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Die Erfindung betrifft drehbare Werkzeuge für Schneid- oder Fräsmaschinen und insbesondere ein verbessertes Werkzeug, das eine Scheibenfeder verwendet, um zu verhindern, dass Staubpartikel in den Werkzeughalter eindringen.
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Maschinen, welche in harte Oberflächen schneiden, wie sie etwa in der Tiefbau- und Bergbauindustrie verwendet werden, und solche, die vor der Befestigung einer Straße harte Oberflächen aus Beton und Asphalt entfernen, erfordern drehbare Werkzeuge, die in oder an einem Rad oder einer drehbaren Trommel angebracht sind. Die Werkzeuge haben ein verjüngtes vorderes Schneidende, und axial hinter dem Schneidende ist ein zylindrischer Schaft angeordnet, der in eine komplementär geformte Bohrung eines Werkzeughalters drehbar eingesetzt ist. Zwischen dem vorderen Schneideende und dem Schaft hat das Werkzeug eine nach hinten gerichteten ringförmigen Flansch, der die Vorderseite des Werkzeughalter berührt. Durch die drehbare Trommel oder das Rad wirkt auf den Werkzeughalter und durch den radialen Flansch auf das Werkzeug eine Kraft, die das Werkzeug in die zu schneidende harte Oberfläche hineindrückt. Die Werkzeuge sind an der Trommel mit einem Winkel angebracht, so dass die Drehung der Trommel eine Drehung der Werkzeuge verursacht, wobei sich der ringförmige Flansch gegenüber der flachen Oberfläche des Werkzeughalters dreht.
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Um einen Verschleiß des Vorderendes des Werkzeughalters zu verhindern, ist es üblich geworden, einen Verschleißring vorzusehen, der um den Umfang des Werkzeugschafts herum aufsitzt, wobei eine Oberfläche des Verschleißrings mit dem Ringflansch des Werkzeugs in Eingriff steht und die andere Oberfläche mit der Vorderseite des Werkzeughalters in Eingriff steht. Die Lebensdauer eines zum Einebenen einer Straße verwendeten Werkzeugs beträgt während der aktiven Verwendung der Maschine höchstens einen Tag. Es ist daher üblich, zumindest täglich alle Werkzeuge einer Straßenplanfräse zu ersetzen. Wenn das Werkzeug ersetzt ist, wird auch der Verschleißring ersetzt, so dass der Kontakt zwischen dem Ringflansch eines neuen Werkzeugs und der Vorderseite eines neuen Verschleißrings vorhanden ist.
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Damit die Teile richtig arbeiten, ist es wünschenswert (aber nicht erforderlich), dass der Verschleißring selbst in Bezug auf den Werkzeughalter nicht drehbar ist. Es gibt verschiedene Methoden, eine Drehung des Verschleißrings in Bezug auf den Werkzeughalter zu verhindern, wie z. B. in den
US-Patenten 7,229,136 B2 und
US 5,931,542 beschrieben.
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Das Werkzeug hat eine gehärtete vordere Spitze, die in die zu schneidende harte Oberfläche eingreift. Die Drehung des Werkzeugs bewirkt, dass das vordere Schneideende des Werkzeugs um seine Längsachse herum symmetrisch verschleißt. Die Drehung des Werkzeugs ist daher erforderlich, um die gehärtete Spitze zu schärfen. Wenn sich das Werkzeug nicht richtig drehen kann, verschleißt das vordere Schneidende ungleichmäßig, und die gehärtete Spitze wird allmählich stumpf oder entwickelt eine flache Oberfläche, was die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt.
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Die Drehung des Werkzeugs innerhalb des Werkzeughalters wird durch feine Partikel behindert, die mit dem Werkzeug von der harten Oberfläche abgetragen werden und die sich zwischen die Wände des zylindrischen Schafts und die Innenoberfläche einer Haltehülse hineinarbeiten, die den Werkzeugkörper im Werkzeughalter hält. Diese Abfallpartikel erhöhen die Reibung, welche die Drehung des Werkzeugs beeinträchtigt, und sie können letztendlich gemeinsam die Drehung vollständig verhindern. Die Haltehülse, die das Werkzeug hält, hat Finger, die einen radialen Flansch am Hinterende des Werkzeugschafts abstützen. Die Teile werden mit enger Toleranz hergestellt, und damit sie sich leicht zusammenbauen lassen, beträgt die Länge der Hülse vielleicht 1,5 mm (sechzig Tausendstel Zoll) weniger als der Abschnitt des Schafts, um den herum sie aufsitzt. Wenn anschließend das Werkzeug in die Bohrung eines Werkzeughalters hineingehämmert wird, wird das Vorderende der Hülse gegen die Rückseite des radialen Flansch des Werkzeugs gedrückt. Infolgedessen hat das Werkzeug ein Längsspiel. D. h., der Werkzeugkörper ist um die Differenz zwischen der Hülsenlänge (dem Abstand zwischen dem Hinterende der Finger und dem Vorderende der Hülse) und der Schaftlänge (dem Abstand zwischen der Ringrippe des Schafts und dem radialen Flansch) aus dem Werkzeughalter heraus beweglich.
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Wenn sich die Trommel, welche den Werkzeughalter und das Werkzeug hält, dreht, bewirkt die Zentrifugalkraft, dass sich der radiale Flansch des Werkzeugs von der Oberfläche des Werkzeughalters weg bewegt, so dass feine Partikel in den Zwischenraum zwischen dem Werkzeughalter und dem Flansch eindringen und den Zwischenraum zwischen dem zylindrischen Schaft und der Bohrung, in der dieser aufgenommen ist, erreichen können. Wenn anschließend das Werkzeug mit der zu schneidenden harten Oberfläche in Eingriff tritt, wird der Flansch rasch gegen die Vorderseite des Werkzeughalters gedrückt, wodurch harte Partikel, die sich unter den Flansch hineingearbeitet haben, in die Bohrung des Werkzeughalters gedrückt oder diese hinunter gepumpt werden. Das Spiel zwischen dem Werkzeug und dem Werkzeughalter trägt somit zur Ansammlung von Partikeln in der Bohrung bei, welche die Drehung beeinträchtigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Haltestruktur zum Halten eines des Werkzeugs im Werkzeughalter anzugeben, welche ein Spiel zwischen dem Werkzeughalter und dem Schaft vermeidet. Diese Struktur soll verhindern, dass sich in Folge der durch die Trommel verursachten Zentrifugalkraft der radiale Flansch des Werkzeugs von der Oberfläche des Werkzeughalters wegbewegt, um hierdurch den Eintritt von Partikeln hinter den Flansch zu blockieren.
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Gemäß einem Aspekt sieht die Erfindung ein drehbares Werkzeug vor, welches umfasst: einen Werkzeugkörper mit einer Längsachse, einem erweiterten Schneidkopf und einem sich hinter dem erweiterten Schneidkopf erstreckenden zylindrischen Schaft, eine gehärtete Spitze am Vorderende des erweiterten Schneidkopfs, wobei sich der Schaft an einem ringförmigen Flansch an den erweiterten Schneidkopf anschließt, wobei der zylindrische Schaft eine ringförmige Schulter aufweist, eine ringförmige Haltehülse an dem Schaft, wobei die Haltehülse die ringförmige Schulter kontaktiert, um die Haltehülse an dem Schaft zu halten, wobei die Haltehülse auch ein Vorderende aufweist, und eine Scheibenfeder an dem Schaft axial hinter dem ringförmigen Flansch.
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Gemäß einem anderen Aspekt sieht die Erfindung ein drehbares Werkzeug vor, welches umfasst: einen Werkzeugkörper mit einer Längsachse, einem erweiterten Schneidkopf und einem sich hinter dem erweiterten Schneidkopf erstreckenden zylindrischen Schaft, eine gehärtete Spitze am Vorderende des erweiterten Schneidkopfs, wobei sich der Schaft an einem ringförmigen Flansch an den erweiterten Schneidkopf anschließt, wobei der zylindrische Schaft eine ringförmige Schulter aufweist, eine ringförmige Haltehülse an dem Schaft, wobei die Haltehülse Mittel zum Kontaktieren der ringförmigen Schulter aufweist, um die Haltehülse an dem Schaft zu halten, wobei die Haltehülse auch ein Vorderende aufweist, und eine Scheibenfeder zwischen dem Vorderende der Haltehülse und dem ringförmigen Flansch, wobei die Scheibenfeder die Haltehülse gegen die ringförmige Schulter drückt.
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Kurz gesagt, ist zumindest gemäß bevorzugten Ausführungen die vorliegende Erfindung in einem drehbaren Werkzeug zum Einsetzen in eine Bohrung eines Werkzeughalters enthalten, wobei das Werkzeug einen erweiterten Schneidkopf sowie einen zylindrischen Schaft aufweist, der sich von dem erweiterten Schneidkopf nach hinten erstreckt. Am Vorderende des erweiterten Schneidkopfs sitzt eine gehärtete Spitze, und eine komprimierbare Haltehülse ist um den Umfang des Schafts herum aufgesetzt. Ein Verschleißring mit einer flachen Vorderseite ist hinter dem Flansch angeordnet. Der Verschleißring sitzt, ohne sich zu drehen, auf der Vorderseite des Werkzeughalters auf, und der radiale Flansch ist auf der Vorderseite des Verschleißrings drehbar.
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Der Schaft des Werkzeugs trägt eine ringförmige Rippe, und eine ringförmige Haltehülse ist um den Schaft herum aufgesetzt, wobei ein Abschnitt der Hülse die Rippe kontaktiert, um die Hülse an dem Schaft zu halten. Die Haltehülse hat auch ein Vorderende, das hinter dem radialen Flansch des Werkzeugs angeordnet ist.
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Die Länge der Haltehülse, die zwischen der Ringschulter und dem Flansch sitzt, ist viele 0,025 mm (viele tausendstel Zoll) kleiner als die im Schaft verfügbare Länge, um Montageprobleme zu vermeiden, die durch die Toleranz hervorgerufen werden, mit der die Teile hergestellt werden. Im Ergebnis ist die Hülse entlang dem Schaft axial beweglich, d. h., hat ein axiales Spiel entlang dem Schaft.
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Erfindungsgemäß sitzt eine gehärtete Scheibenfeder hinter dem ringörmigen Flansch. Die Scheibenfeder hat im entspannten Zustand konkave und konvexe Oberflächen, ist aber auf eine angenähert ebene Konfiguration axial komprimierbar, wenn sie unter Spannung steht. Die Scheibenfeder hat eine axiale Kompressionslänge, die länger ist als das axiale Spiel des Schafts entlang dem Schaft.
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Wenn ein Werkzeug mit einer Scheibenfeder, die hinter dem radialen Flansch sitzt, in die Bohrung eines Werkzeughalters eingesetzt wird, wird die Scheibenfeder zusammengedrückt und verhindert eine axiale Bewegung des Werkzeugs oder ein Spiel in dem Werkzeughalter. Indem die axiale Bewegung des Werkzeugs verhindert wird, werden der Flansch des Werkzeugs, der Verschleißring, die Scheibenfeder alle eng zusammengehalten und werden gegen die Vorderseite des Werkzeughalters gedrückt, wodurch verhindert wird, dass feine Partikel zwischen die Teile eindringen.
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Gemäß einem anderen Aspekt sieht die Erfindung eine Kombination vor, welche umfasst: ein drehbares Werkzeug, enthaltend einen Werkzeugkörper mit einer Längsachse, einem erweiterten Schneidkopf und einem sich hinter dem erweiterten Schneidkopf erstreckenden zylindrischen Schaft, eine gehärtete Spitze am Vorderende des erweiterten Schneidkopfs, wobei sich der Schaft an einem ringförmigen Flansch an den erweiterten Schneidkopf anschließt, wobei der zylindrische Schaft eine ringförmige Schulter aufweist, eine ringförmige Haltehülse, die den Schaft umgibt, wobei die Haltehülse die ringförmige Schulter kontaktiert und die Haltehülse an dem Schaft hält, wobei die Haltehülse auch ein Vorderende aufweist, einen Werkzeughalter mit einer vorderen Oberfläche und einer axialen Bohrung, wobei der Schaft und die Haltehülse in die axiale Bohrung eingesetzt sind, und eine Scheibenfeder um den Schaft herum und zwischen dem ringförmigen Flansch und der vorderen Oberfläche des Werkzeughalters.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
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1 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung mit Scheibenfeder;
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2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Werkzeuganordnung, eingesetzt in das Vorderende eines Werkzeughalters;
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3. ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht der in 1 gezeigten Teile;
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4. ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht der in 2 gezeigten Teile;
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5 ist eine Vorderansicht einer gehärteten Scheibenfeder, die in der in 1 gezeigten Werkzeuganordnung verwendet wird;
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6 ist eine Querschnittsansicht der Scheibenfeder und der in 5 gezeigten Werkzeuganordnung entlang Linie 6-6;
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7 ist eine Seitenansicht einer Werkzeuganordnung mit Scheibenfeder gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung;
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8 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht der in 7 gezeigten Anordnung, wobei der Verschleißring montiert ist und die Anordnung an einem Werkzeughalter angebracht ist;
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9 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführung einer Werkzeuganordnung mit Scheibenfeder gemäß der Erfindung;
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10 ist eine Teilvergrößerung des Querschnitts von 9, die den Kontakt zwischen der Scheibenfeder und der benachbarten Teile deutlicher zeigt;
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11 ist eine Querschnittsansicht einer noch anderen Ausführung einer Werkzeuganordnung mit einer Mehrzahl von Scheibenfedern gemäß der Erfindung;
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12 ist eine Teilvergrößerung des in 11 gezeigten Querschnitts, welche die Kontaktflächen der Scheibenfedern zeigt;
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13 ist eine Querschnittsansicht eines typischen anderen Werkzeugkörpers, der mit einer Scheibenfeder gemäß der Erfindung ausgestattet ist; und
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14 ist eine Teilvergrößerung von 14.
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1 und
3 zeigen eine erfindungsgemäße Werkzeuganordnung
10, welche zum Anbringen in einem Werkzeughalter
11 geeignet ist. Falls der Werkzeughalter
11 ein Schnellwechselwerkzeughalter ist, wie in den
US-Patenten 6,371,567 B1 ,
6,585,326 B2 und
6,685,273 B1 beschrieben ist, hat der Werkzeughalter
11 einen erweiterten Vorderabschnitt
12 sowie einen sich hinter den erweiterten vorderen Abschnitt
12 erstreckenden rohrförmigen, sich nach hinten erstreckenden Schaft
14 zum Anbringen an einer nicht gezeigten Basisblockeinheit, die wiederum an die Trommel einer nicht gezeigten Maschine geschweißt ist. Der Werkzeughalter
11 hat allgemein ebene vordere Oberfläche oder Vorderseite
16 und eine Bohrung
18, deren Achse senkrecht zur ebenen Vorderseite
16 ist.
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Die Werkzeuganordnung 10 hat einen Werkzeugkörper 19, der um eine Längsachse 20 herum allgemein symmetrisch ist und einen erweiterten vorderen Schneidkopf 22 enthält, dessen vorderstes Ende eine gehärtete Spitze 24 aufweist. Der erweiterte vordere Schneidkopf 22 divergiert von der Spitze 24 radial auswärts zu einem Maximaldurchmesser an seinem hinteren Ende, mit einer hinteren Oberfläche, die einen Ringflansch 28 bildet. Axial von der Mitte des Ringflanschs 28 erstreckt sich ein zylindrischer Schaft 30. Um den zylindrischen Schaft 30 herum ist eine komprimierbare Hülse 32 aufgesetzt, die an ihrem distalen Ende durch eine Ringrippe 34 an dem Schaft 30 gehalten wird. Die komprimierbare Hülse 32 hat eine Mehrzahl von nach hinten gerichteten Fingern 33–33, deren jeder mit einem kleinen Winkel gebogen ist, so dass er teilweise radial einwärts vorsteht. Die Finger 33–33 kontaktieren die Ringrippe 34 an dem Schaft 30 des Werkzeugkörpers 19, um den Werkzeugkörper 19 in der Bohrung 18 zu halten. Um den Umfang des Schafts 30 und das Vorderende der Hülse 32 herum ist ein Verschleißring 36 aufgesetzt.
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Die Hülse 32 ist bevorzugt aus Federstahl hergestellt und hat einen unbelasteten Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Bohrung 18 des Werkzeughalters 11. Wenn der Schaft 30 der Werkzeuganordnung 10 in die Bohrung 18 eingesetzt wird, wird die Hülse 32 zusammengedrückt oder komprimiert, bis deren Außendurchmesser eng in der Bohrung 18 sitzt, und der Innendurchmesser ist etwas größer als der Durchmesser des Schafts 30, auf dem sie sitzt. Dementsprechend hält die Hülse 32 die Werkzeuganordnung 10 innerhalb der Bohrung 18 und erlaubt noch eine Drehung des Werkzeugkörpers 19 darin.
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In Bezug auf die 3 und 4 ist, erfindungsgemäß, die Oberfläche des Ringflanschs 28 nicht eben. Stattdessen hat der Flansch 28 einen ringförmigen Innenabschnitt 50, dessen Innenumfang sich an den Außenumfang des zylindrischen Schafts 30 anschließt, und einen Außenabschnitt 52, dessen Außenumfang sich an den Maximaldurchmesser des erweiterten Schneidkopfs 22 anschließt. Zwischen dem Innenabschnitt 50 und dem Außenabschnitt 52 hat die Oberfläche des Ringflanschs einen ringförmigen Mittelabschnitt 54, der sich zwischen dem Außenumfang des Innenabschnitts 50 und dem Innenumfang des Außenabschnitts 52 erstreckt.
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Der ringförmige Innenabschnitt 50 hat einen Innenradius, der gleich dem Radius R1 des Schafts 30 ist, und der Außenabschnitt 52 hat einen Außendurchmesser R3 gleich dem Maximaldurchmesser des Flanschs 28. Eine abrupte ringförmige Grenze verbindet den Außenumfangs des Mittelabschnitts 54 mit dem Innenumfang des Außenabschnitts 54. Der Innenabschnitt 50 ist, um eine kurze Distanz 56, axial vor dem Außenabschnitt 52 angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass der Abschnitt 56 zwischen den axialen Positionen des Innenabschnitts 50 und des Außenabschnitts 52 nur eine kleine Distanz von vielleicht 0,51 mm (0,020 Zoll) zu sein braucht. Der ringförmige Mittelabschnitt 54 bei Übergang des Abstands 56 zwischen den Innen- und Außenabschnitten 50, 52 ist konkav und kann jede beliebige Konfiguration haben, weil die Kontur des Mittelabschnitts 54 für die Erfindung nicht besonders wichtig ist. Wie in 3 gezeigt, kann der Mittelabschnitt 54 auch umgekehrt kegelstumpfförmig sein, kann aber auch halbkugelförmig sein oder jede beliebige andere Kontur haben, die während der Herstellung des Teils gebildet werden könnte. Wie in 3 zu sehen, erstrecken sich der Innenabschnitt 50 und der Mittelabschnitt 54 über einen signifikanten Abschnitt der Oberfläche des Flanschs 28. Die Grenze zwischen dem Mittelabschnitt 54 und dem Außenabschnitt 52 hat einen Radius R2, der die Mitte zwischen R1 und R3 fällt. Bevorzugt ist R2 angenähert gleich oder größer als die Hälfte der Summe des Radius R1 des Schafts 30 und des Radius R3 des Ringflanschs 28.
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In Bezug auf
1,
3 und
4 hat der Verschleißring
36 eine allgemein ebene vordere Oberfläche oder Vorderseite
38, die hinter der Rückseite des Flanschs
28 angeordnet ist, und eine parallele ebene nach hinten weisende Oberfläche oder Rückseite
40, die die Vorderseite
16 des Werkzeughalters
11 kontaktiert, eine zylindrische Außenwand
42 und eine allgemein zylindrische Mittelöffnung
44. Bevorzugt entsprechen die komprimierbare Hülse
32 und der Verschleißring
36 einen Typ, der im
US-Patent 7,229,136 B1 offenbart ist, so dass der Verschleißring
36 gegen Drehung in Bezug auf die Hülse
32 mittels eines Vorsprungs
46 an der Innenöffnung
44 des Verschleißrings
36 gehalten wird, der sich in einen Ausschnitt
48 in der komprimierbaren Hülse
32 hinein erstreckt. Für weitere Details wird auf die
US 7,229,136 B2 verwiesen.
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In Bezug auf die 3 bis 6 ist zwischen der Rückseite des Flanschs 28 und der Vorderseite 38 des Verschleißrings 36 eine ringförmige Scheibenfeder 60 angeordnet, die eine kreisförmige Mittelöffnung 62 und einen kreisförmigen Außenumfang 64 aufweist. Wichtig ist, dass der Radius der Mittelöffnung 62 etwas größer ist als R1, um den Schaft 30 verschiebbar aufzunehmen, aber kleiner als der Außendurchmesser der zusammengedrückten Hülse 32. Im Ergebnis stützt der Innenabschnitt der Scheibenfeder 60 das Vorderende der Hülse 32 ab, wie nachfolgend beschrieben wird. Der Radius des Außenumfangs 64 ist bevorzugt zumindest gleich dem Radius R3 des Flanschs 28. Im entspannten Zustand hat die Scheibenfeder 60 eine konvexe Oberfläche 63 und eine konkave Oberfläche 65. In diesem entspannten Zustand erstreckt sich der der Mittelöffnung 62 nächste Abschnitt der Scheibenfeder 60 über einen Kompressionsweg 66 vor dem Außenumfang 64 des Teils. Unter einer Kompressionskraft kann der Abschnitt um die Mittelöffnung 62 herum um einen Kompressionsweg 66 bewegt werden, bis die Öffnung 62 in nahezu ebener Ausrichtung mit dem Außenumfang 64 ist.
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Wenn, wie in 3 gezeigt, die Scheibenfeder 60 in einen Werkzeugkörper 19 eingebaut wird, der einen Flansch 28 mit einem konkaven Innenabschnitt 50 und einem Mittelabschnitt 54 aufweist, wird die Scheibenfeder 60 so orientiert, dass sich die konvexe Oberfläche 63 in dem konkaven Innenabschnitt 50 und dem Mittelabschnitt 54 des Flansch 28 erstreckt und der Außenumfang der konkaven Oberfläche 65 die Vorderseite 38 des Verschleißrings 36 kontaktiert.
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Die Hülse 32 kann nicht mit einer ausreichenden Präzision hergestellt werden, so dass sie eng an dem Schaft 30 sitzt, wobei die Finger 33–33 die Ringrippe 34 kontaktieren und das Vorderende der Hülse 32 den Flansch 38 kontaktiert. Die Teile können nur Toleranzen von 0,5–2 mm (20–80 Tausendstel Zoll) hergestellt werden. Die Hülsenlänge, das ist der Abstand von den Enden der Finger 33–33 zum Vorderende der Hülse 32, wird daher etwa 1,5 mm (etwa 60 Tausendstel Zoll) kleiner hergestellt als der Abstand zwischen der Ringrippe 34 und dem Flansch 28 des Werkzeugkörpers 19. Die Hülse hat daher ein „Spiel” von einigen 0,025 mm (einigen Tausendstel Zoll), d. h., Platz für Längsbewegung entlang der Länge des Schafts 30, an dem sie angebracht ist. In 1 ist die Hülse 32 so gezeigt, dass ihr Vorderende die konkave Oberfläche 65 der Scheibenfeder 60 abstützt und die Scheibenfeder 60 den Flansch 28 abstützt, wobei ein Spiel 35 zwischen dem Ende der Finger 33 und der Ringrippe 34 verbleibt. Die Scheibenfeder 60, die um den Schaft 30 herum sitzt, hat eine Kompressionsweg 66, der größer ist als das Spiel 35 zwischen der Hülse 32 und dem Schaft 30.
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Wenn ein herkömmliches Werkzeug ohne Scheibenfeder 60 in die Bohrung 18 eines Werkzeughalters 11 eingesetzt wird, wird die Hülse durch den radialen Flansch oder eine radiale Schulter an dem Schaft in die Bohrung 18 gedrückt. Das Spiel führt dazu, dass der Werkzeugkörper aus dem Werkzeughalter 11 hinausgeworfen wird, und zwar durch eine Zentrifugalkraft, wenn sich die Trommel, in der der Werkzeughalter angebracht ist, dreht. Lose Partikel in der die Trommel umgebenden Luft arbeiten sich unter den radialen Flansch und in den Zwischenraum zwischen der Hülse und dem Werkzeugschaft hinein. Wenn der Werkzeugkörper abwechselnd von der Zentrifugalkraft aus dem Werkzeughalter hinausgeworfen und dann zurückgehämmert wird, wenn das Werkzeug eine harte Oberfläche kontaktiert, und die dabei entstehende axiale Bewegung treibt lose Partikel unter den Flansch in die Bohrung des Werkzeughalters hinein, wo sie die Drehung des Werkzeugs beeinträchtigen.
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Wenn ferner in Bezug auf die 1, 2, 3 und 4 ein Werkzeug 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in die Bohrung 18 eines Werkzeughalters 11 eingesetzt wird, und der Schaft 30 mit einem Hammer in die Bohrung 18 hineingetrieben wird, drückt der ebene Außenabschnitt 52 des Flanschs auf die Scheibenfeder 60 um die ringförmige Grenze bei R3 herum, so dass die Scheibenfeder 60 abgeflacht wird. Wenn sich die Scheibenfeder 60 abflacht, wirkt der Abschnitt um die Mittelöffnung herum wie das Ende eines Hebelarms und drückt die Hülse 32 in Bezug auf den Schaft 30 nach hinten, bis die Finger 33–33 die Ringrippe 34 des Schafts 30 abstützen, wie in 2 gezeigt. Die Hebelwirkung der Scheibenfeder 60 bewirkt, dass die Hülse 32 so tief in die Bohrung 18 geschoben wird, dass sie das gesamte Spiel 35 zwischen der Hülse 32 und dem Schaft 30 absorbiert. Es hat sich herausgestellt, dass die Hülse 32 häufig einen solchen Druck gegen die Rippe 34 ausübt, der die Drehung des Werkzeugkörpers 19 innerhalb des Werkzeughalters 11 beeinträchtigen könnte. Jedoch löst ein zusätzlicher Schlag mit einem Hammer auf den Werkzeugkopf 22 den Werkzeugkörper 10 von der Hülse 32, so dass sich dieser drehen kann.
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Sobald installiert, halten die Finger 33–33 der Hülse 32 den Flansch 28 des Werkzeugs in Flucht gegenüber der Oberfläche der Scheibenfeder 60 und dem Verschleißring 36. Auch wird der Innenumfang 62 der Scheibenfeder 60 gegenüber einem Element der Werkzeuganordnung 10 zusammengedrückt, und der Außenumfang 64 wird gegenüber einem anderen Element derart zusammengedrückt, dass die Scheibenfeder 60 als Dichtung zwischen den Teilen fungiert und verhindert, dass harte Partikel zwischen die Teile eindringen und die Bohrung 18 des Werkzeughalters 11 erreichen.
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Die Scheibenfeder 60 reduziert auch die Bruchhäufigkeit der Karbidspitzen 24, was auftritt, wenn der Werkzeugkörper 19 ein ungewöhnlich hartes Objekt berührt, wie etwa ein Metallrohr. Das ist so, weil beim Anbringen der Werkzeuganordnung 10 an einem Werkzeughalter 11 nicht gesamte Kompressionsweg 66 der Scheibenfeder 60 aufgebraucht wird. Der nicht verbrauchte Anteil des Kompressionswegs 60 erlaubt eine Bewegung des Werkzeugkörpers 19 relativ zum Werkzeughalter 11 in Antwort auf einen Kontakt mit einem ungewöhnlich harten Objekt, so dass hierdurch die Aufschlaglast über eine längere Distanz verteilt wird. Dies resultiert darin, dass die Werkzeuganordnung 10 nachgiebiger ist und weniger häufig in einem Bruch der Karbidspitze resultiert.
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In Bezug auf die 7 und 8 kann, falls das Spiel 35 mittels der oben konfigurierten Scheibenfeder 60 nicht absorbiert werden kann, die Scheibenfeder 60 umgedreht werden. In dieser Ausführung hat eine Werkzeuganordnung 70 einen Werkzeugkörper 71 mit einem erweiterten Vorderabschnitt 72, einen radialen Flansch 74 und einen zylindrischen Schaft 76, der sich von der Mitte des Flansch 74 nach hinten erstreckt. Eine Ringrippe 78 erstreckt sich um das hintere Ende des Schafts 76, und eine komprimierbare Hülse 80 ist um den Schaft 76 herum aufgesetzt, mit Fingern, keine Bezugszeichen, die der Ringrippe 78 in Eingriff treten, um die Hülse 80 auf dem Schaft 76 zu halten. Ein Verschleißring 82 ist um das Vorderende des Schafts 76 herum aufgesetzt, und die Rückseite des Verschleißrings 82 dient zum Kontaktieren der Vorderseite des Werkzeughalters 84.
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In dieser Ausführung ist die Scheibenfeder 60 zwischen der Hinterseite des Flansch 64 und der Vorderseite des Verschleißrings 82 angeordnet, wobei die konvexe Seite 63 der Scheibenfeder 60 zum Verschleißring 83 hin weist. Wenn, wie in 7 gezeigt, die Hülse 80 auf den Schaft 76 aufgesetzt ist, wird die Scheibenfeder 60 teilweise zusammengedrückt, so dass das Spiel zwischen der Hülse 80 und dem Schaft 76 beseitigt wird.
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Wenn, wie in 8 dargestellt, die Werkzeuganordnung 70 in den Werkzeughalter 84 eingesetzt wird, hält die Scheibenfeder 60 den Verschleißring 82 in Flucht gegenüber der Vorderseite 86 des Werkzeughalters 84, und harte Partikel in der umgebenden Luft können sich nicht mehr zwischen dem Verschleißring 82 und den Werkzeughalter 84 hineinarbeiten. Auch sitzt die Mittelöffnung 62 der Scheibenfeder 60 eng genug um den Umfang des Schafts 76 herum, und der Außenumfang 64 der Scheibenfeder 60 sitzt eng auf der Oberfläche des Verschleißrings 82. Die von der Scheibenfeder 60 ausgeübte axiale Kraft bewirkt, dass alle Elemente der Werkzeuganordnung 70, einschließlich des Flanschs 74, der Hülse 80, des Verschleißrings 82 und der Scheibenfeder 60 selbst, eng zusammengedrückt werden, wodurch verhindert wird, dass Staubpartikel zwischen diese Teile eindringen. Die Scheibenfeder 60 verhindert daher, das Staubpartikel zwischen die Innenwand der Hülse 80 und die Oberfläche des Schafts 76 des Werkzeugkörpers 71 eindringen.
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Die Scheibenfeder 60 kann zwischen dem radialen Flansch (wie etwa den oben beschriebenen Flanschen 28 und 74) und einem Verschleißring (wie etwa den oben beschriebenen Verschleißringen 36 und 82) angeordnet werden oder kann auch hinter dem Verschleißring angeordnet werden. In Bezug auf die 9 und 10 hat der Werkzeugkörper 90 einen radialen Flansch 92 und einen Schaft 94. Eine komprimierbare Hülse 96 ist um den Schaft 64 herum aufgesetzt, und ein Verschleiring 98 ist unmittelbar hinter dem radialen Flansch 92 angeordnet. In dieser Ausführung erstreckt sich der Verschleißring 98 um einen vorderen Abschnitt 100 des Schafts 94 herum, mit einem Durchmesser, der größer ist als jener von dem Abschnitt, um den herum die Hülse 96 aufgesetzt ist, um hierdurch eine Schulter 102 zu bilden.
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Die Scheibenfeder 60 ist zwischen der Rückseite des Verschleißrings 98 und dem Vorderende der Hülse 96 angeordnet. Die konkave Oberfläche 65 weist zum Verschleißring 98, und die konvexe Oberfläche 63 weist zur Hülse 96 hin, so dass die Scheibenfeder 60 die Hülse 96 von dem radialen Flansch 92 wegdrückt, um hierdurch ein etwaiges Spiel zwischen der Hülse 96 und dem Schaft 94 zu beseitigen. Wie bei den anderen Ausführungen, bewirkt auch die Scheibenfeder 60, dass die ringförmigen Teile zusammengedrückt werden, um hierdurch die Teile vor dem Eindringen von Staubpartikeln abzudichten.
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Wenn z. B. in Bezug auf die 11 und 12 unter gewissen Umständen das Spiel zwischen einer Hülse und dem Schaft groß ist, könnte es erstrebenswert sein, mehr als eine Scheibenfeder 60 vorzusehen. In der dargestellten Ausführung hat ein Werkzeugkörper 110 einen radialen Flansch 112, einen Schaft 114 mit einer Schulter 116. Eine Hülse 118 ist vor der Schulter 116 um den Schaft 114 herum aufgesetzt. Eine erste Scheibenfeder 60 sitzt zwischen dem Verschleißring 120 und dem radialen Flansch 112, und eine zweite Scheibenfeder 60' sitzt zwischen dem Verschleißring 120 und der Hülse 118. In dieser Ausführung kombiniert sich die Kompressionsweg der beiden Scheibenfedern 60, 60', um das Spiel zwischen der Hülse 118 und dem Schaft 114 zu absorbieren. Die Scheibenfedern 60, 60' drücken daher die Hülse 118 tief in die Bohrung des Werkzeughalters, in die sie eingesetzt wird, und dichten die Teile ab, wodurch verhindert wird, dass harte Partikel um die Teile herum eindringen und die Bohrung erreichen.
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In Bezug auf die 13 und 14 kann die Scheibenfeder 60 mit jedem vorhandenen Werkzeugkörper verwendet werden, wobei der Werkzeugkörper 130 ein typisches Beispiel ist. Es ist erstrebenswert, dass das Element unmittelbar vor der komprimierbaren Hülse 132 einen Innendurchmesser hat, der kleiner ist als der Außendurchmesser der zusammengedrückten Hülse 132. In dieser Ausführung ist der Verschleißring 134 unmittelbar vor der Hülse 132 angeordnet und hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der kollabierten Hülse 132, so dass der Verschleißring 134 unter dem Druck der Scheibenfeder 60 die Hülse 132 nach hinten drückt, um Spiel zwischen der Hülse 132 und dem Schaft 136 zu beseitigen.
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Die Hinzufügung der Scheibenfeder 60 zu der Werkzeuganordnung bewirkt eine Abdichtung der Teile. Es hat sich herausgestellt, dass eine Werkzeuganordnung gemäß dieser Erfindung eine Lebensdauer hat, die 50% länger ist als von einer herkömmlichen Werkzeuganordnung.
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Der Zweck des Verschleißrings ist es, die ebene Vorderseite (Oberfläche 16 in den 1 und 2) vor Verschleiß zu schützen, wenn sich das Werkzeug im Werkzeughalter dreht. Es versteht sich, dass eine Werkzeuganordnung, welche Scheibenfedern, wie etwa eine Scheibenfeder 60, enthält, auch ohne Verschleißring funktionieren kann. Zur Funktion ohne Verschleißring sollte die Scheibenfeder so orientiert sein, dass die konvexe Seite zum Flansch des Werkzeugs hin weist und die konkave Seite zur Vorderseite des Werkzeughalters weist. In dieser Konfiguration ist der Drehwiderstand um den Außenumfang der Scheibenfeder, wo sie den Werkzeughalter berührt, größer als um den Innenumfang, der den Schaft des Werkzeugs kontaktiert. Im Ergebnis dreht sich die Scheibenfeder nicht mit dem Werkzeug.
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Ein drehbares Werkzeug hat einen Werkzeugkörper, der um eine Längsachse herum allgemein symmetrisch ist, einen erweiterten Schneidkopf sowie einen sich nach hinten erstreckenden Schaft. Der Schaft schließt sich an den erweiterten Schneidkopf an einem ringförmigen Flansch an. Eine komprimierbare Hülse ist um den Schaft herum aufgesetzt, und ein Verschleißring ist um den Schaft herum am Vorderende der Hülse angeordnet. Eine Scheibenfeder ist zwischen dem radialen Flansch und der Hülse angeordnet, um ein axiales Spiel zwischen dem Schaft und der Hülse zu beseitigen und um die Teile abzudichten, so dass keine harten Partikel eindringen und eine Drehung des Werkzeugs stören können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7229136 B2 [0004, 0037]
- US 5931542 [0004]
- US 6371567 B1 [0032]
- US 6585326 B2 [0032]
- US 6685273 B1 [0032]
- US 7229136 B1 [0037]
