工具裝置的制造方法
【專利說明】
[00011 優(yōu)先權(quán)文件DE202013006920.1的全部內(nèi)容在此通過援引并入本申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種工具裝置，該工具裝置適用于與特別是手動引導(dǎo)的工具機器一起 使用，該工具機器具有圍繞驅(qū)動軸運動的驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 下面主要參照被設(shè)計用于與特別是手動引導(dǎo)的工具機器一起使用的工具裝置的 實施例對本發(fā)明進行說明，該工具機器具有圍繞驅(qū)動軸振蕩運動的驅(qū)動裝置。但是這種說 明的限制并不構(gòu)成對這種工具裝置的可能用途的限制。
[0004]在下文中也簡化地使用術(shù)語"工具"來代替術(shù)語"工具裝置"。但是這也不應(yīng)被理解 為限制性的。
[0005] 工具機器是指具有一個或多個驅(qū)動馬達和可能的一個或多個傳動機構(gòu)的裝置。工 具機器的驅(qū)動裝置是指用于將轉(zhuǎn)矩施加于工具的一個或多個構(gòu)件，也就是通常為驅(qū)動/從 動軸，驅(qū)動/從動主軸(An_/Abtriebsspindel)等。
[0006] 手動引導(dǎo)的工具機器具有攜帶裝置，特別是把手等，利用這些把手，工具機器可以 與固定于其上的工具一起由操作力攜帶和引導(dǎo)。通常為手動引導(dǎo)的工具機器配備電驅(qū)動馬 達，但是也公知其它的結(jié)構(gòu)型式，例如有液壓或氣動或利用肌肉力量運行的工具機器。
[0007] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已知許多被設(shè)計用于與具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的工具機器一起使用的 工具。這樣的工具裝置例如是鉆機、砂輪和切割盤、圓鋸等。這些工具被固定在從動裝置上， 根據(jù)用途、工具和機器的不同，該從動裝置以接近〇到幾千轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，在極端情況下 轉(zhuǎn)速還會明顯地更高。工具在運行中會在與工件的接觸中帶來或多或少的壓力，然后在工 件上實施相應(yīng)的加工進程。這種在此相對于旋轉(zhuǎn)軸線間隔開地發(fā)生的加工力，也就是例如 切割力或磨削力，會導(dǎo)致圍繞驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩通過從工具機器傳遞到工具裝置的驅(qū) 動力矩來平衡。將該驅(qū)動力矩傳遞到工具是通過工具的接口裝置進行的，工具通過該接口 裝置被固定在驅(qū)動裝置上。因此，對于在加工時基本上總是沿相同的方向轉(zhuǎn)動的工具來說， 在使用工具期間作用于接口裝置的力基本上沿相同的方向發(fā)生，但是高度不同。
[0008] 另外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的還有具有振蕩驅(qū)動裝置的工具機器。在這里，工具裝置 的振蕩驅(qū)動是指旋轉(zhuǎn)振蕩驅(qū)動，而不是例如特別是由弓鋸裝置已知的往復(fù)振蕩驅(qū)動。弓鋸 裝置特別是指線鋸裝置、月牙形鋸裝置或狐尾鋸裝置等。而具有振蕩驅(qū)動裝置的工具機器 在這里也就是指利用該驅(qū)動裝置的運動的工具機器，其中，該驅(qū)動裝置從中間位置開始沿 第一旋轉(zhuǎn)方向運動并被制動至停止?fàn)顟B(tài)，然后再沿相反的旋轉(zhuǎn)方向運動至停止?fàn)顟B(tài)。
[0009] 從中間位置到各個終點位置的角距離通?？梢宰疃酁?°，然而在所實施的機器中 大多數(shù)情況下為較低的角度1°至2.5°，這相當(dāng)于2°至5°的總角運動(第一終點位置-第2終 點位置）。這種振蕩運動通常實施為每分鐘5000至50000次，然而也可以有更小和更高的振 蕩頻率(在此表達為振動/分鐘）。
[0010]旋轉(zhuǎn)方向的反轉(zhuǎn)引起工具的加工力也改變其方向，這些加工力眾所周知地總是與 運動方向相反地或在此與旋轉(zhuǎn)方向相反地起作用。基于方向變化的加工力，獲得與杠桿臂、 即工具的加工點到旋轉(zhuǎn)軸線的距離相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩隨著振蕩使方向反轉(zhuǎn)。這種由加工 力引發(fā)的轉(zhuǎn)矩與無論是在加工期間還是在空轉(zhuǎn)期間起作用的另一轉(zhuǎn)矩相疊加，該另一轉(zhuǎn)矩 為由工具的慣性力矩引發(fā)的轉(zhuǎn)矩，其用于在工具達到其最高速度(例如在驅(qū)動裝置的正弦 形狀的旋轉(zhuǎn)速度變化過程中正弦曲線的各個最大振幅)之后使工具制動以及使工具在旋轉(zhuǎn) 方向反轉(zhuǎn)之后在相反方向上實現(xiàn)被重新加速。
[0011]通過加工力和通過振蕩驅(qū)動的運動情況產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩基本上由工具機器施加，并通 過驅(qū)動裝置傳導(dǎo)至工具裝置中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提出一種工具裝置，該工具裝置可靠地接收經(jīng)由驅(qū)動裝置引入 的轉(zhuǎn)矩。
[0013] 本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的主題來實現(xiàn)。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)選的擴展方案由從屬權(quán)利要求給出。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的工具裝置具有接口裝置，工具裝置可以通過該接口裝置固定在工具 機器上，使得它們的驅(qū)動軸與工具旋轉(zhuǎn)軸基本相合。術(shù)語"驅(qū)動軸"和"工具旋轉(zhuǎn)軸"在此表 示工具機器或工具裝置的虛擬的幾何旋轉(zhuǎn)軸。
[0016] 此外，設(shè)有至少兩個與該工具旋轉(zhuǎn)軸間隔設(shè)置的驅(qū)動面區(qū)域，它們分別具有多個 面點。術(shù)語"驅(qū)動面區(qū)域"（在下文中有時也只稱為"驅(qū)動面"）是指為了接收工具機器的轉(zhuǎn)矩 而能夠至少部分地與工具機器的從動裝置直接或間接地接觸的面。術(shù)語"面點"在此是指位 于這些驅(qū)動面的上側(cè)的點，并從幾何學(xué)上來理解。
[0017] 該術(shù)語被用于表征幾何學(xué)上的點，在該點上切面貼靠一個面。面點的垂直于切面 的矢量描述了該面在例如通過三維坐標(biāo)系或通過另外的參考平面或參考面所限定的空間 中在該點上的方位。
[0018] 由于面的每個點同時也是本發(fā)明意義上的面點，所以一個面具有無限多的表面 點。然而，為了在實踐中描述單向（einsinnig)或多向的彎曲的面，有限數(shù)量的面點就足夠 了。術(shù)語單向彎曲是指在每個點上只沿一個方向彎曲的面，例如圓柱形面，而術(shù)語多向彎曲 是指在至少一個點上沿多個方向彎曲的面，例如球形表面。
[0019] 平的面僅具有與該面本身相合的切面。因此一個面點就足以表征一個平的面，在 此，該面點可以是該平的面的任意一個點。
[0020] 由于面點是幾何點，所以這些面點在面上是不可見的。
[0021] 對于這些面點上的切面來說，適用特殊的幾何條件。如同幾何學(xué)的傳統(tǒng)做法，切面 是指垂直于面點的法向矢量并接觸面點的表面的面。術(shù)語"法向矢量"在此是指在該面點上 完全垂直于該面取向的矢量。
[0022] 在這些面點上的切面沿兩個方向傾斜。首先是切面相對于包含工具旋轉(zhuǎn)軸的軸向 平面傾斜。另外，這些切面相對于垂直于工具旋轉(zhuǎn)軸延伸的徑向面傾斜。
[0023] 因此，這種驅(qū)動面的設(shè)計與現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于振蕩機器的工具裝置不同。 [0024] 在已知的工具裝置中，例如在德國專利申請DE102011005818A1和德國實用新型申 請DE29605728U1所描述的工具裝置中，工具在與工具機器的驅(qū)動裝置連接的區(qū)域中基本上 被設(shè)計為是平的，即，這些工具在該區(qū)域中在垂直于工具旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的平面中延伸。
[0025] 現(xiàn)在已經(jīng)注意到的是，在一種優(yōu)選的實施方式中，驅(qū)動面基本上是平的，也就是 說，所有面點的法線向量彼此平行地取向以及因此驅(qū)動面總共僅具有一個單一的切面。但 是在本發(fā)明的框架下，驅(qū)動面也可以單向或雙向地彎曲；在這種情況下，那么法線矢量不再 彼此平行。
[0026]本發(fā)明基于以下的考慮：
[0027] 轉(zhuǎn)矩被引入其中的工具的區(qū)域由于振蕩運動而處于彎曲交變應(yīng)力（Biege-Wechsel-Beanspruchung)下。這對于通常用于制造在此所述的工具的金屬材料來說是特別 有問題的。這些金屬具有晶體結(jié)構(gòu)。如果在金屬構(gòu)件的一個區(qū)域中發(fā)生局部過載，即，在該 點上作用于該構(gòu)件中的張力大于該構(gòu)件可承受的張力，則在金屬組織的單個顆粒之間會產(chǎn) 生微裂紋。這些裂紋會在兩個方面損害構(gòu)件的強度。一方面，在產(chǎn)生微裂紋的區(qū)域中沒有張 力能夠被傳遞到構(gòu)件中。這意味著，該區(qū)域內(nèi)的負(fù)載會由于裂紋的形成而被加大，因為用于 力傳遞的有效面積減小了。
[0028] 另一方面，還會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，其在機械工程中通常被稱為"切口效應(yīng)"。這個名稱 來自于：因為在切口的區(qū)域中，特別是當(dāng)該切口是尖棱的時，會形成局部的張力集中，該張 力集中在包圍該切口的材料的區(qū)域?qū)е录羟袘?yīng)力，該剪切應(yīng)力大于不受這種幾何形狀影響 的構(gòu)件的區(qū)域中的剪切應(yīng)力。
[0029] 這種增大了的負(fù)載會導(dǎo)致裂紋形成進一步擴大，并最終致使構(gòu)件損壞。
[0030] 這種過程被稱為損傷累積（3(：11&(16118&1<:1〇11]1111&1:;[011)，其例如在?&111^代11和組1161 的工作中被用文獻資料記錄。
[0031] 材料或構(gòu)件的這種承受振動的負(fù)載和特別是彎曲交變負(fù)載的特性一般通過該構(gòu) 件的所謂的Wdhler線（'Wdhlerlinie):來表示。W6hl_er_線是以下述認(rèn)知為基礎(chǔ)的:特別地 由鋼材制成的構(gòu)件在很多情況下均可以承受一定時間的交變負(fù)載(在琢dhlei*試驗中被稱 為負(fù)荷交變），此時該構(gòu)件在這種負(fù)荷下經(jīng)受住200萬到600萬次(這與材料有關(guān))這種負(fù)荷 交變而不會損壞。在機械工程中也被稱為材料或構(gòu)件的所謂的疲勞強度。
[0032] 被振蕩驅(qū)動的工具如上所述地例如以20000振動/分鐘的頻率振動。這意味著，在 耐用的構(gòu)件設(shè)計方案的措辭中為20000次負(fù)荷交變/分鐘或者說120萬次負(fù)荷交變/小時。
[0033] 也就是，200萬次負(fù)荷交變的從/611匕1-試驗的疲勞強度下限，在工具的2小時運行 時間后就被超過。
[0034] 通過本發(fā)明的設(shè)計將提高工具能夠承受的轉(zhuǎn)矩負(fù)載。這首先通過使驅(qū)動面與轉(zhuǎn)動 軸間隔開地設(shè)置來實現(xiàn)。因為工具所接收的力確定為轉(zhuǎn)矩與該間隔的商(Fr = M/r，M是轉(zhuǎn) 矩，單位為Nm(牛頓米）;F為地點r上的力，單位為N;r是施力點距工具旋轉(zhuǎn)軸的距離，單位為 m) 〇
[0035] 施力點向外擴大（即遠離工具軸)將降低轉(zhuǎn)矩。
[0036] 另外，驅(qū)動面的傾斜導(dǎo)致施力點在總體上增大，從而使局部的負(fù)載降低，并且通過 相應(yīng)的設(shè)計來提高在工具的其余區(qū)域中的力導(dǎo)入。
[0037]通?？梢杂糜谡袷帣C器中的工具裝置的一部分具有沿周向方向設(shè)置的工作區(qū)域， 例如鋸和切割工具。即，這些工具的工作區(qū)域基本上在垂直于工具的旋轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)延伸。
[0038] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在這樣的工具中常見的是將接口區(qū)域同樣也構(gòu)造為平的。驅(qū)動力 矩則作為力，沿垂直于工具面的方向例如通過銷釘被導(dǎo)向驅(qū)動星輪(Antriebsstern)等。但 是，在工具面中工具是特別硬的，使得只能通過相對較小的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)力導(dǎo)入。那么在該區(qū)域 中就可能出現(xiàn)過高的局部負(fù)載，這導(dǎo)致降低工具的使用強度。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，在這樣的工具中，力傳遞首先是從傾斜的面到平的面，由此(通過相 應(yīng)的設(shè)計)增加了力傳遞面以及因而降低了局部負(fù)載。
[0040] 在這一點上要注意的是，重要的是降低峰值負(fù)載。由于前述的導(dǎo)致微裂紋的負(fù)載 集中直接形成并進一步促使對工具的磨損甚至毀壞，所以可以通過降低峰值負(fù)載來顯著地 延長工具的使用壽命。
[0041] 根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，設(shè)有至少一個這樣的驅(qū)動面區(qū)域:在該驅(qū)動面區(qū)域中， 任何一個面點的法線矢量均不會位于延伸穿過工具轉(zhuǎn)動軸的直線上。即，這樣的驅(qū)動面區(qū) 域在任何一個面點上都不會指向工具旋轉(zhuǎn)軸，而是該驅(qū)動面區(qū)域相對于工具旋轉(zhuǎn)軸"旋 轉(zhuǎn)"。由此使得驅(qū)動力不會在任何一個面點上從工具機器被切線地導(dǎo)入到該驅(qū)動面區(qū)域上， 從而進一步改善了轉(zhuǎn)矩傳遞。
[0042] 如前所述，優(yōu)選將驅(qū)動面設(shè)計為基本上是平的。這意味著，驅(qū)動面具有帶有基本相 同的切面的平的區(qū)域，但這些驅(qū)動面可以通過邊緣、單側(cè)或多側(cè)彎曲的面等來限定，或者說 可以通過邊緣或通過拱形的區(qū)域過渡到工具裝置的其他區(qū)域中。
[0043] 平驅(qū)動面的優(yōu)點在于能夠提供這樣的工具裝置:該工具裝置通過相應(yīng)的設(shè)計不但 能夠被無間隙地固定在工具機器的驅(qū)動裝置上，而且還可以通過相應(yīng)的公差和材料特性 (例如彈性等)在驅(qū)動裝置、工具機器和驅(qū)動裝置之間形成面接觸，這增大了力傳遞區(qū)域。
[0044] 在另一種優(yōu)選的實施方式中，驅(qū)動面至少是局部地彎曲。在此可以將該彎曲設(shè)計 為，無論是在單向還是雙向上均為具有固定或可變曲率半徑的凸形和凹形。
[0045] 這種彎曲的面也可以被設(shè)計為，它們通過其造型和材料的彈性來服從使彎曲發(fā)生 變化和特別地使彎曲從一定的負(fù)載開始基本消失（即基本上成為平驅(qū)動面)的彈性。
[0046] 在一種優(yōu)選的實施方式中，工具裝置在接口裝置的區(qū)域中具有至少一個第一上邊 界平面和至少一個第二下邊界平面。在此，這些邊界平面基本上垂直于工具旋轉(zhuǎn)軸來設(shè)置。 進一步優(yōu)選這兩個邊界平面彼此間隔開。優(yōu)選地，各個驅(qū)動面區(qū)域均設(shè)置在第一上邊界平 面與第二下邊界平面之間，確切地說，優(yōu)選驅(qū)動面區(qū)域接觸但不相交于各個邊界平面。特別 地，通過在這些邊界平面之間設(shè)置至少一個驅(qū)動面區(qū)域，特別是可以獲得非常大面積的驅(qū) 動面區(qū)域并相應(yīng)降低了該驅(qū)動面區(qū)域的應(yīng)力。優(yōu)選將第一組驅(qū)動面區(qū)域(至少一個驅(qū)動面 區(qū)域)設(shè)置在一個第一上邊界平面與一個第二下邊界平面之間，并進一步優(yōu)選將第二組驅(qū) 動面區(qū)域設(shè)置在另一第一上邊界平面與另一第二下邊界平面之間。特別是通過對多個驅(qū)動 面區(qū)域進行編組并將該編組配屬于邊界平面，一方面可以使工具裝置的制造簡單，另一方 面在工具裝置中實現(xiàn)特別均勻的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)入。
[0047] 在一種優(yōu)選的實施方式中，多個驅(qū)動面區(qū)域在單一的第一上邊界平面與單一的第 二下邊界平面之間延伸。進一步優(yōu)選地，所有的驅(qū)動面區(qū)域都在單一的第一上邊界平面與 單一的第二下邊界平面之間延伸。特別是通過使驅(qū)動面區(qū)域在單一的第一上邊界平面與單 一的第二下邊界平面之間延伸，可以獲得具有很低空間需求并且此外具有很少必需材料的 工具裝置。更加有利的是，特別是通過對驅(qū)動面區(qū)域的這種設(shè)計，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩特別均勻地以 及因此不損傷材料地傳遞到工具裝置。
[0048] 在一種優(yōu)選的實施方式中，至少一個第一邊界平面和一個第二邊界平面以間距T 彼此間隔開地設(shè)置。優(yōu)選地，工具裝置特別是在接口裝置的區(qū)域內(nèi)的壁厚基本為t。進一步 優(yōu)選地，關(guān)于壁厚t從所限定的范圍中選擇間距T。已被證明有利的是:使間距T和壁厚t具有 一定的關(guān)系，特別是可以由此在工具裝置的接口區(qū)域中實現(xiàn)適宜的剛度比，以及因此實現(xiàn) 從工具機器到工具裝置的合適的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)入。優(yōu)選從下述范圍內(nèi)來選擇間距T:在此T優(yōu)選大 于一倍的t，更優(yōu)選大于兩倍的t，特別優(yōu)選大于三倍的t，并進一步優(yōu)選間距T小于20倍的t， 更優(yōu)選小于1 〇倍的t，并特別優(yōu)選小于5倍的t。特別優(yōu)選地，特別地當(dāng)壁厚t為0.7 、 優(yōu)選地為lmm-l · 5mm時，間距T基本上為t的3 · 5倍。這意味著，在這種情況下基本上是t的+/-0.75倍。特別是通過在工具裝置的接口裝置區(qū)域內(nèi)在間距T與壁厚t之間以該關(guān)系可達到的 剛度比，能夠在工具裝置中實現(xiàn)特別合適的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)入，以及因此可以使工具裝置具有長的 使用壽命。
[0049] 在一種優(yōu)選的實施方式中，工具裝置具有多個驅(qū)動面區(qū)域。優(yōu)選將多個驅(qū)動面區(qū) 域圍繞工具旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動對稱地設(shè)置。
[0050] 在本發(fā)明中，"圍繞工具旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動對稱"是指所述多個驅(qū)動面區(qū)域通過圍繞工具 旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至少一個角度(該角度大于0°小于360°)或者旋轉(zhuǎn)任意的角度，從幾何上看均與 自身重合。該角度特別是360°/n，其中η為大于1的自然數(shù)。
[0051]特別是通過驅(qū)動面區(qū)域的轉(zhuǎn)動對稱設(shè)置，可以減少工具裝置上的附加應(yīng)力，或者 說使驅(qū)動面區(qū)域均勻地負(fù)荷以及由此特別是增加了使用壽命。通過驅(qū)動面區(qū)域的轉(zhuǎn)動對稱 的取向，更有利于使工具裝置能夠在關(guān)于工具旋轉(zhuǎn)軸的不同角度位置上被工具機器所接 納。優(yōu)選工具裝置能夠以離散的角距(Winkelschritte)圍繞工具旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并被接納于工 具機器上。
[0052]在一種優(yōu)選的實施方式中，將至少每