專利名稱：具有定中部件的旋轉工具系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及手持旋轉工具及相關附件的領域。
背景技術：
手持旋轉工具被許多人廣泛使用，包括工匠、房主、畫家。這些旋轉工 具典型的特點是都包括一設計成能輕易的被使用者握持的外殼體。該殼體 容納可操作的驅動旋轉工具的旋轉卡盤的電動機。所述卡盤允許各種附件 可互換地在旋轉工具上使用。
為了使附件與旋轉工具連接，使用者旋轉所述卡盤以相對于附件桿旋緊 卡盤。卡盤夾持附件桿的能力取決于使用者施加的旋緊扭矩的大小。當施 加的旋緊扭矩不足時，卡盤在受載時變松，導致對附件失去控制，從而可 能同時損傷工件和附件或兩者的其中一個。為了解決該問題， 一些卡盤設 置了需要通過鍵或扳手旋緊的部件。因為這些可選擇部件需要更緊的握持 力施加在附件桿上，所以其使用增加了更換附件所需的時間。更進一步的， 額外的部件，特別是諸如鍵和扳手等小部件，很容易被錯放，導致在尋找 或替換它們時浪費了時間。
對應于公知的卡盤系統中出現的問題，出現了 "快速更換"夾頭。快速 更換夾頭能抓住夾頭內附件桿的一部分，通常使用能抓取設置在桿內槽中 的球軸承的彈簧負載的套筒。然后，所述附件由夾頭內鉆套的一部分來驅 動，其被設置成與附件桿形狀互補。桿的常見形狀為六邊形。快速更換夾 頭能顯著的減少更換附件所需的時間，也能顯著的降低旋轉工具上可能的 附件工作松動。
在快速更換夾頭具有許多好處的同時，公知的夾頭系統也具有各種限 制。 一種這樣的限制是由抓取附件桿的方式所導致的。明確的說，為了允 許成形的桿能塞入成形的鉆套內部，鉆套必然要比桿粗。這樣會導致桿和 鉆頭之間有一定的空隙量。當這種空隙量增加時，滑移和脫軸運動的可能性會增加。當這種空隙量減少時，外部物質干擾鉆套內桿的正常固定的可 能性會增加。因此，在輕松的使用和性能之間需要一種折衷。
更進一步的，在球軸承和桿中的凹槽之間需要一定的空隙量。因此，造 成了附件和旋轉工具之間一定程度的軸向松動。當負載加載在旋轉工具上 時，這種松動會導致附件不必要的軸向位移。
旋轉工具系統的產品上的特定的工程公差會進一步加劇前述的限制。減 小這些公差，產品的成本也會增加。因此，在優化系統性能時獲得成本有 效的公差之間需要一種折衷。
因此，提供夾頭和相關的旋轉工具系統，使其能快速和輕易的使用而不 需要額外的諸如鍵或扳手等工具是有利的。當旋轉工具處于使用狀態，如 果夾頭和相關的旋轉工具減少了附件的松動，這一切將變得更為有利。如 果夾頭和相關的旋轉工具系統能補償制造存在的公差，而不因為外部物體 的存在而產生過分的不宜操作性，這也會變得有利。
發明內容
根據本發明的一個實施例，提供了一種使用在旋轉工具上的夾頭，所 述旋轉工具包括限定出桿容置孔的鉆套，將旋轉力從鉆套傳遞到附件的桿 的傳動部件，以及設置在鉆套內的定中部件，所述定中部件構造成當桿設 置在桿容置孔內時，能自動的抓取所述桿。
根據另外一個實施例， 一種旋轉工具套件包括旋轉工具、帶有桿的附 件以及將附件連接在旋轉工具上的夾頭，該夾頭包括限定桿容置孔的鉆 套；在第一端部通向桿容置孔而在第二端部通向桿容置孔的外壁的通道， 該通道包括第一支承部和第二支承部；將旋轉力從鉆套傳遞到附件的傳動 部件，所述傳動部件在通道內可以在第一位置和第二位置之間移動，其中 在第一位置，傳動部件不與第一支承部或第二支承部接觸，在第二位置， 傳動部件與第一支承部和第二支承部均接觸；以及位于鉆套內的定中部件， 所述定中部件構造成，當桿位于桿容置孔內時，定中部件彈性變形以抓持 所述桿，其中，當桿容納在桿容置孔中及傳動部件處于第二位置并與桿相 接合時，鉆套繞一軸線的旋轉導致繞該軸線的旋轉力從鉆套通過傳動部件 傳遞給桿。其中，桿具有由空腔壁限定的空腔，所述空腔壁構造成與傳動部件相 接合，以將繞該軸線的旋轉力從鉆套傳遞給桿。
其中，空腔壁構造成與傳動部件接合，以便從鉆套傳遞的繞該軸線的 旋轉力在桿上產生軸向力，沿使桿進一步進入桿容置孔的方向偏壓桿。
其中，桿容置孔包括一凹槽，以及定中部件包括一彈性圈，所述彈性 圈構造成至少部分安裝在該凹槽內，并從該凹槽凸出進入桿容置孔中。
其中，彈性圈構造成在插入到桿容置孔內的桿上提供至少三個壓力點。
在進一步的實施例中， 一種操作旋轉工具的方法包括使鉆套的桿容 置孔內的定中部件隨著附件的桿而變形；移動傳動部件進入桿內由空腔壁 限定的空腔；在繞一軸線的第一方向上旋轉鉆套；將空腔壁的第一部分與 傳動部件接觸；以及將繞該軸線的第一方向上的旋轉能量從鉆套通過傳動 部件傳遞至桿。
所述方法進一步包括將繞該軸線的第一方向上的旋轉能量轉換成作 用于附件的第一軸向力，從而在使其進一步進入鉆套的方向上偏壓附件。
其中，變形定中部件包括將彈性圈的至少兩個內彎部推向桿容置孔中 的凹槽。
所述方法進一步包括在繞該軸線的第二方向上旋轉鉆套，將繞該軸 線的第二方向的旋轉能量從鉆套通過傳動部件傳遞至桿，以及將繞該軸線 的第二方向上的旋轉能量轉換成作用于附件的第二軸向力，從而在使其進 一步進入鉆套的方向上偏壓附件。
其中，將繞該軸線的第一方向的旋轉能量從鉆套通過傳動部件傳遞至 桿包括接合空腔壁的一部分，該部分相對于與鉆套縱軸線垂直的平面成 角度。
本發明可以采用各種系統元件和系統元件布置的形式。下列附圖僅僅為 了闡述示例的實施例，而不是作為限制本發明的解釋。
圖1示出用于旋轉工具的具有定中部件和傳動部件的夾頭組件的平面 圖，具體闡述了本發明的原理。。
圖2示出圖1的夾頭的剖視圖，該夾頭具有通過外套筒保持在鉆套通道內的傳動部^K
圖3示出圖1的夾頭組件的分解透視圖。
圖4示出在圖1的實施例中作為定中部件使用的彈性圈的頂視圖。 圖5示出圖4中定中部件設置在圖2的鉆套內的剖視圖。 圖6示出具有帶空腔的桿的附件的側視圖，根據本發明的原理，所述附 件與圖1中的夾頭組件一同使用。
圖7示出圖6中的附件的桿內空腔的正視圖。
圖8示出圖1的夾頭組件的剖面圖，所述夾頭組件具有外套筒壓縮并與 外套筒內凹槽一起排列的彈簧，還具有鉆套的通道。
圖9示出具有圖6中附件的圖1的夾頭組件的剖視圖，所述附件部分插 入到鉆套的桿容置孔的內部，以接觸伸入桿容置孔中的定中部件。
圖10示出具有圖6中附件的圖1的夾頭組件的剖視圖，所述附件部分 插入到鉆套的桿容置孔的內部，以接觸桿容置孔內部的傳動部件的部分。
圖11示出圖1的夾頭組件的剖視圖，所述傳動部件從桿容置孔中推出 并部分的進入外套筒的凹槽，因此附件桿能被允許進一步的插入到鉆套的 桿容置孔中。
圖12示出圖1的夾頭組件的部分剖視圖，接觸傳動部件的凹槽肩部是 自由的。
圖13示出圖1的夾頭組件的剖視圖，所述傳動部件通過外套筒在鉆套 的通道內抓取并且部分的處于圖4的附件的空腔中；
圖14示出圖1的夾頭組件的剖視圖，所述傳動部件通過圖4的附件的 桿在鉆套的通道內抓取，當附件桿的空腔沒有與通道對齊以及通過使用者 釋放外套筒產生外套筒的凹槽的肩部，從而留下外露的警告環。
圖15示出圖4中設置在圖2的鉆套內的定中部件的剖視圖，圖6中的 附件使圖4中的定中部件變形，從而在桿容置孔中的內部將附件桿定中。
圖16示出夾頭組件沒有旋轉時，圖1的夾頭部件的通道內的傳動部件 的剖視示意圖17示出夾頭組件沒有旋轉時，圖6的附件的空腔內的圖1的夾頭組 件的傳動部件的剖視示意圖18示出夾頭組件最初開始旋轉時，圖1的夾頭組件的通道內的傳動部件的剖視示意圖19示出處在圖6的附件的空腔內的圖1的夾頭組件的傳動部件的剖 視示意圖，其中夾頭組件的旋轉導致傳動部件與圖6的附件桿接合來提供 附件的旋轉力。
圖20示出圖1的夾頭組件的通道內的傳動部件的剖視示意圖，其中傳 動部件與鉆套相接合，從鉆套傳遞旋轉力和軸向力。
圖21示出處于圖6的附件空腔內的圖1的夾頭組件的傳動部件的剖視 示意圖，其中夾頭組件的旋轉導致傳動部件與圖6的附件的桿相接合，傳 遞徑向力和軸向力。
具體實施例方式
同旋轉工具一同使用的夾頭組件100如圖1-3所示。夾頭組件100包括 鉆套102和外套筒104。所述鉆套102包括螺紋連接部105和桿容置孔106。 定中部件108通過凹槽110在桿容置孔106內被夾持在位。狹槽112設置 在鉆套102的上端部并從桿容置孔106延伸，所述容置孔終止于端部114。 通道118的一端穿過錐形部分120開口朝向桿容置孔106，另一端開口穿過 鉆套102的外壁122。凹槽116在上端外接外壁122，同時保持肩124在外 壁122的下端從外壁122向外延伸。
所述外套筒104與鉆套102的外壁122 —起限制出彈簧空腔126。彈簧 128設置在彈簧空腔126內，凹槽130圍繞外套筒104的內壁132延伸。
所述夾頭組件100進一步包括傳動部件134和警告環136。傳動部件 134，在該實施例中是球軸承，設置在通道118的內部。警告環136在凹槽 116內設置在鉆套102和外套筒104之間。
進一步參見圖4-5，定中部件108在該實施例中是開口環，所述開口環 包括與內彎部140交替出現的外彎部D8。相對的成對外彎部138，諸如圖 4所描述的設置在定中部件108的右上端和左下端的外彎部138，限定出的 直徑比桿容置孔106的直徑更大，這在圖5中可更好的看出。另外，相對 的成對內彎部140，諸如圖4所描述的設置在定中部件的上部和下部的內彎 部140，限定出的直徑比桿容置孔106的直徑更小，因此，當定中部件108 被凹槽110所夾持時，外彎部138在凹槽110內抵靠鉆套102，內彎部140伸入桿容置孔106。
夾頭組件100可以和如圖6-7所示的附件142 —同使用。附件142包括 工作部144和桿146。桿146包括插塞端部148和空腔150。
在操作中，夾頭組件100通過螺紋連接孔115安裝在旋轉工具(未示出) 上。供選擇的是，夾頭組件100可永久地安裝在旋轉工具上。在任意一種 情況下，夾頭組件100的操作開始于圖2所描述的條件下的夾頭組件100。 接下來，使用者抓握外套筒104并按如圖2中箭頭152的方向施加作用力。 當施加的力超過了彈簧128的偏壓力，外套筒104按箭頭152的方向移動， 壓縮彈簧128靠著保持肩124直到夾頭組件100處于圖8所示的狀況。
如圖8所示，凹槽130基本與通道118對齊，警告環136暴露在外套筒 104的上面。然后，附件142的插塞端部148設置在桿容置孔106內部。所 述插塞端部148的直徑比內彎部限定出的直徑大，但比桿容置孔106的直 徑小。因此，參見圖9，當桿146插入到桿容置孔106中時，附件142的插 塞端部148接觸定中部件108的內彎部140，所述內彎部140凸出到桿容置 孑L106內。
定中部件108由彈性材料制成。另外，因為外彎部138之間的開口，定 中部件108沒有完全圍繞凹槽110延伸。因此，當插塞端部148與內彎部 140接觸時，在桿容置孔106向外的方向上對內彎部140施力。當內彎部 140向外移動時，桿146移動并經過定中部件108。
參見圖10，桿146繼續插入桿容置孔106導致附件142的插塞端部148 接觸到傳動部件134。因為凹槽130與通道118對齊，傳動部件134被迫移 出桿容置孔106,并部分的進入凹槽130，允許插塞端部148移動越過通道 118，如圖11所示。
接下來參見圖lh當插塞端部148接近端部114時，空腔150定位成靠 近通道118。因此，傳動部件134能自由地移出凹槽130并進入空腔150。 施加在外套筒104的力可以被釋放，允許彈簧128向上推動套筒104從圖 11所示的位置到達圖12所示的位置。
在使用者施加于外套筒104的力釋放之前傳動部件134沒有移動進入空 腔150的情況下，凹槽130的下錐形部將作用于傳動部件134，迫使傳動部 件134移出凹槽130，并部分的進入空腔150。在任意一種情況下，外套筒104通過彈簧128被迫向上，直到如圖13所示外套筒104覆蓋警告環136。 狹槽112用來保證空腔150基本與通道118徑向對齊。供選擇的是，附 件142和夾頭組件100可以鍵配合，或者被另外的標記以輔助附件142和 夾頭組件100的對齊。當空腔150處于基本不與通道118對齊的狀態下， 傳動部件134將不能移動進入空腔150。因此， 一旦使用者作用于外套筒 104的力被釋放，凹槽130的下錐形部會作用于傳動部件134上，迫使傳動 部件134靠著桿146。因此，彈簧128所導致的外套筒104的運動會停止， 外套筒104會處于如圖14所示的位置上。
如圖14所示，警告環136暴露在外套筒104頂部的上方。這將警告使 用者附件142沒有正確插入到夾頭組件100的內部。因此，使用者旋轉附 件142直到空腔150與凹槽130對齊，此時彈簧128繼續偏壓外套筒104 能強迫凹槽130的下錐形部抵靠于傳動部件134。因此，傳動部件134被迫 部分的進入空腔150而移出凹槽130。外套筒104在彈簧128的偏壓力的作 用下連續移動，到達如圖13所處的位置，在上述位置，警告環136被外套 筒104所覆蓋。
當傳動部件134收納于空腔150內時，桿146通過定中部件108在桿容 置孔106內定中。如前面所描述的，桿146插入到桿容置孔106中迫使內 彎部140從圖5所示的位置向外移動到圖15所示的位置。在圖15中，外 彎部138被緊緊的壓靠于桿容置孔106的槽110的壁上，并且內彎部140 被緊緊的壓靠于桿146。因此，定中部件108在該實施例中在三個壓力點之 間夾持桿144。
當附件"2被緊緊的定中時，附件142的端部148可能不會牢固的接合 于桿容置孔106內。例如，圖16是傳動部件134通過錐形部120保持在通 道118的內部的示意圖，參考線154和參考線156指示出了通道118的中 心。為了允許傳動部件134在通道118內部移動，在傳動部件134和通道 118之間存在半徑差。因此，當夾頭組件IOO處于圖14所示的狀態時，傳 動部件134會設置于通道118的最底部。這樣，在傳動部件134和鉆套102 之間將沒有間隙或松動。
圖17示意性地圖示了在夾頭組件100沒有旋轉時，傳動部件134在空 腔150內的部分的位置。該實施例中，傳動部件134在空腔150內沒有與桿146接觸。因此，在傳動部件134和桿146之間有間隙或松動。
當旋轉工具開始旋轉時，與旋轉工具電動機連接的鉆套102沿著圖16 所示的箭頭158的方向移動。因為傳動部件134在通道118的內部沒有與 鉆套102牢固的接合，傳動部件134最初沒有同通道118 —前一后移動。 因此，通道118的支承部160旋轉從而接觸傳動部件134，導致傳動部件 134如圖18所示與鉆套102—起旋轉。旋轉力因此通過支承部160被傳遞 到傳動部件134上。
所以，鉆套102和傳動部件134都沿著圖18所示的箭頭162的方向旋 轉。因為傳動部件134在空腔150內沒有牢固地接合桿146，桿146最初沒 有同傳動部件134 —前一后移動。因此，傳動部件134在空腔150的內部 旋轉到在接觸點164處與桿146接觸，如圖19所示。
軸承部件134和桿146在接觸點164上的定向產生了沿著參考線154的 旋轉矢量166以及沿著參考線156的壓縮矢量168。如圖19所描述的，傳 動部件134最初沒有被限制向外移動。因此，壓縮矢量168有效地產生了 向上作用于傳動部件的力，導致傳動部件134在通道118內部上升，直到 傳動部件134接觸到如圖20所示的通道118的支承部170。通道118的支 承部170限制了傳動部件134沿著夾頭組件IOO縱軸的運動。
當傳動部件134沿軸向移動甚至傳動部件134抵靠支承部170設置時， 軸承部件134和桿146在接觸點164上的定向繼續產生了沿著參考線154 的旋轉矢量166以及沿著參考線156的壓縮矢量168。因此，當傳動部件 134在軸向上受約束并抵靠于支承部170上時，所產生的壓縮力從支承部 170傳遞到傳動部件134，并且在接觸點164上進入桿146。這會產生施加 于附件142上的力，偏壓桿146進一步進入到桿容置孔106中。
當桿146被迫使進一步進入桿容置孔106內時，空腔150相對于傳動部 件134移動。因此，如圖21所示，傳動部件134和桿146之間的接觸會從 接觸點164上移動到接觸點172上。軸承部件134和桿146在接觸點172 上的定向產生了沿著參考線154的旋轉矢量174以及沿著參考線156的壓 縮矢量176。然而，旋轉矢量174比旋轉矢量166大，而壓縮矢量176比壓 縮矢量168小。因此，當附件142更牢固地與鉆套102軸向接合時，產生 更多的用于旋轉附件142的力。優選的是，桿146進入到桿容置孔106的運動和接觸點從接觸點164朝 向接觸點172的運動繼續進行，直到插塞端部148牢固地楔入抵靠在端部 114上。傳動部件134因此接合附件142和夾頭組件100，提供軸向力以及 徑向力的傳遞。
供選擇的是，當接觸點對齊空腔150上與一直線(該直線在參考線154 與傳動部件134和空腔150相交的點處與空腔150相切)接觸的點時，桿 146進入桿容置孔106的運動以及接觸點從接觸點164向上方向的運動會終 止。在該結構中，桿146上沒有壓縮力；但是，桿146沿著桿容置孔106 向外的方向上的任意運動被禁止。
雖然前述實施例涉及在箭頭158方向上的旋轉，當旋轉工具的旋轉被反 向時，也按同樣的順序發生。因此，傳動部件134提供接合用于在旋轉工 具的兩個旋轉方向上傳遞徑向力和軸向力。此外，系統的最初條件可能變 化，因而會消除一定的步驟。例如，傳動部件134可最初同鉆套102和附 件142接合，來提供徑向力的傳遞。因而，夾頭組件100的最初旋轉可能 導致附件的旋轉，以及傳動部件134在通道118內部上升。
另外，各種部件的實際間隙和形狀可以修正。例如，圖1的實施例中的 支承部160和支承部170的形狀與傳動部件132的形狀互補。這就提供了 大的表面區域，通過上述表面區域軸向和徑向力可以從鉆套102傳遞到附 件140。然而，其它的形狀也可以被使用。例如，通道118能設置成圓形的 或矩形的橫截面，因而改變了傳動部件與鉆套相接觸的表面區域的量。這 樣，對于不需要大的表面區域來提供相當大的程度的力的系統，通道可以 簡單的由在鉆套上鉆孔來形成。
同樣的，能選擇空腔150的尺寸(深度和橫截面)來提供所需要量的接 合，以在桿146和鉆套102之間傳遞所需要的軸向和徑向力。因此，能選 擇夾頭組件100的設計來提供強大的能力來克服設計和制造的錯誤，并提 供可靠的接合用于在夾頭組件100和工件之間傳遞軸向和徑向力。
盡管本發明已經描述了某些優選實施例，但本領域的技術人員應該能理 解到另外的實施方式和變形也是可能的。此外，能獲得此處描述的各個進 步所帶來的優點而不合并上述其它方面。因此，附加權利要求的精神和范 圍不應該被限制在所包括的優選實施例的描述中。
權利要求
1. 一種用在旋轉工具上的夾頭，包括限定桿容置孔的鉆套；用于將旋轉力從鉆套傳遞至附件的桿的傳動部件；以及位于鉆套內的定中部件，其構造成當桿位于桿容置孔內時自動抓持桿。
2. 如權利要求l所述的夾頭，其中所述鉆套包括在第一端部通向桿容置孔而在第二端部通向鉆套外壁的通道，該通道包括第一支承部和第二支承部；所述傳動部件在通道內可以在第一位置和第二位置之間移動，其中在第一位置，傳動部件不與第一支承部或第二支承部接觸，在第二位置，傳動部件與第一支承部和第二支承部均接觸；以及當桿容納在桿容置孔內并且傳動部件處于第二位置并與桿接合時，鉆套繞一軸線的旋轉將繞該軸線的旋轉力從鉆套通過傳動部件傳遞到桿。
3. 如權利要求2所述的夾頭，其中桿具有由空腔壁限定的空腔，所述空腔壁構造成與傳動部件接合，以此將繞該軸線的旋轉力從鉆套傳遞至桿。
4. 如權利要求3所述的夾頭，其中空腔壁構造成與傳動部件接合，以便從鉆套傳遞的繞該軸線的旋轉力在桿上產生軸向力，沿使桿進一步進入桿容置孔的方向偏壓桿。
5. 如權利要求l所述的夾頭，其中所述桿容置孔包括外接該桿容置孔的凹槽，以及所述定中部件包括多個內彎部和多個外彎部，所述多個外彎部構造成裝配在所述凹槽內。
6. 如權利要求5所述的夾頭，其中所述多個內彎部包括至少一對相對的內彎部，所示至少一對相對的內彎部限定的直徑比桿容置孔的直徑小。
7. 如權利要求6所述的夾頭，其中所述多個外彎部包括至少一對相對的外彎部，所述至少一對相對的外彎部限定的直徑比桿容置孔的直徑大。
8. 如權利要求7所述的夾頭，其中所述定中部件是開口環。
全文摘要
一種旋轉工具包括一夾頭，所述夾頭在一實施例中包括限定出桿容置孔的鉆套、一將旋轉力從鉆套傳遞到一附件的桿上的傳動部件、以及一設置在鉆套內的定中部件，所述定中部件構造成當桿設置在桿容置孔內時自動抓取所述桿。
文檔編號B25F5/00GK101530995SQ20091013873
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月5日 優先權日2008年2月5日
發明者V·馬拉斯 申請人:羅伯特·博世有限公司