DE102013205889B3

DE102013205889B3 - Kupplungsteil, insbesondere Schneidkopf für ein Rotationswerkzeug sowie ein derartiges Rotationswerkzeug

Info

Publication number: DE102013205889B3
Application number: DE201310205889
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwägerl; Berthold Heinrich ZEUG
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2033-04-04
Also published as: US20140301799A1; JP6509494B2; KR20140120840A; CN104096884B; IL231436A0; IL231436B; CN104096884A; JP2014200910A; SE1450394A1; US10058930B2

Abstract

Das Kupplungsteil, insbesondere Schneidkopf (6) für ein Bohrwerkzeug zur austauschbaren Befestigung in einer Kupplungsaufnahme (10) weist einen Kupplungszapfen (8) auf, der von einer Kopfauflagefläche (16) eingefasst ist, wobei der Kupplungszapfen (8) mehrere Typen von Funktionsflächen (20, 22) aufweist, nämlich Anschlagsflächen (22) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Schneidkopf (6) und dem Träger (4) sowie Klemmflächen (20) zur Zentrierung und Klemmung des Schneidkopfes (6) in der Kupplungsaufnahme (10). Der Kupplungszapfen (8) weist einen axial vorderen Zapfenbereich (30) sowie einen daran anschließenden axial hinteren Zapfenbereich (32) auf und die Klemmflächen (20) und die Anschlagsflächen (22) sind in unterschiedlichen Zapfenbereichen (30, 32) angeordnet. Durch diese Entkopplung und Verteilung der Funktionsflächen (20, 22) auf die verschiedenen Zapfenbereiche (30, 32) ist eine einfachere Herstellung des Kupplungszapfens (8) sowie eine insgesamt robustere Ausgestaltung ermöglicht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kupplungsteil, insbesondere einen Schneidkopf für ein Rotationswerkzeug, vorzugsweise ein Bohrwerkzeug, mit dem Merkmal des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein derartiges Rotationswerkzeug.
Ein derartiges Rotationswerkzeug ist beispielsweise aus der EP 0 813 459 B1 zu entnehmen. Bei derartigen Rotationswerkzeugen handelt es sich um modulare Werkzeuge, bei denen der Schneidkopf reversibel austauschbar in einen Träger einsetzbar ist. Hierzu ist eine Kupplung zwischen Schneidkopf und Träger erforderlich. Eine Kupplung weist allgemein Anschlagsflächen auf, die zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Schneidkopf und dem Träger dienen. Weiterhin sind Klemm- oder Zentrierflächen als weitere Funktionsflächen vorgesehen, über die eine achsparallele Ausrichtung des Schneidkopfes relativ zum Träger erfolgt.
Bei der aus der EP 0 813 459 B1 zu entnehmenden Kupplung weist der Schneidkopf an seinem rückwärtigen, zum Träger orientierten Ende einen Kupplungszapfen auf, welcher in einer Kupplungsaufnahme des Trägers aufgenommen ist. Der Kupplungszapfen steht dabei über eine plane Kopfauflagefläche über, mit der der Schneidkopf auf einer planen Stirnauflagefläche des Trägers zum Aufliegen kommt. Der Kupplungszapfen weist dabei sowohl die Anschlagsflächen als auch die Klemm- oder Zentrierflächen auf. Der Kupplungszapfen ist daher von den Stegen bis auf eventuelle Ausnehmungen durch Spannuten umschlungen und beide Funktionsflächen, also sowohl die Anschlagsflächen als auch die Klemmflächen sind im Inneren angeordnet und erstrecken sich nicht bis zu einer äußeren Mantelfläche.
Aus der EP 1 996 358 B1 ist eine weitere Kupplungsstelle mit einem umschlungenen Kupplungszapfen zu entnehmen, bei dem jedoch keine Unterbrechung der Umschlingung durch Spannuten erfolgt.
Neben diesem umschlungenen Typ sind auch Kupplungen bekannt, bei denen der umschlungene Kupplungszapfen lediglich die Klemmflächen trägt, demgegenüber jedoch die Anschlagsflächen unter Ausbildung einer Stufe in radialer Richtung überstehen und bis zur äußeren Mantelfläche reichen. Eine derartige nichtumschlungene Kupplung ist beispielsweise aus der US 2011/0318128 A1 sowie aus der US 6,059,492 zu entnehmen. Aus diesen ist auch eine schwalbenschwanzförmige Ausgestaltung der Klemmflächen zu entnehmen, so dass diese einen Hintergriff bilden, um eine axiale Auszugssicherung zu gewährleisten.
In der zum Anmeldezeitpunkt noch nicht veröffentlichten DE 10 2012 200 690 A1 der Anmelderin ist eine Kupplung des umschlungenen Typs beschrieben, bei dem der Kupplungszapfen im Querschnitt betrachtet eine in etwa rechteckige Grundform aufweist und von Spannuten eingeschnitten ist. Die Querabschnitte des Kupplungszapfens bilden dabei die Klemmabschnitte, wohingegen die Längsabschnitte des Kupplungszapfens die Anschlagsflächen bilden. Der Kupplungszapfen ist gleichzeitig insgesamt in etwa schwalbenschwanzförmig ausgebildet. Die Kupplungsstelle ist als eine selbstzentrierende und selbstklemmende, reversibel austauschbare Kupplung. Zur Sicherung des Schneidkopfes im Träger sind keine zusätzlichen Befestigungselemente wir Schrauben oder dergleichen vorgesehen.
Aufgrund der schwalbenschwanzförmigen Ausgestaltung des Kupplungszapfens sowie den unterschiedlichen Funktionszonen ist die Herstellung eines derartigen Kupplungszapfens mit einem gewissen Aufwand verbunden. Auch besteht am Übergang zwischen Kupplungszapfen und der planen Kopfauflagefläche durch die schwalbenschwanzförmige Ausgestaltung ein spitzer Winkel, was zu hohen Kerbkräften insbesondere im Bereich der Anschlagsflächen führt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere selbstklemmende, reversibel lösbare Kupplung zwischen zwei Kupplungsteilen zu ermöglichen, insbesondere einem Schneidkopf eines Bohrwerkzeugs sowie einem hierzu korrespondierenden Träger, welche zur Aufnahme von hohen Kräften geeignet und fertigungstechnisch einfach herstellbar ist.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schneidkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Kupplungsstelle ist dabei allgemein nach Art des Umschlingungs-Typs ausgebildet, weist also einen von einer insbesondere planen Kopfauflagefläche eingefassten Kupplungszapfen auf. Das Kupplungsteil ist vorzugsweise ein Schneidkopf eines modularen Rotationswerkzeugs, insbesondere eines Bohrwerkzeugs. Der Kupplungszapfen greift im montierten Zustand in eine Kupplungsaufnahme eines weiteren Kupplungsteils, insbesondere ein Träger des modularen Rotationswerkzeugs ein. Nachfolgend wird generell das erste Kupplungsteil als Schneidkopf und das weitere Kupplungsteil als Träger bezeichnet. Die umgekehrte Ausgestaltung ist grundsätzlich auch möglich. Die Ausgestaltung der Kupplung ist dabei nicht auf die Anwendung für die Verbindung zwischen einem Schneidkopf und einem Träger eines Rotationswerkzeugs beschränkt.
Der Kupplungszapfen weist mehrere Typen von Funktionsflächen, nämlich Anschlagsflächen zur Übertragung eines Drehmoments sowie Klemmflächen zur Zentrierung des Kupplungsteils in der Kupplungsaufnahme auf. Der Kupplungszapfen selbst ist dabei in Axial- oder Längsrichtung betrachtet in zwei Zapfenbereiche unterteilt, nämlich einen axial vorderen, zur Stirnseite des Schneidkopfs orientierten sowie einen hinteren, zum Träger orientierten Zapfenbereich. Die Klemmflächen und die Anschlagsflächen sind dabei in unterschiedlichen Zapfenbereichen, also axial zueinander versetzt angeordnet.
Durch diese Maßnahme der Entkopplung der verschiedenen Funktionsflächen in Längsrichtung bei einem einheitlichen, umschlungenen Kupplungszapfen wird eine individuelle Anpassung unterschiedlicher Zapfenbereiche, auf unterschiedlichen axialen Höhen an die jeweiligen Anforderungen ermöglicht. Dies erlaubt zum einen eine einfachere Herstellung, da pro Zapfenbereich dieser lediglich für eine jeweilige Funktionsfläche optimiert ausgebildet werden muss. Durch die Entkopplung ist weiterhin auch der kritische Übergangsbereich zwischen der Kopfauflagefläche und dem Kupplungszapfen freier gestaltbar. Insbesondere bei einer axialen Auszugssicherung mittels geneigten Flächen, die einen Hintergriff bilden, ist durch die axiale Entkopplung der kritische Übergangsbereich zur Kopfauflagefläche entschärft.
Allgemein handelt es sich bei dieser Kupplung um eine selbstzentrierende, in Axialrichtung selbstklemmende Kupplung, welche sich vorzugsweise werkzeuglos verbinden oder auch wieder lösen lässt. Hierzu wird typischerweise der Schneidkopf in Axialrichtung in die Kupplungsaufnahme eingesetzt und anschließend durch Verdrehen in die Endposition gebracht.
Für eine zuverlässige selbstklemmende Ausgestaltung sind die Klemmflächen zweckdienlicherweise für eine axiale Auszugssicherung schwalbenschwanzförmig ausgestaltet. Auf weitere Klemm- oder Befestigungselemente wir Schrauben etc. ist vorzugsweise verzichtet.
Die verschiedenen Typen von Funktionsflächen, also einerseits die Klemmflächen und andererseits die Anschlagsflächen, sind bevorzugt zueinander jeweils drehversetzt angeordnet. Ergänzend oder alternativ sind die Funktionsflächen eines Typs dabei jeweils paarweise und gegenüberliegend, insbesondere um 180° rotationssymmetrisch, angeordnet.
Zweckdienlicherweise weist dabei der zumindest einen Zapfenbereich und insbesondere gesamte Kupplungszapfen eine im Querschnitt betrachtet rechteckige Grundform auf. Unter rechteckige Grundform wird hierbei auch eine gewisse Abweichung von der strengen Rechteckform zugelassen, so können die einzelnen Abschnitte durchaus eine an den Radius angepassten Wölbung aufweisen. Auch wird unter rechteckige Grundform eine Variante verstanden, bei der eine etwa rechteckige Grundfläche Aussparungen beispielsweise in Folge von Spannuten aufweist. Insgesamt weist daher der Kupplungszapfen eine Grundform auf, wie sie auch aus der DE 10 2012 200 690 A1 zu entnehmen ist. Durch diese etwa rechteckförmige Grundform des Kupplungszapfens ist zum einen eine gute Selbstzentrierung und Selbstklemmung bei gleichzeitig guter Drehmomentübertragung erzielt.
Zumindest einer der Zapfenbereiche, vorzugsweise beide Zapfenbereiche und damit der gesamte Kupplungszapfen, weisen jeweils paarweise einander gegenüberliegende Längsabschnitte sowie gegenüberliegende Querabschnitte auf, die insbesondere über gerundete Übergangsabschnitte ineinander übergehen. Die Funktionsflächen sind dabei an den Längsabschnitten und den Querabschnitten ausgebildet. Die Querabschnitte und Längsabschnitte sind dabei insbesondere zumindest in etwa rechtwinklig zueinander orientiert.
Zweckdienlicherweise sind die Längsabschnitte sowie die Querabschnitte jeweils durch Spannuten unterbrochen, sodass die Querabschnitte und Längsabschnitte jeweils zu einer jeweiligen Spannut auslaufen. Die Spannuten schneiden daher etwa in den diagonal gegenüberliegenden Eckbereichen der etwa rechteckförmigen Grundfläche Teilbereiche aus.
Bevorzugt bilden die Längsabschnitte des einen Zapfenbereichs die Anschlagsflächen und die Querabschnitte des anderen Zapfenbereichs die Klemmflächen. Insgesamt wird durch diese Ausgestaltung eine in etwa diagonal versetzte Anordnung der Funktionsflächen zueinander ausgebildet. Die Funktionsflächen sind also sowohl in Umfangsrichtung (Rotations- oder Drehrichtung) als auch in Axialrichtung zueinander beabstandet. Hierdurch kann grundsätzlich eine rechteckförmige Grundform des gesamten Kupplungszapfens ausgebildet und gleichzeitig eine Entkopplung erzielt werden. Durch die etwa rechteckförmige Grundform des gesamten Kupplungszapfens schließt sich in Axialrichtung an den Querabschnitt des ersten Zapfenbereichs der Querabschnitt des zweiten Zapfenbereichs sowie an den Längsabschnitt des ersten Zapfenbereichs der Längsabschnitt des zweiten Zapfenbereichs an, die Längsabschnitte und Querabschnitte sind daher bei den beiden Zapfenbereichen jeweils an der gleichen Drehwinkelposition ausgebildet und fluchten insoweit miteinander.
In zweckdienlicher Weiterbildung bilden die Längsabschnitte des einen Zapfenbereichs, an dem die Klemmflächen ausgebildet sind und/oder die Querabschnitte des anderen Zapfenbereiches, an dem die Anschlagsflächen ausgebildet sind, jeweils funktionslose Freiflächen aus. Ein jeweiliger Zapfenbereich hat daher ausschließlich einen Typ an Funktionsflächen, nämlich entweder Klemmflächen oder Anschlagsflächen. Die jeweils andere Fläche ist dabei inaktiv und bildet die Freifläche. Hierunter wird verstanden, dass diese Flächen im eingesetzten Zustand des Schneidkopfes im Träger mit einer korrespondierenden komplementären Fläche des Trägers nicht zusammenwirkt, also von dieser beabstandet ist und mit dieser einen Freigang ausbildet. Dadurch wird sichergestellt, dass die jeweilige Funktionsfläche definiert mit der ihr zugeordneten komplementären Funktionsfläche am Träger zusammenwirkt und keine Überbestimmung auftritt.
Vorzugsweise schließen sich die beiden Zapfenbereiche unmittelbar in Axialrichtung aneinander an, das heißt die Längs- und Querabschnitte grenzen unmittelbar aneinander an. Dies erlaubt eine insgesamt kompakte Ausgestaltung.
In bevorzugter Weiterbildung sind dabei die jeweiligen Abschnitte der aneinander anschließenden Zapfenbereiche in einer Schnittebene parallel zur Längsrichtung betrachtet – winklig zueinander orientiert und jeweils durch eine insbesondere horizontal verlaufende Trennlinie oder auch Knicklinie voneinander getrennt. Im Bereich der Trennlinie ist dabei üblicherweise ein Radius ausgebildet. Die Trennlinie zwischen den Längsabschnitten weist dabei einen axialen Versatz zu der Trennlinie zwischen den Querabschnitten auf. Die zuvor beschriebenen funktionslosen Freiflächen werden beim Herstellen vorzugsweise durch ein Zurückschleifen der jeweiligen Fläche ausgebildet, wodurch sich eben der Versatz der Trennlinie ergibt. Der Versatz ist daher lediglich geringfügig und durch dieses Rückschleifen bedingt. Die Zapfenbereiche werden daher insgesamt unterschiedlich angeschliffen.
Zumindest einer der Abschnitte vorzugsweise sowohl die Querabschnitte als auch die Längsabschnitte der beiden Zapfenbereiche sind zueinander jeweils dachförmig angeordnet. Die Abschnitte sind dabei insbesondere unter einem Dachwinkel im Bereich von etwa 130° bis 160° zueinander orientiert. Durch die dachförmige Ausgestaltung sind daher vorzugsweise sowohl die Klemmflächen als auch die Anschlagsflächen – betrachtet in einer Schnittansicht in Längsrichtung – winklig zur Längs- oder Axialrichtung orientiert. Im Falle der Klemmflächen ist durch diese winklige Ausrichtung der Hintergriff für die axiale Auszugssicherung verwirklicht (Schwalbenschwanz).
Grundsätzlich besteht alternativ zu dem Dachwinkel die Möglichkeit, dass lediglich die Klemmflächen relativ zur Längsachse geneigt sind und die Anschlagsflächen parallel zur Längsachse orientiert sind.
Die Ausgestaltung mit dem Dachwinkel ist eine bevorzugte Ausführungsvariante. Die beiden Zapfenbereiche sind dabei bevorzugt asymmetrisch bezüglich der Längsachse geneigt angeordnet, wobei insbesondere die Anschlagsflächen stärker geneigt bezüglich der Längsachse orientiert sind.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, entweder die Klemmflächen oder die Anschlagsflächen im vorderen Zapfenbereich auszubilden. Bei einer Ausgestaltung mit den Anschlagsflächen im hinteren Zapfenbereich sind die Anschlagsflächen von der Kopfauflagefläche entkoppelt, sodass im Bereich der größten Drehmomentkräfte keine unmittelbare Verbindung zu der Kopfauflagefläche besteht. Gleichzeitig ist jedoch durch die schwalbenschwanzartige Ausgestaltung der Klemmflächen weiterhin ein spitzer Winkel zur Kopfauflagefläche ausgebildet. Hierdurch bleibt eine gewisse Kerbwirkung erhalten, wenngleich an dieser Stelle der Klemmflächen keine übermäßig hohen Kräfte (Drehmomente) übertragen werden.
In bevorzugter Ausgestaltung sind jedoch die Anschlagsflächen am vorderen Zapfenbereich und die Klemmflächen am hinteren Zapfenbereich angeordnet. In Ergänzung mit der dachförmigen Orientierung führt dies zu einem stumpfen Übergangswinkel zwischen dem Kupplungszapfen und der Kopfauflagefläche, sodass in diesem kritischen Übergangsbereich kaum Kerbkräfte auftreten.
Allgemein ist daher grundsätzlich vorgesehen, dass die Funktionsflächen angrenzend zur Kopfauflagefläche mit dieser einen stumpfen Winkel ausbilden, welcher vorzugsweise größer 100°, insbesondere größer 110° oder auch 120° bis maximal etwa 130° ist.
Alternativ zu der grundsätzlichen Ausgestaltung, bei der die jeweiligen Abschnitte der Zapfenbereiche in Axialrichtung jeweils unmittelbar aneinander anschließen, ist gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform im Bereich der Anschlagsflächen ein stufenartiger Übergang zwischen den beiden Zapfenbereichen ausgebildet. Dies bedeutet also, dass die Anschlagsfläche des einen Zapfenbereiches nicht unmittelbar in den entsprechenden Längsabschnitt des anderen Zapfenbereichs übergeht. Vielmehr ist hier eine insbesondere horizontal verlaufende Stufe ausgebildet.
Gleichzeitig erstrecken sich zweckdienlicherweise die Klemmfläche in Umfangsrichtung über den gesamten Zapfenbereich. Durch diese Ausgestaltung, insbesondere in Kombination mit der Stufe, wird daher der besondere Vorteil erzielt, dass eine möglichst große Umschlingung der Klemmfläche für eine zuverlässige Klemmung des Schneidkopfes im Träger erzielt ist. Die Klemmfläche ist dabei typischerweise zumindest im Wesentlichen konzentrisch zur Umfangsfläche des Schneidkopfes bzw. des Trägers orientiert und daher nur bedingt für die Übertragung von Drehmomentkräften geeignet. Durch die Ausbildung der Stufe im Bereich der Anschlagsflächen besteht daher die vorteilhafte Möglichkeit, die Anschlagsfläche abweichend von der Umfangsrichtung abknicken zu lassen, sodass die Anschlagsfläche winklig, vorzugsweise rechtwinklig zur Umfangsrichtung orientiert ist, um eine möglichst effektive Drehmomentübertragung zu erzielen.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein modulares Rotationswerkzeug, insbesondere Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Die im Hinblick auf das Kupplungsteil, insbesondere Schneidkopf angeführten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen sind sinngemäß auf das Rotationswerkzeug zu übertragen. Dieses ist allgemein gebildet durch den Schneidkopf sowie einen Träger, in den der Schneidkopf reversibel austauschbar einsetzbar ist. Der Träger weist dabei eine Kupplungsaufnahme auf, die zu dem Kupplungszapfen des Schneidkopfes komplementäre Funktionsflächen aufweist.
Unter komplementäre Funktionsflächen werden hierbei Flächen verstanden, die im Hinblick auf ihre geometrische Ausgestaltung mit den jeweiligen Funktionsflächen des Kupplungszapfens zur Übertragung von Kräften zusammenwirken und flächig aneinander liegen. Lediglich zu den Freiflächen des Kupplungszapfens sind komplementäre Freiflächen ausgebildet, welche im zusammengesetzten Zustand von den Freiflächen unter Ausbildung eines Freigangs beabstandet sind, als lediglich gegenüberliegend angeordnet sind, jedoch nicht im Sinne einer Kräfteübertragung zusammenwirken.
Für eine zuverlässige Klemmung des Schneidkopfes sind die Klemmflächen des Kupplungszapfens zweckdienlicherweise wahlweise etwas mit Übermaß ausgebildet, weisen einen Exzentrizität oder auch eine elliptische Ausgestaltung auf, sodass sich mit zunehmendem Verdrehen des Schneidkopfs in der Kupplungsaufnahme die Klemmkraft zunimmt.
Beschreibung der Figuren
Ausführungsvarianten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
1A, 1B ausschnittsweise, perspektivische Explosionsdarstellungen eines Bohrwerkzeugs mit einem Schneidkopf und einem Träger einer ersten Ausführungsvariante,
2A–2C eine Aufsicht von unten auf den Schneidkopf sowie zwei Seitenansichten der ersten Ausführungsvariante,
3 eine Aufsicht auf den Träger und auf die Kupplungsaufnahme gemäß dem Träger in den 1A und 1B,
4A eine Stirnansicht auf das Bohrwerkzeug gemäß den 1A, 1B,
4B eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie nach 4A,
5A eine weitere Stirnansicht der ersten Ausführungsvariante,
5B die Schnittansicht gemäß der Schnittlinie nach 5A,
6A, B ausschnittsweise perspektivische Explosionsdarstellungen eines Bohrwerkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,
7A–C eine Aufsicht von unten auf den Schneidkopf sowie zwei Seitenansichten gemäß der zweiten Ausführungsvariante,
8 eine Aufsicht auf den Träger und auf die Kupplungsaufnahme gemäß der zweiten Ausführungsvariante,
9A eine Stirnansicht auf die zweite Ausführungsvariante,
9C eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie nach 9A,
10A eine weitere Stirnansicht der zweiten Ausführungsvariante,
10B eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie in 10A,
11A, B ausschnittsweise perspektivische Explosionsdarstellungen eines Bohrwerkzeugs gemäß einer dritten Ausführungsvariante,
12A–C eine Aufsicht von unten sowie zwei Seitenansichten des Schneidkopfes gemäß der dritten Ausführungsvariante,
13 eine Aufsicht auf den Träger und auf die Kupplungsaufnahme der dritten Ausführungsvariante,
14A eine Stirnansicht der dritten Ausführungsvariante,
14B eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie gemäß 14A.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren sind gleichwirkende Teile jeweils durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Das Bohrwerkzeug gemäß allen drei Ausführungsvarianten ist als ein modulares Bohrwerkzeug mit einem Träger 4 sowie einem reversibel austauschbar in diesen befestigbaren Schneidkopf 6 ausgebildet. Die Kupplung zwischen Träger 4 und Schneidkopf 6 erfolgt dabei mithilfe des so genannten Umschlingungs-Typs. Hierzu weist der Schneidkopf 6 an seinem rückwärtigen Ende einen sich in den Axial- oder Längsrichtung erstreckenden Kupplungszapfen 8 auf, der in eine Kupplungsaufnahme 10 des Trägers 4 einsetzbar ist. Die Kupplungsaufnahme 10 wird dabei beidseitig durch zwei sich in Axialrichtung erstreckende Randstege 12 als Fortführung eines jeweiligen Bohrerrückens gebildet. Diese werden unterbrochen von Spannuten 14. Bis auf die Unterbrechung der Spannuten 14 umschließen die Randstege 12 den Kupplungszapfen 8 vollständig.
Die Spannuten 14 sind auch im Schneidkopf 6 weiter geführt und schneiden dabei ein Teilstück aus dem Kupplungszapfen 8 aus. Der Kupplungszapfen 8 ist von einer planen, in einer Horizontalebene verlaufenden Kopfauflagefläche 16 umschlossen, welche lediglich von den Spannuten 14 unterbrochen ist. An den Kupplungszapfen 8 schließt sich in Richtung zum Träger 4 noch ein Einführzapfen 18 an, welcher zentral und konzentrisch zu einer Mittenachse, die zugleich die Längsachse ist, ausgebildet ist. Am Einführzapfen erfolgt vorzugsweise keinerlei Klemmung und auch keine Zentrierung. Diese Funktionen werden ausschließlich über die nachfolgend noch näher erläuterten Funktionsflächen des Kupplungszapfens 8, nämlich Klemmflächen 20, ausgeübt. Als weitere Funktionsflächen weist der Kupplungszapfen 8 Anschlagsflächen 22 zur Drehmomentübertragung auf. Im Ausführungsbeispiel weist das Bohrwerkzeug weiterhin Kühlmittelkanäle 24 auf, die am Grund der Kupplungsaufnahme 10 austreten und anschließend dann im Kupplungszapfen 8 zur vorderen Stirnseite des Schneidkopfes 6 weitergeführt werden und dort austreten.
Im montierten Zustand liegt der Schneidkopf 6 mit seiner Kopfauflagefläche 16 auf den Stirnauflageflächen 26 der Randstege 12 plan auf.
Die Montage des Schneidkopfes 6 erfolgt allgemein durch axiales Einstecken des Schneidkopfes 6 bei einer Drehstellung, die im Vergleich zur befestigten Endposition verdreht ist. Anschließend wird der Schneidkopf verdreht, so dass die entsprechenden Funktionsflächen mit dem komplementären Funktionsflächen der Kupplungsaufnahme 10 wechselseitig in Eingriff kommen, um die gewünschte Selbstzentrierung, Selbstklemmung sowie Drehmomentmitnahme zu gewährleisten.
Wie insbesondere aus den jeweiligen Seitenansichten der Schneidköpfe 6 sowie aus den Schnittdarstellungen zu entnehmen ist, ist der Kupplungszapfen 8 selbst unterteilt in einen vorderen Zapfenbereich 30 sowie einen hinteren Zapfenbereich 32, die in Axialrichtung vorzugsweise unmittelbar aneinander anschließen. Wie insbesondere aus den Aufsichten auf den Schneidkopf 6 sowie auf den Träger zu entnehmen ist, weist der Kupplungszapfen 8 sowie die hierzu komplementär ausgebildete Kupplungsaufnahme 10 eine in etwa rechteckförmige Grundform auf, so dass der Kupplungszapfen 8 Längsabschnitt 34 sowie Querabschnitte 36 aufweist, die jeweils über Übergangsabschnitte 38, die als gerundete Eckabschnitte ausgebildet sind, ineinander übergehen.
Bei den ersten beiden Ausführungsvarianten ist der gesamte Kupplungszapfen 8 und damit sowohl der vordere Zapfenbereich 30 als auch der hintere Zapfenbereich 32 mit der im Wesentlichen rechteckigen Grundform ausgebildet. Die Querabschnitte 36 der axial aneinander anschließenden Zapfenbereiche 30, 32 fluchten miteinander, überstreichen daher den gleichen Drehwinkelbereich. Gleiches gilt für die Längsabschnitte 34. Von besonderer Bedeutung ist nunmehr, dass jeder der Zapfenbereiche 30, 32 entweder ausschließlich Klemmflächen 20 oder ausschließlich Anschlagsflächen 22 aufweist. Bei den ersten beiden Ausführungsvarianten sind die beiden Funktionsflächen jeweils in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, sodass die Funktionsflächen insgesamt jeweils in etwa diagonal zueinander angeordnet sind.
Allgemein sind die Anschlagsflächen 22 dabei an den Längsabschnitten 34 und die Klemmflächen 20 an den Querabschnitten 36 ausgebildet.
Die Klemmflächen 20 sind dabei in allen Ausführungsvarianten als schräg nach Art eines Schwalbenschwanzes geneigte Flächen zur Ausbildung eines Hintergriffs ausgebildet.
In Sinne eines einfachen Herstellungsverfahrens sind die Flächen, insbesondere die Klemmflächen 20 entlang einer kreisförmigen Bahn ausgebildet, was schleiftechnisch besonders einfach herzustellen ist.
Aufgrund der durch die schwalbenschwanzartige Ausgestaltung gebildeten Hinterschnitte sind die einzelnen Funktionsflächen 20, 22 in den Aufsichtsdarstellungen des Trägers 4 (3, 8, 13) oftmals nicht oder kaum zu erkennen. Generell werden die zu den Flächen des Kupplungszapfens 8 komplementären Flächen der Kupplungsaufnahme 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, ergänzt um den Buchstaben A. Die zu den Klemmflächen 20 des Kupplungszapfens 8 komplementären Klemmflächen der Kupplungsaufnahme 10 tragen daher das Bezugszeichen 20A, die komplementären Anschlagsflächen 22A usw.
Bei den ersten beiden Ausführungsvarianten schließen sich in Axialrichtung an die jeweiligen Funktionsflächen 20, 22 jeweils Freiflächen 40 an, die insoweit funktionslos sind, als dass sie weder zur Drehmomentübertragung noch zum Zentrieren oder Klemmen beitragen. Die Freiflächen 40 sind daher ebenfalls jeweils diagonal gegenüberliegend angeordnet. Sowohl zwischen den Freiflächen 40 als auch zwischen den Funktionsflächen 20, 22 sind in Umfangsrichtung jeweils Flächenabschnitte durch die Übergangsabschnitte 38 ausgebildet.
Die Freiflächen 40 werden insbesondere durch ein separates Zurückschleifen ausgebildet. Hierdurch verschiebt sich eine Knick- oder Trennlinie 41, sodass eine jeweilige Trennlinie 41 zwischen dem vorderen und hinteren Zapfenbereich 30, 32 im Bereich der Längsabschnitte 34 und der Querabschnitte 36 in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Die Trennlinien 41 verlaufen dabei jeweils in horizontaler Richtung (vgl. hierzu insbesondere 2B sowie 7B).
Wie insbesondere auch aus den Querschnittsdarstellungen bei den ersten beiden Varianten zu entnehmen ist, sind die Freiflächen 40 zu komplementären Freiflächen 40a an der Kupplungsaufnahme 10 beabstandet, weisen daher einen Freigang auf. Bei allen Ausführungsvarianten gehen die einzelnen Flächen in Axialrichtung betrachtet jeweils über Rundungen bzw. Fasen 44 ineinander über. Ergänzend ist auch endseitig am Kupplungszapfen 8 sowie stirnseitig am Träger 6 jeweils eine als Freimachung ausgebildete Fase 44 ausgebildet.
Wie sich insbesondere aus den jeweiligen Querschnittdarstellungen ergibt, sind die jeweiligen Zapfenbereiche 30, 32 zueinander dachförmig angeordnet und schließen zwischen sich einen Dachwinkel α im Bereich von etwa 150° ein (vgl. 4B sowie 9C). Da die Klemmflächen 20 jeweils schwalbenschwanzartig ausgebildet sind, weisen diese bezüglich der Längsachse jeweils einen Neigungswinkel β1 zur Ausbildung eines Hinterschnitts auf. Wegen der dachartigen Ausgestaltung ist der Knickwinkel zwischen den beiden Zapfenbereichen 30, 32 einmal nach Art einer Einschnürung am Kupplungszapfen 8 (Ausführungsvariante 1, 2B, 4B, 5B) bzw. nach Art einer Auswölbung bei der zweiten Ausführungsvariante (7B, 9C, 10B) ausgebildet sind.
Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden ersten Ausführungsvarianten ist in der Anordnung der Funktionsflächen 20, 22 zu sehen. Gemäß der ersten, in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsvariante sind die Anschlagsflächen 22 am vorderen Zapfenbereich 30 und die Klemmflächen 20 am hinteren Zapfenbereich 32 ausgebildet. Umgekehrt sind bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß den 6 bis 10 die Klemmflächen 20 am vorderen Zapfenbereich 30 und die Anschlagsflächen 22 am hinteren Zapfenbereich 32 ausgebildet.
Die Klemmflächen 20 sind bezüglich der Längsachse unter dem Neigungswinkel β1 und die Anschlagsflächen 22 unter einem Neigungswinkel β2 orientiert. β1 ist dabei üblicherweise kleiner als der Winkel β2, sodass sich eine gewisse Asymmetrie ergibt. Insbesondere liegt β1 bei etwa 10° und β2 bei etwa 20°, ist also in etwa doppelt so groß.
Bei der Anordnung der Anschlagsflächen 22 im vorderen Zapfenbereich 30 mit dem Neigungswinkel β2 ergibt sich insgesamt ein stumpfer Übergangswinkel zur Kopfauflagefläche 16, der etwa im Bereich von 110° liegt (vgl. hierzu beispielsweise 4B).
Die dritte Ausführungsvariante (11–14) unterscheidet sich von den beiden vorhergehenden dadurch, dass lediglich einer der beiden Zapfenbereiche 30, 32, im Ausführungsbeispiel der hintere Zapfenbereich 32, die im Wesentlichen rechteckförmige Grundform aufweist. An diesem Zapfenbereich 32 sind wiederum an den entsprechenden Längsabschnitten 34 die Anschlagsflächen 22 ausgebildet. An dem anderen Zapfenbereich, im Ausführungsbeispiel also am vorderen Zapfenbereich 30, ist demgegenüber eine durchgehende Klemmfläche 20 nach Art eines Schwalbenschwanzes ausgebildet, welche zumindest annähernd konzentrisch zu der Umfangslinie des Schneidkopfes 6 und damit des Bohrerrückens verläuft, wie dies insbesondere auch aus den 11 und 12 zu entnehmen ist. Durch diese unterschiedliche Geometrie der beiden Zapfenbereiche 30, 32 ergibt sich entsprechend auch ein stufenartiger Übergang vom ersten vorderen Zapfenbereich 30 zum hinteren Zapfenbereich 32 im Bereich der Anschlagsfläche 22. An dieser Stelle weist daher der Kupplungszapfen 8 eine insbesondere horizontal verlaufende Stufen 42 auf. Die Grundform des vorderen Zapfenbereichs 30 ist in etwa kreisförmig (mit den Ausnehmungen durch die Spannuten 14) bzw. leicht elliptisch. Durch diese Maßnahme ist eine besonders große Umschlingung im Bereich der Klemmflächen 22 durch die Randstege 12 erzielt, sodass eine zuverlässige Selbstklemmung erreicht ist.

Claims

Kupplungsteil (6), insbesondere Schneidkopf für ein Rotationswerkzeug, zur austauschbaren Befestigung in einer Kupplungsaufnahme (10) eines weiteren Kupplungsteils (4), insbesondere eines Trägers, umfassend einen Kupplungszapfen (8), der von einer Kopfauflagefläche (16) eingefasst ist, wobei der Kupplungszapfen (8) mehrere Typen von Funktionsflächen (20, 22) aufweist, nämlich Anschlagsflächen (22) zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den beiden Kupplungsteilen sowie Klemmflächen (20) zur Zentrierung und Klemmung des Kupplungsteils (8) in der Kupplungsaufnahme (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungszapfen (8) einen axial vorderen Zapfenbereich (30) und einen daran anschließenden axial hinteren Zapfenbereich (32) aufweist und die Klemmflächen (20) und die Anschlagsflächen (22) in unterschiedlichen Zapfenbereichen (30, 32) angeordnet sind.
Kupplungsteil (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen (20) für eine axiale Auszugssicherung eine schwalbenschwanzförmige Ausgestaltung aufweisen.
Kupplungsteil (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Typen von Funktionsflächen (20, 22) zueinander drehversetzt angeordnet sind und die Funktionsflächen (20, 22) eines Typs paarweise und jeweils gegenüberliegend angeordnet sind.
Kupplungsteil (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungszapfen (8), zumindest einer der Zapfenbereiche (30, 32), im Querschnitt betrachtet eine rechteckige Grundform aufweist.
Kupplungsteil (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungszapfen (8), zumindest einer der Zapfenbereiche (30, 32), einander gegenüberliegende Längsabschnitte (34) sowie einander gegenüberliegende Querabschnitte (36) aufweist, die über Übergangsabschnitte (38) ineinander übergehen, wobei die Funktionsflächen (20, 22) an den Längsabschnitten (34) und den Querabschnitten (36) ausgebildet sind.
Kupplungsteil (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsabschnitte (34) sowie die Querabschnitte (36) jeweils durch Spannuten (14) unterbrochen werden und zu einer jeweiligen Spannut (14) auslaufen.
Kupplungsteil (6) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsabschnitte (34) des einen Zapfenbereichs (30, 32) die Anschlagsflächen (22) und die Querabschnitte (36) des anderen Zapfenbereichs die Klemmflächen (20) bilden.
Kupplungsteil (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsabschnitt (34) des Zapfenbereichs (30, 32) mit den Klemmflächen (20) und / oder der Querabschnitt (36) des Zapfenbereichs (30, 32) mit den Anschlagsflächen (22) jeweils eine funktionslose Freifläche (40) bilden.
Kupplungsteil (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querabschnitte (36) sowie die Längsabschnitte (34) der beiden Zapfenbereiche (30, 32) in Axialrichtung jeweils unmittelbar aneinander anschließen und winklig zueinander orientiert sind und jeweils durch eine Trennlinie (41) getrennt sind, wobei die Trennlinie (41) zwischen den Längsabschnitten (34) zu der Trennlinie (41) zwischen den Querabschnitten (36) axial versetzt ist.
Kupplungsteil (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querabschnitte (36) sowie die Längsabschnitte (34) der beiden Zapfenbereiche (30, 32) zueinander jeweils dachförmig angeordnet sind mit einem Dachwinkel (α) im Bereich von insbesondere etwa 130° bis 160°.
Kupplungsteil (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsflächen (22) im vorderen Zapfenbereich (30) und die Klemmflächen (20) im hinteren Zapfenbereich (32) angeordnet sind.
Kupplungsteil (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zapfenbereiche (30, 32) im Bereich der Anschlagsflächen (22) unter Ausbildung einer Stufe (42) ineinander übergehen.
Kupplungsteil (6) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen (20) sich in Umfangsrichtung über den gesamten Zapfenbereich (30, 32) erstrecken.
Rotationswerkzeug, insbesondere Bohrwerkzeug, das einen Träger (4) sowie ein als Schneidkopf ausgebildetes Kupplungsteil (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und der Schneidkopf stirnseitig am Träger (4) austauschbar befestigt ist, wobei der Träger (4) eine zur Aufnahme des Kupplungszapfens (8) des Schneidkopfes ausgebildete Kupplungsaufnahme (10) mit komplementären Funktionsflächen (20A, 22A) aufweist.
Rotationswerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsaufnahme (10) zu den Freiflächen (40) des Kupplungszapfens (8) komplementäre Freiflächen (40A) aufweist, und die Freiflächen (40, 40A) der Kupplungsaufnahme (10) und die des Kupplungszapfens (8) zueinander beabstandet sind.