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Die
Erfindung betrifft einen Schlagbolzen für ein Schlagwerk einer Werkzeugmaschine,
insbesondere Handwerkzeugmaschine, wobei der Schlagbolzen eine Anlegeschulter
aufweist.
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Stand der
Technik
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Ein
derartiger Schlagbolzen für
ein Schlagwerk ist bekannt. Der Schlagbolzen, auch Döpper genannt,
ist ein Zwischenelement, dass zwischen dem Schlagwerk und einer
Werkzeugaufnahme beziehungsweise einem Werkzeug der Werkzeugmaschine
angeordnet ist. Ein im Schlagwerk hin- und herbewegter Schläger überträgt beim
Aufschlag auf den Schlagbolzen einen Impuls. Der Schlagbolzen nimmt den
Impuls auf und setzt diesen in eine Spannungswelle um, die er auf
das Werkzeug überträgt. Ein
Bediener der Werkzeugmaschine drückt – zum Beispiel bei
einer Handwerkzeugmaschine – über ein
mit dem Gehäuse
verbundenes Element auf eine Anlegeschulter des Schlagbolzens, um
das vor dem Schlagbolzen liegende Werkzeug gegen ein Werkstück zu pressen
und das Schlagwerk von einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung
zu bewegen. Die Anlegeschulter ist derart ausgebildet, dass sie
in einem Schulterbereich eine Querschnittsverdickung am Schlagbolzen
bildet. Insbesondere kann sie als eine Ringschulter ausgebildet
sein, die eine voll umfängliche
Anlegefläche
zur Verfügung
stellt.
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Bei
einem solchen Schlagbolzen mit Anlegeschulter kommt es häufig zu
einem Bruch des Schlagbolzens. Eine Ursache für einen derartigen Bruch ist
eine Überbeanspruchung,
die bevorzugt in Bereichen auftritt, in denen in Längsrichtung
des Schlagbolzens eine sprunghafte Änderung der Querschnittsfläche (Querschnittssprung)
auftritt. Eine solche Änderung
der Querschnittsfläche
tritt insbesondere in einem Grenzbereich zwischen dem Schulterbereich
und benachbarten Bereichen des Schlagbolzens auf. Beim Auftreffen
des Schlägers
auf den Schlagbolzen entsteht eine Spannungswelle, die in Bereichen
mit Querschnittssprüngen
teilreflektiert wird, sodass es innerhalb des Schlagbolzens zu Überlagerungen
der Spannungswellen kommt. Bei einer konstruktiven Überlagerung
kann es in dem entsprechenden Bereich des Schlagbolzens zu einer Überbeanspruchung
des Materials und zu einem Bruch des Schlagbolzens kommen.
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Vorteile
der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Schlagbolzen
weist eine Anlegeschulter auf, deren Querschnitt sich – in Umfangsrichtung
des Schlagbolzens betrachtet – ändert und/oder
mindestens ein anlegeschulterfreier Umfangsabschnitt vorliegt. Dies
bietet den Vorteil, dass der entstehende Querschnittssprung im Schulterbereich
deutlich reduziert ist, wobei eine für das Anpressen des Werkzeugs
gegen das Werkstück
benötigte
Anlegefläche
verbleibt. In entsprechenden Umfangsabschnitten der Anlegeschulter
ist der Querschnittssprung unverändert,
während
mindestens ein Umfangsabschnitt einen kleineren Querschnittssprung
oder – bei
einem schulterfreien Umfangsabschnitt – gar keinen Querschnittssprung
gegenüber angrenzenden
Bereichen des Schlagbolzens aufweist, sodass der Querschnittssprung
insgesamt geringer wird.
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Vorzugsweise
weist der Schlagbolzen über seiner
Längsstreckung – mit Ausnahme
eines die Anlegeschulter aufweisenden Schulterbe reichs, einen gleichbleibenden
oder nahezu gleichbleibenden Querschnitt auf. Bei einem gleichbleibenden
Querschnitt werden die Spannungswellen bis zum Auftreffen auf das
dem Werkzeug zugewandten Ende des Schlagbolzens nicht oder nur zu
einem geringen Teil reflektiert, sodass eine Überlagerung der Spannungswellen
auf ein Minimum reduziert ist. Gibt es nur kleine Querschnittsänderungen,
wobei insbesondere keine Querschnittssprünge auftreten, ergeben sich
Teilreflektionen von nur geringer Größe, die in der Überlagerung
mit einer Ursprungswelle nur eine geringe Überhöhung der resultierenden Spannungswelle
bewirken. Gleiches gilt für
eine mäßige, jedoch stetige Änderung
des Querschnitts des Schlagbolzens über seine Längserstreckung.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schlagbolzen
und die Anlegeschulter im Schulterbereich einen Gesamtquerschnitt aufweisen,
der gleich groß oder
in etwa gleich groß wie
der Querschnitt des Schlagbolzens in benachbarten Bereichen ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung von Schlagbolzen und Anlegeschulter
ergibt sich kein Querschnittssprung beziehungsweise ein Querschnittssprung
geringer Größe, sodass
die Spannungswellen in diesen Grenzbereichen nicht oder kaum reflektiert
werden.
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Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Anlegeschulter von einem oder mehreren
umfänglich
angeordneten Anlegeschulterelementen gebildet wird. Die Anlegeschulterelemente
sind derart ausgestaltet und angeordnet, dass sie den vom Bediener
ausgeübten
Druck über
den Schlagbolzen auf das Werkzeug übertragen können.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schlagbolzens
in mindestens einem anlegeschulterfreien Umfangsabschnitt eine Vertiefung
aufweist. Durch eine Vertiefung des Schlagbolzens in einem schulterfreien
Umfangsabschnitt kann die Erhöhung
des Gesamtquerschnitts in anderen Abschnitten der Anlegeschulter
kompensiert werden, sodass der Gesamtquerschnitt des Schlagbolzens
und der Anlegeschulter im Schulterbereich von gleicher Größe wie der
Querschnitt des Schlagbolzens in benachbarten Bereichen sein kann.
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Ferner
kann es vorteilhaft sein, wenn die Anlegeschulterelemente symmetrisch
angeordnet sind, sodass durch Druck auf die Anlegeschulterelemente ein
entlang der Längsachse
des Schlagbolzens ausgerichteter Gesamtdruck auf das Werkzeug ausgeübt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlegeschulterelemente
gleich ausgebildet sind, sodass bei gleichem Druck auch gleiche
Kräfte
auf die Anlegeschulterelemente ausgeübt werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die anlegeschulterfreien
Umfangsabschnitte gleich ausgebildet sind. Da der Schlagbolzen im
Bereich dieser Umfangsabschnitte, insbesondere wenn eine oder mehrere
schulterfreie Umfangsabschnitte Vertiefungen aufweisen, einen kleineren Gesamtquerschnitt
aufweist, treten an diesen Stellen erhöhte Belastungen auf, die möglichst
gleichmäßig verteilt
werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine mit
einem Schlagbolzen nach mindestens einem der vorhergehend benannten
Merkmale. Diese Werkzeugmaschine kann als Handwerkzeugmaschine, insbesondere
als Bohr- oder Schlaghammer
ausgebildet sein.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Schlagbolzens mit Anlegeschulter nach einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine
Schnittdarstellung durch den in 1 dargestellten
Schlagbolzen in einem Schulterbereich und
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3 eine
Schnittdarstellung durch einen Schlagbolzen im Schulterbereich nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Schlagbolzen 1 einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine
dargestellt. Der Schlagbolzen 1 weist ein einem nicht dargestellten Werkzeughalter
beziehungsweise Werkzeug zugewandten Endbereich 2 sowie
einen einem nicht dargestellten Schlagwerk zugewandten Endbereich 3 auf.
In einem sich zwischen diesen Endbereichen befindlichen Schulterbereich 4 weist
der Schlagbolzen 1 eine Anlegeschulter 5 auf,
die den Schlagbolzen 1 – zumindest abschnittsweise – umfänglich umgibt. Der
Schlagbolzen 1 ist außerhalb
des Schulterbereichs 4 zwischen den Endbereichen 2, 3 zylindrisch ausgebildet,
das heißt
er hat entlang der Längsachse 6 einen
gleichbleibend kreisförmigen
Querschnitt 7. Die Anlegeschulter 5 weist im Schulterbereich 4 mehrere
Schulterelemente 8 auf, die im wesentlichen radial nach
außen
weisen. Zwischen den Anlegeschulterelementen 8 befinden
sich schulterfreie Umfangsabschnitte 9 der Anlegeschulter 5.
Die Anlegeschulter 5 besitzt einen Gesamtquerschnitt 10,
der längs des
gesamten Schulterbereichs 4 größer als der Querschnitt 7 des
Schlagbolzens 1 in den dem Schulterbereich 4 benachbarten
Bereichen 11, 12 des Schlagbolzens 1 ist.
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Die 2 zeigt
den Schlagbozen 1 und die Anlegeschulter 5 in
einer Schnittdarstellung im Schulterbereich 4 quer zur
Längsachse 6.
Um den kreisförmigen
Querschnitt 7 des Schlagbolzens 1 sind sym metrisch
vier gleich ausgebildete Anlegeschulterelemente 8 angeordnet,
die im Querschnitt jeweils eine Konturfläche 13 aufweisen.
Zwischen den Anlegeschulterelementen 8 sind vier gleich
ausgebildete, schulterfreie Umfangsabschnitte 9 angeordnet.
Der Gesamtquerschnitt 10 ist um die Summe der Konturflächen 13 größer als
der Querschnitt 7 des Schlagbolzens 1 in den benachbarten
Bereichen 11, 12 des Schulterbereichs 4.
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Es
ergibt sich folgende Funktion des Schlagbolzens 1 der Werkzeugmaschine:
Ein nicht dargestellter Schläger
wird im Schlagwerk hin- und herbewegt und schlägt dabei periodisch auf den
Endbereich 3 des Schlagbolzens 1 und überträgt dabei
einen Impuls auf den Schlagbolzen 1. Dieser nimmt den Impuls
und eine damit verbundene Schlagenergie auf, um diese in eine Spannungswelle
umzusetzen. Die Spannungswelle durchläuft den Schlagbolzen 1 im
wesentlichen parallel zur Längsachse 6,
um am gegenüberliegenden
Endbereich 2 durch einen weiteren Impulsübertrag
auf das nicht dargestellte Werkzeug – beziehungsweise auf den nicht
dargestellten Werkzeughalter – weitergegeben
zu werden. Die nicht dargestellte Spannungswelle wird beim Durchlaufen
des Schlagbolzens bevorzugt an Bereichen großer, sprunghafter Querschnittsänderungen des
Schlagbolzens 1 teilweise reflektiert. Die ursprüngliche
Spannungswelle und reflektierte Spannungswellen überlagern einander innerhalb
des Schlagbolzens 1, wobei es lokal zu einer Spannungsüberhöhung kommt,
die zu einem Bruch des Schlagbolzens führen kann. Um eine derartige
Spannungsüberhöhung im
Schlagbetrieb zu vermeiden, ist der Querschnitt 7 des Schlagbolzens 1 weitgehend gleichbleibend.
Um das Werkzeug über
den Schlagbolzen 1 an ein Werkstück anpressen zu können, benötigt der
Schlagbolzen 1 eine mit einem Gehäuseteil der Werkzeugmaschine
zusammenwirkende Anlegeschulter 5, auf die der Bediener
Druck ausüben
kann. Ist die Anlegeschulter 5 als umfängliche Querschnittsverdickung 14 ausgebildet,
so kommt es im Schulterbereich 4 zu einer Änderung
des Gesamtquerschnitts von Schlagbolzen 1 und Anlegeschulter 5.
Um die se Querschnittsänderung
möglichst
gering zu gestalten, ist die Anlegeschulter 5 als durch
schulterfreie Umfangsabschnitte 9 voneinander getrennte Anlegeschulterelemente 8 ausgestaltet,
wobei sich im Bereich der schulterfreien Umfangsabschnitte 9 keine
Querschnittsänderung
des Schlagbolzens 1 ergibt. Es verbleibt jedoch eine Querschnittsänderung in
den Bereich der Anlegeschulterelemente 8. Um die Querschnittsänderung
weiter zu verringern, kann der Gesamtquerschnitt 10 im
Schulterbereich 4 durch mindestens eine Vertiefung 15 in
einem der schulterfreien Umfangsabschnitte 9 derart reduziert
werden, dass die Querschnittsfläche
des Gesamtquerschnitts 10 im Schulterbereich 4 der
Querschnittsfläche
des Querschnitts 7 in den benachbarten Bereichen 11, 12 entspricht
oder in etwa entspricht.
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Die 3 zeigt
einen solchen Schlagbolzen 1 mit Vertiefungen 15 in
den schulterfreien Umfangsabschnitten 9 in einer Schnittdarstellung
quer zur Längsachse 6.
Dabei entspricht die 3 im Wesentlichen der 2 mit
Ausnahme der symmetrisch und gleich ausgebildeten Vertiefungen 15 zwischen den
Anlegeschulterelementen 8.
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Neben
einer Ausführung
des Schlagbolzens 1 mit vier symmetrisch angeordneten Anlegeschulterelementen 8 kann
der Schlagbolzens 1 auch jede andere Anzahl von Anlegeschulterelementen 8 aufweisen,
insbesondere jedoch drei Anlegeschulterelemente 8.
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Die
Vertiefung 15 beziehungsweise die Vertiefungen 15 kann/können bei
der Herstellung des Schlagbolzens 1 direkt vorgesehen sein
oder – zum Beispiel
durch Fräsen – in einen
Schlagbolzen 1 nachträglich
eingebracht werden.