied des dritten Ausführungsbeispiels zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass die Spannbacken 19 verschwenkbar in der Spannvorrichtung 2 vorgesehen0 sind. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass lediglich erste Spannmittel S1 vorgesehen sind, die eine radiale und eine axiale
Spannwirkung am Bohrwerkzeugschaft 3.1 erzeugen.
Die ersten Spannmittel S1 werden wiederum durch einen verdrehbaren 5 Betätigungsabschnitt 2.2 aktiviert, so dass dadurch das Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 in der Spannvorrichtung 2 erfolgt, und zwar
insbesondere derart, dass das Bohrwerkzeug 3 nicht nur in radialer Richtung bezogen auf die Mittellängsachse MLA der Spannvorrichtung 2 eingespannt wird sondern auch in axialer Richtung bezogen auf die l o Mittellängsachse MLA gegen einen Bodenbereich 10.1 einer Ausnehmung 10 in der Spannvorrichtung 2 angepresst wird. Die Ausnehmung 10 ist wiederum in der Sonotrode 2.1 ausgebildet und ist nach oben hin offen, so dass das freie Ende des Bohrwerkzeugs 3 über diese Öffnung in die Ausnehmung 10 eingeschoben werden kann.
15
Der Betätigungsabschnitt 2.2 steht analog zu den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen über ein innenseitiges Gewinde 2.2.1 mit einer Spannhülse 12 in Wirkverbindung. Insbesondere weist die Spannhülse 12 wiederum ein Außengewinde auf, das in Eingriff mit dem Gewinde 2.2.1 0 des Betätigungsabschnitts 2.2 steht, so dass die Spannhülse 12 bei
Drehung des Betätigungsabschnitts 2.2 translatorisch parallel zur
Mittellängsachse MLA bewegt wird. Durch diese translatorische
Bewegung bzw. axiale Verschiebung der Spannhülse 12 wird ein
Einspannen des Bohrwerkzeugs 3 mittels der ersten Spannmittel S1
5 bewirkt.
Die Spannhülse 12 steht mit mehreren umfangsseitig verteilt
angeordneten Spannbacken 19 in Wirkverbindung. Die Spannhülse 12 umschließt die Spannbacken 1 1 abschnittsweise umfangsseitig.
0 Vorzugsweise liegen radial außen liegende Flächen der Spannbacken 19 gegenüber radial innenliegenden Flächen der Spannhüise 12 an. Die Spannbacken 19 sind beispielsweise länglich ausgebildet, wobei die Längsachse der Spannbacken 19 parallel oder im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse MLA verläuft. Die Spannbacken 9 weisen einen Lagerabschnitt 19.1 auf, der in dem Bereich der Spannbacken 19 vorgesehen ist, der durch die Spannhülse 12 umgeben ist. Durch den Lagerabschnitt 19.1 werden die Spannbacken 19 verschwenkbar in der Spannvorrichtung 2 gehalten, und zwar verschwenkbar um eine
Schwenkachse SA, die quer insbesondere rechtwinklig zur
Mittellängsachse MLA verläuft. Vorzugsweise sind in den oberen Abschnitt der Sonotrode, in dem die Ausnehmung 10 vorgesehen ist,
Aufnahmebereiche 2.1.2 ausgeformt, in die jeweils ein Lagerabschnitt 19.1 der Spannbacken 19 einsetzbar ist. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel weist der Aufnahmebereich 2.1.2 einen
nasenförmigen Fortsatz 2.1.3 auf, der mit einem invers ausgebildeten Bereich des Lagerabschnitts 19.1 korrespondiert. Dieser Fortsatz 2.1.3 bildet vorzugsweise die Schwenkachse SA aus. An dem Lagerabschnitt 19.1 ist zudem eine Nut oder Einkerbung 19.1.1 vorgesehen, in welcher ein ringförmiges elastisches Element 19.2, beispielsweise in Form eines O-Rings oder einer Ringfeder zumindest teilweise aufgenommen ist. Das ringförmige elastische Element 19.2 verläuft vorzugsweise außenseitig um die Spannbacken 19 herum, so dass diese mit ihren Lagerabschnitten 19.1 in eine radial innen liegende Position gespannt sind. Durch dieses elastische Element 19.2 werden die Spannbacken 19 in der in Figuren 15 und 17 gezeigten geöffneten Position gehalten.
Die Spannbacken 9 weisen weiterhin einen Gleitabschnitt 19.3 auf.
Dieser Gleitabschnitt 19.3 ist außenseitig an den Spannbacken 19 vorgesehen. Dieser Gleitabschnitt 19.3 kann beispielsweise durch eine eben ausgebildete Schrägfläche oder durch einen gewölbten
Flächenbereich der Spannbacken 19 gebildet werden. Dieser Gleitabschnitt 19.3 wirkt mit einem Gleitabschnitt 12.4 der Spannhülse 12 zusammen, und zwar derart, dass der Gleitabschnitt 12.4 der Spannhülse 12 an dem Gleitabschnitt 19.3 anliegend durch die axiale Verschiebung der Spannhülse 12 entlanggleitet. Der Gleitabschnitt 12.4 und der
Gleitabschnitt 19.3 wirken dabei derart zusammen, dass die Spannbacken 19 von der in der Figur 15 gezeigten offenen Schwenkstellung in die in Figur 18 gezeigte geschlossene Schwenkstellung verschwenkt werden. Insbesondere erfolgt die Verschwenkung derart, dass die dem
Bodenbereich 10.1 benachbart liegenden freien Enden der Spannbacken durch in der Sonotrode 2.1 vorgesehene Ausnehmungen hindurch am Bohrwerkzeugschaft 3.1 zur Anlage gelangen. Insbesondere greifen die Spannbacken 19 in die Ausnehmungen 3.3 des Bohrwerkzeugschafts 3.1 ein. Die Spannbacken 19 können dabei derart ausgebildet sein, dass sich ein zumindest abschnittsweiser Formschluss zwischen der jeweiligen Ausnehmung und der Spannbacke 19 ergibt.
Besonders bevorzugt weisen die Spannbacken 19 einen Eckbereich 19.4 auf, der an die Form der Ausnehmung 3.3 im Bereich des
Begrenzungsabschnitts 3.3.1 formangepasst ist. Dadurch kann die nachfolgend näher beschriebene axiale Verspannung des Bohrwerkzeugs 3, insbesondere das Anpressen des freien Endes des
Bohrwerkzeugschafts 3.1 an den Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 entscheidend verbessert werden. Die axiale Verspannung des Bohrwerkzeugs 3 kann sich bereits allein durch die Schwenkbewegung der Spannbacken 19 ergeben.
Vorzugsweise sind die Spannbacken 19 jedoch auch in axialer Richtung entlang der Mittellängsachse MLA verschiebbar vorgesehen, und zwar nach einem zumindest teilweisen Verschwenken der Spannbacken 19 in eine radial innenliegende Position (s. Fig. 18). Hierzu weisen die
Spannbacken 19 jeweils einen Anschlag 19.5 auf, der gegenüber der Spannhülse 12 zur Anlage gelangt (s. Fig. 18, 19). Durch eine weitere axiale Verschiebung werden die Spannbacken 19 in axialer Richtung in Richtung des Bodenbereichs 10.1 verschoben, so dass nach dem radialen Einschwenken der Spannbacken 19 der durch die Spannbacken 19 eingespannt gehaltene Bohrwerkzeugschaft 3.1 an den Bodenbereich 10.1 angepresst wird.
Wir in Figuren 16 und 18 ersichtlich, erfolgt die Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeug 3 analog zum zweiten Ausführungsbeispiel mittels Bolzen 15.1 , die in am Bohrwerkzeugschaft 3.1 ausgebildete Nuten 3.4 eingreifen. Alternativ kann die Drehmomentübertragung, wie im ersten Ausführungsbeispiel über stegförmige Vorsprünge innerhalb der
Ausnehmung 10 erfolgen, die einstückig an der Sonotrode 2.1 ausgebildet sind oder in schlitzartige Ausnehmungen der Sonotrode 2.1 eingesetzt sind.
Beim Öffnen der Spannvorrichtung, d.h. dem Ausspannen des
Bohrwerkzeugs 3 erfolgt die Rückstellung der Spannbacken 19 aus einer klemmenden Position in eine geöffnete Position mittels des ringförmigen elastischen Elements 19.2, das eine radial nach innen wirkende Kraft (bezogen auf die Mittellängsachse MLA) auf die oberen freien Enden der Spannbacken 19 ausübt und dadurch aufgrund der Verschwenkbarkeit der Spannbacken 19 ein radiales Auseinanderbewegen bzw. Öffnen der Klemmabschnitte der Spannbacken 19 bewirkt wird.
Die Figuren 21 und 22 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel einer Spannvorrichtung 2. Die Spannvorrichtung weist wiederum eine
Sonotrode 2.1 auf, in der eine passgenaue Ausnehmung 10 für einen Bohrwerkzeugschaft 3.1 ausgebildet ist. Insbesondere ist der
Durchmesser der Ausnehmung 10 an den Schaftdurchmesser des Bohrwerkzeugs 3 derart angepasst, dass die Wandung der Ausnehmung
10 den Bohrwerkzeugschaft 3.1 passgenau umgibt.
Zum axialen Anpressen des freien Endes des Bohrwerkzeugs 3 an den Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 ist ein Spannelement 20 vorgesehen. Dieses Spannelement 20 ist schraubkappenartig ausgebildet, d.h. es weist einen ersten Spannelementabschnitt 20.1 auf, der
hülsenförmig ausgebildet ist. An diesem ersten Spannelementabschnitt 20.1 ist innenseitig ein Innengewinde vorgesehen, das mit einem im Öffnungsbereich der Sonotrode 2.1 umfangsseitig vorgesehenen
Außengewinde zusammenwirkt, so dass das Spannelement 20 auf die Sonotrode 2.1 aufschraubbar ist. Des Weiteren weist das Spannelement 20 einen zweiten Spannelementabschnitt 20.2 auf, in dem eine Öffnung 20.3 ausgebildet ist. Der zweiten Spannelementabschnitt 20.2 verläuft beispielsweise rechtwinklig zum Spannelementabschnitt 20.1 und bildet abschnittsweise einen Deckabschnitt, durch den hindurch die Öffnung 20.3 verläuft.
Wie in den Figuren 21 und 22 ersichtlich, weisen nach dem SDS-plus System ausgebildete Bohrwerkzeuge 3 eine Querschnittsverdickung 3.2 im Bereich des Bohrwerkzeugschafts 3.1 auf. Insbesondere ist der
Bohrwerkzeugschaft 3.1 in einem auf die Bohrspitze bzw. Schneide folgenden erste Bohrwerkzeugschaftbereich 3.1.1 dünner ausgebildet als im Bereich des freien Endes des Bohrwerkzeugschafts 3.1 , d.h. einem zweiten Bohrwerkzeugschaftbereich 3.1.2. Die Öffnung 20.3 ist mit ihrem Durchmesser d derart ausgebildet, dass der erste
Bohrwerkzeugschaftbereich 3.1.1 durch die Öffnung 20.3
hindurchgeschoben werden kann, der zweite Bohrwerkzeugschaftbereich 3.1.2 jedoch nicht, da dessen Durchmesser D größer als der Durchmesser d der Öffnung 20.3 ist. Dadurch kommt die Querschnittsverdickung 3.2 beim Aufschrauben des Spannelements 20 gegenüber dem Rand der Öffnung 20.3 zur Anlage und das Bohrwerkzeugs 3 kann mit dessen freien Ende gegenüber dem Bodenbereich 10.1 der Ausnehmung 10 angepresst werden. Vorzugsweise ist der der Sonotrode 2.1 benachbart liegende Rand der Öffnung 20.3 konusförmig ausgebildet bzw. in sonstiger Weise an die Querschnittsverdickung 3.2 formangepasst, so dass durch das auf Schrauben des Spannelements 20 auch in radialer Richtung eine
Einspannwirkung am Bohrwerkzeug 3 erreicht werden kann.
Die Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeugs 3 kann analog zu den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgen, insbesondere durch Übertragungsmittel 15 in Form vom Bolzen 15.1 , wie dies in Figur 21 dargestellt ist.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie
Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die
Patentansprüche definierte Schutzbereich verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 Handbohrmaschine
1.1 Gehäuse
1.2 Handgriff
1.3 Steuermittel
2 Spannvorrichtung
2.1 Sonotrode
2.1 .1 Spannabschnitt
2.1.2 Aufnahmebereich
2.1.3 Fortsatz
2.2 Betätigungsabschnitt
2.2.1 Gewinde
3 Bohrwerkzeug
3.1 Bohrwerkzeugschaft
3.1.1 erster Bohrwerkzeugschaftbereich
3.1.2 zweiter Bohrwerkzeugschaftbereich
3.2 Querschnittsverdickung
3.3 Ausnehmung
3.3.1 Begrenzungsabschnitt
3.4 Nut
4 Motor
5 Schwingungserreger
5.1 Piezoelement
6 Getriebe
6.1 Zahnrad
6.2 Zahnrad
7 Welle
8 Lagerstelle
9 Ansteuereinheit Ausnehmung
Bodenbereich
Spannbacke
Schrägfläche
Rückfläche
Spannhülse
Aussengewinde
Anlagebereich
Schrägfläche
Gleitabschnitt
Spannkonus
Übertragungsmittel
Bolzen
Federelement
Schiebehülse
Schrägfläche
Klemmbacken
Schrägfläche
Spannbacke
Lagerabschnitt
Einkerbung/Nut
elastisches Element
Gleitabschnitt
Eckbereich
Anschlag
Spannelement
erster Spannelementabschnitt zweiter Spannelementabschnitt
Öffnung Durchmesser D Durchmesser
DA Drehachse
DAM Drehachse Motor
MLA Mittellängsachse
LAS Längsachse des Schwingungserregers
SA Schwenkachse
51 erste Spannmittel
52 zweite Spannmittel
VA1 erste Verschiebeachse
VA2 zweite Verschiebeachse
VA3 dritte Verschiebeachse et Winkel
ß Winkel
φ Winkel

Claims

Patentansprüche
1) Spannvorrichtung zur Kopplung eines Bohrwerkzeugs (3) mit einer Bohrmaschine (1) umfassend eine einen Bodenbereich (10.1)
aufweisende Ausnehmung (10), in die abschnittsweise das
Bohrwerkzeug (3) freiendseitig einsetzbar ist, wobei erste Spannmittel (S1 ) zum Einspannen des Bohrwerkzeugs (3) in der Ausnehmung (10) vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass ein freies Ende des Bohrwerkzeugs (3) an den Bodenbereich (10.1 ) der Ausnehmung (10) angepresst wird.
2) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1) zum Angreifen an einer am Bohrwerkzeug (3) vorgesehenen Kontur, insbesondere einer Querschnittsverdickung (3.2) des Bohrwerkzeugschafts (3.1 ) oder einer am
Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) vorgesehenen Ausnehmung (3.3) ausgebildet sind.
3) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1 ) zum Anpressen des freien Endes des Bohrwerkzeugs (3) an den Bodenbereich (10.1 ) der Ausnehmung (10) axial in Bezug auf die Mittellängsachse (MLA) der
Spannvorrichtung (2) bewegbar und/oder um eine quer zur
Mittellängsachse (MLA) der Spannvorrichtung (2) verlaufende
Schwenkachse (SA) verschwenkbar sind.
4) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1 ) durch mehrere Spannbacken (1 1) gebildet sind, die durch eine
Schwenkbewegung oder eine translatorische Zustellbewegung gegenüber dem Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) zustellbar sind und insbesondere dazu ausgebildet sind, in eine am Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) vorgesehene Ausnehmung (3.3) einzugreifen.
5) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1 ) mit einer axial zur Mittellängsachse (MLA) der Spannvorrichtung (2)
verlaufenden ersten Bewegungsrichtungskomponente und mit einer radial zur Mittellängsachse (MLA) der Spannvorrichtung (2)
verlaufenden zweiten Bewegungsrichtungskomponente gegenüber dem Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) zustellbar sind.
6) Spannvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (1 1 ) sowohl entlang einer axial zur
Mittellängsachse (MLA) der Spannvorrichtung (2) verlaufenden ersten Verschiebeachse (VA1 ) als auch entlang einer radial zur
Mittellängsachse der Spannvorrichtung (2) verlaufenden zweiten Verschiebeachse (VA2) verschiebbar geführt sind.
7) Spannvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (1 1 ) schräg in Bezug auf die Mittellängsachse
(MLA) der Spannvorrichtung (2) in die Ausnehmung (10) auf den Bodenbereich (10.1 ) der Ausnehmung (10) hin gerichtet einschiebbar sind. 8) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1 ) derart ausgebildet sind, dass diese durch eine Schwenkbewegung oder eine kombinierte Schwenk-Schiebebewegung in am Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) vorgesehene Ausnehmungen (3.3) eingedrückt werden. 9) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1 ) durch zumindest ein Paar von Spannbacken (1 1 ), insbesondere durch genau ein Paar von Spannbacken (1 1 ) gebildet werden, die jeweils in eine am Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) vorgesehene Ausnehmung (3.3) einschiebbar und/oder einschwenkbar sind.
10) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine axial verschiebbare Spannhülse (12) vorgesehen ist, die zumindest mittelbar mit den ersten
Spannmitteln, insbesondere den Spannbacken (1 1 ) in Wirkverbindung steht, und zwar derart, dass bei einer axialen Verschiebung der Spannhülse (12) ein Einschieben und/oder Einschwenken der Spannbacken (1 1 ) in Ausnehmung (10) erfolgt.
1 1 ) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zweite Spannmittel (S2) vorgesehen sind, die zur radialen Klemmung des Bohrwerkzeugschafts (3.1) in einem Bereich oberhalb der ersten Spannmittel (S1 ) angeordnet sind.
12) Spannvorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Spannmittel (S2) einen umfangsseitig um die
Ausnehmung herum verlaufenden Spannkonus (13) oder mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete Spannelemente (18) umfassen, wobei die zweiten Spannmittel (S2) entweder zur mittelbaren oder direkten Einwirkung auf einen in der Ausnehmung (10)
aufgenommenen Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) ausgebildet sind.
13) Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweiten Spannmittel (S2) mit der
Spannhülse (12) wirkverbunden sind, und zwar derart, dass die axiale Verschiebung der Spannhülse (12) eine radiale Spannwirkung am Bohrwerkzeugschaft (3.1 ) mittels der zweiten Spannmittel (S2) bewirkt.
14) Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spannhülse (12) mit den ersten
Spannmitteln (S1 ) und/oder den zweiten Spannmitteln (S2) über elastische Kraftübertragungsmittel gekoppelt sind.
Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Spannmittel (S1 ) durch ein hülsenförmiges Spannelement (20) gebildet sind, das in axialer Richtung in Bezug auf die Mittellängsachse (MLA) der
Spannvorrichtung (2) aufschraubbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (20) eine Öffnung (20.3) zur Durchführung des Bohrwerkzeugs (3) aufweist, wobei der Durchmesser der Öffnung (20.3) derart an den Durchmesser des Bohrwerkzeugschafts (3.1 ) angepasst ist, dass der Öffnungsrand beim Einspannen des
Bohrwerkzeugs (3) gegenüber dem Rand einer
Querschnittsverdickung (3.2) des Bohrwerkzeugschafts (3.1 ) zur Anlage kommt.
17) Spannvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der Öffnung (20.3) dem Bodenbereich (10.1 ) der
Ausnehmung (10) zugewandt einen Konus zur Zentrierung des Bohrwerkzeugs (3) aufweist.
18) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in die Ausnehmung (10) radial hineinragend Übertragungsmittel (15) zur Drehmomentübertragung auf das Bohrwerkzeug (3) vorgesehen sind.
19) Spannvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) in einer einstückig ausgebildeten Sonotrode (2.1 ) ausgebildet ist.
20) Ultraschall-Handbohrmaschine umfassend eine Spannvorrichtung (2) zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs (3) und Antriebsmittel in Form eines elektrischen Motors (4) zum Bewegen des Bohrwerkzeugs (3), wobei die Antriebsmittel zudem einen Schwingungserreger (5) umfassen, mittels dem das Bohrwerkzeug (3) in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
21 ) Verfahren zum Einspannen eines Bohrwerkzeugs (3) in einer
Spannvorrichtung (2) einer Handbohrmaschine (1 ), wobei die
Spannvorrichtung (2) eine einen Bodenbereich (10.1 ) aufweisende Ausnehmung (10) aufweist, in die abschnittsweise das Bohrwerkzeug
(3) freiendseitig einsetzbar ist, wobei erste Spannmittel (S1 ) vorgesehen sind, mittels denen das Bohrwerkzeug (3) in der
Ausnehmung (10) eingespannt wird, und zwar derart, dass ein freies Ende des Bohrwerkzeugs (3) durch die ersten Spannmittel (S1 ) an den Bodenbereich (10.1) der Ausnehmung (10) angepresst wird.
PCT/EP2018/060025 2017-06-06 2018-04-19 Spannvorrichtung sowie ultraschall-bohrmaschine WO2018224214A1 (de)

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