EP0955131A1

EP0955131A1 - Werkzeug für Handwerkzeugmaschinen

Info

Publication number: EP0955131A1
Application number: EP99810215A
Authority: EP
Inventors: Hans Werner Bongers-Ambrosius; Werner Kleine
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1998-05-04
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: DE19819631A1; CN1096337C; EP0955131B1; DK0955131T3; CN1234320A; JPH11333759A; DE59911573D1; US6174112B1

Abstract

Der Werkzeugschaft (2) des erfindungsgemässen Werkzeugs (1) für Handwerkzeugmaschinen weist im Einspannbereich (3) wenigstens eine Verdegelungsaussparung (4) und wenigstens eine zum rückwärtigen Schaftende hin offene Drehmitnahmenut (6) auf. Der Werkzeugschaft (2) besitzt im Einspannbereich (3) einen Durchmesser (t), der gleich oder grösser als 12 mm ist. Wenigstens eine Verdegelungsaussparung (4) und wenigstens eine Drehmitnahmenut (6) haben eine Tiefe (v, d), die gleich oder grösser ist als 2,5 mm. Die Einmündungskanten (8, 9) wenigstens einer Verdegelungsaussparung (4) und wenigstens einer Drehmitnahme. nut (6) am Umfang des Werkzeugschafts (2) schliessen miteinander jeweils Öffnungswinkel (α, β) ein, die gleich oder grösser als 50° sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für Handwerkzeugmaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Werkzeugen bekannt, deren Schaft zum Einstecken in eine korrespondierend ausgebildete Werkzeugaufnahme einer Handwerkzeugmaschine ausgebildet ist. Beispiele für derartige Werkzeuge bzw. Werkzeugaufnahmen von Handwerkzeugmaschinen finden sich in EP-A-0 433 876, EP-B-0 500 489, EP-A-0 584 706, DE-A-43 03 545 oder DE-U-93 19 009. Die dort beschriebenen Werkzeuge bzw. Werkzeugaufnahmen unterscheiden sich im wesentlichen durch die Anordnung und die Formgebung der Drehmitnahmenuten am Werkzeugschaft bzw. der Drehmitnehmer in der Werkzeugaufnahme. Neben den Drehmitnahmenuten sind am Werkzeugschaft auch Verriegelungsaussparungen vorgesehen, die im Gegensatz zu den Drehmitnahmenuten im allgemeinen axial geschlossen sind. Die Verriegelungsaussparungen sollen verhindern, dass das Werkzeug aus der Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine fällt. Zusätzlich unterstützen sie vielfach auch die Drehmomentübertragung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug für eine Handwerkzeugmaschine zu schaffen, dessen Drehmitnahmenuten und Verriegelungsaussparungen hinsichtlich der Drehmomentübertragung und der Rückhaltesicherung für das Werkzeug optimiert sind. Dabei soll ein ausreichend grosser, ungeschwächter Restquerschnitt des Werkzeugschafts erhalten bleiben, damit die grosse Einzelschlagenergie der modernen Axialschlag-unterstützten Handwerkzeugmaschinen optimal übertragbar ist und das Werkzeug eine ausreichend grosse Bruchfestigkeit aufweist. Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einem Werkzeug für Handwerkzeugmaschinen, das die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist. Der Werkzeugschaft des erfindungsgemässen Werkzeugs weist in einem Einspannbereich wenigstens eine Verriegelungsaussparung und wenigstens eine zum rückwärtigen Schaftende hin offene Drehmitnahmenut auf. Der Werkzeugschaft besitzt im Einspannbereich einen Durchmesser, der gleich oder grösser als 12 mm ist. Wenigstens eine Verriegelungsaussparung und wenigstens eine Drehmitnahmenut haben eine Tiefe, die gleich oder grösser ist als 2,5 mm. Die Einmündungskanten wenigstens einer Verriegelungsausspanung und wenigstens einer Drehmitnahmenut am Umfang des Werkzeugschafts schliessen miteinander jeweils Öffnungswinkel ein, die gleich oder grösser als 50° sind.
Der Durchmesser des Werkzeugschafts im Einspannbereich gewährleistet in Verbindung mit der Tiefe der Verriegelungsaussparung und der Drehmitnahmenut einen ausreichend grossen Restquerschnitt des Werkzeugs, die für einen optimierten Energiedurchsatz der axialen Schläge durch das Werkzeug erforderlich ist. Die grösste Tiefe der Verriegelungsnut und der Drehmitnahmenut ist dabei vorteilhaft kleiner als 3,5 mm. Der Öffnungswinkel ist als der Winkel zwischen denjenigen Radien definiert, welche die Einmündungskanten der Seitenflächen der Verriegelungsaussparung bzw. der Drehmitnahmenut in den Umfang des Werkzeugschafts mit seiner Achse verbinden. Allfällige Anfasungen der Übergangsbereiche bleiben dabei ausser Betracht. Im Fall mehrerer Verriegelungsaussparungen bzw. Drehmitnahmenuten, genügt es, wenn wenigstens eine der Verriegelungsaussparungen und wenigstens eine der Drehmitnahmenuten einen Öffnungswinkel aufweist, der gleich oder grösser als 50° ist. Eine zweite Verriegelungsausspanung bzw. eine weitere Drehmitnahmenut kann auch einen kleineren Öffnungswinkel aufweisen.
Die Tiefe und der Öffnungswinkel der Drehmitnahmenut gewährleisten eine ausreichend grosse Drehmitnahmefläche, die für die Übertragung des Drehmoments von Drehmitnehmem der Werkzeugaufnahme zum eingespannten Werkzeug verantwortlich ist. Bei einem bevorzugten Durchmesser des Werkzeugschafts im Einspannbereich von etwa 14 mm erweist sich insbesondere eine Tiefe der Drehmitnahmenut von etwa 2,6 mm als vorteilhaft. Die Öffnungswinkel der Verriegelungsausspanung und der Drehmitnahmenut sind vorzugsweise derart gewählt, dass ihr kleinster Winkelabstand grösser ist als 15° und bevorzugt mindestens 20° beträgt. Dadurch verbleibt zwischen der Verriegelungsaussparung und der Drehmitnahmenut ein ausreichend breiter, ungeschwächter Materialsteg, was sich vorteilhaft auf die Standzeit des Werkzeugs auswirkt.
Zwischen der Tiefe der Verriegelungsausspanung und der Fläche der Drehmitnahmenut besteht mit Vorteil ein ausgewogenes Verhältnis. Dadurch bleibt im Einspannbereich ein ausreichend grosser, ungeschwächter Restquerschnitt des Werkzeugschafts erhalten. Vorzugsweise sind die Tiefen der Verriegelungsausspanung und der Drehmitnahmenut derart bemessen, dass achsnächste Bereiche jeweils einen radialen Abstand von der Achse des Schafts aufweist, dessen Verhältnis zum Radius des Schafts im Einspannbereich kleiner als etwa 0,65 ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung weisen die Verriegelungsaussparung und die Drehmitnahmenut an den Einmündungskanten in den Umfang des Werkzeugschafts Öffnungswinkel auf, die innerhalb von ± 10°, vorzugsweise ± 6°, miteinander übereinstimmen. Indem die Verriegelungsaussparung und die Drehmitnahmenut annähemd den gleichen Öffnungswinkel aufweisen, ist der Einspannbereich des Werkzeugschafts jeweils über den gleichen Winkelbereich seines Umfangs geschwächt. Dadurch verbleibt auch bei kleineren Schaftdurchmessem ein ausreichend grosser, ungeschwächter Schaftquerschnitt erhalten.
Als vorteilhafter Kompromiss zwischen der Grösse der Drehmitnahmefläche und dem verbleibenden, ungeschwächten Schaftquerschnitt erweist sich ein Öffnungswinkel der Drehmitnahmenut, der kleiner als etwa 75°, vorzugsweise kleiner als etwa 60° ist.
Für eine gleichmässige Führung des Werkzeugs in der Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine ist es von Vorteil, wenn zwei Verriegelungsausspanungen vorgesehen sind, die einander vorzugsweise diametral gegenüberliegen. Dabei weisen die Verriegelungsausspanungen an den Einmündungskanten in den Umfang des Werkzeugschafts den gleichen Öffnungswinkel auf.
Damit im Fall zweier Verriegelungsaussparungen auch bei kleineren Schaftdurchmessem ein ausreichend grosser Restquerschnitt des Werkzeugschafts erhalten bleibt, weist der Abstand der achsnächsten Bereiche der Verriegelungsaussparungen zum Schaftdurchmesser ein Verhältnis auf, das zwischen etwa 0,6 bis 0,7 beträgt.
Die Verriegelungsaussparung weist im Querschnitt vorzugsweise den Verlauf eines Kreisbogens auf. Insbesondere bei zwei einander diametral gegenüberliegenden Verriegelungsaussparungen erweist es sich für den Restquerschnitt des Einspannbereichs des Werkzeugschafts von Vorteil, wenn der Radius der kreisbogenförmigen Verriegelungsaussparungen zum Radius des Werkzeugschafts im Einspannbereich im Verhältnis von etwa 0,54 bis etwa 0,6 steht.
Zur Vergrösserung der Drehmitnahmefläche ist es von Vorteil, wenn am Werkzeugschaft zwei einander diametral gegenüberliegende Drehmitnahmenuten vorgesehen sind. Aus Gründen der symmetrischen Belastung des Werkzeugs im Betrieb weisen die beiden Drehmitnahmenuten den gleichen Öffnungswinkel auf. Vorzugsweise sind dabei die Öffnungswinkel aller Drehmitnahmenuten und der Verriegelungsaussparungen gleich oder grösser als 50°.
In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemässen Werkzeugs weist eine Einmündungskante der Drehmitnahmenut bzw. der Verriegelungsausspanung zu der Einmündungskante der in Umfangsrichtung nachfolgenden Verriegelungsaussparung bzw. der Drehmitnahmenut einen kleinsten Winkelabstand von etwa 90° auf. Bei einem drehangetriebenen Werkzeug, insbesondere einem Bohr- und/oder Meisselwerkzeug, kommen so die Drehmitnehmer und die Verriegelungsorgane in der Werkzeugaufnahme der Handwerkzeugmaschine etwa gleichzeitig in Anlage zu den die Seitenflächen der Verriegelungsausspanung und der Drehmitnahmenut. Dadurch tragen auch die Verriegelungsausspanungen in einem gewissen Umfang zur Drehmomentübertragung bei und die Drehmitnahmenuten werden geschont, was sich vorteilhaft auf die Standzeit des Werkzeugs auswirkt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf in den schematischen Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt des Einspannbereichs des Schafts eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Werkzeugs;
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung gemäss Fig. 1;
Fig. 3: ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werkzeugs im Querschnitt; und
Fig. 4: eine Ansicht des Einspannbereichs des Schafts des dritten Ausführungsbeispiels.

In den Fig. 1 - 4 ist der Einspannbereich des Schafts eines Bohr- und/oder Meisselwerkzeugs dargestellt, der in die Werkzeugaufnahme einer Handwerkzeugmaschine, beispielsweise eines Bohr- und/oder Meisselgeräts der Anmelderin, einsteckbar ist. Der Werkzeugschaft 2 besitzt im Einspannbereich 3 einen Durchmesser t, der gleich oder grösser ist als 12 mm. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser t etwa 14 mm. Fig. 1 - 3 zeigen einen Querschnitt des Werkzeugs; Fig. 4 zeigt eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Werkzeugs.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Werkzeugs trägt gesamthaft das Bezugszeichen 1. Die Darstellung zeigt einen Querschnitt des Einspannbereichs 3 des Schafts 2 des Werkzeugs 1. Eine axial geschlossene Verriegelungsaussparung ist mit 4 bezeichnet. Die vorzugsweise kreisbogenförmige Verriegelungsaussparung 4 mündet mit Kanten 8 in den Umfang des Schafts 2. Die Radien von der Achse A des Schafts 2 zu den Einmündungskanten 8 der Verriegelungsaussparung 4 schliessen einen Öffnungswinkel ein, der mit α bezeichnet ist. Der Öffnungswinkel ist gleich oder grösser als 50°. Die Tiefe v der Verriegelungsaussparung 4 beträgt etwa 2,5 mm. Die der axial geschlossenen Verriegelungsaussparung 4 gegenüberliegende Seitenfläche 5 des Einspannbereichs 3 ist abgeflacht, damit das Werkzeug 1 auch in Werkzeugaufnahmen mit zwei einander gegenüberliegenden Verriegelungskörpem einsteckbar ist.
Eine zum rückwärtigen Schaftende hin offen ausgebildete Drehmitnahmenut 6 ist um im wesentlichen etwa 90° gegenüber der Verriegelungsaussparung 4 versetzt angeordnet. Als Bezugspunkte für den Winkelabstand der Drehmitnahmenut 6 von der nutenartigen Verriegelungsaussparung 4 dienen der Mittenbereich der Drehmitnahmenut 6 und der achsnächste Bereich des Grunds der Verriegelungsaussparung 4. Die Drehmitnahmenut 6 ist im Querschnitt im wesentlichen trapezförmig. Die Seitenflächen der Drehmitnahmenut 6 münden mit Kanten 9 in den Umfang des Schafts. Die sich von der Achse A zu den Einmündungskanten 9 erstreckenden Radien schliessen einen Öffnungswinkel β ein, der gleich oder grösser als 50° ist. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungswinkel α, β der Verriegelungsaussparung 4 und der Drehmitnahmenut 6 annähemd gleich gross. Dabei schliesst der Begriff "annähernd gleich gross" eine Winkeldifferenz von bis zu etwa ± 10°, vorzugsweise ± 6°, mit ein. Die Tiefe d der Drehmitnahmenut ist grösser als 2,5 mm und beträgt bei einem Werkzeugschaftdurchmesser t von etwa 14 mm vorzugsweise etwa 2,6 mm. Die der Drehmitnahmenut 6 gegenüberliegende Seitenfläche 7 des Schafts 2 ist abgeflacht ausgebildet, damit das Werkzeug auch in Werkzeugaufnahmen einsetzbar ist, die zwei einander gegenüberliegende Drehmitnahmeleisten aufweisen. Vorzugsweise mündet die Seitenfläche 7 etwa unter 90° in die der Verriegelungsausparung gegenüberliegende Seitenfläche 5.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bohr- und/oder Meisselwerkzeugs ist gesamthaft mit 20 bezeichnet. Der Schaft trägt das Bezugszeichen 22, und der im Qerschnitt dargestellte Einspannbereich ist mit 23 bezeichnet. Zum Unterschied von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 1 weist der Schaft 22 zwei Verriegelungsausspanungen 24 auf, die einander diametral gegenüber liegen und zu beiden Seiten einer Drehmitnahmenut 26 angeordnet sind. Dabei sind beide Verriegelungsaussparungen 24 gegenüber der Drehmitnahmenut 26 um etwa 90° versetzt angeordnet. Die der Drehmitnahmenut 26 gegenüberliegende Seite 27 des Schafts 22 ist abgeflacht, damit das Werkzeug 20 auch in eine Werkzeugaufnahme mit zwei einander gegenüberliegenden Drehmitnahmeleisten einsteckbar ist. Die einander diametral gegenüberliegenden Verriegelungsausspanungen 24 weisen den gleichen Öffnungswinkel α auf. Die Öffnungswinkel der Verriegelungsaussparungen 24 und der Drehmitnahmenut 26 sind gleich oder grösser als 50°. Vorzugsweise sind sie wiederum annähemd gleich gross. Der Abstand a des achsnächsten Bereichs der Drehmitnahmenut 26 weist zum Radius t/2 des Schafts 22 ein Verhältnis auf, dessen Wert kleiner als 0,65 ist. Analoges gilt für den Abstand b des achnächsten Bereichs der Verriegelungsaussparung 24, der zum Radius t/2 des Schafts 22 ein Verhältnis aufweist, das kleiner als 0,65 ist. Der Abstand s der achsnächsten Bereiche der einander gegenüberliegenden Verriegelungsaussparungen 24 steht zum Durchmesser t des Schafts 22 am Einspannbereich 23 in einem Verhältnis, das zwischen etwa 0,6 bis 0,7 beträgt. Die Verriegelungsausspanungen 24 weisen vorzugsweise einen kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Der Radius r des Kreisbogens steht dabei zum Durchmesser des Schafts 22 am Einspannbereich im einem Verhältnis von etwa 0,54 bis etwa 0,6.
In Fig. 3 und Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werkzeugs dargestellt und gesamthaft mit dem Bezugszeichen 30 versehen. Der Einspannbereich 33 des Schafts 32 ist mit zwei Verriegelungsausspanungen 34 und zwei Drehmitnahmenuten 36 ausgestattet, die einander jeweils diametral gegenüberliegen. Die einander diametral gegenüberliegenden Drehmitnahmenuten 36 weisen die gleichen Öffnungswinkel β auf, die annähemd gleich gross sind wie die Öffnungswinkel der Verriegelungsaussparungen 34. Die Einmündungskante 8 der Drehmitnahmenut 36, die von der entlang des Umfangs des Schafts 32 folgenden Verriegelungsaussparung 34 abgewandt ist, hat von der sinngemäss zugeordneten Einmündungskante 9 der Verriegelungsaussparung 34 einen Winkelabstand, der vorzugsweise etwa 90° beträgt.

Claims

Werkzeug für Handwerkzeuggeräte mit einem Werkzeugschaft (2; 22; 32) der in einem Einspannbereich (3; 23; 33) wenigstens eine Verriegelungsaussparung (4; 24; 34) und wenigstens eine zum rückwärtigen Schaftende hin offene Drehmitnahmenut (6; 26; 36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschaft (2; 22; 32) im Einspannbereich (3; 23; 33) einen Durchmesser (t) ≥ 12 mm aufweist, wenigstens eine Verriegelungsaussparung (4; 24; 34) und wenigstens eine Drehmitnahmenut (6; 26; 36) eine Tiefe (v, d) aufweisen, die gleich oder grösser ist als 2,5 mm, und die Einmündungskanten (8, 9) wenigstens einer Verriegelungsaussparung (4; 24; 34) und wenigstens einer Drehmitnahmenut (6; 26; 36) am Umfang des Werkzeugschafts (2; 22; 32) miteinander jeweils Öffnungswinkel (α, β) einschliessen, die gleich oder grösser als 50° sind.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsaussparung (4; 24; 34) und die Drehmitnahmenut (6; 26; 36) achsnächste Bereiche aufweisen, deren radialer Abstand (a, b) von der Achse (A) des Schafts (2; 22; 32) zum Radius (t/2) des Schafts (2; 22; 32) im Einspannbereich (3; 23; 33) ein Verhältnis aufweist, das kleiner als 0,65 ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsaussparung (4; 24; 34) und die Drehmitnahmenut (6; 26; 36) an den Einmündungskanten (8, 9) in den Umfang des Werkzeugschafts (2; 22; 32) Öffnungswinkel (α, β) aufweisen, die innerhalb von ± 10°, vorzugsweise ± 6°, miteinander übereinstimmen.
Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (β) der Drehmitnahmenut (6; 26; 36) kleiner als 75°, vorzugsweise kleiner als 60°, ist.
Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verriegelungsaussparungen (24; 34) vorgesehen sind, die einander vorzugsweise diametral gegenüberliegen und an den Einmündungskanten (8) in den Umfang des Werkzeugschafts (22; 32) den gleichen Öffnungswinkel (α) aufweisen.
Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s) der achsnächsten Bereiche der Verriegelungsaussparungen (24; 34) zum Schaftdurchmesser (t) ein Verhältnis zwischen etwa 0,6 bis 0,7 aufweist.
Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verriegelungsaussparung (4; 24; 34) im Querschnitt den Verlauf eines Kreisbogens aufweist, dessen Radius (r) zum Radius (t/2) des Werkzeugschafts (2; 22; 32) im Einspannbereich (3; 23; 33) im Verhältnis von etwa 0,54 bis etwa 0,6 steht.
Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkzeugschaft (32) zwei einander diametral gegenüberliegende Drehmitnahmenuten (36) vorgesehen sind, deren Öffnungswinkel (β) übereinstimmen.
Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Verriegelungsausparungen (34) und alle Drehmitnahmenuten (36) Öffnungswinkel (α, β) aufweisen, die gleich oder grösser als 50° sind.
Werkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einmündungskante (9; 8) der Drehmitnahmenut (36) bzw. der Verriegelungsaussparung (34) zu einer Einmündungskante (8) der in Umfangsrichtung nachfolgenden Verriegelungsausspanung (34) bzw. der Drehmitnahmenut (36) einen kleinsten Winkelabstand (γ) von etwa 90° aufweist.