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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeughaltevorrichtung nach der Gattung
des unabhängigen Anspruchs.
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Aus
DE 29 27 185 ist beispielsweise
eine als ein Bohrfutter ausgeführte Werkzeughaltevorrichtung bekannt.
Dieses Bohrfutter weist dabei einen einseitig geöffneten,
sich zylindrisch entlang einer Raumachse hin erstreckenden Aufnahmeraum
auf, welcher in einem als Grundkörper ausgebildeten Aufnahmekörper
vorgesehen ist. Im Aufnahmekörper sind weiters winklig
zur Raumachse verlaufende Bohrungen vorgesehen, in welchen als Spannbacken
ausgebildete Spannelemente verschiebbar angeordnet sind. Dabei wird
unter winklig verlaufend insbesondere eine Orientierung der Bohrung
größer 0° und kleiner 90° zur
Raumachse verstanden. Eine radiale Außenfläche
der Spannbacken ist dabei als eine Zahnstange ausgebildet. Um den
Aufnahmekörper ist weiters ein als Gewindering ausgebildetes Übertragungselement
vorgesehen, welches gegenüber dem Aufnahmekörper
drehbar gelagert ist. Dabei ist an einer inneren Mantelfläche
des Gewinderings eine Zahnung vorgesehen, welche mit der Zahnstange
der Spannbacken derart zusammenwirkt, dass eine Drehbewegung des
Gewinderings im Wesentlichen zu einer axialen Verschiebung der Spannbacken
führt. Je nach Orientierung der Drehbewegung des Gewinderings
lassen sich so die Spannbacken relativ zum Aufnahmeraum verfahren.
Wird in einem geöffneten Zustand der Spannbacken ein Bohrwerkzeug
in den Aufnahmeraum eingesetzt, so kann durch Schließen
der Spannbacken dieses in der Aufnahme verspannt werden. Nach
DE 29 27 185 wird dabei
der Gewindering über einen separat erforderlichen Spannschlüssel
in Bewegung versetzt.
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Daneben
sind weiters Bohrfutter bekannt, welche ohne einen zusätzlichen
Spannschlüssel eine Verstellung der Spannbacken ermöglichen.
Derartige Bohrfutter werden in der Regel als Schnellspannfutter
bezeichnet. So ist unter anderem aus
DE
198 29 251 ein Bohrfutter bekannt, bei welchem eine zusätzliche
Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist, über welche
das als Gewindering ausgebildete Übertragungselement in
Bewegung versetzt werden kann. Auch hierbei wird über eine
innen liegende Verzahnung des Gewinderings die Drehbewegung des
Gewindering auf die Zahnstange an den Spannbacken übertragen,
sodass diese axial verfahren werden können.
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Gemeinsam
ist den bekannten Werkzeughaltevorrichtungen dabei eine Wirklänge
DW zwischen der Zahnung des Gewinderings und den Zahnungen der Spannbacken.
Unter der Wirklänge DW wird dabei insbesondere eine axiale,
sich im wesentlichen entlang einer Längserstreckung der
Zahnung der Spannbacken erstreckende Länge verstanden, über
welche die einzelnen Zähne oder Windungen des Gewinderings
mit der Zahnung der Spannbacken in Eingriff stehen. Im lastfreien
Zustand ist diese Wirklänge dabei insbesondere durch eine
axiale Länge der Zahnung des Gewinderings bestimmt. Wird nun
beispielsweise durch das Einklemmen oder Verspannen eines Werkzeugs
im Aufnahmeraum eine Last auf die Spannbacken und damit die Verzahnung aufgebracht,
so verteilt sich die Last ungleichmäßig auf die
einzelnen Zähne bzw. Windungen. Insbesondere ist ein Lastanteil
des ersten, am nächsten zum Aufnahmeraum hin gelegenen
Zahns bzw. Windung gegenüber den restlichen Zähnen
bzw. Windungen signifikant überhöht. Der Lastanteil
der nachfolgenden Zähne bzw. Windungen nimmt in fortlaufender Folge
mit der Anzahl der davorliegenden Zähne bzw. Windungen
ab. Eine effektive Wirklänge DWe ist demnach gegenüber
der Wirklänge DW verkürzt. In besonderen Fällen
kann die Lastverteilung und insbesondere eine teilweise schräge
Krafteinleitung zu einer Auslenkbewegung des Übertragungselements führen,
so dass einzelne Zähne bzw. Windungen sogar den Kontakt
verlieren. Dadurch kann sich unter Last die effektive Wirklänge
DWe derart verkürzen, dass nur noch ein Bruchteil der vorhandenen
Windungen der Gewindering die gesamte Last aufnehmen muss. Dies
führt bei Werkzeughaltevorrichtungen nach dem Stand der
Technik gelegentlich zu Überlastungen und zu Brüchen
im Bereich des Übertragungselements.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Werkzeughaltevorrichtung mit
den Merkmalen des Hautpanspruchs hat den Vorteil, dass mindestens
ein Ausgleichsmittel an mindestens einem Übertragungselement
und/oder an mindestens einem Spannelement vorgesehen ist. Dabei
wird unter „an ... vorgesehen ist” insbesondere „an
... angeordnet”, „in ... angeordnet” und/oder „in
... aufgenommen„ verstanden. Vorteilhafterweise gleicht
das Ausgleichsmittel eine über die effektive Wirklänge
DWe zwischen jeweils einem der Antriebselemente und dem mit diesem
zusammenwirkenden Abtriebselement wirkende Lastverteilung im Wesentlichen
aus. Dabei wird unter dem „Ausgleichen einer Lastverteilung” insbesondere
eine über die Wirklänge DW möglichst
gleichmäßige Verteilung der beim Spannen eingebrachten
Last verstanden. Insbesondere gleicht das Ausgleichsmittel eine
Auslenkbewegung zwischen dem jeweiligen Antriebselement und dem
zugeordneten Abtriebselement derart aus, dass die Wirklänge
DW zwischen dem jeweiligen Antriebselement und dem zugeordneten
Abtriebselement im Wesentlichen konstant bleibt. Als weiteren Vorteil
ist dabei anzusehen, dass eine Auslenkbewegung, welche unter Last
auftreten könnte, durch das Ausgleichsmittel im Wesentlichen
vermieden wird, sodass die durch das Verspannen des Werkzeugs auftretende
Last gleichmäßig durch das Übertragungselement
aufgenommen werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
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In
einer vorteilhaften und zugleich kostengünstigen Ausführung
ist das Ausgleichsmittel als eine elastische Struktur im Übertragungselement und/oder
am Spannelement ausgebildet. Unter einer elastischen Struktur wird
dabei insbesondere eine Ausnehmung, eine Kerbenstruktur und/oder
eine Hohlraumstruktur verstanden, wodurch vorteilhafterweise ein
Material des Übertragungselements und/oder des Spannelements
im Bereich der elastischen Struktur wie ein Federelement wirkt.
Das Material ist dabei vorzugsweise ein Stahl oder Kunststoff, insbesondere
ein dauerelastischer Kunststoff.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Ausgleichsmittel
mindestens ein elastisches Element. Das elastische Element kann
dabei vorzugsweise ein Elastomer, ein gummielastisches Material und/oder
ein anderes elastisches Material sein.
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In
einer besonders leicht zu bedienenden Ausführung der erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung ist ein Betätigungselement vorgesehen, welches
zur Einleitung einer Betätigungsbewegung durch einen Benutzer
vorgesehen ist, wobei ein Verbindungsmittel vorgesehen ist, welches
die Betätigungsbewegung auf der Übertragungselement überträgt.
Vorteilhafterweise ist das Ausgleichsmittel zwischen dem Übertragungselement
und dem Betätigungselement und/oder dem Übertragungselement und
dem Verbindungsmittel vorgesehen.
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In
einer effektiven und zugleich kostengünstigen Ausführung
der erfindungsgemäßen Werkzeughaltevorrichtung
weist das mindestens eine Antriebselement jedes Spannelementes eine
Zahnung auf. Vorzugsweise wird das Antriebselement durch eine Zahnstange
oder eine Zahnschiene gebildet. Das Abtriebselement des Übertragungselements weist
dabei eine korrespondierende Zahnung auf.
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Durch
eine hülsenartige Struktur des Übertragungselementes
und einer nach innen gerichteten Anordnung der Zahnung wird der
Aufbau der Werkzeughaltevorrichtung weiter vereinfacht.
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Es
kann jedoch auch vorteilhaft sein, dass das Übertragungselement
mehrteilig ausgeführt ist. Dabei ist es vorzugsweise aus
zwei oder mehreren im Wesentlichen baugleichen Teilen aufgebaut.
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In
einer kostengünstigen Ausführung sind die Spannelemente
als Spannbacken ausgebildet. Insbesondere an den in den Aufnahmeraum
weisenden Enden der Spannelemente kann vorteilhafterweise eine im
Wesentlichen zur Raumachse hin parallele Spannfläche vorgesehen
sein. Dabei wird unter „zur Raumachse hin parallel” insbesondere
verstanden, dass die Spannfläche eine Haupterstreckung aufweist,
welche im Wesentlichen parallel zur Raumachse ausgerichtet ist.
Unter einer „Haupterstreckung” wird dabei insbesondere
eine größte Ausdehnung verstanden.
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Eine
besonders gleichmäßige Einspannung eines Werkzeugs
kann dadurch erreicht werden, dass die Spannflächen den
Aufnahmeraum teilweise umschließen.
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Mit
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Handwerkzeugmaschine,
insbesondere für zumindest drehend angetriebene Werkzeuge, welche
eine erfindungsgemäße Werkzeughaltevorrichtung
umfasst. Die Werkzeughaltevorrichtung ist dabei drehbar an einem
Gehäuse der Handwerkzeugmaschine angeordnet und durch eine
im Gehäuse aufgenommene Drehantriebsvorrichtung zum Drehantrieb
vorgesehen. Insbesondere werden unter diesen Handwerkzeugmaschinen
Schrauber, Schlagschrauber, Bohrmaschinen und/oder Schlagbohrmaschinen
verstanden.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Weiterentwicklungsmöglichkeiten ergeben sich
aus den Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in
den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert
sind. Es zeigen:
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1 eine
Handbohrmaschine mit einer Werkzeughaltevorrichtung,
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2 einen
Schnitt durch eine Werkzeughaltevorrichtung nach dem Stand der Technik,
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3 eine
vereinfachte Schemaansicht einer erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung,
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4a bis 4h ausschnittsweise
Schemaansichten von Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung,
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6a und 6b jeweils
eine Variante eines zusätzlichen Ausführungsbeispiels,
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7 eine
alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine schematische Ansicht einer Bohrmaschine 1 als Ausführungsbeispiel
einer Handwerkzeugmaschine, welche insbesondere zu einem drehenden
Antrieb eines Werkzeugs vorgesehen ist. Die Bohrmaschine 1 umfasst
dabei ein Gehäuse 2 und eine Werkzeughaltevorrichtung 10 zur
Aufnahme und Halterung eines Werkzeugs 3. Die Werkzeughaltevorrichtung 10 ist
dabei drehbar am Gehäuse 2 angeordnet. Im Gehäuse 2 ist
weiters eine Drehantriebsvorrichtung 4 vorgesehen, über
welche die Werkzeughaltevorrichtung 10 drehbar angetrieben werden
kann.
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2 zeigt
eine seitliche Schnittansicht einer Werkzeughaltevorrichtung 10 nach
dem Stand der Technik. Die Werkzeughaltevorrichtung 10 weist dabei
einen Aufnahmekörper 12 mit einem zu einer Stirnseite 14 des
Aufnahmekörpers 12 hin offenen Aufnahmeraum 16 auf.
Der Aufnahmeraum 16 erstreckt sich dabei insbesondere entlang
einer Raumachse 18, wobei der Aufnahmeraum vorzugsweise im
Wesentlichen zylindrisch um die Raumachse 18 ausgebildet
ist. Vorzugsweise bildet die Raumachse 18 dabei eine Drehachse 20 der
Werkzeughaltevorrichtung 10, um welche diese drehend angetrieben werden
kann. Im Aufnahmekörper 12 sind weiters unter
mindestens einem Winkel WN zur Raumachse 18 hin ausgerichtete
Bohrungen 22 vorgesehen, von welchen in 2 der Übersicht
halber nur eine dargestellt ist. An einer bevorzugten Ausführung
sind zwei, drei oder mehrere derartige Bohrungen 22 vorgesehen.
In jeder Bohrung 22 ist ein in Richtung der Bohrung verschiebbar
aufgenommenes Spannelement 24 vorgesehen. Im vorliegenden
Beispiel nach 2 sind die Spannelemente 24 als
Spannbacken 26 ausgebildet. Die Spannbacken 26 weisen
dabei an einem Ende, welches in den Aufnahmeraum 16 weist,
eine Spannfläche 28 auf. Die Spannfläche 28 erstreckt
sich dabei entlang einer Haupterstreckungsrichtung 29 im
Wesentlichen parallel zur Raumachse 18.
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An
einem hinteren, vom Aufnahmeraum 16 fortweisenden Teil 26a des
Spannbackens 26 ist auf einer vom Aufnahmeraum 16 abgewandten
Seite ein als eine Zahnschiene 30 ausgebildetes Antriebselement 32 vorgesehen.
Das Antriebselement 30, 32 kann dabei sowohl einteilig
mit dem Spannbacken 26 ausgeführt sein oder aber
als separates Bauteil mit dem Teil 26a des Spannbackens 26 verbunden
sein. Dabei kann es auch vorteilhaft sein, dass das Antriebselement 30, 32 im
Wesentlichen den hinteren Teil 26a des Spannbackens bildet.
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Die
Zahnschiene 30 wirkt mit einer Zahnung 34 zusammen,
welche auf einer Innenfläche 36 eines hülsenartigen Übertragungselements 38 vorgesehen ist.
Die Zahnung 34 wirkt dabei als ein Abtriebselement 35.
Das Übertragungselement 38 wirkt dabei im Wesentlichen
wie ein Gewindering 40. Eine Drehbewegung 42 des Übertragungselements 38, 40 wird über
die Zahnung 34 und die Zahnschiene 30 in eine Axialbewegung 44 des
jeweiligen Spannbackens 26 übertragen.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 2 ist weiters
ein Betätigungselement 46 vorgesehen, welches sich
im Wesentlichen hülsenartig um den Aufnahmekörper 12 und
das Übertragungselement 38 erstreckt. Wird nun
ein nicht gezeigtes Werkzeug 3 in den Aufnahmeraum 16 eingeführt,
so kann über eine entsprechende Betätigung des
Betätigungselements 46 das Übertragungselement 38 über
ein Verbindungsmittel 47 derart in eine Drehbewegung 42 versetzt
werden, dass die Spannbacken in Richtung auf den Innenraum 16 zu
bewegt werden. Im Beispiel nach 2 umfasst
das Verbindungsmittel 47 ein Zahnungspaar zwischen dem
Betätigungselement 46 und dem Übertragungselement 38.
Dem Fachmann sind hierzu die unterschiedlichsten Ausgestaltungen
eines geeigneten Verbindungsmittels bekannt, welche in ihrer Wirkung
jeweils das Übertragungselement 38 in wirkungsgemäße
Bewegung versetzen können. Kommen nun dabei die Spannflächen 28 der
Spannbacken 26 an einer Aussenwandung 3a des Werkzeugs 3 zum
Anliegen, so wird das Werkzeug 3 insbesondere kraftschlüssig
gegen eine weitere axiale Verschiebung verspannt.
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Beim
Verspannen der Spannbacken 26 kommt es dabei zu einem Lasteintrag
von der Zahnschiene 32 auf die Zahnung 34 des Übertragungselements 38.
Diese Last wird als Spannung über einzelne Zähne
der Zahnschiene 32 auf einzelne Windungen der Zahnung 34 übertragen.
Ungünstigerweise nimmt dabei eine auf den Aufnahmeraum 16 hin
erste Windung 48 den weitaus größten
Anteil dieser Spannungen auf. Dieser Effekt kann insbesondere dadurch
verstärkt sein, dass das Übertragungselement 38 durch
den Spannungseintrag und/oder andere Krafteinflüsse derart
verformt wird, dass sich eine effektive Wirklänge DWe der
Zahnung 34 zum Beispiel durch eine Auslenkbewegung gegenüber dem
Ruhezustand verändert, insbesondere verkleinert wird. Insbesondere
stellt sich bei einer Werkzeughaltevorrichtung nach dem Stand der
Technik eine über die Wirklänge DW ungleichmäßige
Lastverteilung ein.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es nun, wie in 3 dargestellt,
durch das Einbringen eines Ausgleichsmittels 150 die Lastverteilung über
die gesamte Wirklänge DW möglichst gleichmäßig
zu gestalten. Die Bezugszeichen gleicher oder gleichwirkender Merkmale
werden in der folgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung um 100 erhöht. In der in 3 dargestellten Ausführung
einer erfindungsgemäßen Werkzeughaltevorrichtung 100 ist
das Übertragungselement 138 in einem Übergangsbereich 152 zwischen
der Zahnung 134 und einem äußeren Zylinderbereich 154 eine
Struktur, insbesondere eine Kerbenstruktur 156 auf. Die
Kerbenstruktur 156 wirkt dabei als ein Ausgleichsmittel 150.
In einer bevorzugten Ausführung ist weiters in der Kerbenstruktur 156 ein
elastisches Element 158 aufgenommen. Das elastische Element 158 kann
dabei insbesondere ein Elastomer, ein gummiartiges oder ähnlichen
Material umfassen, insbesondere daraus bestehen. Während
eines Verspannvorganges kann durch das Ausgleichsmittel 150 die
Zahnung 134 derart gegenüber der Raumachse 118 verformt
werden, dass ein größerer Teil der Spannungen
an die der ersten Windung 148 anschließenden Windungen 148a übertragen
wird. Dadurch wird insgesamt ein gleichmäßigerer
Eintrag der Spannkräfte auf das Übertragungselement 138 erreicht.
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Die 4a bis 4h zeigen
weitere Ausführungsbeispiele eines oder mehrerer Ausgleichsmittele 150 an
unterschiedlichen Positionen des Übertragungselements 138 der
erfindungsgemäßen Werkzeughaltevorrichtung 100.
Während die Ausführungsvarianten der 4a bis 4f mehr
oder weniger in eine Struktur des Übertragungselements 38 eingreifen,
ist in den Ausführungsvarianten nach 4g und 4h das
Ausgleichsmittel 150 als ein mehrfaches Ausgleichsmittel
ausgeführt und an der Zahnung 134 selbst angeordnet.
Beide Ausführungen nach 4g und 4h führen
dabei zu einer von der ersten Zahnung 148 her im Wesentlichen
abnehmenden elastischen Verformbarkeit der einzelnen Zähne
der Zahnung 134.
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In
der Ausführungsform nach 5 wird das Ausgleichsmittel
in den Bereich der Zahnung 134 selbst integriert, insbesondere
bildet das Ausgleichsmittel 150 selbst die Zahnung 134 aus.
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Die
Ausführungsbeispiele nach 6a und 6b wiederum
kombinieren die Ausführungsform nach 5 mit
einer bereits aus den 4a bis 4f bekannten
Ausführungsform. Es kann dabei auch vorteilhaft sein, dass
das Übertragungselement 138 derart mehrteilig
ausgebildet ist, dass das Ausgleichsmittel 150 von mindestens
einem Grundelement 139 des Übertragungselements 138 separat ausgeführt
ist. Dabei sind in dem Ausgleichsmittel 150 und dem Grundelement 139 jeweils
mindestens eine Ausnehmung 162a, 162b vorgesehen.
In den Ausnehmungen 162a, 162b ist jeweils ein
Verbindungselement 164 angeordnet. In den Ausführungen nach 6a und 6b ist
das Verbindungselement 164 dabei als ein bevorzugter Verbindungsstift 166 ausgebildet.
Der Verbindungsstift 166 verbindet das Ausgleichsmittel 150 mit
dem Grundelement 139 über die Ausnehmungen 162a, 162b.
Alternativ oder ergänzend kann eine Verbindung zwischen
dem Grundelement 139 und dem Ausgleichsmittel 150 auch
durch eine alternative, dem Fachmann bekannte Verbindungstechnik
wie beispielsweise Kleben, Löten oder Schweißen
erzeugt werden.
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Alternativ
oder ergänzend kann auch in den Spannelementen 124, 126 ein
Ausgleichsmittel 170 vorgesehen sein. In einer Ausführung
nach 7 ist beispielsweise in einem zur Zahnschiene 130 im
wesentlichen parallelen Bereich eine keilförmige Ausnehmung 172 vorgesehen.
Dabei kann die Ausnehmung 172 selbst als Ausgleichsmittel 170 wirken oder
aber zusätzlich ein elastisches Element 174 umfassen.
Das elastische Element 174 kann dabei analog zu dem bereits
im Vorhergehenden beschriebenen elastischen Element 158 ausgebildet
sein. Im vorliegenden Beispiel nach 7 führt
das Ausgleichsmittel 170 zu einer in Pfeilrichtung 176 abnehmenden
elastischen Verformbarkeit der einzelnen Zähne der Zahnschiene 130.
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Neben
den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind dem Fachmann
mit Sicherheit weitere Abwandlungen der erfindungsgemäßen
Werkzeughaltevorrichtung 100 bekannt, welche zu einer vorteilhaften
Ausbildung der erfindungsgemäßen Wirkung führen.
Insbesondere erhält er vorteilhafte Weiterentwicklungen
aus einer Kombination der im Vorfeld erörterten einzelnen
Merkmale.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2927185 [0002, 0002]
- - DE 19829251 [0003]