EP4676684A1 - Verfahren zur herstellung eines hybriden schlagwerkskörpers für ein elektrohandwerkzeug - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines hybriden schlagwerkskörpers für ein elektrohandwerkzeug

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Publication number
EP4676684A1
EP4676684A1 EP24706745.7A EP24706745A EP4676684A1 EP 4676684 A1 EP4676684 A1 EP 4676684A1 EP 24706745 A EP24706745 A EP 24706745A EP 4676684 A1 EP4676684 A1 EP 4676684A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
core element
impact mechanism
mechanism body
casing
casing element
Prior art date
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Pending
Application number
EP24706745.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Gebauer
Manfred Schallert
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
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Publication of EP4676684A1 publication Critical patent/EP4676684A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K25/00—Uniting components to form integral members, e.g. turbine wheels and shafts, caulks with inserts, with or without shaping of the components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
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    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25D17/06—Hammer pistons; Anvils ; Guide-sleeves for pistons
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25D2217/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D2217/0011—Details of anvils, guide-sleeves or pistons
    • B25D2217/0023—Pistons
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a hybrid impact mechanism body for an impact mechanism of an electric hand tool, which is composed of at least one core element and a casing element that at least partially surrounds it.
  • the invention also relates to several embodiments of hybrid impact mechanism bodies that can be produced using such a method, as well as a pneumatic impact mechanism for an electric hand tool, comprising a hybrid impact mechanism body according to the invention and an electric hand tool itself.
  • the field of application of the invention extends primarily to rotary hammers and impact hammers.
  • the electric hand tools of the type of interest here are able to transmit a pulse to a tool, such as in particular a percussion drill or chisel, at a suitable repetition rate.
  • the impact mechanism is operated with an electric motor drive, which has an accelerating effect on a movable impact mechanism body, such as a striker or firing pin, of a known impact mechanism.
  • the drive of the impact mechanism can, for example, be formed with an eccentric wheel mounted on a drive wheel, which causes a piston in the manner of a crank drive to make a lifting movement, which then, for example pneumatically, drives the striker to move back and forth, which in turn stimulates the firing pin.
  • a pulse is thus transmitted from the directly driven striker of the impact mechanism first to the firing pin and then from the firing pin to the tool shaft of the tool.
  • the impact mechanism body usually has a side surface and a stop surface.
  • the impulse from the impact mechanism body is usually transferred to an impulse-absorbing component on the stop side.
  • the impulse-absorbing component is the tool of the electric hand tool, which absorbs the impulse on a front surface of the tool.
  • Impulse-transmitting stop surfaces are used primarily to transmit impulses between impact mechanism bodies within the impact mechanism, for example a striker and a firing pin. Impact mechanism parts of the impact mechanism have to withstand relatively high loads, particularly on a stop surface and/or side surface.
  • a percussion mechanism body usually consists of a case-hardened or tempered steel, which is heat-treated as a whole, for example by means of case hardening, tempering or the like, and as such has identical material properties over the entire percussion mechanism body, in particular on the stop surface and side surface.
  • case hardening, tempering or the like has identical material properties over the entire percussion mechanism body, in particular on the stop surface and side surface.
  • the requirements are all the more serious with increasing energy density in a percussion mechanism, i.e. with increasing ratio of energy input to component size of a percussion mechanism body, and can cause a so-called re-striking of the one-piece percussion mechanism body in the case of undefined energy controls.
  • JP 10169385 A discloses a technical solution in which the energy density in a percussion mechanism is increased by increasing the specific density of a percussion mechanism body. Even when using very high-quality materials and conventional heat treatment processes for a percussion mechanism body, excessive stress and premature material fatigue can ultimately no longer be avoided at increased energy densities and economical production is no longer achievable.
  • the invention includes the process engineering teaching that the following manufacturing steps are carried out to produce a hybrid impact mechanism body for an impact mechanism of an electric hand tool, which is composed of at least one core element and a casing element that at least partially surrounds it:
  • the solution according to the invention therefore makes use of the technology of massive forming to produce the hybrid impact mechanism body according to the invention.
  • Massive forming is normally used in the automotive industry as part of so-called massive lightweight construction in order to make components either structurally or by combining several materials and then joint forming in the weight mass.
  • One example is the weight reduction of a gear shaft through compound extrusion as a subcategory of solid forming.
  • the shaft usually consists of a light metal core that is surrounded by a stainless steel shell.
  • this principle of solid lightweight construction is reversed and the weight mass of an impact mechanism body is increased and other static and dynamic requirements are optimized.
  • the positive, captive connection between the core element and the casing body of the hybrid impact mechanism body is preferably produced by creating an undercut contour on the core element within an axial joining zone, which is at least partially filled by material from the casing element.
  • a constriction or at least one step on a preferably rotationally symmetrical core element is suitable as an undercut contour.
  • both the core element and the casing element are made of a steel material, with the core element preferably consisting of a hard metal material in order to give the impact mechanism body a high material and thus energy density.
  • the casing element preferably consists of a conventional carbon steel, which has a higher toughness than a hard metal, in order to ensure suitable side and stop surfaces of the impact mechanism body.
  • the casing element blank can be preformed in a pot or cylinder shape using forming technology.
  • the interior space formed in this way is preferably cylindrical in order to at least partially accommodate the corresponding preferably also cylindrical core element therein before the bulk forming.
  • the casing element blank is not preformed cylindrically or axially symmetrically on the inside.
  • a polygonal shape or the like is provided or that a cross section is polygonal, for example rectangular, or has several curves with, for example, different radii.
  • a hybrid impact mechanism body is produced by the massive forming process, the casing element of which is cylindrically sleeve-shaped, the axial length of which is smaller than the axial length of the core element enclosed by it, so that the core element forms end faces on both sides.
  • the materials of the core element and the casing element are selected so that the core element has a maximum material density. This is intended to generate maximum impact energy during later use in the impact mechanism by a correspondingly increased component weight.
  • the core element has the undercut contour mentioned above, which is filled with the material of the plastically formed casing element by the forming process. This means that at the moment of the impact, the casing element cannot be axially displaced relative to the core element.
  • the joining zone also has the function of force transmission in the axial and/or radial direction.
  • the casing element is made of a metal that has favorable forming properties. This ensures that the casing surface, which also functions as a sealing surface in the pneumatic impact mechanism, can be produced as a so-called net shape, i.e. as a ready-to-install surface, through the forming process. This eliminates the need for costly post-processing processes such as grinding the surface.
  • the casing element can be made of 16MnCr5 carbon steel, for example. This steel material can also be hardened after forming, if necessary. However, the hardening distortion of the functional surfaces mentioned must be taken into account.
  • the casing element which in this embodiment geometrically describes a cylindrical sleeve shape, can be prefabricated by forming. Because the core element protrudes from the front of the casing element, the latter is not part of the impact surfaces of the impact mechanism body.
  • its casing element is cylindrical and pot-shaped, with the core element enclosed by it protruding from it to form the first end face and the base surface of the casing element to form the second end face, both of which are firmly connected to one another by the forming joining.
  • at least one of the end faces consists of the material of the pot-shaped casing element.
  • one end face of the percussion mechanism body consists of the casing element material and the other end face of the percussion mechanism body consists of the core element material.
  • the casing element encloses the core element on all sides or at least largely on all sides.
  • the casing element is cylindrically pot-shaped, with the core element being enclosed by it in such a way that it is designed to be axially movable relative to the casing element, forming a piston-cylinder arrangement.
  • a protruding part of the core element acts as the first end face of the impact mechanism body, whereas the bottom surface of the casing element forms the second end face of the impact mechanism body.
  • the two components in the fourth embodiment can be moved relative to one another in the axial direction. This function serves the purpose of further minimizing the impact behavior of the impact mechanism body in the event of an impact.
  • an anti-twisting device which at least limits and in particular completely prevents the possibility of the core element being rotated relative to the casing element.
  • the anti-twisting device can be achieved in particular by appropriately shaping the core element relative to the casing element, with the core element in particular not being designed to be rotationally symmetrical for this purpose.
  • a hybrid impact mechanism body of the embodiments described above is preferably used in the context of a pneumatic impact mechanism for an electric hand tool, which also has an impact mechanism cylinder, a so-called striker for axially impacting a tool, and an impact mechanism piston, which is designed as an impact mechanism body according to one of the preceding claims.
  • the impact mechanism piston is part of a known drive-side crank drive.
  • Fig. 1 is a schematic flow chart of the method according to the invention for producing a hybrid impact mechanism body
  • Fig. 2 is a schematic representation of an impact mechanism of an electric hand tool with a hybrid impact mechanism body designed according to the invention
  • Fig. 3 a first embodiment of a hybrid impact mechanism body
  • Fig. 4 a second embodiment of a hybrid impact mechanism body
  • Fig. 5 a third embodiment of a hybrid impact mechanism body
  • Fig. 6 shows a fourth embodiment of a hybrid impact mechanism body.
  • a manufacturing method for a hybrid impact mechanism body is based on the provision (I) of a core element blank 2' inserted into a sleeve-shaped jacket element blank 3', both of which consist of a steel material of different hardness. While the cylindrical core element blank 2' consists of a hard metal, the jacket element blank 3' is preformed from an extrudable carbon steel.
  • a hybrid impact mechanism body 1 produced in this way is provided for the pneumatic impact mechanism of an electric hand tool shown here, which is slidably and dynamically sealed into an impact mechanism cylinder 4
  • the impact mechanism body 1 is used to apply axial impact to a tool 5, which here is intended to represent an impact chisel.
  • a rotating drive movement is converted by the crank drive 7 into an alternating back and forth movement of the excitation piston 6, which passes the movement on to the impact mechanism body 1 via a pneumatic transmission path for the dampened impact application of the tool 5.
  • the positively locking, captive connection between the core element 2 and the casing element 3 is produced by creating an undercut contour 9 on the core element 2 within an axial joining zone 8 in the manner of a constriction of the otherwise cylindrical core element 2, which is filled by the material of the casing element 3 after the bulk forming.
  • the casing element 3 is cylindrically sleeve-shaped and has a smaller axial length than the core element 2 enclosed by it. The end faces 10 and 11 on both sides are thus formed by the core element 2.
  • the casing element 3 encloses the kernel element 2 on all sides.
  • the two end faces 10 and 11 are formed by the casing element 3.
  • the casing element 3 is also cylindrically pot-shaped.
  • the kernel element 2 is enclosed by this in such a way that it forms a piston-cylinder arrangement and axially movable relative to the casing element 3.
  • the axial joining zone 8 is essentially formed by the piston cover section of the casing element 3, which is penetrated in an axially movable manner by a piston rod section of the core element 2. This results in axial adjustability on both sides in the direction of the path SH in order to minimize a follow-up effect.
  • the hybrid impact mechanism body is composed of more than three components. It should also be noted that the forming joining of the casing element 3 to the core element 2 can be verified in cross-section using flow lines on the component. The forming can be implemented as a combination of standardized solid forming processes in accordance with DIN 8583.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hybriden Schlagwerkskörpers (1) für ein Schlagwerk eines Elektrohandwerkzeugs, welcher aus zumindest einem Kernelement (2) sowie einem diesen zumindest teilweise umgebenden Mantelelement (3) zusammengesetzt wird, umfassen die folgenden Fertigungsschritte: Bereitstellen eines in einen Mantelelement-Rohling (3') eingelegten Kernelement-Rohlings (2'), wobei zumindest eines der beiden Bauteile aus einem Stahlmaterial besteht; Massivumformen des Mantelelement-Rohlings (3') mit dem Kernelement-Rohling (2') mittels eines zumindest einstufigen Verbundfließpressens, derart, dass das Kernelement (2) formschlüssig unverlierbar mit dem umgebenen Mantelelement (3) verbunden wird.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES HYBRIDEN SCHLAGWERKSKÖRPERS FÜR EIN ELEKTROHANDWERKZEUG
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hybriden Schlagwerkskörpers für ein Schlagwerk eines Elektrohandwerkzeugs, welcher aus zumindest einem Kernelement sowie einem diesen zumindest teilweise umgebenden Mantelelement zusammengesetzt wird. Außerdem betrifft die Erfindung auch mehrere Ausführungsformen von hybriden Schlagwerkskörpern, die mit einem solchen Verfahren herstellbar sind, sowie ein pneumatisches Schlagwerk für ein Elektrohandwerkzeug, umfassend einen erfindungsgegenständlichen hybriden Schlagwerkskörper und ein Elektrohandwerkzeug selbst.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Bohrhämmer und Schlaghämmer. Die Elektrohandwerkzeuge der hier interessierenden Art sind in der Lage, mit geeigneter Wiederholrate einen Impulsstoß auf ein Werkzeug, wie insbesondere einem Schlagbohrer oder Meißel, zu übertragen. Dazu wird das Schlagwerk mit einem elektromotorischen Antrieb betrieben, der beschleunigend auf einen beweglichen Schlagwerkkörper, wie beispielsweise einen Schläger oder Schlagbolzen, eines an sich bekannten Schlagwerks einwirkt. Der Antrieb des Schlagwerks kann beispielsweise mit einem auf einem Antriebsrad gelagerten Exzenterrad gebildet sein, das einen Kolben nach Art eines Kurbeltriebs zu einer Hubbewegung veranlasst, welcher dann, beispielsweise pneumatisch, den Schläger zu einer hin- und her-Bewegung antreibt und dies wiederum den Schlagbolzen anregt. Ein Impulsstoß wird also vom unmittelbar angetriebenen Schläger des Schlagwerks zunächst auf den Schlagbolzen und dann vom Schlagbolzen auf den Werkzeugschaft des Werkzeugs übertragen. Der Schlagwerkskörper weist gewöhnlich eine Seitenfläche und eine Anschlagfläche auf. Regelmäßig wird der Impulsstoß des Schlagwerkskörpers an der Anschlagseite auf ein impulsaufnehmendes Bauteil übertragen. Das impulsaufnehmende Bauteil ist dabei das Werkzeug des Elektrohandwerkzeugs, das den Impulsstoß an einer Stirnfläche des Werkzeugs aufnimmt. Impulsübertragende Anschlagflächen dienen vor allem zur Impulsübertragung zwischen Schlagwerkskörpern innerhalb des Schlagwerks, also beispielsweise einem Schläger und einem Schlagbolzen. Schlagwerksteile des Schlagwerks haben, insbesondere an einer Anschlagfläche und/oder Seitenfläche, vergleichsweise hohen Belastungen standzuhalten.
Stand der Technik
Gemäß dem allgemein bekannten Stand der Technik besteht ein Schlagwerkskörper gewöhnlich aus einem Einsatz- oder Vergütungsstahl, der beispielsweise als Ganzes mittels Einsatzhärten, Vergüten oder dergleichen wärmebehandelt ist und als solcher einstückig über den gesamten Schlagwerkskörper reichende identische Materialeigenschaften aufweist, insbesondere auch an der Anschlagfläche und Seitenfläche. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Schlagwerkskörper in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlichen Beanspruchungen ausgesetzt ist, die unterschiedliche Anforderungen an das Material stellen.
Die Anforderungen sind mit zunehmender Energiedichte in einem Schlagwerk umso gravierender, also mit zunehmendem Verhältnis von Energieeintrag zu Bauteilgröße eines Schlagwerkskörpers, und können bei Undefinierten Energiesteuerungen ein so genanntes Nachschlagen des einstückigen Schlagwerkskörpers bewirken.
Maßgeblich ist der durch den aus Geschwindigkeit und bewegter Masse sich ergebende zu übertragende Impuls eines Schlagwerkskörpers in Relation zur Widerstandsfähigkeit des Materials des Schlagwerkskörpers, insbesondere an dessen Anschlagfläche und/oder Seitenfläche.
Zudem bedeuten größere Schlagmassen eines Schlagwerkskörpers immer auch einen größeren Bauraum des Schlagwerks hinsichtlich Durchmesser und Länge innerhalb des Elektrohandwerkzeugs, was zu größeren und gegebenenfalls überproportional schweren Maschinen führt.
Die JP 10169385 A offenbart eine technische Lösung, bei der die Energiedichte in einem Schlagwerk durch Erhöhung der spezifischen Dichte eines Schlagwerkskörpers erhöht wird. Selbst bei Einsatz von sehr hochwertigen Materialien und konventionellen Wärmebehandlungsverfahren für einen Schlagwerkskörper lassen sich bei erhöhten Energiedichten übermäßige Beanspruchungen und frühzeitigere Materialermündungen letztlich nicht mehr vermeiden und eine wirtschaftliche Fertigung ist hierbei nicht mehr erreichbar.
Aus der JP 2006 123025 A sind technische Maßnahmen bekannt, eine Schlagwerkskörpermasse mittels unterschiedlicher Materialdichten einzustellen. Jedoch sind diese Maßnahmen nicht ausreichend, da zum einen nur eine unzureichende Verbindung unterschiedlicher Schlagwerksteilmassen erreicht werden kann. Zum anderen erweisen sich in jedem Fall die am meisten beanspruchten Bereiche eines Schlagwerkskörpers, nämlich Anschlagflächen und Seitenflächen, als nicht ausreichend widerstandsfähig.
Aus beispielsweise der JP 8197458 A und der DE 103 044 07 A1 sind unterschiedliche hybride Schlagwerkskörper mit Hohlräumen als Mantelelemente bekannt, die mit plastischen Materialien oder Einzelteilchen als Kernelemente befüllt, dämpfend auf die Bewegung des Schlagwerkskörpers wirken. Dabei soll dem Nachschlagen entgegengewirkt werden. Die serielle Fertigung erweist sich jedoch technologisch als recht aufwändig.
Durch im Stand der Technik bekannte Maßnahmen ist es also bislang nicht möglich, negative Effekte wie das Nachschlagen oder die Generierung von zu hohen Zugspannungen in einem Einsatzwerkzeug sowie unzureichende Schlagenergie bei kleinen Handwerksgeräten zu eliminieren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schlagwerkskörper für ein Schlagwerk einer Elektrohandwerkzeugmaschine dahingehend weiter zu verbessern, dass dieser in einfacher Weise herstellbar wirksam ein Nachschlagen vermeidet und dafür hinreichend stabil, kompaktbauend und schwer ausgebildet ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Herstellungsverfahrens durch Anspruch 1 gelöst. Verschiedene Ausführungsformen eines hierdurch hergestellten Schlagwerkskörpers sind in den Ansprüchen 6 bis 10 angegeben. Während Anspruch 11 auf ein pneumatisches Schlagwerk mit einem erfindungsgemäßen Schlagwerkskörper abzielt, ist der Anspruch 12 auf ein Elektrohandwerkzeug mit einem solchen pneumatischen Schlagwerk gerichtet. Die verbleibenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass zur Herstellung eines hybriden Schlagwerkskörpers für ein Schlagwerk eines Elektrohandwerkzeugs, welcher aus zumindest einem Kernelement sowie einem diesen zumindest teilweise umgebenden Mantelelement zusammengesetzt wird, die folgenden Fertigungsschritte ausgeführt werden:
Bereitstellen eines in einem Mantelelement-Rohling eingelegten Kernelement- Rohlings, wobei zumindest eines der beiden Bauteile aus einem Stahlmaterial besteht.
Massivumformen des Mantelelement-Rohlings gemeinsam mit dem Kernelement-Rohling mittels eines zumindest einstufigen Verbundfließpressens, derart, dass das Kernelement formschlüssig und unverlierbar mit dem umgebenden Mantelelement verbunden wird.
Die erfindungsgemäße Lösung macht also sich die Technologie der Massivumformung zunutze, um den erfindungsgemäßen hybriden Schlagwerkskörper herzustellen. Normalerweise wird das Massivumformen im Zuge des so genannten massiven Leichtbaus in der Automobilindustrie angewendet, um Bauteile entweder konstruktiv oder durch die Verbindung mehrerer Werkstoffe sowie deren anschließendem gemeinsamen Umformen in der Gewichtsmasse zu reduzieren. Ein Beispiel ist dabei die Gewichtsreduzierung einer Getriebewelle durch ein Verbundfließpressen als Unterkategorie des Massivumformens. Die Welle besteht dabei meist aus einem Leichtmetallkern, der von einem Edelstahl-Mantel umgeben ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch dieser Grundsatz des massiven Leichtbaus umgedreht und es wird die Gewichtsmasse eines Schlagwerkskörpers erhöht sowie weitere statische und dynamische Anforderungen optimiert.
Der Vorteil der erfindungsgemäß umformtechnischen Lösung besteht insbesondere darin, dass eine Wärmebehandlung und mechanische Fertigbearbeitung des Bauteils vollkommen entfallen können. Der erfindungsgemäß hergestellte hybride Schlagwerkskörper weist eine höhere Schlagenergie als konventionelle Schlagwerkskörper auf, so dass ein hiermit ausgestattetes Schlagwerk bei gleichem Bauraum mehr Schlagleistung erbringen kann oder ein Schlagwerk bei kleinerem Bauraum die gleiche Schlagleistung erbringen kann. Der erfindungsgemäß hergestellte hybride Schlagwerkskörper verursacht einen geringeren Nachschlageffekt als konventionelle einstückige Schlagwerkskörper.
Die formschlüssig unverlierbare Verbindung zwischen Kernelement und Mantelkörper des hybriden Schlagwerkskörpers wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass am Kernelement innerhalb einer axialen Fügezone eine Hinterschnittkontur erzeugt wird, welche zumindest teilweise von Material des Mantelelements ausgefüllt wird. Als Hinterschnittkontur eignet sich beispielsweise eine Einschnürung oder mindestens ein Absatz an einem vorzugsweise rotationssymmetrischen Kernelement.
Zusätzlich oder alternativ kann am Kernelement und/oder dem hiermit korrespondierend am Mantelelement im Bereich der axialen Fügezone eine lokal erhöhte Oberflächenrauigkeit erzeugt werden, welche höher ist als die Oberflächenrauigkeit an übrigen Oberflächenbereichen der zu fügenden Bauteile. Eine solche Oberflächenrauigkeit kann mittels mechanischer oder chemischer Verfahren, beispielsweise durch chemisches Ätzen, mechanisches Rändeln und dergleichen erzeugt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das Kernelement als auch das Mantelelement aus einem Stahlmaterial hergestellt, wobei das Kernelement vorzugsweise aus einem Hartmetallmaterial besteht, um hiermit dem Schlagwerkskörper eine hohe Material- und damit Energiedichte zu verleihen. Demgegenüber besteht das Mantelelement vorzugsweise aus einem herkömmlichen Kohlenstoffstahl, der eine höhere Zähigkeit als ein Hartmetall aufweist, um geeignete Seiten- und Anschlagflächen des Schlagwerkskörpers zu gewährleisten.
Im Ausgangszustand kann der Mantelelement-Rohling umformtechnisch topf- oder zylinderförmig vorgeformt sein. Der hierdurch gebildete Innenraum ist vorzugsweise zylindrisch, um das korrespondierend vorzugsweise ebenfalls zylindrische Kernelement hierin zumindest teilweise vor dem Massivumformen aufzunehmen. Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass der Mantelelement-Rohling sowohl innenseitig nicht zylindrisch bzw. nicht achsensymmetrisch vorgeformt ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine polygone Form oder dergleichen vorgesehen ist bzw. Ein Querschnitt vieleckig, beispielsweise rechteckig oder mehrere Rundungen mit beispielsweise verschiedenen Radien aufweist.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird durch das Massivumformen ein hybrider Schlagwerkskörper hergestellt, dessen Mantelelement zylindrisch hülsenförmig ausgebildet ist, wobei dessen axiale Länge kleiner ist als die axiale Länge des hiervon umschlossenen Kernelements, so dass vom Kernelement beidseitige Stirnflächen gebildet sind. Hierdurch wird ein durchgehendes Kernelement geschaffen und beide metallischen Bauteile werden durch das umformtechnische Fügen per Verbundfließpressen formschlüssig verbunden. Die Werkstoffe von Kernelement und Mantelelement sind dabei so gewählt, dass das Kernelement eine maximal hohe Materialdichte aufweist. Dadurch soll beim späteren Einsatz im Schlagwerk eine maximale Schlagenergie durch ein entsprechend erhöhtes Bauteilgewicht erzeugt werden. Das Kernelement besitzt die vorstehend erwähnte Hinterschnittkontur, welche durch das umformtechnische Fügen mit dem Werkstoff des plastisch umgeformten Mantelelements gefüllt wird. Damit kann im Moment der Schlagwirkung das Mantelelement nicht axial bezüglich des Kernelements verschoben werden. Die Fügezone besitzt hinsichtlich einer Funktionsintegration also auch die Funktion einer Kraftübertragung in Axialrichtung und/oder Radialrichtung.
Das Mantelelement besteht demgegenüber aus einem Metall, welches günstige umformtechnische Eigenschaften besitzt. Hierbei wird sichergestellt, dass die Manteloberfläche, die u. a. auch als Dichtungsfläche im pneumatischen Schlagwerk fungiert, durch den Umformprozess als so genanntes net-shape, also als einbaufertige Oberfläche, hergestellt werden kann. Hierdurch entfallen aufwandstreibende Nachbearbeitungsprozesse, wie ein Schleifen der Oberfläche. Das Mantelelement kann beispielsweise aus dem Kohlenstoffstahl 16MnCr5 bestehen. Dieses Stahlmaterial kann ferner nach einer Umformung gehärtet werden, falls erforderlich. Ein Vorhalten des Härteverzugs von erwähnten Funktionsflächen muss dabei allerdings berücksichtigt werden. Das Mantelelement, welches bei dieser Ausführungsform geometrisch eine zylindrische Hülsenform beschreibt, kann per Umformen vorgefertigt werden. Durch das stirnseitige Hervorstehen des Kernelements vor dem Mantelelement, ist Letzteres nicht Bestandteil der Aufschlagsflächen des Schlagwerkskörpers.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten hybriden Schlagwerkskörpers ist dessen Mantelelement zylindrisch topfförmig ausgebildet, wobei das hiervon umschlossene Kernelement hieraus hervorstehend die erste Stirnseite bildet und die Bodenfläche des Mantelelements die zweite Stirnseite bildet, welche beide durch das umformtechnische Fügen miteinander fest verbunden werden. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht hier zumindest eine der Stirnflächen aus dem Werkstoff des topfförmigen Mantelelements. Vorzugsweise besteht die eine Stirnfläche des Schlagwerkskörpers also aus dem Mantelelement-Material und die andere Stirnfläche des Schlagwerkskörpers besteht aus dem Kernelement-Material.
Alternativ hierzu ist es gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform auch denkbar, beide Stirnflächen des Schlagwerkskörpers durch das Mantelelement-Material auszubilden. Hierfür umschließt das Mantelelement das Kernelement allseitig oder zumindest größtenteils allseitig. Gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten hybriden Schlagwerkskörpers ist das Mantelelement zylindrisch topfförmig ausgebildet, wobei das Kernelement hiervon derart umschlossen ist, dass dieses eine Kolben-Zylinder-Anordnung bildend axial bewegbar relativ zum Mantelelement ausgeführt ist. Dabei fungiert ein hervorstehender Teil des Kernelements als erste Stirnseite des Schlagwerkskörpers, wohingegen die Bodenfläche des Mantelelements die zweite Stirnseite des Schlagwerkskörpers bildet. Im Unterschied zu den vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen eines hybriden Schlagwerkskörpers sind die beiden Bauteile bei der vierten Ausführungsform relativ zueinander in Axialrichtung verschiebbar. Diese Funktion erfüllt den Zweck, bei einem Auftreffschlag das Nachschlagverhalten des Schlagwerkskörpers weiter zu minimieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten hybriden Schlagwerkskörpers ist eine Verdrehsicherung vorgesehen, welche eine Verdrehmöglichkeit des Kernelements gegenüber dem Mantelelement zumindest einschränkt und insbesondere vollständig unterbindet. Die Verdrehsicherung kann insbesondere durch eine entsprechende Formgebung des Kernelements gegenüber dem Mantelelement erzielt sein, wobei das Kernelement hierzu insbesondere nicht rotationssymmetrisch ausgeführt ist.
Ein hybrider Schlagwerkskörper der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kommt vorzugsweise im Rahmen eines pneumatischen Schlagwerks für ein Elektrohandwerkzeug zur Anwendung, welches außerdem einen Schlagwerkszylinder, einen so genannten Döpper zur axialen Stoßbeaufschlagung eines Werkzeugs sowie einen Schlagwerkskolben aufweist, der als Schlagwerkskörper nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist. Der Schlagwerkskolben ist dabei Bestandteil eines an sich bekannten antriebsseitigen Kurbeltriebs.
Detailbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines hybriden Schlagwerkskörpers,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schlagwerks eines Elektrohandwerkzeugs mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten hybriden Schlagwerkskörper,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines hybriden Schlagwerkskörpers,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines hybriden Schlagwerkskörpers,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines hybriden Schlagwerkskörpers, und
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines hybriden Schlagwerkskörpers.
Gemäß Fig. 1 geht ein Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen hybriden Schlagwerkskörper aus von dem Bereitstellen (I) eines in einem hier hülsenförmigen Mantelelement-Rohling 3‘ eingelegten Kernelelement-Rohlings 2‘, die beide aus einem Stahlmaterial unterschiedlicher Härte bestehen. Während der zylindrische Kernelement- Rohling 2‘ aus einem Hartmetall besteht, ist der Mantelelement-Rohling 3‘ aus einem fließpressfähigen Kohlenstoffstahl vorgeformt.
Anschließend erfolgt ein Massivumformen (II) des Mantelelement-Rohlings 3‘ mit dem Kernelement-Rohling 2‘ mittels Verbundfließpressen in einem geeigneten Umformwerkzeug, das sicherstellt, dass das hieraus entstehende Kernelement 2 formschlüssig unverlierbar mit dem umgebenden Mantelelement 3 verbunden wird.
Gemäß Fig. 2 ist ein derartig hergestellter hybrider Schlagwerkskörper 1 für das hier dargestellte pneumatische Schlagwerk eines Elektrohandwerkzeugs vorgesehen, welches verschiebbar und dynamisch dichtend in einen Schlagwerkszylinder 4 angeordnet ist. Der Schlagwerkskörper 1 dient einer axialen Stoßbeaufschlagung eines Werkzeugs 5, der hier ein Schlagmeißel darstellen soll.
Gegenüberliegend ist ein ebenfalls dynamisch dichtend axial bewegbar im Schlagwerkszylinder 4 angeordneter Erregerkolben 6 über einen Kurbeltrieb 7 axial hin- und her-bewegbar. Somit wird vom Kurbeltrieb 7 eine rotierende Antriebsbewegung in einer alternierenden hin- und her-Bewegung des Erregerkolbens 6 umgesetzt, der per pneumatischer Übertragungsstrecke die Bewegung an den Schlagwerkskörper 1 zur gedämpften Stoßbeaufschlagung des Werkzeugs 5 weitergibt.
Nach Fig. 3 wird gemäß der ersten Ausführungsform die formschlüssig unverlierbare Verbindung zwischen dem Kernelement 2 und dem Mantelelement 3 dadurch hergestellt, dass am Kernelement 2 innerhalb einer axialen Fügezone 8 eine Hinterschnittkontur 9 nach Art einer Einschnürung des ansonsten zylindrischen Kernelements 2 erzeugt wird, welche vom Material des Mantelelements 3 nach dem Massivumformen ausgefüllt ist. Das Mantelelement 3 ist zylindrisch hülsenförmig ausgebildet und besitzt eine kleinere axiale Länge als das hiervon umschlossene Kernelement 2. Somit werden die beidseitigen Stirnflächen 10 und 11 vom Kernelement 2 gebildet.
Gemäß Fig. 4 unterscheidet sich die zweite Ausführungsform eines hybriden Schlagwerkskörper von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dahingehend, dass das Mantelelement 3 zylindrisch topfförmig ausgebildet ist. Das hiervon umschlossene Kernelement 2 steht die erste Stirnfläche 10 bildend hieraus hervor. Dagegen bildet die Bodenfläche des Mantelelements 3 die zweite Stirnfläche 11 .
Bei der in Fig. 5 illustrierten dritten Ausführungsform eines Schlagwerkskörpers umschließt das Mantelelement 3 das Kernelelement 2 allseitig. Hierdurch werden die beiden Stirnflächen 10 und 11 vom Mantelelement 3 gebildet.
Nach Fig. 6 ist bei der vierten Ausführungsform eines Schlagwerkskörpers das Mantelelement 3 ebenfalls zylindrisch topfförmig ausgebildet. Das Kernelelement 2 ist hiervon derart umschlossen, dass dieses eine Kolben-Zylinder-Anordnung bildet und axial bewegbar relativ zum Mantelelement 3 ausgeführt ist. Die axiale Fügezone 8 wird hierbei im Wesentlichen vom Kolbendeckelabschnitt des Mantelelements 3 gebildet, der axial bewegbar von einem Kolbenstangenabschnitt des Kernelements 2 durchdrungen wird. Es ergibt sich eine axial beidseitige Verstellbarkeit in Richtung des Weges SH zur Minimierung eines Nachschlageffekts.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass der hybride Schlagwerkskörper aus mehr als drei Bestandteilen zusammengesetzt ist. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das umformtechnische Fügen von Mantelelement 3 auf Kernelement 2 im Querschnitt anhand von Fließlinien am Bauteil nachweisbar ist. Das Umformen kann als eine Kombination von standardisierten Massivumformverfahren gemäß DIN 8583 realisiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Schlagwerkskörper
2 Kernelement 2‘ Kernelement-Rohling
3 Mantelelement
3’ Mantelelement-Rohling
4 Schlagwerkszylinder
5 Werkzeug 6 Erregerkolben
7 Kurbeltrieb
8 Fügezone
9 Hinterschnittkontur
10 erste Stirnfläche 11 zweite Stirnfläche
SH Hubweg

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines hybriden Schlagwerkskörpers (1) für ein Schlagwerk eines Elektrohandwerkzeugs, welcher aus zumindest einem Kernelement (2) sowie einem diesen zumindest teilweise umgebenden Mantelelement (3) zusammengesetzt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Fertigungsschritte:
Bereitstellen eines in einen Mantelelement-Rohling (3‘) eingelegten Kernelement-Rohlings (2‘) , wobei zumindest eines der beiden Bauteile aus einem Stahlmaterial besteht;
Massivumformen des Mantelelement-Rohlings (3‘) mit dem Kernelement- Rohling (2‘) mittels eines zumindest einstufigen Verbundfließpressens, derart, dass das Kernelement (2) formschlüssig unverlierbar mit dem umgebenen Mantelelement (3) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssig unverlierbare Verbindung zwischen Kernelement (2) und Mantelelement (3) dadurch hergestellt wird, dass am Kernelement (2) innerhalb einer axialen Fügezone (8) eine Hinterschnittkontur (9) erzeugt wird, welche zumindest teilweise von Material des Mantelelements (3) ausgefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Kernelement (2) und/oder dem hiermit korrespondierend am Mantelelement (3) innerhalb einer axialen Fügezone (8) eine lokal erhöhte Oberflächenrauheit erzeugt wird, welche höher ist als die Oberflächenrauheit an übrigen Oberflächenbereichen der zu fügenden Bauteile.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Kernelement (2) als auch das Mantelelement (3) aus einem jeweils anderen Stahlmaterial hergestellt werden, wobei das vorzugsweise aus einem Hartmetallmaterial bestehende Kernelement (2) eine höhere Materialdichte aufweist als das Mantelelement (3).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelelement-Rohling (3‘) aus einem vorzugsweise einem Kohlenstoffstahl bestehenden Metallmaterial hergestellt wird, das umformtechnisch topf- oder zylinderförmig vorgeformt wird.
6. Hybrider Schlagwerkskörper, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (3) zylindrisch hülsenförmig ausgebildet ist, wobei dessen axiale Länge kleiner ist als die axiale Länge des hiervon umschlossenen Kernelements (2), so dass vom Kernelement (2) beidseitige Stirnflächen (10, 11) gebildet sind.
7. Hybrider Schlagwerkskörper, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (3) zylindrisch topfförmig ausgebildet ist, wobei das hiervon umschlossene Kernelement (2) hieraus hervorstehend die erste Stirnfläche (10) bildet und die Bodenfläche des Mantelelements (3) die zweite Stirnfläche (11) bildet.
8. Hybrider Schlagwerkskörper, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (3) das Kernelement (2) allseitig umschließt, so dass die beidseitigen Stirnflächen (10, 11) vom Mantelelement (3) gebildet sind.
9. Hybrider Schlagwerkskörper, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelelement (3) zylindrisch topfförmig ausgebildet ist, wobei das Kernelements (2) hiervon derart umschlossen ist, dass dieses eine Kolben-Zylinder-Anordnung bildend axial bewegbar relativ zum Mantelelement (3) ausgeführt ist, wobei ein hervorstehender Teil des Kernelements (2) die erste Stirnseite (10) bildet und die Bodenfläche des Mantelelements (3) die zweite Stirnfläche (11) bildet.
10. Hybrider Schlagwerkskörper nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, welche eine Verdrehmöglichkeit des Kernelements (2) gegenüber dem Mantelelement (3) zumindest einschränkt und insbesondere unterbindet.
11. Pneumatisches Schlagwerk für ein Elektrohandwerkzeug, umfassend einen Schlagwerkzylinder (4) mit einem von einem Kurbeltrieb (7) angetriebenen Erregerkolben (6) sowie einen axial gegenüberliegenden Schlagwerkskolben (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur axialen Stoßbeaufschlagung eines Werkzeugs (5).
12. Elektrohandwerkzeug, insbesondere Bohr- oder Schlaghammer, mit einem pneumatischen Schlagwerk nach Anspruch 10.
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