-
Die
Erfindung betrifft ein auswechselbares Rotationswerkzeug für eine Handwerkzeugmaschine mit
Bohr- und/oder Hammerfunktion, insbesondere für einen Bohrhammer, mit einem
Einsetzschaft für die
Aufnahme in einer Werkzeughalterung der Handwerkzeugmaschine, der
mindestens zwei entlang seiner Längserstreckung
verlaufende Mitnahmestege für
eine Drehmitnahme aufweist.
-
Stand der
Technik
-
Ein
Rotationswerkzeug der vorstehend genannten Art ist bekannt. Bei
einer Handwerkzeugmaschine mit Bohr- und/oder Hammerfunktion nimmt eine
Werkzeughalterung der Handwerkzeugmaschine einen Einsetzschaft des
Rotationswerkzeugs auf und treibt das Rotationswerkzeug – wie zum
Beispiel einen Bohrer – über entlang
der Längserstreckung des
Einsetzschaftes verlaufende Mitnahmestege und/oder Mitnahmenuten
rotierend an. Alternativ oder gleichzeitig versetzt ein Schlagwerk
der Werkzeugmaschine dem Rotationswerkzeug periodisch wiederkehrend
Schläge.
Im Unterschied zu Bohrmaschinen oder Schlagbohrmaschinen, wo der
Einsetzschaft des verwendeten Rotationswerkzeugs in einem mehrteiligen
Spannfutter (zum Beispiel einem 3-Backen-Bohrfutter) der Werkzeughalterung
fest eingespannt wird, weisen insbesondere Bohrhämmer eine Werkzeughalterung
mit einer drehend antreibbaren Aufnahmehülse auf, die eine an beiden Stirnenden
offene Ausnehmung zur Aufnah me des Einsetzschafts des verwendeten
Rotationswerkzeugs besitzt. Zur axialen Verriegelung des Einsetzschafts
in der auch als Hammerrohr bezeichneten Aufnahmehülse ist
gewöhnlich
eine Verriegelungskugel vorgesehen, die mittels eines die Aufnahmehülse umgebenden
federbelasteten Verriegelungsrings hinter einer Hinterschneidung
des Rotationswerkzeugs in Eingriff gebracht wird. Zur Drehmitnahme weist
der Einsetzschaft des Rotationswerkzeugs einen nicht zylindrischen
Querschnitt auf, zum Beispiel bei dem sogenannten „SDS-Plus"-Profil zwei diametral
entgegengesetzte, in Längsrichtung
des Einsetzschafts verlaufende und zu seinem hinteren Stirnende
hin offene Mitnahmenuten, mit denen beim Einführen des Einsetzwerkzeugs in
die Ausnehmung komplementäre
Mitnehmerstege auf der inneren Umfangsfläche der Aufnahmehülse in Eingriff
treten. Ein derartiges Mitnahmesystem ist in der Herstellung jedoch
verhältnismäßig kompliziert,
da entsprechende Nuten im Einsetzschaft durch spanabhebende Bearbeitungsprozesse
realisiert werden müssen,
und dabei nur für
einen Einsetzschaft mit verhältnismäßig großem Durchmesser
geeignet.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Rotationswerkzeug hat – im Querschnitt
gesehen – die
Mitnahmestege am Einsetzschaft diametral gegenüberliegend angeordnet, wobei
mindestens einer der Mitnahmestege eine Axialunterbrechung zur Axialverriegelung
aufweist. Derartig ausgebildete Mitnahmestege haben dabei zwei verschiedenen
Funktionen: Zum einen dienen die Mitnahmestege zur Übertragung
eines Drehmoments von der Werkzeughalterung der Handwerkzeugmaschine
auf das Rotationswerkzeug, zum anderen dient der Mitnahmesteg mit
der Axialunterbrechung zusätzlich
zur Axialverriegelung. Durch – im
Querschnitt gesehen – am
Einsetzschaft diametral gegenüberliegend
angeordnete Mitnahmestege wird für
gute Rundlaufeigenschaften bei hoher Drehmomentübertragung gesorgt. Als Rotationswerkzeuge sind
zum Beispiel Stein- und Holzbohrer, sowie Schrauberbits mit einer
entsprechenden Ausbildung des Einsetzschafts vorgesehen. Durch die
gegenüber
dem SDS-Plus-Profil „inverse" Anordnung der Mitnahmeleisten
am Einsetzschaft, beziehungsweise von mit den Mitnahmestegen in
Eingriff stehenden Mitnahmenuten der Werkzeugaufnahme, wird der Verschleiß von der
Werkzeugaufnahme auf das Rotationswerkzeug verlagert, sodass sich
die Lebensdauer der Werkzeugaufnahme und damit der gesamten Handwerkzeugmaschine
erhöht.
Im Gegensatz zu Mitnahmenuten eines herkömmlichen Einsetzschafts, die
mit zerspanenden Herstellungsverfahren erstellt werden, können die
Mitnahmeleisten des Einsetzschafts beliebig angeformt werden. Dies
ermöglicht
eine kostengünstigere
Herstellung der Rotationswerkzeuge.
-
Vorzugsweise
weist der Einsetzschaft nur zwei Mitnahmestege auf. Ein Einsetzschaft
mit zwei – im
Querschnitt gesehen – diametral
gegenüberliegend
angeordneten Mitnahmestegen ist einfach herstellbar und zeigt gute
Rundlaufeigenschaften. Dabei können
beide Mitnahmestege insbesondere je eine Axialunterbrechung aufweisen,
die gleich ausgebildet sind. Weist jeder der Mitnahmestege eine
Axialunterbrechung zur Axialverriegelung auf, so kann das Rotationswerkzeug
entsprechend in zwei um 180° gegeneinander
verdrehten Ausrichtungen in die Werkzeugaufnahme eingeschoben und
verriegelt werden.
-
Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Einsetzschaft einen, oder im Wesentlichen
einen, kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Ein Einsetzschaft eines Rotationswerkzeugs
mit kreisförmigem
Querschnitt lässt
sich einfach zentrieren und ist auch für Werkzeughalterungen mit kleinen
Abmessungen geeignet.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Mitnahmestege Längsseiten aufweisen, die ebene
Mitnahmeflanken bilden. Mitnahmestege mit ebenen Mitnahmeflanken
zeichnen sich durch eine gute Drehmomentübertragung aus und lassen sich
einfach und kostengünstig
herstellen.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsseiten
eines jeden Mitnahmestegs parallel zueinander verlaufen. Mitnahmestege
mit derartig angeordneten Längsseiten
lassen sich mit kostengünstigen
Fertigungsverfahren wie zum Beispiel durch ein „Anquetschen" der Mitnahmestege
erstellen. Bei nur zwei Mitnahmestegen kann dies in nur einem Arbeitsschritt
geschehen.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Mitnahmeflanken radial oder in etwa radial
zu der Drehachse des Rotationswerkzeugs verlaufen. Radial angeordnete
Mitnahmeflanken sorgen zusammen mit entsprechend angeordneten Mitnahmeflanken
der Werkzeughalterung für
eine hohe Drehmomentübertragung.
Insbesondere bei parallel ausgerichteten Längsseiten eines jeden Mitnahmestegs
verlaufen die Mitnahmeflanken in etwa radial zu der Drehachse des
Rotationswerkzeugs, um eine parallele Ausrichtung der Längsseiten
zu ermöglichen.
-
Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Einsetzschaft mit den Mitnahmestegen
eine Umrisskontur entsprechend einem Torx-Profil aufweist. Torx-Profile sind
bei Rotationswerkzeugen weit verbreitet, sodass eine Kombination
des Rotationswerkzeugs mit anderen Werkzeugmaschinen möglich ist.
Ein Einsetzschaft mit sechs Mitnahmestegen, der eine Umrisskontur
entsprechend einem Torx-Profil aufweist, kann auch in ein herkömmliches
3-Backen-Bohrfutter einer Bohrmaschine oder Schlagbohrmaschine gespannt werden.
-
Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn der Durchmesser der Einsetzschafts
im Bereich der Unterbrechung ebenso groß ist wie in seinem mitnahmestegfreien
Bereich.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einsetzschaft
einen Querschnitt aufweist, der über
seine Längserstreckung eine
gleichbleibende oder nahezu gleichbleibende Querschnittsfläche aufweist.
Im Hammerbetrieb oder bei einem kombinierten Bohr- und Hammerbetrieb schlägt ein Schläger beziehungsweise
ein Schlagbolzen axial auf eine Stirnfläche des Einsetzschafts. Dadurch
ergibt sich eine das Rotationswerkzeug in Längsrichtung durchlaufende Stoßwelle,
die in Abschnitten des Einsetzschafts mit einer sich ändernden
Querschnittsfläche
teilreflektiert wird. Durch eine Überlagerung von derartigen
hin- und rücklaufenden Stoßwellen
kann es im Rotationswerkzeug lokal zu Spannungsüberhöhungen kommen, die zu einem Bruch
des Werkzeugs führen
können.
Bei einer gleichbleibenden oder nahezu gleichbleibenden Querschnittsfläche des
Einsetzschafts werden derartige Reflektionen unterdrückt, sodass
die Stoßwelle im
Betrieb ohne Reflexionen auf ein vor dem Rotationswerkzeug liegendes
Werkstück übertragen
wird.
-
Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser des Einsetzschafts zwischen
4 mm (Millimeter) und 8 mm, bevorzugt zwischen 6,5 mm und 7,0 mm liegt.
Durch einen derart geringen Durchmesser des Einsetzschafts wird
eine Kostenreduktion bei der Herstellung durch einen geringeren
Materialeinsatz erreicht.
-
Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Mitnahmesteg mit Axialunterbrechung
von der Axialunterbrechung in einen ersten Axialstegabschnitt und
einen zweiten Axialstegabschnitt aufgeteilt wird, wobei der erste
Axialstegabschnitt – von
einem sich an den Einsetzschaft anschließenden Bearbeitungsbereich des
Rotationswerkzeugs aus betrachtet – vor der Unterbrechung angeordnet
ist und der zweite Axialstegabschnitt hinter der Unterbrechung angeordnet
ist und der erste Axialstegabschnitt länger als der zweite Axialstegabschnitt
ist. Bei einer derartigen Aufteilung ist die Verriegelung des Rotationswerkzeugs
auf der dem Bearbeitungsbereich abgewandten Seite des Einsetzschaftes,
während
die Drehmitnahme über
einen langgestreckten Abschnitt längs eines ausgedehnten Abschnitts
des Einsetzschaftes gewährleistet
ist.
-
Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Einsetzschaftes
eines Rotationswerkzeugs mit mindestens zwei entlang seiner Längserstreckung
verlaufenden Mitnahmestegen zur Drehmitnahme. Dabei ist vorgesehen,
dass – ausgehend
von einem kreisförmigen
Querschnitt des Einsetzschafts – der
Einsetzschaft in mindestens zwei Umfangsbereichen mindestens eines
Axialabschnitts gestaucht wird, sodass zwischen den mit Druck beaufschlagten
Umfangsbereichen Material radial austritt und überstehende Mitnahmestege entstehen,
die diametral gegenüberliegend
angeordnet sind und mindestens einer der Mitnahmestege eine Axialunterbrechung
zur Axialverriegelung aufweist. Ein derartiges Herstellungsverfahren
wird auch als „Anquetschen" der Mitnahmestege
bezeichnet. Werden nur zwei Mitnahmestege angequetscht, so kann
dies in nur einem Arbeitsgang geschehen.
-
Schließlich fällt jede
Handwerkzeugmaschine mit Bohr- und/oder Hammerfunktion, insbesondere
ein Bohrhammer, mit einer Werkzeughalterung und einem auswechselbaren
Rotationswerkzeug in den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche. Die Werkzeughalterung
weist insbesondere eine Aufnahmehülse mit einer Ausnehmung zur
Aufnahme des Einsetzschafts auf, wobei die Ausnehmung an beiden
Enden offen ist und dazwischen von einer inneren Umfangsfläche begrenzt
wird. Die innere Umfangsfläche
weist mindestens zwei längs
der Aufnahmehülse
verlaufende Mitnahmenuten zur Drehmomentübertragung auf, wobei mindestens
eine der Mitnahmenuten eine Verriegelungskugel zur Axialverriegelung
aufweist. Eine solche Werkzeugaufnahme zeichnet sich durch eine
hohe Rundlaufgenauigkeit aus, da die zylinderförmige Ausnehmung präzise herstellbar
ist und nur die Mitnahmenuten geräumt oder gestoßen werden
müssen.
-
Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachfolgend in drei Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1a und 1b eine
Längsseitenansicht und
eine perspektivische Ansicht eines Einsetzschaftes mit zwei Mitnahmestegen,
die durch Anquetschen angeformt sind,
-
2 eine
perspektivische Ansicht eines Einsetzschaftes mit Mitnahmestegen,
die beliebig angeformt sind,
-
3 eine
Stirnseitenansicht eines Einsetzschafts, wobei der obere Mitnahmesteg
durch Anquetschen und der untere Mitnahmesteg beliebig angeformt
ist,
-
4a und 4b eine
Längsseitenansicht und
eine Stirnseitenansicht eines Einsetzschafts mit Torx-Profil,
-
4c eine
Aufnahmehülse
mit Torx-Innenprofil und einer Verriegelungskugel,
-
5a eine
Längsschnittansicht
einer Werkzeughalterung einer Handwerkzeugmaschine nach Einsetzen
des Rotationswerkzeugs aus den 1 oder 2 und
-
5b eine
perspektivische Ansicht einer Werkzeughalterung der Handwerkzeugmaschine.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
Die
nur teilweise dargestellte Handwerkzeugmaschine mit Bohr- und/oder Schlagfunktion kann
mit Rotationswerkzeugen 1 bestückt werden, die unterschiedlich
ausgestaltete Einsetzschafte 2 aufweisen können.
-
Die 1a und 1b zeigen
den Einsetzschaft 2 und einen Ansatz eines nicht dargestellten Bearbeitungsbereichs 3.
Der Einsetzschaft 2 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt 4 auf,
der in 1b an der Stirnfläche 5 klar
erkennbar ist. An ein der Stirnfläche 5 gegenüberliegendes Ende 6 des
Einsetzschaftes 2 schließt sich der Bearbeitungsbereich 3 des
Rotationswerkzeugs 1 an. An der Stirnfläche 5 beginnend erstrecken
sich entlang der Längserstreckung
(Achse A) des Einsetzschaftes 2 zwei Mitnahmestege 7 bis
kurz vor das Ende 6, wobei dieses selbst als mitnahmestegfreier
Bereich 8 ausgebildet ist. In einem axialen Zwischenabschnitt 9 des
Einsetzschafts 2 weisen die Mitnahmestege 7 je eine
Axialunterbrechung 10 auf, wobei jede der Mitnahmestege 7 von
der Axialunterbrechung 10 in einen ersten Axialstegabschnitt 11 und
einen zweiten Axialstegabschnitt 12 aufgeteilt wird. Der
erste Axialstegabschnitt 11 ist von dem Bearbeitungsbereich 3 aus
betrachtet vor der Axialunterbrechung 10 angeordnet und
der zweite Axialstegabschnitt 12 hinter der Unterbrechung,
wobei der erste Axialstegabschnitt 11 länger als der zweite Axialstegabschnitt 12 ist.
Beide Axialstegabschnitte 11, 12 eines jeden Mitnahmestegs 7 weisen
an ihren einander in Längsrichtung
gegenüberliegenden
Enden 13 angeschrägte Endbereiche 14 auf.
Die der Axialunterbrechung 10 zugewandten Endbereiche 14 der
Axialstegabschnitte 11, 12 bilden zwei Schultern 18, 19 der
Axialunterbrechung 10. Die vordere Schulter 18 ist
dabei am ersten Axialab schnitt 11, die hintere Schulter 19 am zweiten
Axialabschnitt 12. Die Mitnahmestege 7 weisen
parallel zueinander verlaufende Längsseiten 15 auf,
die ebene Mitnahmeflanken 16 bilden. Der im Wesentlichen
kreisförmige
Querschnitt 4 des Einsetzschafts 2 ist in axialen
Bereichen 17 der Axialstegabschnitte 11, 12 senkrecht
zu den Längsseiten 15 eingedrückt (abgeflacht)
und die Querschnittsfläche dadurch
verringert. Eine solche Verformung entsteht zum Beispiel, wenn die
Mitnahmestege 7 durch Anquetschen an den Einsetzschaft 2 angeformt
werden.
-
Die 2 zeigt
den Einsetzschaft 2 eines Rotationswerkzeugs 1,
das im Wesentlichen dem der 1b entspricht,
wobei die eingedrückten
Bereiche 17 an den Axialstegabschnitten 11, 12 fehlen,
sodass der Einsetzschaft 2 einen kreisförmigen Querschnitt 4 aufweist.
-
Die 3 verdeutlicht
den Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen des Einsetzschafts 2:
Die durch die Achse 20 in einen oberen Bereich 21 und
einen unteren Bereich 22 aufgeteilte Stirnseitenansicht
verbindet beide Ausführungsbeispiele
in einer Darstellung. Der obere Bereich 21 der 3 zeigt
die Ausführungsform
des Einsetzschafts 2 mit eingedrückten Bereichen 17,
der untere Bereich 22 die Ausführungsform ohne die eingedrückten Bereiche 17.
Die als Mitnahmeflanken 16 dienenden Längsseiten 15 der Mitnahmestege 7 sind
im Bereich 21 durch die eingedrückten Bereiche 17 deutlich
größer ausgebildet
als die Längsseiten 15 im
Bereich 22. Die Mitnahmestege 7 liegen einander
auf der Achse 23 am Einsetzschaft 2 diametral
gegenüber
und weisen Längsseiten 15 auf,
die parallel zu dieser Symmetrieachse 23 ausgebildet sind.
Werden die Mitnahmestege 7 angequetscht, so wird der Einsetzschaft 2 – ausgehend
von einem kreisförmigen
Querschnitt – in
mindestens zwei Umfangsbereichen mindestens eines Axialabschnitts
so gestaucht (Pfeile 24), dass zwischen den mit Druck beaufschlagten
Umfangsbereichen Material radial austritt und die Mitnahmestege 7 entstehen.
-
Die 4a und 4b zeigen
den Einsetzschaft 2 eines Rotationswerkzeugs 1,
bei dem der Einsetzschaft 2 mit den Mitnahmestegen 7 eine
Umrisskontur 25 entsprechend einem Torx-Profil 26 aufweist.
Die 4a zeigt eine Seitenansicht, die im Wesentlichen
der 1a entspricht, wobei der Einsetzschaft 2 in 4a sechs
Mitnahmestege 7 aufweist, von denen je zwei einander diametral
gegenüberliegend
jeweils radial um 60° versetzt
zueinander sind. Die Längsseiten 15 der
Mitnahmestege 7 gehen geschwungen in mitnahmestegfreie
Umfangsbereiche 27 des Einsetzschafts 2 über, sodass
das Torx-Profil 26 entsteht. Die Axialunterbrechung 10, die
die Mitnahmestege 7 in jeweils einen ersten Axialstegabschnitt 11 und
einen zweiten Axialstegabschnitt 12 unterteilt, ist als
Ringnut 28 ausgebildet, deren Querschnitt 29 kleiner
ist als der Querschnitt 4 des Einsetzschafts 2.
-
4c zeigt
eine Aufnahmehülse 30,
die eine innere Umfangsfläche 31 mit
einem Torx-Profil 25 aufweist, das dem des Einsetzschafts 2 aus
den 4a und 4b entspricht.
Im Bereich einer Mitnahmenut 31', die einen Mitnahmesteg 7 aufnimmt, ist
eine Verriegelungskugel 32 angeordnet, die bei einem eingesteckten
Einsetzschaft 2 eines Rotationswerkzeugs in die Axialunterbrechung 10 eines
der Mitnahmestege 7 greift und das Rotationswerkzeug 1 axial
verriegelt.
-
5a zeigt
die Werkzeughalterung 34 mit der am Stirnende 35 offene
Aufnahmehülse 30,
die von einem nicht dargestellten Drehantrieb drehend um ihre Längsachse
angetrieben wird. Die Aufnahmehülse 30 weist
an ihrer Oberseite eine Aussparung 33 auf, durch die die
Verriegelungskugel 32 zur axialen Verriegelung des Rotationswerkzeugs 1 mit der
Axialunterbrechung 10 des in die Aufnahmehülse 30 eingeführten Einsetzschaftes 2 des
Rotationswerkzeuges 1 in Eingriff gebracht werden kann.
Die Position der Axialunterbrechung 10 ist so gewählt, dass
die Verriegelungskugel 32 unmittelbar vor einer vorderen
Schulter 18 des ersten Axialstegabschnitts 11 ange ordnet
ist, wenn der Einsetzschaft 2 gegen einen Schlagbolzen 36 des
Handwerkzeugs anschlägt,
sodass das Rotationswerkzeug 1 mit einem ausreichenden
Axialspiel in der Aufnahmehülse 30 festgehalten
wird. Somit befindet sich die Verriegelungskugel 32 nach
dem einsetzen des Rotationswerkzeugs 1 in der Nähe einer
vorderen Schulter 18 des ersten Axialstegs 11.
Schlägt
der Schlagbolzen 36 auf die Stirnfläche 5 des Einsetzschafts 2,
so ist bis zum Erreichen der hinteren Schulter 19 des zweiten
Axialstegabschnitts 12 ausreichend Axialspiel für eine ungehinderte
Schlagübertragung
beim Schlagbohren vorhanden. Die Verriegelungskugel 32 wird von
einer Kegelfeder 37 über
ein eine Schulter 38 ausbildendes, flexibles Blech 39 im
verriegelten Zustand (5a) in Richtung einer vorderen
Kante 40 der Aussparung 33 gedrückt, sodass
diese in der Axialunterbrechung 10 des Einsetzschafts fixiert
ist. Zum Lösen
der Arretierung drückt
der Bediener eine Verriegelungshülse 43 entgegen
der Federkraft der Kegelfeder 37 in Richtung der Handwerkzeugmaschine
(Pfeil 41), sodass die Verriegelungskugel 32 in einen
Bereich 42 radial nach außen ausweichen kann und den
Einsetzschaft 2 freigibt.
-
5b zeigt
die Werkzeughalterung 34 mit der Aufnahmehülse 30,
die eine innere Umfangsfläche 31 mit
mindestens zwei längs
der Aufnahmehülse 30 verlaufenden
Mitnahmenuten 31' aufweist,
wobei die Aufnahmehülse
im Bereich mindestens einer der Mitnahmenuten 31' eine Aussparung 33 zur
Aufnahme der Verriegelungskugel 32 aufweist.