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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Rotationswerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie einen Schneidkopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13. Ein derartiges Rotationswerkzeug sowie ein derartiger Schneidkopf ist beispielsweise aus der
WO 2007/107294 A1 zu entnehmen.
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Das Rotationswerkzeug ist insbesondere als Bohrwerkzeug ausgebildet und setzt sich zusammen aus einem sich in Richtung einer Rotationsachse erstreckenden Träger, an den an seinem vorderen Stirnende ein Schneidkopf austauschbar befestigt ist. Die Verbindung zwischen Schneidkopf und Träger erfolgt über eine Werkzeugkupplung, bei der eine Kupplungsaufnahme und ein Kupplungszapfen ineinander greifen. In der Regel sind der Kupplungszapfen am Schneidkopf und die Kupplungsaufnahme am Träger angeordnet und sind zueinander komplementär ausgebildet, d. h. sie weisen eine aufeinander abgestimmte Geometrie auf.
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Werkzeugkupplungen für derartige Kombinationswerkzeuge mit austauschbaren Schneidköpfen müssen mehrere Funktionen erfüllen. Zum einen müssen sie eine ausreichende axiale Auszugssicherheit aufweisen, so dass der Schneidkopf beim Bearbeiten nicht aus dem Träger herausgezogen wird. Probleme können hierbei insbesondere beim Rücksetzen des Bohrers auftreten, wenn dieser aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Weiter muss die Werkzeugkupplung eine hochgenaue Zentrierung des Schneidkopfes bzgl. der Rotationsachse gewährleisten. Schließlich muss die Werkzeugkupplung auch für die Übertragung von mitunter hohen Drehmomenten vom Träger auf den Schneidkopf ausgebildet sein.
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Bei der Werkzeugkupplung gemäß
WO 2007/107294 A1 weist der Kupplungszapfen eine knochenartige, asymmetrische Ausgestaltung auf und ist als ein langgestreckter Kupplungszapfen ausgebildet, der vollständig von einem Steg der Kupplungsaufnahme umfasst ist. Durch die nach Art eines Knochens ausgebildete, asymmetrische Querschnittsfläche und der Umfassung durch den umlaufenden Steg wird eine hohe Drehmomentübertragung ermöglicht und zugleich durch die beidendseitige Verbreiterung eine Selbstzentrierung erreicht. Im Hinblick auf die axiale Auszugssicherung sind ergänzende Schrauben vorgesehen.
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Aus der
WO 98/53943 A1 ist eine weitere Art von Werkzeugkupplungen zu entnehmen, bei denen die Drehmomentübertragungsflächen sich radial nach außen erstrecken. Ergänzend ist bei der hieraus zu entnehmenden Werkzeugkupplung ein zentraler weiterer Kupplungszapfen vorgesehen, der abgesetzt zu den Drehmomentflächen ausgebildet ist. Der Kupplungszapfen wird in eine korrespondierende Zapfenaufnahme bei der Montage eingedreht, wobei sich hierbei eine Schwalbenschwanz-Verbindung mit einem Formschluss in Axialrichtung ausbildet.
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Aus der
DE 196 05 157 A1 ist eine Werkzeugkupplung zu entnehmen, bei der an einem Schneidkopf ein Kupplungszapfen ausgebildet ist, welcher zwischen teilzylindrischen konvexen Zentrierabschnitten sich in Axialrichtung erstreckende Radialausnehmungen aufweist, in die für eine Drehmomentüberragung ein Mitnehmerzahn eines Trägers eingreift. Eine axiale Auszugssicherung erfolgt mit Hilfe einer radialen Gewindeschraube, die den Schneidkopf am Träger sichert.
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Aus der
US 6 582 164 B1 ist eine weitere Werkzeugkupplung zu entnehmen, bei der der Kupplungszapfen eine Art Gewindegang aufweist, welcher in eine entsprechende Ausnehmung in einer Wandung des Trägers eingedreht wird.
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Die bekannten Kupplungssysteme weisen den Nachteil auf, dass komplexe Geometrien und/oder ergänzende Mittel erforderlich sind, um die genannten drei Hauptfunktionen Axialsicherung, Drehmomentmitnahme und Zentrierung zu gewährleisten.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Werkzeugkupplung zu ermöglichen, bei der diese drei Hauptfunktionen in vereinfachter Form gewährleistet sind.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rotationswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Schneidkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Das Rotationswerkzeug umfasst einen Träger sowie einen auswechselbar daran befestigten Schneidkopf, wobei der Träger hierzu stirnseitig eine Kupplungsaufnahme für einen Kupplungszapfen des Schneidkopfes aufweist und die Kupplungsaufnahme und der Kupplungszapfen zur Ausbildung einer Werkzeugkupplung komplementär zueinander ausgebildet sind. Kupplungsaufnahme und Kupplungszapfen weisen daher eine aufeinander abgestimmte Geometrie, insbesondere die gleiche Querschnittsgeometrie auf. Der Träger weist einen Trägerquerschnitt auf, der die Querschnittsbereiche angibt, bei denen Material vorliegt. Aussparungen aufgrund von Spannuten führen daher zu einem von der Kreisform abweichenden Trägerquerschnitt. Vorzugsweise im gesamten Bereich des Trägerquerschnitts ist die Kupplungsaufnahme am äußeren, entlang einer Kreislinie verlaufenden Umfang des Trägers von einem radial äußeren Steg begrenzt. Dieser bildet umfangsseitig die Begrenzung des Trägers im Bereich der Kupplungsaufnahme. Der Steg weist eine vordere zum Schneidkopf hin orientierte Stirnseite auf, die mit ihrer gesamten Fläche eine plane Auflagefläche für den Schneidkopf bildet. Der Steg selbst weist daher keine Abstufungen etc. auf. Die ihn begrenzende vordere Stirnseite liegt vollständig innerhalb einer Ebene. Die Kupplungsaufnahme ist seitlich jeweils durch Seitenwände begrenzt, die sich von der Auflagenfläche bis zu einer Bodenfläche oder einem Grund der Kupplungsaufnahme stufenfrei erstrecken. Die Seitenwände verlaufen daher geradlinig, ohne dass Absätze oder dergleichen vorgesehen sind. In Richtung der Rotationsachse betrachtet weist daher weder die Kupplungsaufnahme noch der Kupplungszapfen eine gestufte Geometrie beispielsweise durch die Ausbildung von Absätzen auf.
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Die Seitenwände weisen dabei jeweils ein Paar gegenüberliegende Klemmabschnitte und ein Paar gegenüberliegende Drehmomentabschnitte auf. Insbesondere sind die Seitenwände durch die beiden Abschnitts-Paare gebildet. Die Klemmabschnitte erstrecken sich dabei zumindest im Wesentlichen in Umfangsrichtung und dienen zur radialen Zentrierung des Schneidkopfes. Dies bedeutet, dass die Klemmabschnitte auf die zugeordneten Flächen des Schneidkopfes eine radiale, zur Rotationsachse gerichtete Kraft ausüben, so dass durch die gegenüberliegende Anordnung der Klemmabschnitte eine Zentrierung erfolgt. Weiterhin sind die Drehmomentabschnitte winklig zu den Klemmabschnitten angeordnet, insbesondere unter einem Winkel von etwa 90° und dienen zur Drehmomentübertragung. Auch die Drehmomentabschnitte weisen bevorzugt zusätzlich eine Zentrierwirkung aufgrund ihrer gegenüberliegenden Anordnung auf. Auch die Drehmomentabschnitte üben daher auf die zugeordneten Flächen des Schneidkopfes radiale Zentrierkräfte auf.
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Weiterhin sind die Abschnitte zumindest eines Abschnittspaars, bevorzugt die Drehmomentabschnitte zur Ausbildung eines in Axialrichtung, also in Richtung der Rotationsachse wirkenden Hintergriffs schräg zur Rotationsachse geneigt orientiert. Zumindest im Bereich der Klemmabschnitte und / oder vorzugsweise auch im Bereich der Drehmomentabschnitte wird daher zur Axialsicherung eine Art Schwalbenschwanz-Verbindung ausgebildet, wobei der Kupplungszapfen nach Art eines Passsitzes in der Kupplungsaufnahme gehalten wird. Zur Montage erfolgt eine Relativbewegung des Kupplungszapfens relativ zur Kupplungsaufnahme, so dass die einander zugeordneten Abschnitte der Kupplungsaufnahme und des Kupplungszapfens zueinander in Eingriff gebracht werden. Dies erfolgt durch eine Drehung des Schneidkopfes um die Rotationsachse. Die Drehmomentabschnitte sind daher derart ausgebildet, dass sie sowohl die Funktion der Drehmomentübertragung als auch die Funktion der Axialsicherung des Schneidkopfes in der Kupplungsaufnahme definieren. Die Klemmabschnitte weisen neben der Klemmfunktion ebenfalls die Funktion der Axialsicherung auf. Vorzugsweise beide Abschnitts-paare dienen durch ihre geneigte Ausgestaltung zugleich auch der radiale Zentrierung. Durch die insgesamt stufenfreie Ausgestaltung der Werkzeugkupplung bei einer einfachen Geometrie des Kupplungszapfens und der Kupplungsaufnahme sind damit alle drei Funktionen einer Werkzeugkupplung, nämlich Axialsicherung, Drehmomentübertragung und Zentrierung zuverlässig verwirklicht.
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Üblicherweise sind im Träger Spannuten eingearbeitet. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Steg in ein Paar von gegenüberliegenden Stegabschnitten unterteilt und die Drehmomentabschnitte sind derart orientiert, dass sie in die Spannuten auslaufen. Der besondere Vorteil dieser Variante ist darin zu sehen, dass die Stegbreite des Stegs im Verlauf des Drehmomentabschnitts hin zur Spannut zunimmt, so dass der Steg im Bereich der Drehmomentabschnitte sehr massiv und damit widerstandsfähig ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weisen die Stegabschnitte im Bereich der Klemmabschnitte jeweils einen zur Spannut auslaufenden Flügelabschnitt auf, der sich daher - bei einer gewendelten Spannut - teilweise über die Spannut erstreckt, also in die Spannut auskragt. Der Flügelabschnitt ist daher in Richtung der Rotationsachse betrachtet nicht vollständig von Material abgestützt. Durch diese Ausbildung weisen die Klemmabschnitte eine vergleichsweise hohe Elastizität auf und bilden somit ein Paar von überstehenden Klemmflügeln, die nach Art einer Zange radiale Kräfte ausüben. Beim Einsetzen des Kupplungszapfens erfolgt ein geringfügiges elastisches radiales Aufweiten nach außen.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer derartigen Ausgestaltung und im Zusammenwirken mit den Drehmomentabschnitten eine extrem hohe axiale Auszugssicherung erzielt ist und zudem ein sicherer Sitz des Schneidkopfes auf der Auflagefläche gewährleistet ist. Durch das radiale „Aufspreizen“ werden innerhalb der Stegabschnitte Kräfte eingeleitet und umgelenkt, die dazu führen, dass im Bereich der Drehmomentabschnitte zusätzliche radial nach innen wirkende Kraftkomponenten erzeugt werden. Aufgrund der Schwalbenschwanz-Ausgestaltung erzeugen diese ein zusätzliches axiales Anzugsmoment und damit eine Anpresskraft gegen die Auflagefläche.
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In zweckdienlicher Ausbildung erstrecken sich auch die Klemmabschnitte jeweils in eine jeweilige Spannut hinein. Durch ihre im Wesentlichen rechtwinklige Anordnung - wobei die Eckbereiche durch eine Rundung ausgebildet sind - definieren die Drehmoment- und Klemmabschnitte eine rechteckförmige Geometrie. Aus dieser sind aufgrund der Spannuten diagonal gegenüberliegende Abschnitte, insbesondere Kreissegmentabschnitte ausgeschnitten.
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Der Steg der Kupplungsaufnahme ist daher zu den Spannuten hin offen, so dass der Schneidkopf mit seinem Kupplungszapfen zunächst leicht verdreht in die Kupplungsaufnahme eingesetzt und dann durch Verdrehen in diesen befestigt werden kann.
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Alternativ zu dieser Unterbrechung des Steges durch die Spannuten ist gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsvariante vorgesehen, dass vorzugsweise lediglich im Bereich eines der beiden Klemmabschnitte ein Einschiebedurchbruch ausgebildet ist, durch den der Kupplungszapfen radial entlang einer Einschieberichtung in die Kupplungsaufnahme einführbar ist. Im Übrigen Bereich ist der Steg vollständig umlaufend ausgebildet, also insbesondere auch nicht von den Spannuten unterbrochen. Bei dieser Ausführungsvariante ist daher vielmehr der Steg im Bereich des Trägerquerschnitts umfangsseitig zur Ausbildung des Einschiebedurchbruchs unterbrochen.
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Die Montage erfolgt hierbei derart, dass der Kupplungszapfen senkrecht zur Rotationsachse radial durch den Einschiebedurchbruch hindurch geführt wird und anschließend innerhalb der Kupplungsaufnahme zur Ausbildung der Schwalbenschwanz-Verbindung verdreht wird.
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Zweckdienlicherweise ist hierbei vorgesehen, dass die Seitenwände zusätzliche Führungsabschnitte aufweisen, die sich in Einschieberichtung erstrecken und sich jeweils unter einem insbesondere stumpfen Knickwinkel an die Drehmomentabschnitte anschließen. Der Winkel ist hierbei vorzugsweise größer als 140° und kleiner als 180°. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante, bei der die Stegabschnitte jeweils durch einen Klemmabschnitt und einen Drehmomentabschnitt gebildet sind, weist diese Ausführungsvariante daher einen zusätzlichen Führungsabschnitt auf, der eine Führungsfunktion für das Einschieben des Kupplungszapfens bildet, in der montierten Endstellung bei eingesetztem Kupplungszapfen mit diesem jedoch nicht mehr in Kontakt steht.
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In beiden Ausführungsvarianten erstrecken sich die Drehmomentabschnitte - innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur Rotationsachse betrachtet - geradlinig, d. h. die Drehmomentabschnitte verlaufen parallel zu einer Mittenachse, die sich senkrecht zur Rotationsachse und diese schneidend erstreckt. Die Mittenachse ist dabei weiterhin derart orientiert, dass sie im Bereich des Aufnahmebodens vorzugsweise tangential zu den Spannuten orientiert ist.
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Weiterhin ist in vorteilhafter Weise bei beiden Ausführungsvarianten vorgesehen, dass eine Stegbreite des Stegs sich im Bereich der Drehmomentabschnitte ausgehend von den Klemmabschnitten vergrößert, um ausreichend Material für eine Drehmomentübertragung zur Verfügung zu haben. Bei der ersten Ausführungsvariante nimmt die Stegbreite dabei kontinuierlich zu, so dass am Ende des Drehmomentabschnitts die größte Stegbreite vorliegt.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind die Seitenwände im gesamten Bereich zur Ausbildung eines in axialer Richtung wirkenden Hinterschnitts geneigt zur Rotationsachse orientiert, d. h. sowohl im Bereich der Klemmabschnitte als auch im Bereich der Drehmomentabschnitte.
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Prinzipiell besteht die Möglichkeit, die Seitenwände im Bereich eines der beiden Abschnittspaare, insbesondere im Bereich der Drehmomentabschnitte, diese parallel oder gegenläufig schräg geneigt zur Rotationsachse auszubilden, um im Bereich dieser Abschnitte Kerbwirkungen aufgrund der Geometrie möglichst zu vermeiden. Unter gegenläufig geneigt wird hierbei eine sich ausgehend vom Schneidkopf hin zum Träger verjüngende Ausgestaltung verstanden.
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Insgesamt definieren die Befestigungsabschnitte und die Klemmabschnitte vorzugsweise eine in etwa rechteckige Grundgeometrie, sind daher im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet.
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Der besondere Vorteil der hier beschriebenen Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass neben den Drehmomentabschnitten keine weiteren Mittel oder Flächen zur Drehmomentübertragung vorgesehen sind. Dadurch ist insgesamt ein einfacher Aufbau ermöglicht. Sämtliche Drehmomentabschnitte liegen daher im Inneren der Kupplungsaufnahme, erstrecken sich also nicht radial bis zum Außenumfang des Trägers. Insoweit sind die Drehmomentabschnitte vom Steg eingefasst.
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Durch die Ausgestaltung ist weiterhin der Vorteil erreicht, dass keine weiteren Zentriermittel vorgesehen sind, die auf den Kupplungszapfen eine radiale Kraftrichtung ausüben. Es können allenfalls noch Einführhilfen vorgesehen sein. Es sind daher zur Zentrierung weder Schraubenelemente noch ein zusätzlicher, sich in Axialrichtung anschließender Zentrierzapfen erforderlich, der üblicherweise zur Zentrierung konisch ausgebildet ist, so dass radiale Zentrierkräfte wirken.
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In zweckdienlicher Weiterbildung weist der Kupplungszapfen komplementär zur Kupplungsaufnahme zur Rotationsachse geneigte Abschnitte der jeweiligen Abschnittspaare auf, deren Neigungswinkel verschieden von dem der Klemmabschnitte bzw. Drehmomentabschnitte der Kupplungsaufnahme ist. Dadurch wird eine definierte wechselseitige Anlage der einander zugeordneten Abschnitte sichergestellt.
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Der zugeordnete Schneidkopf ist komplementär zu der Kupplungsaufnahme ausgebildet und weist allgemein einen Kopfquerschnitt auf. Die Querschnittsfläche definiert wiederum die Flächenbereiche, in denen Material vorliegt. Der Kupplungszapfen tritt aus einer Ebene hervor, die eine Kopfauflagefläche für eine plane Auflage auf der Auflagefläche des Steges definiert. Der Kupplungszapfen ist daher an seinem Fuß von der Kopfauflagefläche umgeben. Weiterhin ist der Kupplungszapfen durch eine umlaufende Seitenwand begrenzt, die sich stufenfrei von der Kopfauflagefläche bis zu einer planen Bodenfläche erstreckt. Die Seitenwand weist dabei ein Paar gegenüberliegende Klemmabschnitte sowie ein Paar gegenüberliegende Drehmomentabschnitte auf und ist insbesondere durch diese Paare gebildet. Die Klemmabschnitte erstrecken sich dabei zumindest im Wesentlichen in Umfangsrichtung und dienen zur radialen Zentrierung des Schneidkopfes, die Drehmomentabschnitte sind winklig, insbesondere in etwa rechtwinklig hierzu angeordnet und dienen zur Drehmomentübertragung. Die Seitenwand zumindest eines der Abschnittspaare, vorzugsweise beider Abschnittspaare ist weiterhin zur Ausbildung eines Schwalbenschwanz-Hintergriffs geneigt zur Rotationsachse orientiert.
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Zweckdienlicherweise münden die Drehmomentabschnitte sowie vorzugsweise weiterhin auch die Klemmabschnitte in Spanuten, wobei die Drehmomentabschnitte sowie vorzugsweise auch die Klemmabschnitte sich geradlinig erstrecken.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine perspektivische, ausschnittsweise Explosionsdarstellung eines Rotationswerkzeugs mit einem Träger und einem Schneidkopf gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
- 2A eine Aufsicht auf die Unterseite des Schneidkopfs gemäß der ersten Ausführungsvariante,
- 2B eine Seitenansicht des Schneidkopfs gemäß 2A,
- 2C eine um 90° gedrehte Seitenansicht des Schneidkopfes gemäß 2B,
- 3A eine ausschnittsweise Seitenansicht des Trägers gemäß der ersten Ausführungsvariante,
- 3B eine Aufsicht auf die vordere Stirnseite des Trägers gemäß 3A,
- 3C eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie 3C - 3C in 3B,
- 4A eine ausschnittsweise Schnittdarstellung im Bereich des Schneidkopfes gemäß der ersten Ausführungsvariante entlang der Schnittlinie 4A - 4A in 4B, die eine stirnseitige Aufsicht auf das Rotationswerkzeug zeigt,
- 5A -C zu den Ansichten der 2A - 2C korrespondierende Ansichten eines Schneidkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,
- 6A -C zu den 3A - 3C korrespondierende Ansichten des Trägers gemäß der zweiten Ausführungsvariante,
- 7A, B eine perspektivische ausschnittsweise Darstellung im Bereich des Schneidkopfes einer dritten Ausführungsvariante mit einer zusätzlichen axialen Schraubensicherung,
- 8A- C zu den Ansichten der 2A - 2C korrespondierende Ansichten eines Schneidkopfes gemäß einer vierten Ausführungsvariante,
- 9A, B eine Aufsicht sowie eine perspektivische Aufsicht auf einen Träger der vierten Ausführungsvariante,
- 9C eine Schnittdarstellung entlang der Linie 9C-9C in 9A
- 9D eine Schnittdarstellung entlang der Linie 9D-9D in 9A
- 9E eine Schnittdarstellung entlang der Linie 9E-9E in 9A
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In den Ausführungsbeispielen sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in 1 ausschnittsweise dargestellte Rotationswerkzeug 2 ist im Ausführungsbeispiel als ein modulares Bohrwerkzeug ausgebildet. Es umfasst einen sich in Richtung einer Rotationsachse 4 erstreckenden Träger 6, an dessen vorderer Stirnseite eine Kupplungsaufnahme 8 ausgebildet ist, in die ein Kupplungszapfen 10 eines Schneidkopfes 12 stirnendseitig einsetzbar - und befestigbar ist. Das Rotationswerkzeug 2 weist im Ausführungsbeispiel zwei gewendelte Spannuten 14 auf, die in den Körper des Trägers 6 eingearbeitet und im Schneidkopf 12 fortgeführt sind, insbesondere derart, dass die Spannutwände vom Träger 6 zum Schneidkopf 12 kantenfrei fluchten.
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Der Träger 6 weist allgemein einen vorderen Schneidbereich mit den Spannuten 14 sowie einen sich daran anschließenden rückwärtigen hier nicht näher dargestellten Spannschaft auf, mit der er in einer Werkzeugaufnahme einer entsprechenden Bearbeitungsmaschine einspannbar ist.
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Das Stirnende des Trägers 6 sowie das rückwärtige Stirnende des Schneidkopfs sind komplementär zueinander zur Ausbildung einer Werkzeugkupplung ausgebildet. Nachfolgend werden jeweils die Elemente der Werkzeugkupplung auf Trägerseite mit dem Bezugszeichen „A“ und die auf der Kopfseite mit dem Bezugszeichen „B“ versehen.
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Der Aufbau des Schneidkopfes 2 gemäß einer ersten Ausführungsvariante wird nunmehr anhand der 2A - 2C näher erläutert:
- Der Kupplungszapfen 10 erstreckt sich in Richtung der Rotationsachse 4 ausgehend von einer planen Kopfauflagefläche 16B, von der er an seinem Fuß umlaufend umfasst und begrenzt ist. Er weist eine Kopfquerschnittsfläche 18B auf, die definiert ist durch diejenige Querschnittsfläche senkrecht zur Rotationsachse 4, in der Material vorliegt. Im Ausführungsbeispiel ist die Kopfquerschnittsfläche 18B daher gebildet durch einen kreisförmigen Querschnitt abzüglich der Ausnehmungen durch die Spannuten 14.
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Im gesamten Bereich der Kopfauflagefläche 16B wird der Schneidkopf 12 nach vorne weiter geführt, weist daher eine gewisse Kopfhöhe auf, bevor die eigentliche Bohrerspitze mit beispielsweise einem kegelmantelförmigen Anschliff ausgebildet ist.
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Der Kupplungszapfen 10 ist umlaufend von einer Seitenwand 20B begrenzt, die gebildet ist durch jeweils zwei gegenüberliegende Paare an Klemmabschnitten 22B sowie Drehmomentabschnitten 24B. Die beiden Abschnitte 22B, 24B gehen jeweils unter Ausbildung einer Rundung ineinander über. Die gegenüberliegenden Klemmabschnitte 22B sowie die Drehmomentabschnitte 24B verlaufen jeweils parallel zueinander. Die Abschnitte 22B, 24B laufen jeweils in eine jeweilige Spannut 14 aus. Die Abschnitte 22B, 24B sind in etwa rechtwinklig zueinander orientiert, so dass sie in etwa eine rechteckförmige Grundgeometrie aufspannen. Am stirnseitigen unteren Ende des Kupplungszapfens 10 wird dieser begrenzt von einer planen Bodenfläche 26B, aus der zentral lediglich ein zylindrischer Einführzapfen 28B herausragt. Dieser Einführzapfen 28B dient lediglich als Einführgehilfe beim Montieren des Schneidkopfs 12 in die Kupplungsaufnahme 8. Sein Durchmesser beträgt lediglich etwa 10 % bis 15 % eines Bohrernenndurchmessers.
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Bei der in den 2A - 2C dargestellten bevorzugten ersten Ausführungsvariante sind sowohl die Klemmabschnitte 22B als auch die Drehmomentabschnitte 24B schräg geneigt zur Rotationsachse 4 unter einem Neigungswinkel α1 orientiert, der beispielsweise im Bereich zwischen 10° und 20° liegt. Der Kupplungszapfen 10 ist daher insgesamt in etwa konisch ausgebildet und verjüngt sich in Richtung zur Bohrerspitze hin.
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Im Übergangsbereich vom Kupplungszapfen 10 zur Kopfauflagefläche 16B bzw. zur Bodenfläche 26B sind jeweils Rundungen bzw. Abschrägungen ausgebildet, um insbesondere Kerbkräfte beim Übergang zur Kopfauflagefläche 16B zu reduzieren bzw. ein einfaches Einführen in die Kupplungsaufnahme 8 zu ermöglichen.
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Wie insbesondere aus der Aufsicht gemäß 2A zu entnehmen ist, verläuft der jeweilige Klemmabschnitt 22B etwa in Umfangsrichtung 30. Die Umfangsrichtung 30 ist dabei gegenläufig zur Rotationsrichtung des Rotationswerkzeuges, also der Drehrichtung des Rotationswerkzeugs 2 beim bestimmungsgemäßen Einsatz. Bei Blickrichtung von vorne auf den Schneidkopf 12 ist die Rotationsrichtung üblicherweise gegen den Uhrzeigersinn.
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Eine Breite 32B der Kopfauflagefläche 16B nimmt im Bereich der Drehmomentabschnitte 24B ausgehend vom jeweiligen Klemmabschnitt 22B kontinuierlich zu. Die Breite 32B ist dabei definiert durch den radialen Abstand zwischen der Umfangsfläche des Schneidkopfes 12 und der Seitenwand 20B.
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Komplementär zu dem Schneidkopf 12 ist der vordere Stirnbereich des Trägers 6 ausgebildet, der in den 3A - 3C dargestellt ist. Die Seitenansichten gemäß der 3A und 3C zeigen dabei jeweils lediglich Teilstücke des Trägers 6. Korrespondierend zu den einzelnen Elementen des Schneidkopfes 12 weist der Träger 6 eine plane Auflagefläche 16A, einen Trägerquerschnitt 18A, Seitenwände 20A, Klemmabschnitte 22A, Drehmomentabschnitte 24A, eine Bodenfläche 26A, eine Einführborhung 28A, sowie ein Stegbreite 32A auf. In der Aufsicht gemäß der 3B sind in den Spannuten 14 ergänzend noch Kühlmittelauslässe 34 zu erkennen. Diese sind aufgrund der gewählten Darstellung, wonach der Träger 6 abgeschnitten ist, als offene Kreisfläche dargestellt.
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Wie insbesondere aus der 3B zu entnehmen ist, erstrecken sich die Klemmabschnitte 22A parallel zu einer Mittenachse 36, die die Rotationsachse 4 rechtwinklig kreuzt und - auf der Höhe der Bodenfläche 26A - eine Tangente zu den Wandungsflächen der Spannuten 14 bildet.
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Die Klemmabschnitte 22A sowie die Drehmomentabschnitte 24A sind unter einem Neigungswinkel a2 bzgl. der Rotationsachse geneigt, wobei - wie insbesondere aus 4A hervorgeht - a2 etwas größer als α1 ist. Der Unterschied zwischen diesen beiden Winkeln liegt beispielsweise im Bereich von 0,1° bis 2,5°.
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Anhand der 4A ist die Situation im zusammengefügten Zustand zu erkennen. Der Schneidkopf liegt mit seiner Kopfauflagefläche 16B plan und vollumfänglich auf der Auflagefläche 16A auf. Durch die schräg geneigten Abschnitte 22A, B sowie 24A, B ist der Schneidkopf 12 nach Art einer Schwalbenschwanz-Verbindung im Träger 6 gehalten.
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Zur Montage des Schneidkopfs 12 wird dieser mit seinem Kupplungszapfen 10 voraus in die Kupplungsaufnahme 8 eingesetzt, wobei der Kupplungszapfen 10 gegenüber der Kupplungsaufnahme 8 zunächst etwas verdreht ist, bis die beiden Auflageflächen 16A, B aufeinander aufliegen. Anschließend wird der Schneidkopf 12 in Umfangsrichtung 30 verdreht, so dass die schräg geneigten Abschnitte 22A, B sowie 24A, B den Schwalbenschwanz-Hintergriff ausbilden. Die Umfangsrichtung 30 entspricht daher einer Eindrehrichtung, in deren Richtung der Schneidkopf 12 in den Träger 6 bei der Montage eingedreht wird.
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Wie insbesondere der Aufsicht gemäß 3B zu entnehmen ist, ist die Aufnahme 8 im gesamten Bereich des Trägerquerschnitts 18A (Kreisquerschnitt abzüglich der Ausnehmungen durch die Spanuten 14) und zwar auf der Höhe der Auflagefläche 16A von einem Steg 31 umschlossen, so dass sämtliche Abschnitte 22A, 24A zentral im Inneren liegen und nicht radial nach außen geführt werden. Dies betrifft insbesondere die Drehmomentabschnitte 24A. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Stegbreite 22A sich in Umfangsrichtung 30 kontinuierlich verbreitert.
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Im Bereich des Klemmabschnitts 22A steht der Steg 31 jeweils in die Spannut 14 über, ragt insofern aus und ist in diesem auskragenden Bereich nicht mehr vollständig von Material in Richtung der Rotationsachse abgestützt. Dieser auskragende Bereich wird als Flügelabschnitt 33 bezeichnet.
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Beim Eindrehen des Kupplungszapfens 10 werden die gegenüberliegenden Flügelabschnitte 33 etwas elastisch aufgeweitet, so dass diese eine radiale Kraftkomponente auf den Kupplungszapfen 10 ausüben.
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Von besonderem Vorteil bei der gewählten Ausgestaltung ist die spezielle Orientierung der Drehmomentabschnitte 24A und insbesondere deren Ausgestaltung zur Ausbildung eines Schwalbenschwanz-Hintergriffs zu sehen. Vom Kupplungszapfen 10 wird im Bereich der Klemmabschnitte 22B eine radial nach außen wirkende Kraft erzeugt, die durch eine Umlenkung innerhalb des Stegs 31 im Gegenzug bei den Drehmomentabschnitten 24A eine radial nach innen wirkende Kraft erzeugt. Durch die schwalbenschwanzartige Ausgestaltung wird hierdurch zusätzlich ein ergänzendes Anzugsmoment in axialer Richtung ausgeübt, so dass die Kopfauflagefläche 16B gegen die Auflagefläche 16A gepresst wird. Ergänzend wird dadurch auch im Bereich der Drehmomentabschnitte 24B die Zentrierwirkung verbessert.
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Trotz der Höhe der übertragenden Drehmomentkräfte im Bereich der Drehmomentabschnitte 24B ist daher die schräg geneigte Ausgestaltung zur Ausbildung des Schwalbenschwanz-Hinterschnittes auch im Bereich der Drehmomentabschnitte von Vorteil. Eine evtl. durch diese Schrägstellung hervorgerufene Kerbwirkung im Übergangsbereich von der Seitenwand 20B des Kupplungszapfens 10 in die Kopfauflage 16B wird dadurch mehr als ausgeglichen. Insoweit bildet die in den 1 - 4 dargestellte erste Ausführungsvariante die bevorzugte Variante.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante, wie sie in den 5 und 6 dargestellt ist, ist im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante auf den Schwalbenschwanz-Hintergriff im Bereich der Drehmomentabschnitte 24B verzichtet. Diese sind im Ausführungsbeispiel der Variante 2 vielmehr gegenläufig unter einem Neigungswinkel β1, β2 geneigt, so dass die Drehmomentabschnitte 24A, 24B sich in Richtung der Rotationsachse 4 zum Träger 6 hin konisch verjüngen. Im Übrigen ist die Ausführungsvariante gemäß den 5 und 6 identisch zu der Ausführungsvariante gemäß den 1 bis 4.
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Bei beiden Ausführungsvarianten ist insgesamt durch den vergleichsweise einfach ausgebildeten Kupplungszapfen 10 sowie der Kupplungsaufnahme 8 mit nur einem Element sowohl eine zuverlässige axiale Auszugssicherung, eine ausreichende Drehmomentübertragung sowie eine Zentrierfunktion verwirklicht. Hervorzuheben ist hierbei, dass sowohl der Kupplungszapfen 10 als auch die Kupplungsaufnahme 8 für diese drei Funktionen eine einfache im Wesentlichen rechteckige Grund-Querschnittsfläche aufweisen und in Richtung der Rotationsachse keinerlei Absätze oder Abstufungen vorhanden sind. Auch in Umfangsrichtung sind keinerlei Absätze oder Abstufungen vorgesehen. Lediglich im zentralen Bereich schließt sich der Einführzapfen 28B an, der jedoch im Hinblick auf die drei genannten Funktionen keine Wirkung hat, insbesondere übernimmt er auch keine Zentrierfunktion im Sinne einer hochgenauen Zentrierung, die nur durch das Einwirken von radialen Kräften auf dem Kupplungszapfen 10 ermöglicht ist. Entsprechend ist der Einführzapfen 28B daher auch mit zylindrischen Seitenflächen versehen, die parallel zur Rotationsachse 4 verlaufen.
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Die Grundgeometrie der Werkzeugkupplung lässt sich daher allgemein etwa durch einen etwa quaderförmigen Grundkörper Element, beschreiben, bei dem die Seitenwände schräg geneigt ausgebildet sind. Der Grundkörper ist also insgesamt nach Art eines Pyramidenstumpfes ausgebildet, mit einer rechteckflächige Grundfläche und einer durch ein vorzugsweise symmetrisches Trapez gebildeten Querschnittsfläche senkrecht zur Grundfläche. Dieser Grundkörper (sowohl auf Seiten der Kupplungsaufnahme 8 als auch auf Seite des Kupplungszapfen 10) erstreckt sich dabei jeweils von einer planen Fläche 16B, A ausgehend und endet wiederrum an einer planen Fläche 26A, B. Diese quaderförmige Grundgeometrie ist vom Steg 31 umschlossen, bis auf den Bereich, in dem die Spannuten 14 ausgebildet sind, die insoweit aus der quaderförmigen Geometrie zylinder- oder ellipsenförmige Abschnitte ausschneiden.
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Grundsätzlich weist diese Werkzeugkupplung auch den Vorteil auf, dass die axiale Auszugssicherung ohne weitere zusätzliche axiale Befestigungsmittel ausreicht. Dies trifft insbesondere bei kleineren Nenndurchmessern des Trägers 6 beispielsweise bis 25 mm zu. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass eine weitere Schwächung des Trägerkerns erfolgt. Dieses Problem ist bei größeren Durchmessern weniger relevant. Insofern können bei größeren Nenndurchmessern größer 20 bzw. 25 mm ergänzend Schrauben 38 zur axialen Auszugssicherung vorgesehen sein, wie dies im dritten Ausführungsbeispiel der 7A, 7B dargestellt ist.
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Eine weitere, vierte Ausführungsvariante ist in den 8A- 8C sowie 9A-9E dargestellt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erstreckt sich die Längsrichtung (quer zur Rotationsachse verlaufend) des Kupplungszapfens 10 sowie der Kupplungsaufnahme 8 nicht mehr von Spannut 14 zu Spannut 14, sondern verläuft im Wesentlichen zwischen diesen Sparnuten, so dass also weder der Kupplungszapfen 10 noch die Kupplungsaufnahme 8 in die Spannut münden. Vielmehr ist die Kupplungsaufnahme 8 nahezu vollständig vom Steg 31 umschlossen, lediglich im Bereich eines der beiden Klemmabschnitte 22B ist ein Einschiebedurchbruch 40 ausgebildet, der Steg 31 ist daher unterbrochen.
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Die Breite dieses Einschiebedurchbruchs 40 entspricht dabei der Breite des Kupplungszapfens 10, so dass dieser in eine Einschieberichtung 42, die in etwa der Längsrichtung der Kupplungsaufnahme 10 entspricht, ein Einschieben des Kupplungszapfens 10 in die Kupplungsaufnahme 8 senkrecht zur Rotationsachse 4 ermöglicht. Hierzu ist ein Paar von Führungsabschnitten 44 vorgesehen, entlang derer der Kupplungszapfen 10 beim Einschieben entlang gleitet und geführt wird. Durch ein anschließendes Verdrehen wird wiederrum der Schwalbenschwanz-Hintergriff zwischen den Klemmabschnitten 22A, 22B und/ oder zwischen den Drehmomentabschnitten 24A, 24B ausgebildet. Wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, wird der Schwalbenschwanz-Hintergriff bei allen Abschnitten 22A, B, 24A, B ausgebildet.
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Auch bei dieser Ausführungsvariante werden sämtliche drei Funktionen, nämlich axiale Auszugssicherung, Zentrierwirkung sowie Drehmomentübernahme durch den lediglich in etwa pyramidenstumpfförmigen Kupplungszapfen 10 bzw. der entsprechend ausgebildeten Kupplungsaufnahme 8 übernommen. Weitere Befestigungsmittel für eine axiale Auszugssicherung, Zentriermittel für eine Zentrierung sind nicht erforderlich. Der Kupplungszapfen 10 ist im Vergleich zu den Kupplungszapfen 10 gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen noch vereinfacht ausgebildet, da die Spannuten 14 keinen Bereich ausschneiden. Der Kupplungszapfen 10 ist daher als einfacher Pyramidenstumpf mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Die Kupplungsaufnahme 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise so bemessen, dass ein Einsetzen des Kupplungszapfens 10 in Richtung der Rotationsachse 4 nicht möglich ist.
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Gemäß einer alternativen, hier nicht näher dargestellten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Breite der Kupplungsaufnahme 8 derart bemessen ist, dass ein Einsetzen des Kupplungszapfens 10 in Richtung der Rotationsachse 4 ermöglicht ist. Bei dieser Variante ist vorzugsweise auf den Einschiebedurchbruch verzichtet.
