EP1844905B1

EP1844905B1 - Werkzeugaufnahme

Info

Publication number: EP1844905B1
Application number: EP07105125A
Authority: EP
Inventors: Michael Biedermann; Vera Nuebel; Oswin Burtscher; Udo Hauptmann; Markus Hartmann; Matthias Kuemmerle; Rainer Kussmaul; Helmut Specht; Erwin Manschitz
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: EP1844905A2; DE502007004618D1; DE102006000168A1; US20070235950A1; EP1844905A3

Description

Die Erfindung bezeichnet eine Werkzeugaufnahme für ein zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug, wie einen Bohrmeissel, Meissel oder Schneidbohrkrone zur Bearbeitung von Gestein, Beton oder Mauerwerk, die aus der DE 33 10 146 A1 bekannt und im Obergriff von Anspruch beschrieben ist.
Üblicherweise weist eine Werkzeugaufnahme für ein Einsteckende eines von einer Handwerkzeugmaschine drehend und schlagend angetriebenen Werkzeugs beispielsweise entsprechend DE2618596 eine sich längs einer Achse erstreckende Einsteckhülse mit innenzylindermantelförmigen Führungsflächen und nach radial innen einkragenden Drehmitnahmestegen sowie nach radial innen versetzbare Verriegelungskörper auf, welche in Verriegelungsnuten des zugeordneten Einsteckendes des Werkzeugs eingreifen und die axiale Beweglichkeit des Werkzeugs begrenzen. Das Drehmoment wird dabei maschinenseitig mit den zwei Drehmitnahmestegen übertragen, die in zwei korrespondierenden Trapeznuten des Werkzeugs eintauchen. Die Form der Verriegelungsnuten entspricht in etwa der Form der Verriegelungskörper, zumeist Kugeln. Durch die sich zur Übertragung eines gegebenen Drehmoments auf das Werkzeug notwendig ergebende hohe Flächenpressung sind die bezüglich der Führungsflächen radial innen angeordneten Drehmitnahmestege einer hohen Verschleissbeanspruchung ausgesetzt, welche die Lebensdauer der Werkzeugaufnahme begrenzt. Insbesondere bei Werkzeugaufnahmen für im Baugewerbe verwendeten Handwerkzeugmaschinen, welche spröde Materialien wie Beton und Mauerwerk bearbeiten und abrasiv wirksamen Abraum erzeugen, ist ein geringer Verschleiss der Werkzeugaufnahmen für die Zuverlässigkeit der Handwerkzeugmaschinen von Bedeutung. Bohrhämmer werden mit jeder neuen Generation immer leistungsstärker und die Einsatzzeiten der Handwerkzeugmaschinen nehmen, einhergehend mit komfortablerem Arbeitsverhalten, durch intensivere Nutzung zu. Durch bessere Werkstoffe der Werkzeuge finden auch Bohrmeissel mit grösseren Bohrdurchmesser Verwendung. Diese Bedingungen begrenzen und reduzieren die Standzeit der bislang eingesetzten Werkzeugaufnahmen. Die Ausfälle zeigen sich insbesondere durch abbrasiven Verschleiss diverser Kontaktpartner wie: Drehmomentmitnahmestege gegenüber den Trapeznuten; Kugel in Nuten des Einsteckendes; Kugel und deren Aufnahmen und Abstützflächen in der Werkzeugaufnahme.
Nach der US3525531 und der DE10044387 ist eine Werkzeugaufnahme mit einer separaten, verschleissfesten Führungshülse mit nach radial Innen einkragenden Drehmitnahmemitteln vorbekannt.
Zudem weist nach der DE3416964 die Werkzeugaufnahme eine separate, verschleissfeste Führungshülse auf, welche einseitig ein Verriegelungselement in sich ausbildet. Zur Aufnahme des Einsteckendes mit stirnseitig geschlossen Verriegelungsnuten ist die Führungshülse auf der dem Verriegelungselement gegenüberliegende Seite halbseitig offen, wodurch das Einsteckende schräg in die Werkzeugaufnahme eingeschwenkt werden kann. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, dass das Einsteckende in dieser Axialposition ungeführt ist, was sich für leistungsstarke Handwerkzeugmaschinen nicht eignet.
Neben der Verschleissproblematik wird die Werkzeugaufnahme stark beansprucht wenn im Leerschlagfall das Werkzeug an den Verrieglungselementen der Werkzeugaufnahme anschlägt und davor die große kinetische Energie des Werkzeugs reibungtechnisch über einen nur sehr kurzen Leerweg nicht abgebaut werden kann. Das Werkzeug bewegt sich nach einem harten Stoß wieder gegen den Döpper und aktiviert somit wiederum das Schlagwerk, wodurch sich dieser Vorgang periodisch wiederholt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Realisierung einer hochbeanspruchbaren Werkzeugaufnahme langer Standzeit.
Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So weist eine Werkzeugaufnahme für ein zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug einen drehend antreibbaren hülsenförmigen Grundkörper auf, der radial Innen drehfest ein verschleissfestes Führungsmittel aufnimmt, welches nach radial Innen einkragende Drehmitnahmemittel aufweist, wobei das Führungsmittel aus zumindest zwei Führungsschalen aus verschleissfestem Material besteht, von denen zumindest eine im Grundkörper begrenzt radial versetzbar ist und einen radial einkragenden Verriegelungskörper in sich ausbildet.
Durch die zwei verschleissfesten Führungsschalen mit Drehmitnahmemitteln ist ein hochbeanspruchbares Führungsmittel vorhanden, wobei durch den in sich ausbildeten radial einkragenden Verriegelungskörper in einer der begrenzt radial versetzbaren Führungsschalen die verschleissende Kontaktpaarung: Verriegelungskörper - Führungshülse entfällt. Die Verriegelung / Entriegelung erfolgt nach radialem Herausschwenken der Führungsschalen durch Verkippen des Werkzeugs aus der koaxialen Orientierung heraus, in welcher es in der verriegelten Position umfänglich geführt ist.
Vorteilhaft ist der Verriegelungskörper eine Kugelkalotte, wodurch eine Kompatibilität zu üblichen Werkzeugaufnahmen mit einer Verriegelungskugel gegeben ist.
Vorteilhaft ist zumindest die Führungsschale mit dem Verriegelungskörper im Grundkörper axial begrenzt beweglich ausgebildet, wodurch diese im Leerschlagfall in Schlagrichtung verschoben wird und ein zu weites Zurückbewegen des Werkzeugs verhindert, wodurch periodisch wiederholte Leerschläge vermieden werden.
Vorteilhaft sind die Drehmitnahmemittel zumindest zwei nach radial Innen einkragende, sich längs erstreckende Drehmitnahmestege, wodurch eine Kompatibilität zu üblichen Werkzeugaufnahmen mit zwei oder drei Drehmitnahmestegen gegeben ist.
Vorteilhaft sind die Drehmitnahmemittel allesamt an der Führungsschale ohne radial einkragenden Verriegelungskörper ausbildet, wodurch nur diese mit dem Werkzeug verkippt wird.
Vorteilhaft bildet zumindest die Führungsschale mit Drehmitnahmemitteln nach radial Aussen auskragende Schalendrehmitnahmemittel aus, weiter vorteilhaft längs verlaufende Stege, die ihrerseits in passende Drehmitnahmeausnehmungen des Grundkörpers eingreifen, wodurch die Übertragung des Drehmoments vom Grundkörper auf die drehübertragende Führungsschale geeignet erfolgt.
Vorteilhaft bildet der Grundkörper eine Schräge zu einer inneren Radialerweiterung aus, wodurch zumindest die den Verriegelungskörper aufweisende Führungsschale in die Radialerweiterung hinein radial versetzbar ist.
Vorteilhaft bilden die in der Verrieglungsposition befindlichen Führungsschalen einen im Wesentlichen umfänglich geschlossenen Aufnahmebereich für das Einsteckende des passend zugeordneten Werkzeugs aus, wodurch das Eindringen von Abbrieb in weitere Raumbereiche der Werkzeugaufnahme begrenzt wird.
Erfindungsgemäss sind die Führungsschalen axial formschlüssig miteinander verbunden, weiter vorteilhaft über eine grobe Axialverzahnung, wodurch ihre axialen Bewegungen gekoppelt sein können.
Vorteilhaft sind die Führungsschalen werkzeugseitig über einen Formschluss, der weiter vorteilhaft bundförmig radial nach aussen auskragt, mit einer elastischen Staubschutzkappe verbunden, wodurch über diese ein elastischer Drehpunkt für die Führungsschalen ausgebildet wird.
Vorteilhaft bildet der Grundkörper einen werkzeugseitigen Axialanschlagbund aus, wodurch an diesem radial nach aussen auskragende Anschlagflächen der Führungsschalen anschlagen können.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:

Fig. 1: als Werkzeugaufnahme im Querschnitt nach Ebene I-I in Fig. 2 in Verrieglungsposition
Fig. 2: als Werkzeugaufnahme im Längsschnitt nach Ebene II-II in Fig. 1 in Verrieglungsposition (obere Bildhälfte in Leerschlagposition, untere Bildhälfte in Schlagposition)
Fig. 3: als Werkzeugaufnahme im Längsschnitt in Entriegelungsposition

Nach den Fig. 1 und 2 weist eine Werkzeugaufnahme einen hülsenförmigen Grundkörper 1 auf, der maschinenseitig mit einer drehantreibenden rohrförmigen Maschinenspindel 2 lösbar verbunden ist, welche einen axial hin- und herbewegten Döpper 3 führt, der die Schlagenergie des nicht weiter dargestellten Bohrhammerschlagwerks auf das Einsteckende 4 eines nicht weiter dargestellten Werkzeugs überträgt. An dem werkzeugseitigen Ende des Grundkörpers 1 sind zwei, über eine Axialverzahnung 5 axial formschlüssig miteinander verbundene, Führungsschalen 6 und 7 aus hochverschleissfesten Stahl radial gestützt und axial beweglich gelagert, die das Einsteckende 4 koaxial zentrieren und führen (Verriegelungsposition). Die Führungsschale 6 besitzt einen zu einer Verriegelungsnut 8 des Einsteckendes 4 passenden, kugelkalottenförmigen Verriegelungskörper 9. Die Drehmomentübertragung erfolgt über die Führungsschale 7, deren beide diametral angeordnete, sich längs erstreckende Drehmitnahmestege 10 in maschinenseitig offenen Drehmitnahmenuten 11 des Einsteckendes 4 eingreifen. Die Schalendrehmitnahmemittel 12 in Form von diametral angeordneten äusseren Stegen der Führungsschale 7 greifen in passende Längsnuten 13 des Grundkörpers 1 ein. Die in der Verrieglungsposition befindlichen Führungsschalen 6 und 7 bilden einen umfänglich geschlossenen Aufnahmebereich für das Einsteckende 4 des passend zugeordneten Werkzeugs aus.
Im in der unteren Bildhälfte der Fig. 2 dargestellten Betriebsfall des Hammerbohrens wird das Werkzeug mit dem Einsteckende 4 gegen den nicht dargestellten Untergrund gedrückt. Dadurch wird über die Verriegelungsnut 8 und den Verriegelungskörper 9 die Führungsschale 6 in eine axiale Mittelposition des Grundkörpers 1 verschoben, wobei sich die über eine Axialverzahnung 5 axial formschlüssig mit der Führungsschale 6 verbundene Führungsschale 7 dabei in die gleiche axiale Mittelposition bewegt. Begrenzt wird die Bewegung durch einen axialen Anschlag des Einsteckendes 4 am Döpper 3 (Schlagposition). Die im Hammerbohrbetrieb erforderlichen axialen Bewegungen des Einsteckendes 4 sind durch eine übliche ausreichende Längendifferenz zwischen der Verriegelungsnut 8 und dem Verriegelungskörper 9 sichergestellt.
Im in der oberen Bildhälfte der Fig. 2 dargestellten Leerschlagfall hebt die Werkzeugmaschine vom Untergrund ab, bewegt sich ausgelöst durch den Impuls des Döppers 3 das Werkzeug mit dem Einsteckende 4 etwas werkzeugseitig axial aus der Werkzeugaufnahme heraus und trifft mit der Axialbegrenzung 14 der Verriegelungsnut 8 auf den Verriegelungskörper 9, welcher die Führungsschale 6 und über die Axialverzahnung 5 auch die Führungsschale 7 etwas werkzeugseitig axial aus der Werkzeugaufnahme heraus bewegt bis die Führungsschalen 6 und 7 mit ihrer definierten Anschlagflächen 15 an einem Axialanschlagbund 16 des Grundkörpers 1 grossflächig anschlagen (Leerschlagposition). Durch die Reibung zwischen dem Einsteckende 4 mit den Führungsschalen 6 und 7, der beiden Führungsschalen 6 und 7 gegeneinander, der beiden Führungsschalen 6 und 7 gegenüber dem Grundkörper 1 wird die kinetische Energie des Werkzeugs abgebaut, wodurch das Einsteckende 4 in einer Axialposition zur Ruhe kommt, in welche keine Schlagberührung mit dem Döpper 3 mehr möglich ist.
Beim Einsetzen des Werkzeugs schiebt der Nutzer das Einsteckende 4 durch die Dichtlippen 17 der aus einem Elastomer bestehenden Staubschutzkappe 18 längs der Führungsflächen 19 der Führungsschalen 6 und 7 ein. Das dabei an der werkzeugseitigen Vorderflanke 20 des Verriegelungskörpers 9 anschlagende Einsteckende 4 verschiebt die Führungsschalen 6 und 7 gegenüber dem Grundkörper 1 maschinenseitig axial in eine in Fig. 3 dargestellte Entriegelungsposition, in der sich durch den Zwang des eingeführten Einsteckende 4 die maschinenseitigen Enden der Führungsschalen 6 und 7 radial nach aussen öffnen lassen. Das koaxial um einen Verkippwinkel [alpha] verkippte Einsteckende 4 kann nun unter dem Verriegelungskörper 9 durchtauchen. Die Federkraft einer Druckfeder 21 bewegt anschliessend die elastische Staubschutzkappe 18 sowie die mittels eines bundförmig radial nach aussen auskragenden Formschlusses 22 mit dieser gelenkig verbundenen Führungsschalen 6 und 7 zurück in ihre Verriegelungsstellung (in Fig. 2 in der oberen Bildhälfte dargestellt), wobei diese über eine Schräge 23 des Grundkörpers 1 mit ihrem maschinenseitigen Ende radial nach innen bewegt werden, wobei der Verriegelungskörper 9 in die Verriegelungsnut 8 eintaucht. Der elastische Formschluss 22 dient dabei als Drehpunkt für die Führungsschalen 6 und 7. Die Staubschutzkappe 18 bildet mit der integrierten Dichtlippe 17 eine Staubdichtung und mit anderen Dichtungsteilen 24 der Werkzeugaufnahme ein Labyrinth gegen ungewollten Staubeintritt zum Grundkörper 1 aus.
Zum Entfernen des Werkzeugs aus der Werkzeugaufnahme versetzt der Nutzer gegen die Federkraft der Druckfeder 21 die Staubkappe 18 maschinenseitig axial. Über den Formschluss 22 werden ebenfalls die Führungsschalen 6 und 7 axial aus ihrer Verriegelungsstellung (in Fig. 2 in der oberen Bildhälfte dargestellt) versetzt und vom Grundkörper 1 radial entriegelt. Beim Herausziehen des Einsteckendes 4 werden die Führungsschalen 6 und 7 über den Zwang des Einsteckendes 4, gebildet durch die Axialbegrenzung 14 der Verriegelungsnut 8, um den Drehpunkt des Formschlusses 22 radial nach aussen versetzt. Das nunmehr koaxial um den Verkippwinkel [alpha] verkippte Einsteckende 4 ist axial frei und kann entnommen werden. Die Federkraft der Druckfeder 21 versetzt anschliessend die Führungsschalen 6 und 7 und die Staubkappe 19 zurück in die Leerschlagposition (in Fig. 2 in der oberen Bildhälfte dargestellt).

Claims

Werkzeugaufnahme für ein zumindest teilweise drehendes und/oder schlagendes Werkzeug mit einem drehend antreibbaren hülsenförmigen Grundkörper (1), der radial Innen drehfest ein verschleissfestes Führungsmittel aufnimmt, welches nach radial Innen einkragende Drehmitnahmemittel aufweist, wobei das Führungsmittel aus zumindest zwei Führungsschalen (6, 7) aus verschleissfestem Material besteht, von denen zumindest eine im Grundkörper (1) begrenzt radial versetzbar ist und einen radial einkragenden Verriegelungskörper (9) in sich ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschalen (6, 7) axial formschlüssig miteinander verbunden sind.
Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskörper (9) eine Kugelkalotte ist.
Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Führungsschale (6) mit dem Verriegelungskörper (9) im Grundkörper (1) axial begrenzt beweglich ausgebildet ist.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmitnahmemittel zumindest zwei nach radial Innen einkragende, sich längs erstreckende Drehmitnahmestege (10) sind.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Drehmitnahmemittel an der Führungsschale (7) ohne radial einkragenden Verriegelungskörper (9) ausbildet sind.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Führungsschale (7) mit Drehmitnahmemitteln nach radial Aussen auskragende Schalendrehmitnahmemittel (12) ausbildet.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) eine Schräge (23) zu einer inneren Radialerweiterung ausbildet.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verrieglungsposition befindlichen Führungsschalen (6, 7) einen im Wesentlichen umfänglich geschlossenen Aufnahmebereich für das Einsteckende (4) des passend zugeordneten Werkzeugs ausbilden.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschalen (6, 7) werkzeugseitig über einen Formschluss (22) mit einer elastischen Staubschutzkappe (18) verbunden sind.
Werkzeugaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) einen werkzeugseitigen Axialanschlagbund (16) ausbildet.