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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Endfläche versehenen Verbindungsabschnitts als Teil eines Werkzeuges, insbesondere eines axialbeweglichen in der Werkzeugaufnahme eines Bohrhammers befestigbaren Bohrers oder Meißels, oder als Teil einer Verbindungsstange oder Schweißendes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein solches Verbindungselement und eine Vorrichtung zur Fertigung eines Verbindungselements aus einem Verbindungselementhalbzeug, insbesondere eines axialbeweglich in einer Werkzeugaufnahme eines Bohrhammers befestigten Einsteckendes eines Bohrers oder Meißels.
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Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigen die
EP 2 458 131 A2 , die
EP 2 361 702 A1 , die
EP 2 839 900 A1 , die
EP 19 198 953.2 , die
EP 19 198 941.7 und die
EP 2 641 673 A2 Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und/oder Vorrichtungen der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 bzw. den Gegenstand des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 16 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung umfasst die Erkenntnis, dass die aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Verfahren nachteilig sind. Insbesondere hat die Erfindung erkannt, dass in dem Stand der Technik der
EP 2 829 900 A1 sehr große Presskräfte notwendig sind, welche die Maschine und die Formen erheblich belasten und damit zu vorzeitigem Verschleiß führen. Dieses Problem wird zwar bei der
EP 19 198 941.7 vermieden, jedoch erfordert diese Erfindung eine eigene, also zusätzliche Maschine, wobei nachteilig nur Taktzeiten von 20 Teilen/Minute zu realisieren sind.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, dass der Verbindungsabschnitt des auf einer Mehrstufenpresse vorab geformten Rohlingkörpers auf dieser Presse mit seiner der Endfläche abgewandten Seite voran in die Matrize eingeführt wird unter Einformen mittels Fließpressen oder Verjüngen der mindestens einen Längsnut, die zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist. Dieses Einformen kann in einer Matrize oder auch aufgeteilt auf zwei Matrizen erfolgen. Sinnvolle Taktzeiten sind hierbei im Bereich von 60 -100 Teilen/Minute zu realisieren. Die dabei auftretenden Kräfte liegen in einem Bereich der weit unterhalb der in der
EP 2 829 900 A1 notwendigen Presskräfte liegt.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem weiteren Verfahrensschritt zur Endfläche hin offene Drehmitnahmenuten oder -flächen in einer Matrize eingeformt werden. Dadurch können z. B. die verbreiteten Bohrereinsteckenden SDSplus und SDSmax realisiert werden.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Endfläche hin offene Drehmitnahmenuten oder -flächen eingeformt werden, indem der Verbindungsabschnitt mit seiner der Endfläche abgewandten Seite voran in die Matrize eingeführt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführung werden hierbei die zur Endfläche hin offenen Drehmitnahmenuten oder -flächen und die mindestens eine Längsnut, die zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist, gemeinsam in einer Matrize eingeformt werden. Dadurch kann das Einsteckende in nur einer Pressstufe erzeugt werden, wobei die Öffnung zur Endfläche hin auch erst durch eine nachfolgende spanende Bearbeitung der Endfläche erfolgen kann.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem weiteren nachfolgenden Verfahrensschritt der Verbindungsabschnitt in eine Schiebematrize eingeführt wird, in der mindestens ein radial beweglicher Umformkörper die mindestens eine Längsnut welche zur Endfläche hin zumindest teilweise geschlossen ist, über ihre gesamte Länge oder über Teilbereiche weiter umformt. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der an den Verbindungsabschnitt angrenzende Arbeitsabschnitt einen Durchmesser aufweist, der ein Einformen der mindestens einen Längsnut, die zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist, auf die volle Nutentiefe nicht ermöglicht. Dieses Nachformen mittels Schiebematrize erfordert im Vergleich zum Verfahren der
EP 2 829 900 A1 deutlich geringere Kräfte, da das zu verformende Volumen erheblich kleiner ist. - Zur weiteren Reduzierung der von der Schiebmatrize benötigten Presskräfte formt in einer besonders vorteilhaften Variante der in der Schiebematrize geführte radial bewegliche Umformkörper die mindestens eine Längsnut nur im der Endfläche zugewandten Bereich um, da auch dort nur der Verriegelungskörper einwirkt.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein radial beweglicher Umformkörper im an den Arbeitsabschnitt angrenzenden Bereich der Umfangsoberfläche mindestens eine vorzugsweise kalottenförmige Vertiefung einformt. Eine solche Vertiefung dient der Arretierung einer über den Bohrer gesteckten Hülse, mittels der etwa Schrauben eingedreht werden können.
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Die vorliegende Erfindung beansprucht auch Schutz für ein Halbwerkzeug, Bohrer, Meißel oder Stange mit einem Verbindungsabschnitt und/ oder einem vorderen Arbeitsabschnitt, umfassend eine im Wesentlichen zylinder- oder mehreckförmige, insbesondere quadratische, Umfangsoberfläche, eine Endfläche und mindestens eine Längsnut, von denen mindestens eine zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist, wobei mindestens eine Längsnut auf ihrer der Endfläche abgewandten Seite geöffnet ist, hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Halbwerkzeug, Bohrer, Meißel oder Stange einen an den Verbindungsabschnitt angrenzenden Arbeitsbereich aufweist mit einem Hüllkurvenradius, der kleiner oder gleichgroß ist wie der Abstand des Nutgrundes der mindestens einen Längsnut von der Bohrerlängsachse. Durch diese geometrische Ausbildung ist es besonders einfach, die mindestens eine zur Endfläche hin zumindest teilweise geschlossene Längsnut, welche auf ihrer der Endfläche abgewandten Seite geöffnet ist, von dieser Seite her einzuformen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Umfangsoberfläche im an den Arbeitsabschnitt angrenzenden Bereich mindestens eine vorzugsweise kalottenförmige Vertiefung aufweist.
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Die vorliegende Erfindung beansprucht auch Schutz für eine Vorrichtung zur Fertigung eines Verbindungsabschnitts als Teil eines Werkzeugs, insbesondere eines axialbeweglich in der Werkzeugaufnahme eines Bohrhammers befestigten Bohrers oder Meißels, wobei der Verbindungsabschnitt eine Endfläche und eine im Wesentlichen zylinder- oder mehreckförmige, insbesondere quadratische, Umfangsoberfläche aufweist, sowie mindestens eine Längsnut aufweist, von denen mindestens eine zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist und mindestens eine zur Endfläche hin offene Drehmitnahmenut oder -fläche aufweist, umfassend:
- eine matrizenseitige Form zur Einformung der mindestens einen Längsnut, von denen mindestens eine zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist und
- eine stempelseitige Form zur Einformung der mindestens einen zur Endfläche hin offenen Drehmitnahmenut oder -fläche.
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Die vorliegende Erfindung beansprucht auch Schutz für eine Vorrichtung, wobei in einer weiteren als Schiebmatrize ausgebildeten Form die mindestens eine Längsnut, von denen mindestens eine zur Endfläche des Verbindungsabschnitts hin zumindest teilweise geschlossen ist, mittels radial beweglicher Umformkörper über ihre gesamte Länge oder über Teilbereiche weiter umgeformt wird.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Teile oder Verfahrensschritte sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Detailansicht des Verbindungsabschnitts,
- 2 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Schnittlinie A-A,
- 3 eine Detailansicht des in 1 gezeigten Verbindungsabschnitts mit zusätzlicher Drehmitnahmenut,
- 4 eine Schnittansicht der in 3 gezeigten Schnittlinie B-B,
- 5 eine Detailansicht des Verbindungsabschnitts mit durchgehender Drehmitnahmenut,
- 6 eine Schnittansicht der in 5 gezeigten Schnittlinie C-C,
- 7 eine Detailansicht des Verbindungsabschnitts nach 1 mit vertieftem Teilbereich der Längsnut,
- 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit SDSplus-Einsteckende,
- 9 das Ausführungsbeispiel nach 8 um 90° gedreht,
- 10 eine Schnittansicht der in 9 gezeigten Schnittlinie D-D,
- 11 eine Schnittansicht der in 9 gezeigten Schnittlinie E-E,
- 12 das Zusammenwirken des Ausführungsbeispiel nach 8 -11 mit einer Aufsteckhülse,
- 13 eine Schnittansicht der in 12 gezeigten Schnittlinie F-F,
- 14 eine Schnittansicht der in 12 gezeigten Schnittlinie G-G,
- 15 einen Verbindungsabschnitt in SDSmax-Ausführung zum Verschweißen mit dem Arbeitsabschnitt,
- 16 die Arbeitsfolge in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt den Verbindungsabschnitt 100, der nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigt wird. Der Verbindungsabschnitt 100 bildet einen Teil eines Bohrerhalbzeugs 102 mit einer zylinderförmigen Umfangsoberfläche 104. Zudem weist der Verbindungsabschnitt 100 eine Endfläche 106 auf. 1 zeigt den erfindungsgemäß gefertigten Verbindungsabschnitt 100 nach dem Einformen der einseitig geschlossenen Längsnut 122. An diese Längsnut 122 grenzt der Arbeitsabschnitt 103 an mit der Arbeitsseite 105. Die Längsnut 122 ist zur Endfläche 106 hin verschlossen, wodurch die Aufgabe einer Verriegelung des Verbindungsabschnitts 100 in z. B. einem Bohrhammer gewährleistet ist.
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2 zeigt eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Schnittlinie A-A. Die Längsnut 122 hat einen Nutgrundabstand 108 von der Bohrermittenachse 109 der kleiner ist als der Hüllkurvenradius 107 des Arbeitsabschnitts 103. Dadurch ist die Einformung der Längsnut 122 von der Arbeitsseite 105 in Richtung der Endfläche 106 möglich.
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3 zeigt eine Ansicht des in 1 gezeigten Verbindungsabschnitts 100 mit zusätzlicher Drehmitnahmenut 164, die zur Arbeitsseite 105 hin geschlossen ist. Die Längsnut 122 (hier nicht sichtbar) dient der Verriegelung und die Drehmitnahmenut 164, die auch als Fläche ausgebildet werden kann, überträgt die Drehung der Maschine auf den Verbindungsabschnitt 100.
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4 zeigt eine Schnittansicht der in 3 gezeigten Schnittlinie B-B des Verbindungsabschnitts 100. Die Längsnut 122, welche der Verriegelung dient, liegt der Drehmitnahmenut 164 gegenüber.
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5 zeigt eine weitere Ansicht des Verbindungsabschnitts 100, diesmal mit durchgehender Drehmitnahmenut 164, d.h. die Nut 164 ist auch zum Arbeitsabschnitt 103 hin geöffnet. Eine derartige Ausbildung des Arbeitsabschnitts 100 ermöglicht, dass sowohl die Längsnut 122 (hier nicht sichtbar), als auch die Drehmitnahmenut 164 gemeinsam in einer Matrize durch Aufbringen der Presskraft auf die Endfläche 106 geformt werden können. Dies ist sowohl hinsichtlich der Kosten für die Matrizen als auch wegen der möglichen großen Taktzahlen von etwa 100 Teilen pro Minute besonders wirtschaftlich.
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6 zeigt eine Schnittansicht der in 5 gezeigten Schnittlinie C-C des Verbindungsabschnitts 100. Die Längsnut 122, welche der Verriegelung dient, liegt der Drehmitnahmenut 164 gegenüber.
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7 zeigt eine Ansicht des Verbindungsabschnitts 100 nach 1 mit vertieftem Teilbereich 123 der Längsnut 122. Der vertiefte Teilbereich 123 erstreckt sich nur über die Länge, die von einem Verriegelungselement der Maschine berührt wird. Diese Ausbildung ist besonders dann vorteilhaft, wenn durch einen vorgegebenen größeren Durchmesser des Arbeitsabschnitts 103 eine volle Ausformung der Längsnut 122 auf die benötigte Tiefe nicht möglich ist. In diesem Fall wird die Längsnut 122 auf die größtmögliche Tiefe in einer Matrize vorgeformt und in einem weiteren Arbeitsgang in einer Schiebematrize der vertiefte Teilbereich 123 fertiggeformt. Durch die Vorformung in der Matrize sinkt die Belastung beim Fertigformen in der Schiebematrize ganz erheblich.
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8 - 11 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit SDSplus-Einsteckende in verschiedenen Ansichten. Der Verbindungsabschnitt 100 weist jeweils zwei zur Endfläche 106 verschlossene gegenüberliegende Längsnuten 122 und um 90° dazu versetzt zwei gegenüberliegende Drehmitnahmenuten 164 auf. In Verlängerung der Drehmitnahmenuten 164 sind an der Umfangsoberfläche 104 zwei gegenüberliegende kalottenförmige Vertiefungen 125 eingeformt, vorzugsweise mittels Schiebematrize oder spanend. In 10 sind diese kalottenförmigen Vertiefungen 125 im Schnitt gezeigt. Die kalottenförmigen Vertiefungen dienen der Befestigung einer Aufsteckhülse 140 mittels einer Verriegelungskugel 143 auf dem Verbindungsabschnitt 100 wie in 13 gezeigt. - 11 zeigt das Verbindungselement 100 in einer Schnittansicht der in 9 gezeigten Schnittlinie E-E. Unter 90° versetzt sind zwei Drehmitnahmenuten 164 und zwei Längsnuten 122 angeordnet. Diese Anordnung der Nuten ist im Markt als SDSplus-Einsteckende bekannt, aber die Erfindung bezieht sich auch auf andere Nutenanordnungen wie z. B. SDSmax.
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12 - 14 zeigen das Zusammenwirken des Ausführungsbeispiels nach 8 -11 mit einer Aufsteckhülse 140, eine Schnittansicht der in 12 gezeigten Schnittlinie F-F sowie eine Schnittansicht der in 12 gezeigten Schnittlinie G-G. Auf den Verbindungsabschnitt 100 ist die Aufsteckhülse 140 geschoben. Diese wird mittels hier einer Verriegelungskugel 143, welche in die kalottenförmige Vertiefung 125 des Verbindungsabschnitts 100 einrastet und dort von dem hinteren Federelement 142 fixiert wird, auf dem Verbindungsabschnitt 100 in Richtung der Längsachse 109 festgelegt. Die beiden Rippen 141 der Aufsteckhülse 140 greifen in die Längsnuten 122 des Verbindungsabschnitts 100 ein und können somit die Drehung des Verbindungsabschnitts 100 auf die Aufsteckhülse 140 übertragen. Die Aufsteckhülse 140 hat an ihrem vorderen Ende einen Innensechskant 146. In diesen Innensechskant 146 können z. B. übliche Schraubbits eingesteckt werden. Eine Klemmkugel 145, die durch ein vorderes Federelement 144 beaufschlagt wird, fixiert die - hier nicht dargestellten - Bits in dem Innensechskant 146. Ähnliche Aufsteckhülsen sind auch unter dem Namen Tapcon-System besonders in den USA verbreitet. Die 12 - 14 zeigen nur eine von verschiedenen möglichen Aufsteckhülsenkonstruktionen, die aber gleichfalls mit zum Umfang der Erfindung gehören. Die Vertiefungen 125 können auch eine andere Form als eine Kugelkalotte aufweisen. Diese Vertiefungen 125 können gleichfalls der Fixierung von auf dem Verbindungsabschnitt 100 aufgesteckten Scheiben aus Gummi oder Kunststoff dienen, die als Abdichtung zur Maschinenaufnahme und/oder zur Kennzeichnung der Bohrer oder Meißel genutzt werden.
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15 zeigt perspektivisch einen Verbindungsabschnitt 100 als Schweißende 110 in SDSmax-Ausführung zum Verschweißen mit dem Arbeitsabschnitt 103 (hier nicht dargestellt). Die drei Drehmitnahmenuten 164 sind zur Endfläche 106 geöffnet, zur Schweißfläche 111 hin jedoch geschlossen, wobei auch beidseitig geöffnete Ausführungen möglich sind. Die beiden Längsnuten 122 (nur eine sichtbar) sind dagegen zur Endfläche 106 hin geschlossen, aber zur Schweißfläche 111 geöffnet. Durch Verschweißen des Schweißendes 110 mit Arbeitsabschnitten 103, deren Durchmesser größer oder kleiner als der Durchmesser des Schweißendes ist, können z.B. Bohrerhalbzeuge 102 beliebiger Durchmesser und Längen erzeugt werden, wodurch der Einsatzbereich der Erfindung erheblich erweitert wird. Da das erfindungsgemäße Schweißende 110 z. B. von einem Coil auf einer Mehrstufenpresse in einer oder zwei Umformmatrizen erzeugt werden kann, sind sehr hohe Taktzahlen von z.B. 100 Teilen pro Minute möglich wodurch die Fertigung kostengünstig wird und zudem der Materialeinsatz reduziert wird, da Zerspanungsoperationen wie Drehen oder Fräsen entfallen.
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16 zeigt die Arbeitsfolge zur Erzeugung eines Verbindungsabschnitts 100 in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Materialabschnitt 101 wird von einem Coil kommend auf der Mehrstufenpresse abgeschert und in einer ersten matrizenseitigen Form 126 der Arbeitsabschnitt 103 geformt durch Beaufschlagung der Endfläche 106 mit einem Pressstempel. In einem Folgeschritt wird das Bohrerhalbzeug 102 in eine zweite matrizenseitige Form 128 eingeschoben, wobei die Längsnut 122 eingeformt wird. Anschließend wird das Bohrerhalbzeug 102 in die stempelseitige Matrize 129 eingeführt, wobei die Drehmitnahmenut 164 eingeformt wird. Es ist auch möglich die Reihenfolge der Einformung der Längsnut 122 und der Drehmitnahmenut 164 zu vertauschen oder auch in einer matrizenseitigen Form 128 gemeinsam zu machen.
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Der Einsatzbereich der Erfindung kann übrigens auch dadurch erweitert werden, dass im Fall von größeren Durchmessern des Arbeitsabschnittes, beim Einformen der mindestens einen Längsnut, die zur Endfläche hin zumindest teilweise verschlossen ist, diese Längsnut zumindest teilweise auch in den Arbeitsabschnitt eingeformt wird. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt kann dann, wie in der
EP 2 327 492 B1 beschrieben, die Bohrerwendel unter Ausnutzung der vorgeformten Längsnut im Bereich des Arbeitsabschnitts erzeugt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verbindungsabschnitt
- 101
- Materialabschnitt
- 102
- Bohrerhalbzeug
- 103
- Arbeitsabschnitt
- 104
- Umfangsoberfläche
- 105
- Arbeitsseite
- 106
- Endfläche
- 107
- Hüllkurvenradius
- 108
- Nutgrundabstand
- 109
- Längsachse
- 110
- Schweißende
- 111
- Schweißfläche
- 122
- einseitig geschlossene Längsnut
- 123
- Teilbereich der Längsnut
- 125
- kalottenförmige Vertiefung
- 126
- erste matrizenseitige Form
- 128
- zweite matrizenseitige Form
- 129
- stempelseitige Form
- 140
- Aufsteckhülse
- 141
- Rippen
- 142
- hinteres Federelement
- 143
- Verriegelungskugel
- 144
- vorderes Federelement
- 145
- Klemmkugel
- 146
- Innensechskant
- 164
- Drehmitnahmenut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2458131 A2 [0002]
- EP 2361702 A1 [0002]
- EP 2839900 A1 [0002]
- EP 19198953 [0002]
- EP 19198941 [0002, 0005]
- EP 2641673 A2 [0002]
- EP 2829900 A1 [0005, 0006, 0009]
- EP 2327492 B1 [0028]