EP3107695A1 - Werkzeughalter - Google Patents

Werkzeughalter

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Publication number
EP3107695A1
EP3107695A1 EP15704998.2A EP15704998A EP3107695A1 EP 3107695 A1 EP3107695 A1 EP 3107695A1 EP 15704998 A EP15704998 A EP 15704998A EP 3107695 A1 EP3107695 A1 EP 3107695A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
recess
tool holder
web
working axis
insert
Prior art date
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Granted
Application number
EP15704998.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3107695B1 (de
Inventor
Udo Hauptmann
Horst Stroissnigg
Ralf Meixner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP3107695A1 publication Critical patent/EP3107695A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3107695B1 publication Critical patent/EP3107695B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/08—Means for retaining and guiding the tool bit, e.g. chucks allowing axial oscillation of the tool bit
    • B25D17/084—Rotating chucks or sockets
    • B25D17/088—Rotating chucks or sockets with radial movable locking elements co-operating with bit shafts specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D16/00—Portable percussive machines with superimposed rotation, the rotational movement of the output shaft of a motor being modified to generate axial impacts on the tool bit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2217/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D2217/003—Details relating to chucks with radially movable locking elements
    • B25D2217/0038—Locking members of special shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2222/00—Materials of the tool or the workpiece
    • B25D2222/21—Metals
    • B25D2222/42—Steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/051—Couplings, e.g. special connections between components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/065—Details regarding assembling of the tool
    • B25D2250/075—Assembled by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/301—Torque transmission means

Definitions

  • the present invention relates to a tool holder for a rotary and chiseling hand tool, in particular a combination hammer.
  • US 7,338,051 describes a tool holder for a combination hammer.
  • the tool holder has a tubular base body, in the interior of which the drill is received along its axis movable. Locking elements engage in the interior and secure the drill against falling out.
  • the tool holder webs which engage in corresponding grooves of the drill to transmit torque from the tool holder to the drill.
  • the webs are made of a hard metal and are used as inserts in the body. The attachment of the webs takes place in overlapping holes in the body, a fixation can be done by gluing, press fit, soldering or welding.
  • the use of bars made of carbide leads to a very high wear of the drill. End pieces of the webs tilt in longitudinal grooves of the drill and knock them out.
  • the tool holder according to the invention is intended for a rotating and chiseling hand tool, eg a combination hammer.
  • a hollow spindle coaxially surrounds a receiving space for receiving a tool with a working axis.
  • the spindle has at least one recess in the radial direction.
  • An insert is inserted along a radial direction in the recess.
  • the insert has a web projecting in the radial direction into the receiving space.
  • a gutter is disposed within the recess and extends along the working axis. The gutter is opened into the receiving space and is bounded by the insert and an inner surface of the recess.
  • the insert is preferably soldered in the recess.
  • the respective contact surfaces of insert and recess should be completely wetted with the solder, otherwise the joining zone is weakened. This can be achieved in a simple manner by an excess of solder.
  • the channel according to the invention reduces the contact surfaces and thereby weakens the strength of the connection, however, the channel acts as a reliable barrier for the liquid solder.
  • the soldering can be done without excess.
  • An embodiment provides that the web relative to the vertical direction has inclined side surfaces which protrude partially into the recess and are spaced within the recess by the groove of the spindle.
  • the protruding into the receiving space part of the side surfaces may have a height which is between 50% and 75% of the total height of the web.
  • the monotonically increasing cross-section of the insert in the radial direction up to the joining zone is suitable for introducing the high mechanical shear loads of the web into the spindle.
  • FIG. 1 shows a combination hammer
  • Figure 5 shows a recess for use in the plane V-V.
  • Fig. 6 the insert in the recess
  • Fig. 1 shows an example of a chiseling hand tool machine schematically a combination hammer l.
  • the combination hammer l has a tool holder 2, in which a shank end 3 of a tool, for example one of the hammer drill 4, can be used.
  • a primary drive of the combihammer 1 is a motor 5, which drives a hammer mechanism e and an output shaft 7.
  • a user can lead the combination hammer 1 by means of a handle 8 and by means of a system switch 9 the combi hammer 1 in operation to take.
  • the combination hammer l rotates the hammer drill 4 continuously about a working axis 10 and can thereby beat the hammer drill 4 in the direction of impact 11 along the working axis 10 in a substrate.
  • the striking mechanism e is preferably a motor-driven pneumatic striking mechanism e.
  • a bat 12 is coupled via an air spring 13 to one of the motor 5 along a working axis 10 reciprocating excitation piston 14.
  • the bat 12 strikes directly or indirectly by an anvil 15 on the shaft end. 3
  • the tool holder 2 is shown in detail in FIG. 2 in a longitudinal section and in a cross section in FIG. 3.
  • Fig. 6 shows a detail in the plane V-V.
  • the tool holder 2 has a driven by the output shaft 7 hollow spindle 16 (body) with a receiving space 17 for the tool 4.
  • the hammer drill 4 can be inserted through an output-side opening 18 in the insertion direction (counter to the direction of impact 11) in the receiving space 17.
  • the receiving space 17 is preferably complementary to the shank end 3, e.g. cylindrically shaped.
  • the pawls 19 are inserted into slots 20 in a wall of the hollow spindle 16.
  • a radial inhibition of the pawls 19 is effected by a locking ring 21, on which radially from the inside fitting the pawls 19 partially protrude into the receiving space 17.
  • the projecting into the receiving space 17 part of the pawls 19 can engage in the locking groove of the tool 4.
  • a spring-loaded slider 22 holds the pawls 19 within the locking ring 21, i. axially overlapping with the locking ring 21.
  • the pawls 19 When inserting the hammer drill 4, the pawls 19 are moved against the spring-loaded slide 22 and get out of engagement with the locking ring 21. The pawls 19 can dodge radially and release the receiving space 17. The pawls 19 can be displaced by an actuating sleeve 23 against the spring-loaded slide 22, whereby the radial inhibition of the pawls 19 is released and the hammer drill 4 can be removed.
  • the rotational movement of the hollow spindle 16 are transmitted to the hammer drill 4 via webs 24 projecting into the receiving space 17.
  • the exemplary embodiment of the tool holder 2 has a web 24.
  • Alternative tool holder 2, in particular for large diameter drill bits may have two or more webs 24.
  • the web 24 is along the working axis 10 at the height of the slots 20 for the pawls 19th
  • the web 24 is the projecting into the receiving space 17 part of an insert 25.
  • the insert 25 has the web 24 and a base 26.
  • the hollow spindle 16 has a recess 27 for each web 24, in which the base 26 inserted in the radial direction 28 is.
  • the recess 27 is complementary to the base 26.
  • the base 26 is permanently fixed by soldering in the recess 27.
  • the total insert 25 is preferably monolithic, ie, made of one material and without joining zones.
  • the insert 25 may be made of a tool steel.
  • the hollow spindle 16 is made of a different material, for example of a low alloy steel.
  • the web 24 has a main portion 29.
  • the main portion 29 transmits substantially all of the torque to the combination hammer l.
  • the exposed outer surfaces, in particular a roof surface 30 and two side surfaces 31, of the main portion 29 are parallel to the working axis 10.
  • the outer surfaces define a trapezoidal cross-section which is constant along the working axis 10 over the entire length of the main portion 29.
  • the roof surface 30 is perpendicular to a radial direction 28 (vertical direction).
  • the side surfaces 31 preferably adjoin the opposite longitudinal edges of the roof surface 30.
  • the side surfaces 31 are inclined with respect to the vertical direction 28 by an angle 32, and are preferably inclined to each other between 20 degrees and 40 degrees.
  • the web 24 is thus preferably wider on its bottom surface, ie on the base 26, than on the roof surface 30.
  • a mean width 33 of the web 24 is approximately equal, eg less than 20%, to the height 34 of the web 24.
  • a length 35 of the main portion 29 is at least three times the height 34.
  • the web 24 must be sufficiently long for the transmission of the torque to the drill 4.
  • the web 24 has a rear portion 36 which is arranged in the direction of impact 11 after the main portion 29.
  • the rear portion 36 has an end face 37, which points in the direction of impact 11.
  • the end face 37 is preferably trapezoidal.
  • the normal of the end face 37 lies in a plane spanned by the working axis 10 and the vertical direction 28.
  • the exemplary end face 37 is not inclined perpendicular to the working axis 10 but between 70 degrees and 80 degrees.
  • the end face 37 is preferably flat.
  • the end surface 37 is slightly narrower than the main portion 29, i. smaller than the trapezoidal cross section.
  • a width 38 of the end face 37 on the base 26 is between 80% and 90% of the width 33 of the cross section of the base 26th
  • the inlet surfaces 39 connect the end face 37 with the side surfaces 31.
  • the plane Entry surfaces 39 are slightly inclined relative to the side surfaces 31, preferably between 2 degrees and 10 degrees.
  • the inlet surfaces 39 preferably extend from the base 26 to the roof surface 30.
  • a length 40 of the inlet surfaces 39 corresponds approximately to the distance between the two inlet surfaces 39, ie the width 33 of the web 24th
  • the exemplary base 26 consists essentially of an elongated cuboid center piece 41.
  • the longitudinal ends of the center piece 41 are closed by semi-cylindrical end pieces 42.
  • the side surfaces 43 of the center piece 41 are preferably parallel to each other.
  • the side surfaces 43 extend parallel to the side surfaces 31 of the web 24 and are arranged in the spindle 16 parallel to the working axis 10.
  • the side surfaces 43 of the socket are preferably longer than the web 24 or at least as the side surfaces 31 of the web 24.
  • the end pieces 42 project beyond the web 24 along the working axis 10.
  • the width 44 of the base 26, i. the distance of the side surfaces 43 is greater than the width 33 of the web 24.
  • the base 26 projects beyond the web 24 in the circumferential direction 45.
  • the base 26 may laterally projecting from the side surface 43 projections 46 which increase the width 44 of the base 26.
  • the projections 46 are oriented in the circumferential direction 45 about the working axis 10 accordingly.
  • the dimension of the projections 46 along the side surface 43, i. along the working axis 10, is less than 10% of the length of the side surfaces 43.
  • the recess 27 in the spindle 16 has two parallel inner surfaces 47 (Fig. 5).
  • the distance 48 of the inner surfaces 47 is equal to the width 44 of the base 26.
  • a length of the inner surfaces 47 is equal to the length of the side surfaces 43 of the base 26.
  • Semi-cylindrical ends terminate the recess 27 along the working axis 10, which is complementary to the end pieces 42 of the Sockets 26 are.
  • the base 26 is caught along the working axis 10 and in the circumferential direction 45 in a form-fitting manner in the recess 27.
  • a solder is introduced to fix the insert 25 in the vertical direction 28.
  • the recess 27 breaks through the hollow spindle 16 along the vertical direction 28.
  • the height of the recess 27 is therefore equal to the wall thickness 49 of the hollow spindle 16.
  • the recess 27 tapers in the direction 28 to the working axis 10 so far that the base 26 in a Distance 50 is held by the guide surface 51.
  • the exemplary recess 27 has two opposite stages 52, which adjoin the parallel inner surfaces 47 in the direction 28 to the working axis 10.
  • the distance 53 of the steps 52 to each other is less than the width 44 of the base 26 and also equal to or greater than the width 33 of the web 24.
  • the base 26 is located in the direction 28 to the working axis 10 at the Steps 52 on.
  • the base 26 is correspondingly spaced from the cylindrical inner surface 51 of the receiving space 17 (guide surface).
  • the base 26 has, for example, a height 54 which is less than the wall thickness 49, and is completely received in the recess 27.
  • the web 24 projects with its inclined side surfaces 31 partially into the recess 27 inside.
  • the projecting into the receiving space 17 part of the web 24 has a height 55, which is between 50% and 80% of the total height 34 of the web 24.
  • the part lying in the recess 27 has a height 50 which corresponds to the distance of the base 26 from the guide surface 51 of the receiving space 17.
  • the steps 52 have facing inner surfaces 56, which extend along the vertical direction 28 to the guide surface 51.
  • the exemplary inner surfaces 47 are parallel to the vertical direction 28.
  • two grooves 57 are formed between the inclined side surfaces 31 of the webs 24 and the inner surfaces 56 of the steps 52.
  • the grooves 57 have a triangular cross-section and extend parallel to the web 24, i. parallel to the working axis 10.
  • the length of the grooves 57 preferably corresponds to the length 35 of the web 24.
  • the channel 57 is open to the receiving space 17.
  • the opening width 58 is in the range between 0.3 mm (millimeters) and 0.6 mm.
  • the opening 58 is the distance from the edge 59 of the recess 27 on the guide surface 51 to the side surface 31 of the web 24.
  • the height or depth 50 of the groove 57 is equal to the distance of the base 26 from the guide surface 51.
  • the depth 50 is at least equal to the opening width 58.
  • the groove 57 forms an air gap
  • the cylindrical end pieces 42 of the base 26 are preferably countersunk relative to the guide surface 51 against the vertical direction 28 in the recess 27.
  • the vertical distance is preferably equal to the depth 50 of the grooves 57.
  • the inner surfaces 56 of the steps 52 may be inclined relative to each other such that their distance 53 increases in the direction 28 to the working axis 10.
  • the grooves 57 may accordingly have an opening angle which is greater than the inclination 32 of the side surfaces 43 of the web 24.
  • the opening width 58 is in the range between 0.3 mm 0.6 mm.
  • the depth 50 is at least equal to the opening width 58.
  • the side surfaces 31 of the web 24 may be steeper within the recess 27, ie, formed with a smaller inclination relative to the vertical direction 28 than outside the recess 27.
  • the cross section of the grooves 57 may have an approximately rectangular cross-section.
  • the opening width 58 is in the range between 0.3 mm and 0.6 mm.
  • the depth 50 is at least equal to the opening width 58.
  • the hollow spindle 16 is made for example of a tubular blank. The tubular blank can be cold expanded to the desired inner profile. Subsequently, the inner and outer surfaces are machined.
  • the slots 20 are formed for the pawls 19 and the recess 27 for the insert 25, for example, with a milling head. Bearing sections can be trimmed to a desired diameter and polished.
  • the steel of the tubular blank is preferably a low alloy steel, e.g. 16MnCr5.
  • a carbon content is less than 0.4% by weight, preferably greater than 0.1% by weight.
  • the steel is low alloyed; the total admixture of alloying elements is less than 5% by weight.
  • Chromium can have the highest proportion here, e.g. between 1, 0 and 2.2 wt .-%.
  • the steel can also be unalloyed.
  • the carbon content is also less than 0.4 wt .-%.
  • the insert 25 is preferably produced without machining.
  • the insert 25 is forged, for example, from a steel blank.
  • the shaping takes place for example by a die, in which the blank is inserted.
  • the die may be multi-piece and has the complementary shape to insert 25, i. the bridge 24 with the base 26.
  • the blank is forged at a temperature between 950 Celsius and 1150 Celsius. This exceeds the AC3 temperature of the steel, which causes austenite to form.
  • the insert 25 cools to room temperature, preferably in air.
  • the insert 25 can alternatively be produced by means of a precision casting process.
  • the blank for use 25 is a tool steel, e.g. X155CrVMo12-1.
  • the carbon content is greater than 0.8% by weight, preferably less than 2.2% by weight.
  • the blank is highly alloyed, the proportion of total alloying elements is greater than 7 wt .-%.
  • the insert 25 is placed in the recess 27 of the hollow spindle 16.
  • a solder preferably a copper-containing solder
  • the insert 25 is soldered, for example in a soldering oven, preferably at a temperature in the range of 1030 Celsius and 1070 Celsius on the hollow spindle 16.
  • the formed by the grooves 57 air gap between the insert 25 and the spindle 16 prevents creeping of the liquid solder to the guide surface 51 of the receiving space 17.
  • the soldering process lasts between 20 minutes and 60 minutes.
  • the steels of hollow mandrel 16 and insert 25 are heated above their recrystallization temperature. The tool steel loses hardness.
  • the composite of hollow spindle 16 and insert 25 cools, preferably in air or in another gas atmosphere.
  • the composite is heat treated in an immediately subsequent step.
  • the composite is heated to a temperature between 800 Celsius and 950 Celsius.
  • the temperature may be raised in two or more steps to minimize thermomechanical stresses in the composite.
  • the composite is held at temperature for 30 minutes to 2 hours.
  • the temperature is well below a temperature which is suitable for hardening the tool steel. In the case of the exemplary tool steel X155CrVMo12-1, this is stated as 1 160 Celsius to 1 190 Celsius. Also, this temperature is atypical for the three times repeated heat treatments on tool steel, which are made at a maximum temperature between 400 Celsius and 600 Celsius to obtain the typical hardness and resilience of a tool steel.
  • the heat treatment is carried out in a carbonaceous atmosphere, e.g. in a gas carburizing furnace.
  • the carbon level is adjusted by adding e.g. Increased methanol and propane.
  • a C-level control preferably keeps the carbon level constant during the heat treatment.
  • the carbon level is chosen so that the hollow spindle 16 is carburized.
  • the C-level can be taken for the selected steel tables or simulations, or be determined in a few experiments.
  • a measurement of the C-level can be determined in a known manner indirectly via the partial pressure of oxygen.
  • the C level is further adjusted so that the tool steel of the insert 25 is not carburized. For example, the C level is between 0.7 and 0.75.
  • the carbon can be lowered or maintained in the insert 25.
  • the heat treatment is terminated by rapid quenching, for example in oil.
  • the composite is cured.
  • the heat treatment is followed by a single tempering at a low temperature between 180 Celsius and 210 Celsius to relieve internal stresses.
  • quenching the composite to room temperature can be followed by cooling to -60 Celsius to -120 Celsius. Freezing may favor hardening of the composite.
  • the one-off tempering follows the freezing.

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Abstract

Ein Werkzeughalter ist für eine drehende und meißelnde Handwerkzeugmaschine vorgesehen. Eine hohle Spindel umgibt koaxial zu einer Arbeitsachse 10 einen Aufnahmeraum 17 zum Aufnehmen eines Werkzeugs 4. Die Spindel 16 weist in radialer Richtung 28 wenigstens eine Aussparung 27 auf. Ein Einsatz 25 ist längs einer radialen Richtung 28 in die Aussparung 27 eingesetzt. Der Einsatz 25 weist einen in der radialen Richtung 28 in den Aufnahmeraum 17 vorstehenden Steg 24 auf. Eine Rinne 57 ist innerhalb der Aussparung 27 angeordnet und verläuft längs der Arbeitsachse 10. Die Rinne 57 ist in den Aufnahmeraum 17 geöffnet und wird durch den Einsatz 25 und eine Innenfläche 56 der Aussparung 27 begrenzt.

Description

Werkzeughalter
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für eine drehende und meißelnde Handwerkzeugmaschine, insbesondere einen Kombihammer.
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 und 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
Der erfindungsgemäße Werkzeughalter ist für eine drehende und meißelnde Handwerkzeugmaschine, z.B. einen Kombihammer vorgesehen. Eine hohle Spindel umgibt koaxial zu einer Arbeitsachse einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen eines Werkzeugs. Die Spindel weist in radialer Richtung wenigstens eine Aussparung auf. Ein Einsatz ist längs einer radialen Richtung in die Aussparung eingesetzt. Der Einsatz weist einen in der radialen Richtung in den Aufnahmeraum vorstehenden Steg auf. Eine Rinne ist innerhalb der Aussparung angeordnet und verläuft längs der Arbeitsachse. Die Rinne ist in den Aufnahmeraum geöffnet und wird durch den Einsatz und eine Innenfläche der Aussparung begrenzt. Der Einsatz wird vorzugsweise in der Aussparung eingelötet. Die jeweiligen Kontaktflächen von Einsatz und Aussparung sollen dabei vollständig mit dem Lot benetzt werden, andernfalls ist die Fügezone geschwächt. Dies kann in einfacher Weise durch einen Überschuss an Lot erreicht werden. Die erfindungsgemäße Rinne verringert zwar die Kontaktflächen und schwächt dadurch die Stärke der Anbindung, jedoch fungiert die Rinne als zuverlässige Barriere für das flüssige Lot. Das Löten kann ohne Überschuss erfolgen. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Steg gegenüber der vertikalen Richtung geneigte Seitenflächen aufweist, welche teilweise in die Aussparung hineinragen und innerhalb der Aussparung durch die Rinne von der Spindel beabstandet sind. Der in den Aufnahmeraum ragende Teil der Seitenflächen kann eine Höhe aufweisen, welche zwischen 50 % und 75 % der Gesamthöhe des Stegs beträgt. Der in radialer Richtung monoton zunehmende Querschnitt des Einsatzes bis zu der Fügezone ist geeignet die hohen mechanischen Scherbelastungen des Stegs in die Spindel einzuleiten. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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-III;
Fig. 4 einen Einsatz in Draufsicht;
Fig. 5 eine Aussparung für den Einsatz in der Ebene V-V; Fig. 6 der Einsatz in der Aussparung
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben. AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt als Beispiel einer meißelnden Handwerkzeugmaschine schematisch einen Kombihammer l . Der Kombihammer l 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 e 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 l 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 e ist vorzugsweise ein motorgetriebenes pneumatisches Schlagwerk e. Ein Schläger 12 ist über eine Luftfeder 13 an einen von dem Motor 5 längs einer Arbeitsachse 10 hin- und herbewegten Erregerkolben 14 angekoppelt. Der Schläger 12 schlägt unmittelbar oder mittelbar durch einen Döpper 15 auf das Schaftende 3.
Der Werkzeughalter 2 ist im Detail in Fig. 2 in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt in Fig. 3 dargestellt. Fig. 6 zeigt einen Detailausschnitt in der Ebene V-V. 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.
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.
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 2, insbesondere für Hammerbohrer großer Durchmesser können zwei oder mehr Stege 24 aufweisen. Der Steg 24 ist längs der Arbeitsachse 10 auf der Höhe der Langlöcher 20 für die Klinken 19. 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 niedrig legierten Stahl hergestellt. Der Steg 24 hat einen Hauptabschnitt 29. Der Hauptabschnitt 29 überträgt im Wesentlichen das gesamte Drehmoment auf den Kombihammer l . 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 gegenüber der vertikalen Richtung 28 um einen Winkel 32 geneigt, und 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 33 des Steges 24 ist etwa gleich, z.B. um weniger als 20 % verschieden, zu der Höhe 34 des Steges 24. Eine Länge 35 des Hauptabschnitts 29 ist wenigstens das Dreifache der Höhe 34. Der Steg 24 muss ausreichend lang für die Übertragung des Drehmoments auf den Bohrer 4 sein.
Der Steg 24 hat einen hinteren Abschnitt 36, der in Schlagrichtung 11 nach dem Hauptabschnitt 29 angeordnet ist. Der hintere Abschnitt 36 hat eine Stirnfläche 37, welche in Schlagrichtung 11 weist. Die Stirnfläche 37 ist vorzugsweise trapezförmig. Die Normale der Stirnfläche 37 liegt in einer Ebene aufgespannt von der Arbeitsachse 10 und der vertikalen Richtung 28. Die beispielhafte Stirnfläche 37 ist nicht senkrecht zu der Arbeitsachse 10 sondern zwischen 70 Grad und 80 Grad geneigt. Die Stirnfläche 37 ist vorzugsweise eben. Die Stirnfläche 37 ist etwas schmaler als der Hauptabschnitt 29, d.h. kleiner als der trapezförmige Querschnitt. Eine Breite 38 des Stirnfläche 37 am Sockel 26 liegt zwischen 80 % und 90 % der Breite 33 des Querschnitts an dem Sockel 26.
Zwei gegenüberliegende Einlaufflächen 39 grenzen seitlich an die Stirnfläche 37 an. Die Einlaufflächen 39 verbinden die Stirnfläche 37 mit den Seitenflächen 31. Die ebenen Einlaufflächen 39 sind gegenüber den Seitenflächen 31 etwas geneigt, vorzugsweise zwischen 2 Grad und 10 Grad. Die Einlaufflächen 39 reichen vorzugsweise von dem Sockel 26 bis zu der Dachfläche 30. Eine Länge 40 der Einlaufflächen 39 entspricht etwa dem Abstand der beiden Einlaufflächen 39, d.h. der Breite 33 des Steges 24.
Der beispielhafte Sockel 26 besteht im Wesentlichen aus einem länglichen quaderförmigen Mittelstück 41. Die Längsenden des Mittelstücks 41 sind von halbzylindrischen Endstücken 42 abgeschlossen. Die Seitenflächen 43 des Mittelstücks 41 sind vorzugsweise zueinander parallel. Die Seitenflächen 43 verlaufen parallel zu den Seitenflächen 31 des Stegs 24 und sind in der Spindel 16 parallel zu der Arbeitsachse 10 angeordnet. Die Seitenflächen 43 des Sockels sind vorzugsweise länger als der Steg 24 oder zumindest als die Seitenflächen 31 des Stegs 24. Die Endstücke 42 überragen den Steg 24 längs der Arbeitsachse 10. Die Breite 44 des Sockels 26, d.h. der Abstand der Seitenflächen 43, ist größer als die Breite 33 des Stegs 24. Der Sockel 26 überragt den Steg 24 in Umfangsrichtung 45. Der Sockel 26 kann von der Seitenfläche 43 seitlich vorstehende Vorsprünge 46 aufweisen, welche die Breite 44 des Sockels 26 vergrößern. Die Vorsprünge 46 sind entsprechend in Umfangsrichtung 45 um die Arbeitsachse 10 orientiert. Die Abmessung der Vorsprünge 46 längs der Seitenfläche 43, d.h. längs der Arbeitsachse 10, ist geringer als 10 % der Länge der Seitenflächen 43.
Die Aussparung 27 in der Spindel 16 hat zwei parallel verlaufende Innenflächen 47 (Fig. 5). Der Abstand 48 der Innenflächen 47 ist gleich der Breite 44 des Sockels 26. Eine Länge der Innenflächen 47 ist gleich der Länge der Seitenflächen 43 des Sockels 26. Halbzylindrische Enden schließen die Aussparung 27 längs der Arbeitsachse 10 ab, welche komplementär zu den Endstücken 42 des Sockels 26 sind. Der Sockel 26 ist längs der Arbeitsachse 10 und in Umfangsrichtung 45 formschlüssig in der Aussparung 27 gefangen. Zwischen den Innenflächen 47 und den Seitenflächen 43 des Sockels 26 ist ein Lot eingebracht, um den Einsatz 25 in der vertikalen Richtung 28 zu fixieren. Die Aussparung 27 durchbricht die hohle Spindel 16 längs der vertikalen Richtung 28. Die Höhe der Aussparung 27 ist daher gleich der Wandstärke 49 der hohlen Spindel 16. Die Aussparung 27 verjüngt sich in Richtung 28 zu der Arbeitsachse 10 soweit, dass der Sockel 26 in einem Abstand 50 von der Führungsfläche 51 gehalten ist. Die beispielhafte Aussparung 27 hat zwei gegenüberliegende Stufen 52, welche in Richtung 28 zu Arbeitsachse 10 an die parallelen Innenflächen 47 angrenzen. Der Abstand 53 der Stufen 52 zueinander ist geringer als die Breite 44 des Sockels 26 und zudem gleich oder größer als die Breite 33 des Stegs 24. Der Sockel 26 liegt in Richtung 28 zu der Arbeitsachse 10 an den Stufen 52 an. Der Sockel 26 ist entsprechend von der zylindrischen Innenfläche 51 des Aufnahmeraums 17 (Führungsfläche) beabstandet. Der Sockel 26 hat beispielsweise eine Höhe 54, welche geringer als die Wandstärke 49 ist, und ist vollständig in der Aussparung 27 aufgenommen.
Der Steg 24 ragt mit seinen geneigten Seitenflächen 31 teilweise in die Aussparung 27 hinein. Der in den Aufnahmeraum 17 ragende Teil des Stegs 24 hat eine Höhe 55, die zwischen 50 % und 80 % der Gesamthöhe 34 des Stegs 24 beträgt. Der in der Aussparung 27 liegende Teil hat eine Höhe 50, die dem Abstand des Sockels 26 von der Führungsfläche 51 des Aufnahmeraums 17 entspricht.
Die Stufen 52 haben einander zugewandte Innenflächen 56, welche längs der vertikalen Richtung 28 bis zu der Führungsfläche 51 reichen. Die beispielhaften Innenflächen 47 sind zu der vertikalen Richtung 28 parallel. Zwischen den geneigten Seitenflächen 31 der Stege 24 und den Innenflächen 56 der Stufen 52 sind zwei Rinnen 57 ausgebildet. Die Rinnen 57 haben einen dreiecksförmigen Querschnitt und verlaufen parallel zu dem Steg 24, d.h. parallel zu der Arbeitsachse 10. Die Länge der Rinnen 57 entspricht vorzugsweise der Länge 35 des Stegs 24. Die Rinne 57 ist zu dem Aufnahmeraum 17 geöffnet. Die Öffnungsweite 58 liegt im Bereich zwischen 0,3 mm (Millimeter) und 0,6 mm. Die Öffnungsweite 58 ist der Abstand von der Kante 59 der Aussparung 27 an der Führungsfläche 51 zu der Seitenfläche 31 des Stegs 24. Die Höhe oder Tiefe 50 der Rinne 57 ist gleich dem Abstand des Sockels 26 von der Führungsfläche 51. Die Tiefe 50 ist wenigstens gleich der Öffnungsweite 58. Die Rinne 57 bildet einen Luftspalt zwischen dem Einsatz 25 und der Spindel 16.
Die zylindrischen Endstücke 42 des Sockels 26 sind vorzugsweise gegenüber der Führungsfläche 51 entgegen der vertikalen Richtung 28 in der Aussparung 27 versenkt. Der vertikale Abstand ist vorzugsweise gleich der Tiefe 50 der Rinnen 57. Die Innenflächen 56 der Stufen 52 können zueinander derart geneigt sein, dass sich ihr Abstand 53 in Richtung 28 zu der Arbeitsachse 10 vergrößert. Die Rinnen 57 können entsprechend einen Öffnungswinkel aufweisen, welcher größer als die Neigung 32 der Seitenflächen 43 des Stegs 24 ist. Die Öffnungsweite 58 liegt im Bereich zwischen 0,3 mm 0,6 mm. Die Tiefe 50 ist wenigstens gleich der Öffnungsweite 58.
Die Seitenflächen 31 des Stegs 24 können innnerhalb des Aussparung 27 steiler, d.h. mit einer geringeren Neigung gegenüber der vertikalen Richtung 28, ausgebildet sein, als außerhalb der Aussparung 27. Der Querschnitt der Rinnen 57 kann einen näherungsweise rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Die Öffnungsweite 58 liegt im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,6 mm. Die Tiefe 50 ist wenigstens gleich der Öffnungsweite 58. 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.
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.-%.
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.
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.-%.
Der Einsatz 25 wird in die Aussparung 27 der hohlen Spindel 16 gelegt. Ein Lotmittel, vorzugsweise ein kupferhaltiges Lot, wird zwischen den Seitenwänden des Sockels 26 und den Innenflächen 47 der Aussparung 27 eingebracht. Der Einsatz 25 wird, z.B. in einem Lötofen, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 1030 Celsius und 1070 Celsius an der hohlen Spindel 16 angelötet. Der mittels der Rinnen 57 ausgebildete Luftspalt zwischen dem Einsatz 25 und der Spindel 16 unterbindet ein Kriechen des flüssigen Lotmittels bis zu der Führungsfläche 51 des Aufnahmeraums 17. 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.
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 1 160 Celsius bis 1 190 Celsius angegeben. Auch ist diese Temperatur atypisch für die dreimalig wiederholten Wärmebehandlungen bei Werkzeugstahl, welche maximal bei einer Temperatur zwischen 400 Celsius und 600 Celsius erfolgen, um die typische Härte und Belastbarkeit eines Werkzeugstahls zu erhalten.
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.
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. 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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Werkzeughalter (2) für eine drehende und meißelnde Handwerkzeugmaschine (1) mit einer hohlen Spindel (16), die koaxial zu einer Arbeitsachse (10) einen Aufnahmeraum (17) zum Aufnehmen eines Werkzeugs (4) umgibt und der in radialer
Richtung (28) wenigstens eine Aussparung (27) aufweist,
einem Einsatz (25), der längs einer radialen Richtung (28) in die Aussparung (27) eingesetzt ist und der einen in der radialen Richtung (28) in den Aufnahmeraum (17) vorstehenden Steg (24) aufweist,
gekennzeichnet durch eine Rinne (57), die innerhalb der Aussparung (27) angeordnet, längs der Arbeitsachse (10) verlaufend, in den Aufnahmeraum (17) geöffnet und durch den Einsatz (25) und eine Innenfläche (56) der Aussparung (27) begrenzt ist.
2. Werkzeughalter (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (24) gegenüber der vertikalen Richtung (28) geneigte Seitenflächen (31) aufweist, welche teilweise in die Aussparung (27) hineinragen und innerhalb der Aussparung (27) durch die Rinne (57) von der Spindel (16) beabstandet sind.
3. Werkzeughalter (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Aufnahmeraum (17) ragende Teil der Seitenflächen (31) eine Höhe (55) aufweist, welche zwischen 50 % und 80 % der Gesamthöhe des Stegs (24) beträgt.
4. Werkzeughalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (57) eine Öffnungsweite (58) von wenigstens 0,3 mm aufweist.
5. Werkzeughalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge der Rinnen (57) einer Länge des Stegs (24) entspricht.
6. Werkzeughalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (25) einen Sockel (26) mit längs der Arbeitsachse (10) verlaufenden Seitenflächen (43) aufweist, die mittels eines Lots an Innenflächen (47) der Aussparung (27) anliegend befestigt sind.
7. Werkzeughalter (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (26) durch die Rinne (57) von dem Aufnahmeraum (17) beabstandet ist.
8. Handwerkzeugmaschine (1) mit:
einem Werkzeughalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Haltern eines Werkzeuges (4) auf der Arbeitsachse (10),
einem Motor (5),
einem pneumatischen Schlagwerk (6), das einen von dem Motor (5) längs der Arbeitsachse (10) zwangsgetriebenen Erreger (14), einen längs der Arbeitsachse (10) beweglichen Schläger (12) und eine zwischen dem Erreger (14) und dem Schläger (12) angeordnete Luftfeder (13) zum Ankoppeln einer Bewegung des Erregers (14) an den Schläger (12) aufweist.
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