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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für eine drehende und meißelnde Handwerkzeugmaschine, insbesondere einen Kombihammer.
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US 7,338,051 beschreibt einen Werkzeughalter für einen Kombihammer. Der Werkzeughalter hat einen rohrförmigen Grundkörper, in dessen Innenraum der Bohrer aufgenommen längs seiner Achse beweglich ist. Verriegelungselemente greifen in den Innenraum ein und sichern den Bohrer gegen ein Herausfallen. Zudem hat der Werkzeughalter Stege, welche in korrespondierende Nuten des Bohrers eingreifen, um ein Drehmoment von dem Werkzeughalter auf den Bohrer zu übertragen. Die Stege sind aus einem Hartmetall werden als Einsätze in den Grundkörper eingesetzt. Die Befestigung der Stege erfolgt in überlappenden Bohrungen in dem Grundkörper, eine Fixierung kann per Kleben, Presssitz, Löten oder Schweißen erfolgen. Die Verwendung von Stegen aus Hartmetall führt zu einem sehr hohen Verschleiß der Bohrer. Endstücke der Stege verkanten in Längsnuten der Bohrer und schlagen diese aus.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der erfindungsgemäße Werkzeughalter für eine drehende und meißelnde Handwerkzeugmaschine hat einen rohrförmigen Grundkörper, der koaxial zu einer Achse einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Werkzeugs umgibt und der in radialer Richtung wenigstens einen Durchbruch aufweist. Ein Einsatz ist in den Durchbruch eingesetzt ist und hat einen in den Aufnahmeraum radial vorstehenden Steg. Der Steg hat längs der Achse aufeinanderfolgend einen Hauptabschnitt und einen hinteren Abschnitt. Der Hauptabschnitt hat längs der Arbeitsachse einen gleichbleibenden, von einer Dachfläche und zwei gegenüberliegenden zueinander geneigten Seitenflächen begrenzten, trapezförmigen Querschnitt. Der hintere Abschnitt hat eine von dem Hauptabschnitt abgewandte ebene Stirnfläche und zwei einander gegenüberliegende Einlaufflächen. Die vorzugsweise ebenen Einlaufflächen verbinden die Stirnfläche mit jeweils einer der Seitenflächen. Die Einlaufflächen sind gegenüber den Seitenflächen zwischen 2 Grad und 10 Grad geneigt. Die wenig gegenüber den Seitenflächen angestellten Einlaufflächen erweisen sich verglichen zu bogenförmigen Endstücken als günstiger das Werkzeug entlang der Stege auszurichten.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
- Fig. 1 einen Kombihammer
- Fig. 2 einen Werkzeughalter,
- Fig. 3 den Werkzeughalter im Querschnitt der Ebene III;
- Fig. 4 einen Einsatz in Draufsicht;
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Fig. 1 zeigt als Beispiel einer meißelnden Handwerkzeugmaschine schematisch einen Kombihammer 1. Der Kombihammer 1 hat einen Werkzeughalter 2, in welchen ein Schaftende 3 eines Werkzeug, z.B. eines des Hammerbohrers 4, eingesetzt werden kann. Einen primären Antrieb des Kombihammers 1 bildet ein Motor 5, welcher ein Schlagwerk 6 und eine Abtriebswelle 7 antreibt. Ein Anwender kann den Kombihammer 1 mittels eines Handgriffs 8 führen und mittels eines Systemschalters 9 den Kombihammer 1 in Betrieb nehmen. Im Betrieb dreht der Kombihammer 1 den Hammerbohrer 4 kontinuierlich um eine Arbeitsachse 10 und kann dabei den Hammerbohrer 4 in Schlagrichtung 11 längs der Arbeitsachse 10 in einen Untergrund schlagen. Das Schlagwerk 6 ist vorzugsweise ein motorgetriebenes pneumatisches Schlagwerk 6. Ein Schläger 12 ist über eine Luftfeder 13 an einen von dem Motor 5 längs einer Arbeitsachse 10 hin- und herbewegten Kolben 14 angekoppelt. Der Schläger 12 schlägt unmittelbar oder mittelbar durch einen Döpper 15 auf das Schaftende 3.
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Der Werkzeughalter 2 ist im Detail in Fig. 2 in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt in Fig. 3 dargestellt. Der Werkzeughalter 2 hat eine von der Abtriebswelle 7 angetriebene hohle Spindel 16 (Grundkörper) mit einem Aufnahmeraum 17 für das Werkzeug 4. Der Hammerbohrer 4 kann durch eine abtriebsseitige Öffnung 18 in Einsetzrichtung (entgegen der Schlagrichtung 11) in den Aufnahmeraum 17 eingesetzt werden. Der Aufnahmeraum 17 ist vorzugsweise komplementär zu dem Schaftende 3, z.B. zylindrisch ausgebildet.
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Eine lösbare Verriegelung des mit Verriegelungsnuten versehenen Hammerbohrers 4 in dem Aufnahmeraum 17 erfolgt mittels Sperrkörpern, hier beispielsweise mit Klinken 19. Die Klinken 19 sind in Langlöcher 20 in einer Wand der hohlen Spindel 16 eingesetzt. Ein radiale Hemmung der Klinken 19 erfolgt durch einen Verriegelungsring 21, an welchem radial von innen anliegend die Klinken 19 teilweise in den Aufnahmeraum 17 hineinragen. Der in den Aufnahmeraum 17 hineinragende Teil der Klinken 19 kann in die Verriegelungsnut des Werkzeugs 4 eingreifen. Ein federbelasteter Schieber 22 hält die Klinken 19 innerhalb des Verriegelungsrings 21, d.h. axial mit dem Verriegelungsring 21 überlappend. Beim Einsetzen des Hammerbohrers 4 werden die Klinken 19 gegen den federbelasteten Schieber 22 verschoben und gelangen aus dem Eingriff mit dem Verriegelungsring 21. Die Klinken 19 können radial ausweichen und den Aufnahmeraum 17 freigeben. Die Klinken 19 können durch eine Betätigungshülse 23 gegen den federbelasteten Schieber 22 verschoben werden, wodurch die radiale Hemmung der Klinken 19 aufgehoben wird und der Hammerbohrer 4 entnehmbar ist.
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Die Drehbewegung der hohlen Spindel 16 werden über in den Aufnahmeraum 17 ragende Stege 24 auf den Hammerbohrer 4 übertragen. Die beispielhafte Ausgestaltung des Werkzeughalters 2 hat einen Steg 24. Alternative Werkzeughalter 4, insbesondere für Hammerbohrer großer Durchmesser können zwei oder Stege 24 aufweisen. Der Steg 24 ist längs der Arbeitsachse 10 auf der Höhe der Langlöcher 20 für die Klinken 19.
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Der Steg 24 ist der in den Aufnahmeraum 17 überstehende Teil eines Einsatzes 25. Der Einsatz 25 hat den Steg 24 und einen Sockel 26. Die hohle Spindel 16 hat für jeden Steg 24 eine Aussparung 27, in welche der Sockel 26 in radialer Richtung 28 eingelegt ist. Die Aussparung 27 ist komplementär zu dem Sockel 26. Der Sockel 26 ist durch Löten in der Aussparung 27 dauerhaft fixiert. Der gesamt Einsatz 25 ist vorzugsweise monolithisch, d.h. aus einem Material und ohne Fügezonen zusammenhängend. Der Einsatz 25 kann aus einem Werkzeugstahl hergestellt sein. Die hohle Spindel 16 ist aus einem anderen Material, z.B. aus einem hergestellt.
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Der Steg 24 hat einen Hauptabschnitt 29. Der Hauptabschnitt 29 überträgt im Wesentlichen das gesamte Drehmoment auf den Kombihammer 1. Die freiliegenden Außenflächen, insbesondere eine Dachfläche 30 und zwei Seitenflächen 31, des Hauptabschnitts 29 sind zu der Arbeitsachse 10 parallel. Die Außenflächen begrenzen einen trapezförmigen Querschnitt, der längs der Arbeitsachse 10 über die gesamte Länge des Hauptabschnitts 29 konstant ist. Die Dachfläche 30 ist senkrecht zu einer radialen Richtung 28 (vertikale Richtung). Die Seitenflächen 31 grenzen vorzugsweise an die gegenüberliegenden Längskanten der Dachfläche 30 an. Die Seitenflächen 31 sind vorzugsweise zueinander zwischen 20 Grad und 40 Grad geneigt. Der Steg 24 ist damit vorzugsweise an seiner Bodenfläche, d.h. auf dem Sockel 26, breiter als an der Dachfläche 30. Eine mittlere Breite 32 des Steges 24 ist etwa gleich, z.B. um weniger als 20 % verschieden, zu der Höhe 33 des Steges 24. Eine Länge 34 des Hauptabschnitts 29 ist wenigstens das Dreifache der Höhe 33. Der Steg 24 muss ausreichend lang für die Übertragung des Drehmoments auf den Bohrer 4 sein.
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Der Steg 24 hat einen hinteren Abschnitt 35, der in Schlagrichtung 11 nach dem Hauptabschnitt 29 angeordnet ist. Der hintere Abschnitt 35 hat eine Stirnfläche 36, welche in Schlagrichtung 11 weist. Die Stirnfläche 36 ist vorzugsweise trapezförmig. Die Normale der Stirnfläche 36 liegt in einer Ebene aufgespannt von der Arbeitsachse 10 und der vertikalen Richtung 28. Die beispielhafte Stirnfläche 36 ist nicht senkrecht zu der Arbeitsachse 10 sondern zwischen 70 Grad und 80 Grad geneigt. Die Stirnfläche 36 ist vorzugsweise eben. Die Stirnfläche 36 ist etwas schmaler als der Hauptabschnitt 29, d.h. kleiner als der trapezförmige Querschnitt. Eine Breite 37 des Stirnfläche 36 am Sockel 26 liegt zwischen 80 % und 90 % der Breite 32 des Querschnitts an dem Sockel 26.
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Zwei gegenüberliegende Einlaufflächen 38 grenzen seitlich an die Stirnfläche 36 an. Die Einlaufflächen 38 verbinden die Stirnfläche 36 mit den Seitenflächen 31. Die ebenen Einlaufflächen 38 sind gegenüber den Seitenflächen 31 etwas geneigt, vorzugsweise zwischen 2 Grad und 10 Grad. Die Einlaufflächen 38 reichen vorzugsweise von dem Sockel 26 bis zu der Dachfläche 30. Eine Länge 39 der Einlaufflächen 38 entspricht etwa dem Abstand der beiden Einlaufflächen 38, d.h. der Breite 37 des Steges 24.
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Der Sockel 26 ist länger und breiter als der Steg 24. Der Sockel 26 ist an seinen Längsenden durch halbzylindrische Endstücke abgeschlossen. Zwischen den beiden Endstücken ist der Sockel 26 im Wesentlichen quaderförmig. Die Aussparung 27 hat entsprechend ebenfalls halbzylindrische Enden mit einem quaderförmigen Zwischenbereich.
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Die hohle Spindel 16 wird beispielsweise aus einem rohrförmigen Rohling hergestellt. Der rohrförmige Rohling kann kalt auf das gewünschte Innenprofil aufgeweitet werden. Anschließend werden die Innen- und Außenflächen spanend bearbeitet. Zudem werden die Langlöcher 20 für die Klinken 19 und die Aussparung 27 für den Einsatz 25 spanend, z.B. mit einem Fräskopf, ausgebildet. Lagerabschnitte können auf einen Solldurchmesser getrimmt und poliert werden.
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Der Stahl des rohrförmigen Rohlings ist vorzugsweise ein niedriglegierter Stahl, z.B. 16MnCr5. Ein Kohlenstoffgehalt ist geringer als 0,4 Gew.-% vorzugsweise größer als 0,1 Gew.-%. Der Stahl ist niedriglegiert; die gesamte Beimischung von Legierungselementen ist geringer als 5 Gew.-%. Chrom kann hierbei den höchsten Anteil aufweisen, z.B. zwischen 1,0 und 2,2 Gew.-%. Der Stahl kann auch unlegiert sein. Der Kohlenstoffgehalt ist dabei ebenfalls geringer als 0,4 Gew.-%.
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Der Einsatz 25 wird vorzugsweise ohne spanende Bearbeitung hergestellt. Der Einsatz 25 wird beispielsweise aus einem stählernen Rohling geschmiedet. Die Formgebung erfolgt beispielsweise durch ein Gesenk, in welches der Rohling eingelegt wird. Das Gesenk kann beispielsweise mehrteilig ausgebildet sein und hat die komplementäre Form zu dem Einsatz 25, d.h. dem Steg 24 mit dem Sockel 26. Der Rohling wird bei einer Temperatur zwischen 950 Celsius und 1150 Celsius geschmiedet. Dabei wird die AC3-Temperatur des Stahls überschritten, wodurch sich Austenit ausbildet. Nach der Formgebung kühlt der Einsatz 25, vorzugsweise an Luft, auf Raumtemperatur ab. Der Einsatz 25 kann alternativ mittels eines Feingussverfahrens hergestellt werden.
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Der Rohling für den Einsatz 25 ist ein Werkzeugstahl, z.B. X155CrVMo12-1. Der Kohlenstoffgehalt ist größer als 0,8 Gew.-%, vorzugsweise geringer als 2,2 Gew.-%. Der Rohling ist hoch legiert, der Anteil der gesamten Legierungselemente ist größer als 7 Gew.-%.
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Der Einsatz 25 wird in die Aussparung 27 der hohlen Spindel 16 gelegt. Ein Lotmittel, vorzugsweise ein kupferhaltiges Lot, wird zwischen dem Einsatz 25 und der hohlen Spindel 16 eingebracht. Der Einsatz 25 wird, z.B. in einem Lötofen, bei einer Temperatur im Bereich von 1030 Celsius und 1070 Celsius an der hohlen Spindel 16 angelötet. Der Lötvorgang dauert zwischen 20 Minuten und 60 Minuten. Während des Lötens werden die Stähle der hohlen Spindel 16 und des Einsatzes 25 über ihre Rekristallisationstemperatur erhitzt. Der Werkzeugstahl verliert dabei an Härte. Nach dem Löten kühlt der Verbund aus hohler Spindel 16 und Einsatz 25, vorzugsweise an Luft oder in einer anderen Gasatmosphäre, ab.
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Der Verbund wird in einem unmittelbar nachfolgenden Schritt wärmebehandelt. Der Verbund wird auf eine Temperatur zwischen 800 Celsius und 950 Celsius erhitzt. Die Temperatur kann in zwei oder mehr Schritten angehoben werden, um thermomechanische Spannungen in dem Verbund zu minimieren. Der Verbund wird für 30 Minuten bis 2 Stunden bei der Temperatur gehalten. Die Temperatur liegt deutlich unterhalb einer Temperatur, welche für das Härten des Werkzeugstahls geeignet ist. Bei dem beispielhaften Werkzeugstahl X155CrVMo12-1 wird diese mit 1160 bis 1190 Celsius angegeben. Auch ist diese Temperatur atypisch für die dreimalig wiederholten Wärmebehandlungen bei Werkzeugstahl, welche maximal bei einer Temperatur zwischen 400 und 600 Celsius erfolgen, um die typische Härte und Belastbarkeit eines Werkzeugstahls zu erhalten.
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Die Wärmebehandlung erfolgt in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre, z.B. in einem Gasaufkohlungsofen. Der Kohlenstoffpegel wird durch Beimengen von z.B. Methanol und Propan erhöht. Eine C-Pegelregelung hält den Kohlenstoffpegel während der Wärmebehandlung vorzugsweise konstant. Der Kohlenstoffpegel ist derart gewählt, dass die hohle Spindel 16 aufgekohlt wird. Der C-Pegel kann für den gewählten Stahl Tabellen oder Simulationen entnommen werden, oder in wenigen Versuchen ermittelt werden. Eine Messung des C-Pegels kann in bekannter Weise indirekt über den Partialdruck von Sauerstoff bestimmt werden. Der C-Pegel wird ferner derart eingestellt, dass der Werkzeugstahl des Einsatzes 25 nicht aufgekohlt wird. Beispielsweise liegt der C-Pegel zwischen 0,7 und 0,75. Der Kohlenstoff kann in dem Einsatz 25 abgesenkt oder beibehalten werden.
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Die Wärmebehandlung wird durch rasches Abschrecken beendet, beispielsweise in Öl. Der Verbund wird gehärtet. Zweckmäßigerweise folgt auf die Wärmebehandlung ein einmaliges Anlassen bei einer niedrigen Temperatur zwischen 180 Celsius und 210 Celsius, um innere Spannungen abzubauen.
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Bei einer Ausgestaltung kann dem Abschrecken des Verbundes auf Raumtemperatur ein Abkühlen auf -60 Celsius bis -120 Celsius folgen. Das Tiefkühlen kann ein Härten des Verbundes begünstigen. Das einmalige Anlassen folgt auf das Tiefkühlen.
