DE10026205A1 - Vorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugs mit einem Antrieb - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugs mit einem mechanischen Antrieb enthält als Kupplungselement eine Federscheibenkupplung, die einstückig aus Metall hergestellt ist und mindestens in Drehrichtung geringfügige Nachgiebigkeit hat. Diese dient zur Verhinderung von Drehmomentspitzen bei plötzlichem Abbremsen des Werkzeugs, falls beispielsweise eine Schraube auf einer Holzoberfläche anschlägt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Werkzeugs mit einem mechanischen Drehantrieb. Bei dem Werk­ zeug kann es sich beispielsweise um ein Bit handeln oder auch um Bohr-/Schneidwerkzeuge, wie z. B. Senker, Gewindeboh­ rer, Reibahlen. Bei Werkzeugen dieser Art besteht das Prob­ lem, dass die Ausrichtung zwischen dem zu verdrehenden Werk­ stück, beispielsweise einer Schraube, und dem Werkzeug nicht immer korrekt ist. Es gibt eine Reihe von Vorschlägen, um dieses Problem zu lösen.

Beispielsweise ist ein flexibler Steckschlüssel bekannt (DE 36 24 686), bei dem die Verschwenkbarkeit durch Zapfen ge­ währleistet wird, die quer zur Längsachse des Werkzeugs ver­ laufen.

Weiterhin bekannt ist ein Schraubwerkzeug mit gelenkigem Kopfteil (DE 94 03 845). Hier wird eine rohrförmige, aus Gummi bestehende Feder verwendet.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Verbindung von Schrauben­ dreher-Einsätzen mit einer Antriebsvorrichtung bekannt (DE 41 43 218). Hier ist eine Torsionskupplung vorgesehen, die eine Winkelbewegung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil zulässt.

Bei Schraubwerkzeugen besteht ein weiteres Problem, dass beim Abstoppen der Schraubbewegung sehr hohe Momente auftreten können, die zur Zerstörung des Werkzeugs oder auch der Schraube führen können. Wenn beim Eindrehen einer Schraube in hartes Holz der Schraubenkopf die Holzoberfläche erreicht, erfolgte ein so plötzlicher Anstieg des Drehmoments, dass eine Auslösekupplung am Antrieb nicht mehr ausreicht, die Drehmomentspitze sofort abzuflachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verbindung eines Werkzeugs mit einem mechanischen Dreh­ antrieb zu schaffen, der gegenüber dem Stand der Technik Vorteile im Hinblick auf die lange Lebensdauer des Werkzeugs und/oder der Schraube aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrich­ tung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie eine Verwendung nach Anspruch 11 vor.

Bei der Federscheibenkupplung handelt es sich um ein Bauele­ ment, das einstückig aus einer Vielzahl von parallelen, ring­ förmigen Scheiben aufgebaut ist, die mit Hilfe von Stegen miteinander verbunden sind. Die Stege verlaufen längs eines Durchmessers. Die Stege zwischen zwei Scheiben sind gegenüber den Stegen zwischen den nächsten beiden Scheiben um 90° ver­ setzt angeordnet. Eine solche Federscheibenkupplung ist bei­ spielsweise aus EP 318 669 bekannt. Diese Federscheibenkupp­ lung ist dazu bestimmt, eventuell vorhandene Ausrichtungsfeh­ ler der Achsen auszugleichen, wobei es sich sowohl um Winkel­ fehler als auch Versetzungsfehler handeln kann.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement und das Abtriebselement derart gehaltert sind, dass sie immer koaxial angeordnet sind. In diesem Fall dient die Federscheibenkupplung nicht zum Ausgleich von Aus­ richtungsfehlern der Drehachsen. Sie dient ausschließlich dazu, in Drehrichtung eine geringfügige Nachgiebigkeit des Kupplungselements zu bewirken, und die eingangs erwähnten Stöße beim plötzlichen Abstoppen der Schraubbewegung abzumin­ dern.

Es ist aber auch möglich, das Antriebselement und das Ab­ triebselement derart zu haltern, dass ein Winkelausgleich ihrer Drehachsen möglich ist.

Um das Kupplungselement auf besonders einfache Weise mit dem Antriebselement und/oder dem Abtriebselement in Dreheingriff zu bringen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass minde­ stens ein Eintrittsende des Kupplungselements eine mehrkanti­ ge Form aufweist, beispielsweise eine sechseckigen Form, die in eine entsprechend komplementäre Ausnehmung des Antriebs­ element und/oder des Abtriebselement eingreift.

Die Federscheibenkupplung weist auch Federungseigenschaften in axialer Richtung auf. Die Erfindung schlägt nun in Weiter­ bildung vor, dass das Kupplungselement Axialspiel aufweisen kann.

Ein mögliches Werkzeug, das mit der Vorrichtung mit dem Dreh­ antrieb verbunden werden kann, ist ein Schrauberbit für einen mechanischen Schrauber. Hier geht es in erster Linie um die Abmilderung von plötzlichen Drehmomentstößen.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung aber auch bei einem Bohrer Anwendung finden. Hier ist es sinnvoll, das beschrie­ bene Kupplungselement beispielsweise in einem Bohrfutter zu integrieren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kupplungselement mit dem Antriebselement und dem Ab­ triebselement einstückig ausgebildet ist. Dadurch verringert sich die Zahl der Bauteile des Verbindungselementes. Darüber hinaus ist das Gerät dann einfacher aufgebaut.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Zwischenräume zwischen den parallelen ringförmigen Scheiben der Federscheibenkupplung vollständig oder teilweise mit einem mehr oder weniger harten Elastomermaterial ausgefüllt sind, beispielsweise ausgespritzt sind. Das Ausspritzen mit einem weichen Elastomermaterial ändert die Federeigenschaften der Federscheibenkupplung nicht, kann aber das Eindringen von Schmutz verhindern. Das Spritzen kann so geschehen, daß auch die Außenseite mit einer Elastomerschicht überzogen ist, so daß die Schlitze gar nicht mehr wahrnehmbar sind.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung er­ geben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise axial geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform mit einem Bohrfutter.

Die Fig. 1 zeigt in einer stark schematisierten, verein­ fachten Form eine Vorrichtung, mit der ein Werkzeug, bei­ spielsweise ein Bit, mit einem Elektroschrauber verbunden werden kann. Die Vorrichtung enthält einen Antriebsteil 1 mit einem Schaft 2, der entweder in ein Futter eingespannt oder direkt mit dem Antrieb verbunden werden kann. Der Antriebs­ teil 1 weist eine zu einer Stirnseite hin offene Innenaus­ nehmung 3 auf, die im Bereich des Bodens 4 der Ausnehmung 3 einen sechseckigen Querschnitt aufweist. In dem weiter zur offenen Stirnseite hin gelegenen Bereich ist die Ausnehmung 3 kreisrund ausgebildet.

Koaxial zu dem Antriebsteil 1 ist ein Abtriebsteil 5 angeord­ net, das ebenfalls eine zur einen Stirnseite hin offene In­ nenausnehmung 6 aufweist. Die beiden Innenausnehmungen 3, 6 sind in gegenseitiger Verlängerung angeordnet und gehen bei zusammengesetzten Teilen ineinander über. Auch diese Innen­ ausnehmung 6 weist im Bereich ihres Bodens 7 einen sechsecki­ gen Querschnitt auf, an den sich dann ein Bereich mit kreis­ rundem Querschnitt anschließt.

Auf der der Ausnehmung 6 abgewandten, axialen Stirnseite 8 des Abtriebteils 5 ist eine sechseckige Aufnahme 9 für den er­ wähnten Bit ausgebildet.

Durch eine äußere Hülse 10, die nur vereinfacht dargestellt ist, werden die beiden Teile 1, 5 so gehalten, dass sie axial ausgerichtet sind.

In die beiden ineinander übergehenden Innenausnehmungen 3 und 6 ist ein Kupplungselement 11 eingesetzt, das im Folgenden näher beschrieben wird. Die axiale Erstreckung des Kupplungs­ elements 11 ist etwas kleiner als der Abstand der Böden 4, 7 der beiden Innenausnehmungen 3, 6. Dadurch hat das Kupplungs­ element 11 ein gewisses axiales Spiel.

Das in Fig. 1 obere Ende des Kupplungselements 11 weist einen dem Querschnitt des entsprechenden Bereichs der Innen­ ausnehmung 3 entsprechenden, sechseckigen Querschnitt auf. Mit diesem Eingriffsende 12 greift das Kupplungselement 11 in die Innenausnehmung 3 des Antriebsteils 1 in Drehrichtung ein.

Am gegenüberliegenden Ende weist das Kupplungselement 11 ebenfalls ein Eingriffsende 13 mit einem sechseckigen Quer­ schnitt auf, der an den sechseckigen Querschnitt der Innen­ ausnehmung 6 in diesem Bereich angepasst ist. Auch mit diesem Eingriffsende 13 greift das Kupplungselement 11 drehfest in das Abtriebsteil 5 ein.

Zwischen dem oberen Eingriffsende 12 und dem unteren Ein­ griffsende 13 weist das Kupplungselement einen zylindrischen Körper auf, der eine Federscheibenkupplung bildet bzw. dar­ stellt. Die Federscheibenkupplung weist eine axiale Bohrung 14 auf, siehe Fig. 2. Sie besteht aus einer Vielzahl von Federscheiben 15, die einen geringen, gegenseitigen Abstand in axialer Richtung aufweisen. Die Federscheiben sind durch Stege 16 miteinander verbunden, siehe wieder den Schnitt der Fig. 2, die in radialer Richtung von der axialen Bohrung 14 zum Rand verlaufen. Anders ausgedrückt, verlaufen die Stege 16 längs eines Durchmessers. Die Stege 16 zwischen zwei Scheiben sind gegenüber den Stegen zwischen einer der beiden Scheiben und der jeweils nächsten Federscheibe 15 um 90° versetzt. Auf diese Weise bildet sich eine Nachgiebigkeit in axialer Rich­ tung und eine Auslenkbarkeit. Von beiden Nachgiebigkeiten wird bei der Anordnung der Fig. 1 jedoch kein Gebrauch ge­ macht. Wichtig für den hier dargestellten Anwendungsfall ist allein die geringfügige aber sehr kontrolliert darstellbare Nachgiebigkeit in Drehrichtung. Das Kupplungselement wirkt hier als Torsionsfeder.

Durch die Auswahl der Dicke der Federscheiben 15, der Breite der Stege 16, auch der Zahl der Stege 16, des Materials und des Durchmessers der zentralen Bohrung 14 lässt sich eine ge­ wünschte Federcharakteristik der Federscheibenkupplung her­ stellen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Verbindungselemen­ tes, bei dem Antriebsteil, Abtriebsteil und Kupplungselement einstückig ausgebildet sind. Das Antriebsteil 21 ist als sechseckiger Schaft ausgebildet, das in eine entsprechende Aufnahme eines Werkzeugs eingesetzt und dort durch ein Klemm­ element verriegelt werden kann, das in eine Einschnürung 22 des Schaftes 21 eingreift.

An den Schaft 21 schließt sich dann das Kupplungselement 23 an, das als Federscheibenkupplung ausgebildet ist. Der Aufbau wurde bereits bei Fig. 1 beschrieben. An das Kupplungsele­ ment 23 schließt sich dann das Abtriebsteil 24 an, das als zylindrischer Körper mit einer axialen, zur Stirnseite 25 hin offenen Ausnehmung 26 ausgebildet ist. Die Ausnehmung 26 weist einen sechseckigen Querschnitt auf, so dass in sie ein Bit eingesetzt werden kann.

Im Boden 27 der Ausnehmung 26 ist ein Magnet 28 eingelassen, der dazu dient, den Bit selbst zu magnetisieren, um dadurch eine Schraube am Bit festzuhalten.

Zur Arretierung des Bits kann in der Ausnehmung 26 eine um­ laufende Nut vorgesehen sein, in die ein O-Ring 29 eingesetzt ist. Er wird beim Einschieben des Bits so komprimiert, dass er den Bit dann kraftschlüssig festlegt.

Bei dieser Ausführungsform des Verbindungselements nach der Erfindung können die Zwischenräume 30 zwischen den einzelnen Federscheiben durch ein Kunststoffmaterial, beispielsweise aus Elastomer, ausgespritzt sein. Dadurch wird erreicht, dass keinerlei Schmutz, Späne oder dergleichen in die Zwischenräu­ me der Federscheibenkupplung eindringen und diese ggf. in ihrer Charakteristik beeinflussen können. Aus Gründen der Vereinfachung ist die Ausspritzung mit dem Kunststoffmaterial nicht dargestellt. Das Ausspritzen kann auch so geschehen, dass die gesamte Außenkontur des Kupplungselementes 23 abge­ deckt ist.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der es sich um einen Teil eines automatischen Bohrers handelt. Am äußeren Ende dieses Verbindungselementes ist ein Bohrfutter 31 ange­ ordnet, mit dessen Hilfe ein Bohrer zwischen mehreren Backen 32 festgeklemmt werden kann. Das Bohrfutter ist über ein Kupplungselement 33, das als Federscheibenkupplung ausgebil­ det ist, mit einer Platte 34 verbunden. Auf der Platte 34 sind drei Lagerzapfen 35 ausgebildet, die zur Lagerung von Zahnrädern dienen können. Diese Zahnräder bilden einen Teil eines Planetengetriebes, mit dem das Bohrfutter 31 rotierend angetrieben wird.

Bei diesem Verbindungselement besteht wieder eine Einstückig­ keit zwischen dem Antriebsteil, in diesem Fall der Scheibe 34, dem Kupplungselement 33 und einem Teil des Bohrfutters, in dem die Backen 32 gelagert sind.

Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 das Kupplungs­ element mit der Federscheibenkupplung ausschließlich dazu dient, Drehmomentspitzen beim Erreichen eines Anschlags abzu­ flachen, kann die Federscheibenkupplung bei den Ausführungs­ formen nach Fig. 3 und 4 auch einen Winkelausgleich und/oder einen Achsenversatz zulassen.

Claims (11)

1. Verbindungselement zum Verbinden eines Werkzeugs mit einem mechanischen Drehantrieb, mit

• 1. 1.1 einem mit dem Drehantrieb verbundenen An­ triebselement (1),
• 2. 1.2 einem mit einer Werkzeugaufnahme (9) verbun­ denen Abtriebselement (5),
• 3. 1.3 einem Kupplungselement (11), das
  • 1. 1.3.1 im Bereich seines einen Endes in Dreheingriff mit dem Antriebselement (1) und
  • 2. 1.3.2 im Bereich seines anderen Endes in Drehein­ griff mit dem Abtriebselement (5) steht und
  • 3. 1.3.3 in seinem die beiden Eingriffsenden (12, 13) verbindenden Mittelbereich eine Federscheiben­ kupplung aufweist bzw. als Federscheibenkupp­ lung ausgebildet ist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, bei dem das An­ triebselement (1) und das Abtriebselement (5) derart gehaltert sind, dass sie immer koaxial sind.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1, bei dem das An­ triebselement (1) und das Abtriebselement (5) derart gehaltert sind, dass ein Winkelausgleich der Drehachsen möglich ist.

4. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem mindestens ein Eingriffsende (12, 13) des Kupplungselements (11) eine mehrkantige Form aufweist.

5. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem das Kupplungselement (11) Axialspiel auf­ weist.

6. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem das Werkzeug ein Schrauberbit ist.

7. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Werkzeug ein Bohr-/Schneidwerkzeug ist.

8. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem das Kupplungselement (23, 33) einstückig mit dem Antriebselement (21, 34) und/oder dem Abtriebs­ element (24, 31) ausgebildet ist.

9. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem der axiale Zwischenraum zwischen je zwei benachbarten Scheiben der Federscheibenkupplung mit Kunststoff ausgespritzt ist, insbesondere mit einem Elastomermaterial.

10. Verbindungselement nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei dem das Kupplungselement an seiner Mantelfläche mit Kunststoff umspritzt ist.

11. Verwendung einer Federscheibenkupplung als Teil eines Kupplungselements und/oder als Kupplungselement in einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.