DE3008394A1

DE3008394A1 - Bohrer- und befestigungselementantriebsanordnung

Info

Publication number: DE3008394A1
Application number: DE19803008394
Authority: DE
Inventors: Richard John Ernst; Jun Elbert Eugene Williams
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1979-03-07
Filing date: 1980-03-05
Publication date: 1980-09-18
Also published as: CA1141204A; BE882093A; SE8001522L; JPH0232397Y2; DE3008394C2; AU5596980A; IE49746B1; US4218795A; IE800463L; BR8001329A; SE440458B; AT373521B; JPS63131374U; DK94280A; ATA121780A; NL8001307A; FR2450653B1; NZ193058A; FR2450653A1; ZA801141B

Description

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211/71 IlilWOIS TOOL· WOSKS IMC.

Boiurer— mid Befestigiingseleittemtantrielisanordmumg

Die Erfimdonig bezieht sicm auf die EPS—Patentanmeldung· Mr. 23 519 von 23. März 1979 und auf eine lSerkzeuganordmung, mit der sawoml eine Bonrung gebomrfc als amcii mit kleinem Modifikatiomem SciimeidscIiraTaben im diese Bonnong eimgetriebem werden können.

Werkzeuge dieser Art sind in den üS-Patentscferiften

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Nr. 3 964 510 und 4 107 800 beschrieben, auf die hierin hingewiesen werden soll. In jeder dieser Patentschriften wird ein Bohrer in einem Aufspanndorn mittels einer Stellschraube gehalten. Der Aufspanndorn hat einen Schaftteil, der sich von einer Hülse aus erstrecken oder teleskopartig in sie eingesetzt sein kann. Die Hülse hat eine ein Befestigungselement ergreifende Muffe an dem Ende, das dem, von dem sich der Schaft erstreckt, entfernt liegt. Wenn der Schaft in der Vorwärtsposition ist, wird er innerhalb der Hülse gehalten und der Bohrer ist in seiner vorspringenden oder Arbeitsstellung. Wenn der Schaft in seiner rückwärtigen Position ist, ist der Bohrer in die Hülse zurückgezogen und die Muffe ist am weitesten vorne, so daß sie das Befestigungselement ergreifen und antreiben kann.

Diese Kombinationswerkzeuge haben sich als sehr erfolgreich für die meisten Anwendungen hinsichtlich des Bohrens und Antreibens erwiesen. Gewisse Grenzen machen diese Werkzeuge jedoch nicht völlig geeignet für gewisse Anwendungsfälle. Mehr im Speziellen sind diese Werkzeuge nicht gut geeignet zur Benutzung mit einem sehr leistungsfähigen Rotationshammer oder Hammerbohrer, wie er manchmal genannt wird, der sowohl Rotationsbewegungen als auch Schläge ausüben kann. Wenn die Stellschrauben, die den Bohrer in den vorerwähnten Kombinationswerkzeugen festhalten, den hohen Vibrationen solcher Antriebe ausgesetzt werden, neigen sie dazu, sich loszuvibrieren, unabhängig von dem verwendeten Drehmoment zu ihrem Festziehen.

Ein weiteres Problem mit diesen Werkzeugen tritt mit größeren Bohrgrößen auf, die koinzident mit höherer Kraft angetriebene Werkzeuge für ihren Antrieb und ihre entsprechenden Befestigungselemente verlangen. Für jeden Zentimeter Länge, der dem

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Bohrer zugefügt wird, müssen etwa zwei Zentimeter dem Werkzeug zugefügt werden, nämlich ein Zentimeter der Hülse und ein Zentimeter dem Schaft, der durch die Hülse hindurchreichen muß. Für große Befestigungselementgrößen bedeutet dieses, daß der Teil des Schaftes, der in dem Antrieb aufgenommen wird, eine wesentliche Distanz von der das Befestigungselement ergreifenden Muffe und sogar noch mehr von der Spitze des Befestigungselementes ausmacht, die in das Material eindringt. Das bedeutet, daß das Werkzeug selbst erhöhten Rotations- und Längsdehnungsmomenten ausgesetzt wird und das Befestigungselement leichter verkanten oder fehlausgerichtet werden kann. Weiterhin müssen diese bekannten Vorrichtungen eine Längsöffnung, durch die der Bohrer hindurchreichen kann, besitzen, so daß sie nur mit einem externen Antrieb benutzt werden können.

Es ist eine Aufg'abe der Erfindung, eine Bohrer- und Befestigungselementantriebsanordnung zu schaffen, die geeignet ist, zusammen mit einem Rotationshammer benutzt zu werden.

Mehr insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine Bohrer- und Befestigungselementantriebsanordnung zu schaffen, bei der sich die Verbindungsmittel nicht lösen, wenn die Anordnung Vibrationen ausgesetzt ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Bohrerund Befestigungselementantriebsanordnung zu schaffen, die einen relativ geringen Abstand zwischen dem in den Antrieb eingesetzten Teil und der das Befestigungselement ergreifenden Muffe besitzt, wenn sich die Anordnung in ihrem Antriebszustand befindet.

Diese und andere Ziele werden erreicht durch eine Anordnung,

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wie sie in den Ansprüchen und nachfolgend beschrieben worden ist.

Die erfindungsgemäße Bohrer- und Befestigungselementantriebsanordnung umfaßt einen einteiligen, drei Abschnitte aufweisenden Bohrer, der einen ersten ausgekehlten Bohrabschnitt, einen polygonalen zweiten Antriebsabschnitt und einen dritten, sich verjüngenden Abschnitt aufweist, der von einer sich verjüngenden Spannvorrichtung eines Rotationshammers aufgenommen werden kann. Der Bohrer wird in die Spannvorrichtung eingesetzt und mittels Reibung angetrieben, um so eine geeignete Bohrung in einem Werkstück zu bohren. Eine Antriebsmanschette wird dann über den Bohrer gesetzt und ein Teil der Manschette an einem Ende greift dann an dem polygonalen Antriebsabschnitt an, so daß ein Drehmoment übertragen wird. Die Antriebsmanschette hat eine ausreichende Länge, um sich dem Bohrteil des größten Bohrers, der benutzt wird, anzupassen. Eine Muffe ist am anderen Ende der Antriebsmanschette vorgesehen, die einen Kopf einer Selbstschneidschraube erfassen und diese in das soeben gebohrte Loch eintreiben kann. Als eine Alternative kann das Ende der Antriebsmanschette einen Schraubenzieher aufnehmen, der mit einer inneren Antriebsfläche in Eingriff kommen kann.

Die Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine explodierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Bohrer-und Befestigungselementantriebsanordnung mit einem teilweisen Querschnitt einer Rotationshammerspannvorrichtung,

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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Muffe mit dem Ende der Antriebsmanschette im Schnitt zur Verdeutlichung der Befestigungsart und

Fig. 3 eine Endansicht des Bohrers gemäß der Erfindung.

Die Bohrer- und Befestigungselementantriebsanordnung gemäß der Erfindung umfaßt einen Bohrer 12 und eine Antriebsmanschette 14. Der Bohrer 12 besteht aus einem Stück mit drei Abschnitten, die alle entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Der erste Abschnitt 16 ist der Bohrabschnitt, der zwei Auskehlungen aufweist, die sich in konventioneller Weise erstrecken. Der erste Abschnitt erstreckt sich von der Bohrspitze 18 an seinem einen Ende zu dem im Querschnitt größeren zweiten Abschnitt 20 an seinem anderen Ende. Wie sehr klar aus Fig. 3 ersichtlich ist, besitzt der zweite Abschnitt eine im wesentlichen hexagonale Ausbildung aus Gründen, die nachfolgend noch klargemacht werden.

Der dritte Abschnitt 22 verjüngt sich graduell nach unten von dem Teil, der an den zweiten Abschnitt angrenzt, hin zu dem flachen Ende 28 gegenüber der Bohrspitze. Der dritte Abschnitt hat einen grundsätzlich kreisförmigen Querschnitt und ist demzufolge kegelstumpfartig ausgebildet. Der dritte Abschnitt dient zum Einsetzen in eine ähnlich geformte, sich axial erstreckende öffnung 26 des Rotationshammers 24. Wenn der Bohrer in die Spannvorrichtung eingesetzt ist, ragt das flache Ende 28 an dem der öffnung 2 6 gegenüberliegenden Ende heraus in eine Ausnehmung 30. Dieses erlaubt die Entfernung des Bohrers durch Einsetzen eines Ausschlagmeißels (nicht gezeigt) in die Ausnehmung 30. Der größere

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Durchmesser des dritten Abschnittes überschreitet die minimale Dimension des zweiten Abschnittes, die von dem Zentrum einer Fläche diametral bis zu dem gegenüberliegenden Ende gemessen wird.

Die Antriebsmanschette 14 hat zumindest drei ausgewählte Abschnitte. Der erste Abschnitt 32 besitzt eine längliche öffnung 34, die eine hexagonale Ausbildung hat und komplementär dem hexagonalen zweiten Abschnitt des Bohrers angepaßt ist. Dieser Antriebsabschnitt 32 gestattet deshalb, daß das Drehmoment des Antriebes auf die Drehmanschette mittels des Bohrers übertragen wird. Der zweite Abschnitt 36 hat eine Längsbohrung 38 von ausreichendem Durchmesser und ausreichender Länge, um sich den größten Bohrern anzupassen, die benutzt werden sollen. Der dritte Abschnitt umfaßt eine Muffe 40 mit einer hexagonal ausgebildeten Ausnehmung 42 zum Ergreifen eines Befestigungselementes, wie des Kopfes 46 einer Selbstschneidschraube 44. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, kann der Muffenabschnitt 40 durch Verwendung eines hexagonalen Schaftes entfernbar gemacht sein, wobei der Schaft einstückig mit der Muffe 40 ausgebildet ist und in einer ähnlich ausgebildeten öffnung aufgenommen werden kann. Dieses gestattet die Verwendung einer Mehrzahl von unterschiedliche Größen aufweisenden Muffen für unterschiedlich große Befestxgungselementköpfe. Es hat sich als günstig erwiesen, ebenfalls eine zylindrische Ausnehmung 50 vorzusehen, die einen größeren Durchmesser hat als der maximale Durchmesser des Schraubenkopfes 46 und eine Tiefe, die im wesentlichen gleich der Tiefe des Kopfes ist. Diese nicht dem Antrieb dienende Ausnehmung verhindert ein überdrehen des Befestigungselementes, wodurch ein Abreißen der Schraubengänge, die sich in das Material eingeschnitten haben, oder ein Abdrehen des Kopfes des Befestigungselementes auftreten könnte.

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Die trennbare Muffe 40 ist mit dem Rest der Antriebsmanschette mit einer federnden Kugelanordnung 52 verbunden. Eine ähnliche federnde Kugelanordnung ist benutzt, um die Manschette mit dem Bohrer zu verbinden, wenn sie benutzt werden soll. Da die federnden Kugelanordnungen 52 und 54 im wesentlichen identisch sind, soll nachfolgend nur eine im Detail beschrieben werden.

Die federnde Kugelanordnung 52 umfaßt eine Kugel 56 und eine Federspange 58. Die Spange 58 erstreckt sich um den größten Teil der Antriebsmanschette und kann in einer Nut 60 sitzen, die sich um den Umfang der Manschette erstreckt. Die Spange hat einen Eindruck 62, mit dem sie sich einem Teil der Kugel 56 anpaßt. Eine Ausnehmung 64 ist in die Seitenwand der Antriebsmanschette im Zentrum der inneren, hexagonal ausgebildeten Wand eingebohrt. Der innere Durchmesser der Ausnehmung 64 ist nicht so groß, daß die Kugel durch sie hindurchtreten kann. Der Durchmesser der Kugel ist größer als die Wandstärke der Antriebsmanschette 14, so daß, wenn die hexagonale Öffnung leer ist, die Federspange 58 die Kugel 56 über die innere Wandfläche hinausdrückt. Der Eindruck 62 verhindert, daß die Federspange 52 sich rund um die Antriebsmanschette dreht und bewirkt auch, daß die Federspange in der Nut 60 bleibt, wenn die Kugel displaziert ist.

Wenn der Schaft 48 in die hexagonale Öffnung der Antriebsmanschette 14 eingesetzt ist oder die Befestigungsmanschette 14 über den Bohrer 12 herübergeführt ist, kommt eine Fläche des entsprechenden hexagonalen Schaftes in Eingriff mit der entsprechenden Kugel 56 und bewegt diese nach außen. Die Federspange 58 hält die Kugel jedoch in Reibungskontakt mit dieser Fläche und hält die beiden Glieder somit zusammen, bis sie manuell voneinander getrennt werden.

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Im Betrieb wird ein Bohrer 12 geeigneter Größe für die besondere Größe der Schneidschraube 44 in die Spannvorrichtung des Rotationshammers 24 eingesetzt. Es versteht sich, daß jeder Bohrer bezüglich des zweiten und dritten Abschnittes die gleiche Größe hat. Der sich verjüngende dritte Abschnitt 22 wird ergriffen und mittels Reibung durch die sich verjüngende Öffnung 26 angetrieben. In das Werkstück 66 wird durch den Bohrabschnitt 16 ein Loch 6 8 gebohrt. Dann wird die Antriebsmanschette über den Bohrer geführt, indem ihre hexagonale Öffnung 34 in Eingriff steht mit dem zweiten Abschnitt 20. Die federnde Kugelanordnung sichert dabei ein axiales Verschieben der Antriebsmanschette 14. Eine Muffe geeigneter Größe ist vorher auf die Antriebsmanschette aufgeschoben worden und wird dort durch die federnde Kugelanordnung 52 gehalten. Der Kopf der Selbstschneideschraube 44 ist in die Muffe 42 eingesetzt und das Befestigungselement wird in die gerade gebohrte Bohrung eingetrieben.

Die Merkmale, die die erfindungsgemäße Ausgestaltung besser geeignet machen zur Benutzung mit Rotationshämmern sollten im Licht der vorausgegangenen Diskussion erkennbar sein. Die verschiedenen Haltemittel können nicht losvibrieren· Die Antriebsmanschette muß lediglich um einen Zentimeter für jeden Zentimeter der Bohrerlänge vergrößert werden im Gegensatz zu den zwei Zentimetern, die vorher notwendig waren. Rotationshammer sind geeignet, sich sich verjüngenden Bohrern anzupassen, so daß kein Adapter notwendig ist. Wenn der hexagonale Abschnitt 20 beschädigt werden sollte, beispielsweise durch Abrunden der Ecken, kann er einfacher und billiger ersetzt werden als die Antriebsfläche auf dem Antrieb selbst. Die Muffen und Bohrer können leicht für Befestigungselemente unterschiedlicher Größe ausgewechselt werden.

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Obgleich eine bestimmte Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht sich für den Fachmann, daß viele Änderungen möglich sind. Es versteht sich mehr insbesondere, daß die ineinandergreifenden hexagonalen Glieder irgendeine andere polygonale Form haben können. Sie können beispielsweise dreieckig, rechteckig, fünfeckig, achteckig usw. sein. Tatsächlich kann jede von der Kreisform abweichende Form (elliptisch, lappenartig etc.) benutzt werden. Hexagonal ist die am meisten übliche Antriebsform und ist aus diesem Grund beschrieben worden. Es versteht sich weiterhin, daß der dritte Abschnitt 22, falls gewünscht, einen anderen Querschnitt als rund haben kann und beispielsweise rechteckig, elliptisch usw. ist. Tatsächlich könnte dieser Abschnitt zylindrisch sein und durch eine Kugel oder einen Stift, der in eine Nut eingreift, gehalten werden. Auch die Federspange könnte durch äquivalente Einrichtungen, wie beispielsweise ein elastisches Polyurethanband, ersetzt xverden. Diese und andere Veränderungen, Alternativen, Modifikationen und Variationen liegen für den Fachmann aufgrund der vorausgehenden Beschreibungen nahe. Infolgedessen sollen alle Änderungen, Modifikationen, Alternativen und Variationen, die von dem Geist und dem Umfang der Ansprüche umschlossen werden, mit unter den Schutz fallen.

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Claims

Patentansprüche

Bohrer- und Befestigungselementantriebsanordnung mit einem Bohrer und einer Antriebsmanschette, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrer (12) ein einstückiges Element mit einer Bohrspitze (18) ist und drei Abschnitte (16,20,22) aufweist, die sich alle entlang einer gemeinsamen Achse erstrecken, wobei der erste Abschnitt (16) einen ausgekehlten Bohrabschnitt umfaßt, der sich von der Bohrspitze (18) bis zum Beginn des zweiten Abschnitts erstreckt, der zweite Abschnitt (20) eine polygonale Form besitzt, der eine erste radiale Dimension hat, die sich von einer Spitze des Polygons zu einem diametral gegenüberliegenden Teil erstreckt, und der zweite Abschnitt (20) in den dritten Abschnitt (22) übergeht, der eine größere radiale Dimension als die erste Dimension besitzt, graduell zum Ende des Bohrers abnimmt und von einer entsprechend geformten öffnung (26) einer Spannvorrichtung eines Rotationshammers aufgenommen werden kann, und daß die Antriebsmanschette (14) einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt (32,36,40) umfaßt, wobei der erste Abschnitt (32) den Antriebsaufnahmeteil darstellt und eine polygonale Öffnung (34) zur Aufnahme des polygonalen zweiten Abschnitts (20) des Bohrers (12) aufweist, der zweite Abschnitt (36) eine Längsbohrung (38) von ausreichendem Durchmesser zur Beherbergung der Bohrspitze (18) und des ersten Bohrerabschnittes (16) aufweist und der dritte Abschnitt (40) eine Ausnehmung (42) zur Aufnahme des Kopfes (46) einer Schneidschraube (44) besitzt, wodurch der Bohrer (12) eingesetzt und mittels

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Friktion durch die Spannvorrichtung angetrieben und eine Bohrung (68) in einem Werkstück (66) erzeugt werden kann und die Antriebsmanschette (14) danach übergeschoben und von dem Bohrer (12) ein Drehmoment auf sie ausgeübt werden kann durch übergreifen des polygonalen Abschnittes (20) und der polygonalen Ausnehmung (42) und weiterhin ein Drehmoment von dem Bohrer auf das Befestigungselement (Schneidschraube 44) ausgeübt werden kann durch die das Befestigungselement ergreifende Ausnehmung (42), um das Befestigungselement in die gerade gebohrte Bohrung (68) einzudrehen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmanschette (14) in dem Abschnitt (32) mit der polygonalen Öffnung (34) eine sich radial erstreckende Ausnehmung aufweist und die Ausnehmung einen Teil einer Kugel aufnimmt, wobei die Kugel von einer Federspange in der Ausnehmung gehalten wird und die Federspange sich um den größten Teil des Umfangs der Antriebsmanschette erstreckt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (42) zur Aufnahme der Schneidschraube (44) sich in einer trennbaren Muffe (40) befindet, die mit einem polygonalen Schaft (48) versehen ist, der in eine der Antriebsöffnung (34) ähnliche, entgegengesetzt angeordnete Öffnung eingreift und mittels Reibung darin durch eine federbelastete Kugel (56) gehalten wird.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der polygonale Schaft (48) und die entsprechende Öffnung hexagonal ausgebildet sind.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende dritte Abschnitt (22) des Bohrers (12) grundsätzlich kreisrunden Querschnitt besitzt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abschnitt (22) des Bohrers (12) eine konische Ausbildung hat.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der polygonale zweite Abschnitt (20) des Bohrers (12) und die entsprechende Antriebsöffnung (34) der Antriebsmanschette (14) hexagonal ausgebildet sind.

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