工具装置的制造方法

工具装置的制造方法
【专利说明】
[00011 优先权文件DE202013006920.1的全部内容在此通过援引并入本申请中。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种工具装置，该工具装置适用于与特别是手动引导的工具机器一起 使用，该工具机器具有围绕驱动轴运动的驱动装置。
【背景技术】
[0003] 下面主要参照被设计用于与特别是手动引导的工具机器一起使用的工具装置的 实施例对本发明进行说明，该工具机器具有围绕驱动轴振荡运动的驱动装置。但是这种说 明的限制并不构成对这种工具装置的可能用途的限制。
[0004]在下文中也简化地使用术语"工具"来代替术语"工具装置"。但是这也不应被理解 为限制性的。
[0005] 工具机器是指具有一个或多个驱动马达和可能的一个或多个传动机构的装置。工 具机器的驱动装置是指用于将转矩施加于工具的一个或多个构件，也就是通常为驱动/从 动轴，驱动/从动主轴(An_/Abtriebsspindel)等。
[0006] 手动引导的工具机器具有携带装置，特别是把手等，利用这些把手，工具机器可以 与固定于其上的工具一起由操作力携带和引导。通常为手动引导的工具机器配备电驱动马 达，但是也公知其它的结构型式，例如有液压或气动或利用肌肉力量运行的工具机器。
[0007] 根据现有技术，已知许多被设计用于与具有旋转驱动装置的工具机器一起使用的 工具。这样的工具装置例如是钻机、砂轮和切割盘、圆锯等。这些工具被固定在从动装置上， 根据用途、工具和机器的不同，该从动装置以接近〇到几千转/分的转速转动，在极端情况下 转速还会明显地更高。工具在运行中会在与工件的接触中带来或多或少的压力，然后在工 件上实施相应的加工进程。这种在此相对于旋转轴线间隔开地发生的加工力，也就是例如 切割力或磨削力，会导致围绕驱动轴的转矩，该转矩通过从工具机器传递到工具装置的驱 动力矩来平衡。将该驱动力矩传递到工具是通过工具的接口装置进行的，工具通过该接口 装置被固定在驱动装置上。因此，对于在加工时基本上总是沿相同的方向转动的工具来说， 在使用工具期间作用于接口装置的力基本上沿相同的方向发生，但是高度不同。
[0008] 另外，根据现有技术已知的还有具有振荡驱动装置的工具机器。在这里，工具装置 的振荡驱动是指旋转振荡驱动，而不是例如特别是由弓锯装置已知的往复振荡驱动。弓锯 装置特别是指线锯装置、月牙形锯装置或狐尾锯装置等。而具有振荡驱动装置的工具机器 在这里也就是指利用该驱动装置的运动的工具机器，其中，该驱动装置从中间位置开始沿 第一旋转方向运动并被制动至停止状态，然后再沿相反的旋转方向运动至停止状态。
[0009] 从中间位置到各个终点位置的角距离通常可以最多为5°，然而在所实施的机器中 大多数情况下为较低的角度1°至2.5°，这相当于2°至5°的总角运动(第一终点位置-第2终 点位置）。这种振荡运动通常实施为每分钟5000至50000次，然而也可以有更小和更高的振 荡频率(在此表达为振动/分钟）。
[0010]旋转方向的反转引起工具的加工力也改变其方向，这些加工力众所周知地总是与 运动方向相反地或在此与旋转方向相反地起作用。基于方向变化的加工力，获得与杠杆臂、 即工具的加工点到旋转轴线的距离相应的转矩，该转矩随着振荡使方向反转。这种由加工 力引发的转矩与无论是在加工期间还是在空转期间起作用的另一转矩相叠加，该另一转矩 为由工具的惯性力矩引发的转矩，其用于在工具达到其最高速度(例如在驱动装置的正弦 形状的旋转速度变化过程中正弦曲线的各个最大振幅)之后使工具制动以及使工具在旋转 方向反转之后在相反方向上实现被重新加速。
[0011]通过加工力和通过振荡驱动的运动情况产生的转矩基本上由工具机器施加，并通 过驱动装置传导至工具装置中。

【发明内容】

[0012] 本发明的目的在于提出一种工具装置，该工具装置可靠地接收经由驱动装置引入 的转矩。
[0013] 本发明的目的通过权利要求1的主题来实现。
[0014] 本发明的优选的扩展方案由从属权利要求给出。
[0015] 根据本发明的工具装置具有接口装置，工具装置可以通过该接口装置固定在工具 机器上，使得它们的驱动轴与工具旋转轴基本相合。术语"驱动轴"和"工具旋转轴"在此表 示工具机器或工具装置的虚拟的几何旋转轴。
[0016] 此外，设有至少两个与该工具旋转轴间隔设置的驱动面区域，它们分别具有多个 面点。术语"驱动面区域"（在下文中有时也只称为"驱动面"）是指为了接收工具机器的转矩 而能够至少部分地与工具机器的从动装置直接或间接地接触的面。术语"面点"在此是指位 于这些驱动面的上侧的点，并从几何学上来理解。
[0017] 该术语被用于表征几何学上的点，在该点上切面贴靠一个面。面点的垂直于切面 的矢量描述了该面在例如通过三维坐标系或通过另外的参考平面或参考面所限定的空间 中在该点上的方位。
[0018] 由于面的每个点同时也是本发明意义上的面点，所以一个面具有无限多的表面 点。然而，为了在实践中描述单向（einsinnig)或多向的弯曲的面，有限数量的面点就足够 了。术语单向弯曲是指在每个点上只沿一个方向弯曲的面，例如圆柱形面，而术语多向弯曲 是指在至少一个点上沿多个方向弯曲的面，例如球形表面。
[0019] 平的面仅具有与该面本身相合的切面。因此一个面点就足以表征一个平的面，在 此，该面点可以是该平的面的任意一个点。
[0020] 由于面点是几何点，所以这些面点在面上是不可见的。
[0021] 对于这些面点上的切面来说，适用特殊的几何条件。如同几何学的传统做法，切面 是指垂直于面点的法向矢量并接触面点的表面的面。术语"法向矢量"在此是指在该面点上 完全垂直于该面取向的矢量。
[0022] 在这些面点上的切面沿两个方向倾斜。首先是切面相对于包含工具旋转轴的轴向 平面倾斜。另外，这些切面相对于垂直于工具旋转轴延伸的径向面倾斜。
[0023] 因此，这种驱动面的设计与现有技术中已知的用于振荡机器的工具装置不同。 [0024] 在已知的工具装置中，例如在德国专利申请DE102011005818A1和德国实用新型申 请DE29605728U1所描述的工具装置中，工具在与工具机器的驱动装置连接的区域中基本上 被设计为是平的，即，这些工具在该区域中在垂直于工具旋转轴设置的平面中延伸。
[0025] 现在已经注意到的是，在一种优选的实施方式中，驱动面基本上是平的，也就是 说，所有面点的法线向量彼此平行地取向以及因此驱动面总共仅具有一个单一的切面。但 是在本发明的框架下，驱动面也可以单向或双向地弯曲；在这种情况下，那么法线矢量不再 彼此平行。
[0026]本发明基于以下的考虑：
[0027] 转矩被引入其中的工具的区域由于振荡运动而处于弯曲交变应力（Biege-Wechsel-Beanspruchung)下。这对于通常用于制造在此所述的工具的金属材料来说是特别 有问题的。这些金属具有晶体结构。如果在金属构件的一个区域中发生局部过载，即，在该 点上作用于该构件中的张力大于该构件可承受的张力，则在金属组织的单个颗粒之间会产 生微裂纹。这些裂纹会在两个方面损害构件的强度。一方面，在产生微裂纹的区域中没有张 力能够被传递到构件中。这意味着，该区域内的负载会由于裂纹的形成而被加大，因为用于 力传递的有效面积减小了。
[0028] 另一方面，还会出现一种现象，其在机械工程中通常被称为"切口效应"。这个名称 来自于：因为在切口的区域中，特别是当该切口是尖棱的时，会形成局部的张力集中，该张 力集中在包围该切口的材料的区域导致剪切应力，该剪切应力大于不受这种几何形状影响 的构件的区域中的剪切应力。
[0029] 这种增大了的负载会导致裂纹形成进一步扩大，并最终致使构件损坏。
[0030] 这种过程被称为损伤累积（3(：11&(16118&1<:1〇11]1111&1:;[011)，其例如在?&111^代11和組1161 的工作中被用文献资料记录。
[0031] 材料或构件的这种承受振动的负载和特别是弯曲交变负载的特性一般通过该构 件的所谓的Wdhler线（'Wdhlerlinie):来表示。W6hl_er_线是以下述认知为基础的:特别地 由钢材制成的构件在很多情况下均可以承受一定时间的交变负载(在琢dhlei*试验中被称 为负荷交变），此时该构件在这种负荷下经受住200万到600万次(这与材料有关)这种负荷 交变而不会损坏。在机械工程中也被称为材料或构件的所谓的疲劳强度。
[0032] 被振荡驱动的工具如上所述地例如以20000振动/分钟的频率振动。这意味着，在 耐用的构件设计方案的措辞中为20000次负荷交变/分钟或者说120万次负荷交变/小时。
[0033] 也就是，200万次负荷交变的从/611匕1-试验的疲劳强度下限，在工具的2小时运行 时间后就被超过。
[0034] 通过本发明的设计将提高工具能够承受的转矩负载。这首先通过使驱动面与转动 轴间隔开地设置来实现。因为工具所接收的力确定为转矩与该间隔的商(Fr = M/r，M是转 矩，单位为Nm(牛顿米）;F为地点r上的力，单位为N;r是施力点距工具旋转轴的距离，单位为 m) 〇
[0035] 施力点向外扩大（即远离工具轴)将降低转矩。
[0036] 另外，驱动面的倾斜导致施力点在总体上增大，从而使局部的负载降低，并且通过 相应的设计来提高在工具的其余区域中的力导入。
[0037]通常可以用于振荡机器中的工具装置的一部分具有沿周向方向设置的工作区域， 例如锯和切割工具。即，这些工具的工作区域基本上在垂直于工具的旋转轴的平面内延伸。
[0038] 根据现有技术，在这样的工具中常见的是将接口区域同样也构造为平的。驱动力 矩则作为力，沿垂直于工具面的方向例如通过销钉被导向驱动星轮(Antriebsstern)等。但 是，在工具面中工具是特别硬的，使得只能通过相对较小的区域实现力导入。那么在该区域 中就可能出现过高的局部负载，这导致降低工具的使用强度。
[0039] 根据本发明，在这样的工具中，力传递首先是从倾斜的面到平的面，由此(通过相 应的设计)增加了力传递面以及因而降低了局部负载。
[0040] 在这一点上要注意的是，重要的是降低峰值负载。由于前述的导致微裂纹的负载 集中直接形成并进一步促使对工具的磨损甚至毁坏，所以可以通过降低峰值负载来显著地 延长工具的使用寿命。
[0041] 根据一种优选的实施方式，设有至少一个这样的驱动面区域:在该驱动面区域中， 任何一个面点的法线矢量均不会位于延伸穿过工具转动轴的直线上。即，这样的驱动面区 域在任何一个面点上都不会指向工具旋转轴，而是该驱动面区域相对于工具旋转轴"旋 转"。由此使得驱动力不会在任何一个面点上从工具机器被切线地导入到该驱动面区域上， 从而进一步改善了转矩传递。
[0042] 如前所述，优选将驱动面设计为基本上是平的。这意味着，驱动面具有带有基本相 同的切面的平的区域，但这些驱动面可以通过边缘、单侧或多侧弯曲的面等来限定，或者说 可以通过边缘或通过拱形的区域过渡到工具装置的其他区域中。
[0043] 平驱动面的优点在于能够提供这样的工具装置:该工具装置通过相应的设计不但 能够被无间隙地固定在工具机器的驱动装置上，而且还可以通过相应的公差和材料特性 (例如弹性等)在驱动装置、工具机器和驱动装置之间形成面接触，这增大了力传递区域。
[0044] 在另一种优选的实施方式中，驱动面至少是局部地弯曲。在此可以将该弯曲设计 为，无论是在单向还是双向上均为具有固定或可变曲率半径的凸形和凹形。
[0045] 这种弯曲的面也可以被设计为，它们通过其造型和材料的弹性来服从使弯曲发生 变化和特别地使弯曲从一定的负载开始基本消失（即基本上成为平驱动面)的弹性。
[0046] 在一种优选的实施方式中，工具装置在接口装置的区域中具有至少一个第一上边 界平面和至少一个第二下边界平面。在此，这些边界平面基本上垂直于工具旋转轴来设置。 进一步优选这两个边界平面彼此间隔开。优选地，各个驱动面区域均设置在第一上边界平 面与第二下边界平面之间，确切地说，优选驱动面区域接触但不相交于各个边界平面。特别 地，通过在这些边界平面之间设置至少一个驱动面区域，特别是可以获得非常大面积的驱 动面区域并相应降低了该驱动面区域的应力。优选将第一组驱动面区域(至少一个驱动面 区域)设置在一个第一上边界平面与一个第二下边界平面之间，并进一步优选将第二组驱 动面区域设置在另一第一上边界平面与另一第二下边界平面之间。特别是通过对多个驱动 面区域进行编组并将该编组配属于边界平面，一方面可以使工具装置的制造简单，另一方 面在工具装置中实现特别均匀的转矩导入。
[0047] 在一种优选的实施方式中，多个驱动面区域在单一的第一上边界平面与单一的第 二下边界平面之间延伸。进一步优选地，所有的驱动面区域都在单一的第一上边界平面与 单一的第二下边界平面之间延伸。特别是通过使驱动面区域在单一的第一上边界平面与单 一的第二下边界平面之间延伸，可以获得具有很低空间需求并且此外具有很少必需材料的 工具装置。更加有利的是，特别是通过对驱动面区域的这种设计，能够将转矩特别均匀地以 及因此不损伤材料地传递到工具装置。
[0048] 在一种优选的实施方式中，至少一个第一边界平面和一个第二边界平面以间距T 彼此间隔开地设置。优选地，工具装置特别是在接口装置的区域内的壁厚基本为t。进一步 优选地，关于壁厚t从所限定的范围中选择间距T。已被证明有利的是:使间距T和壁厚t具有 一定的关系，特别是可以由此在工具装置的接口区域中实现适宜的刚度比，以及因此实现 从工具机器到工具装置的合适的转矩导入。优选从下述范围内来选择间距T:在此T优选大 于一倍的t，更优选大于两倍的t，特别优选大于三倍的t，并进一步优选间距T小于20倍的t， 更优选小于1 〇倍的t，并特别优选小于5倍的t。特别优选地，特别地当壁厚t为0.7 、 优选地为lmm-l · 5mm时，间距T基本上为t的3 · 5倍。这意味着，在这种情况下基本上是t的+/-0.75倍。特别是通过在工具装置的接口装置区域内在间距T与壁厚t之间以该关系可达到的 刚度比，能够在工具装置中实现特别合适的转矩导入，以及因此可以使工具装置具有长的 使用寿命。
[0049] 在一种优选的实施方式中，工具装置具有多个驱动面区域。优选将多个驱动面区 域围绕工具旋转轴转动对称地设置。
[0050] 在本发明中，"围绕工具旋转轴转动对称"是指所述多个驱动面区域通过围绕工具 旋转轴旋转至少一个角度(该角度大于0°小于360°)或者旋转任意的角度，从几何上看均与 自身重合。该角度特别是360°/n，其中η为大于1的自然数。
[0051]特别是通过驱动面区域的转动对称设置，可以减少工具装置上的附加应力，或者 说使驱动面区域均匀地负荷以及由此特别是增加了使用寿命。通过驱动面区域的转动对称 的取向，更有利于使工具装置能够在关于工具旋转轴的不同角度位置上被工具机器所接 纳。优选工具装置能够以离散的角距(Winkelschritte)围绕工具旋转轴旋转并被接纳于工 具机器上。
[0052]在一种优选的实施方式中，将至少每