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Schraube mit Ausnehmung im Kopfteil
Schrauben mit kreuzförmigen Vertiefungen im Kopfteil zur Aufnahme eines Schraubenziehers werden überall in der Welt mit grossem Erfolg verwendet. Besonders vorteilhaft ist es hiebei, die Wände der Vertiefungen steil auszubilden, weil dann keine Gefahr besteht, dass der Schraubenzieher in axialer Richtung aus dem Schlitz herausgedrückt wird, wenn man ein grosses Drehmoment anwendet. Es ist daher möglich, bei steil verlaufenden Wänden der Vertiefungen grössere Drehmomente als bisher bei ähnlich ausgebildeten Schrauben anzuwenden.
Schrauben mit einem "Phillips-Kreuzschlitz" werden auch in grossem Umfang als selbstgewindeschneidend ausgebildet. Die erfolgreiche Anwendung solcher selbstschneidender Schrauben erfordert, dass die Vertiefung im Schraubenkopf insbesondere hohe Widerstandskraft gegen Drehspannungen aufweist, leichtes Einführen des Werkzeuges gestattet und einen festen Sitz des Werkzeuges in der Vertiefung im Schraubenkopf gewährleistet.
Um allen Anforderungen der Wirtschaftlichkeit genügen zu können, müssen ferner die genannten Schrauben auf herkömmliche Art mittels Stauchpressen herstellbar sein. Bei diesem Vorgang wird aus Draht oder anderem Material durch ein erstes Bearbeitungswerkzeug zunächst ein Rohling hergestellt, der an einem Ende eine Verdickung aufweist, aus der mit Hilfe eines zweiten Werkzeuges der fertige Kopf mit der den Schraubenzieher aufnehmenden Vertiefung hergestellt wird.
Auf Grund der Erfahrung bei der Herstellung von vielen Millionen mit Kopf und Schlitz versehenen Schrauben ist es bekannt, dass eine Verformung des Materials des Rohlings mit Hilfe eines die Vertiefung herstellenden Stempels nicht ohne Anwendung von nach innen gerichteten radialen Druck durchgeführt werden kann, wenn die Vertiefung möglichst genau geformt sein soll. Dennoch tritt auch hiebei stets die als Materialverdrängung bezeichnete Erscheinung auf, d. h. die Vertiefung entspricht nicht genau der Form des Stauchstempels und der Schraubenzieher, dessen Spitze derjenigen des Stauchstempels gleicht, sitzt in der Vertiefung nicht genügend fest. Der Gebrauch von das Gewinde selbstschneidenden Schrauben erfordert aber die Anwendung ausserordentlich hoher Drehmomente und damit einen festen Sitz des Werkzeuges.
Es hat sich nun gezeigt, dass die Materialverdrängung nicht nur von der Härte oder dem verwendeten Werkstoff, sondern auch von dem Verhältnis von grösstem Durchmesser der Ausnehmung zum Durchmesser des Mittelteiles der Ausnehmung und von ihrer Tiefe abhängig ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass die Materialverdrängung an einem Punkt beginnt, der etwa in einer Entfernung von 1/2 bis 2/3 der Tiefe oberhalb des Grundes der Ausnehmung beginnt. Hiezu ergibt sich, dass der Schraubenzieher im unteren Teil der Ausnehmung gut festsitzt, im oberen Teil der Ausnehmung jedoch wackelt.
Ferner wurde beobachtet, dass der Stauchstempel während des Stauchvorgangs fast ausschliesslich in der Nähe dieser Stelle verschleisst, so dass die Ausnehmung in ihrem unteren Teil bei den nacheinander hergestellten Schrauben immer enger wird und der Schraubenzieher entsprechend immer weniger tief eindringen kann und somit einerseits das Einschrauben in das Werkstück erschwert wird, weil der Schraubenzieher, wenn er nicht ausreichend festsitzt, bei auf die Schrauben ausgeübten maximalen Druck seitlich ausweicht, sowie anderseits nur ein verhältnismässig kleines Drehmoment angewendet werden kann. Sorgfältige Untersuchungen haben ergeben, dass der Sehnenwinkel der die Materialverdrängung darstellenden Kurve annäherungsweise zwischen 10 und 15 zur Schraubenachse verläuft.
Diese Verdrängung kann nicht dadurch beseitigt werden, dass man die Seitenwände der Ausnehmung mit der Schraubenachse einen grösseren Winkel bilden lässt, weil sich sonst der Schraubenzieher beim Festziehen der Schraube in Axialrichtung aus der Ausnehmung herausschiebt, sobald ein Drehmoment bestimmter Grösse überschritten wird.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Schraube mit einer im Kopf vorgesehenen Vertiefung, die sich nach unten verengt und aus einem Mittelteil mit mehreren radialen Nuten besteht, bei der die Schwierigkeiten, die sich durch die zuvor erwähnte Erscheinung der Materialverdrängung ergeben, nicht mehr auftreten. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die zwischen den Nuten gelegenen Wand- teile je eine von der Oberkante zum Grund der Vertiefung verlaufende Rinne aufweisen, deren Seitenwände Angriffsflächen für das Werkzeug bilden und deren Querschnitt von oben nach unten abnimmt. Von den
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im wesentlichen axial verlaufenden Angriffflächen für das Werkzeug können mindestens einige abwärts zur Längsachse der Schraube geneigt verlaufen.
Ferner weisen die von den Angriffsflächen begrenzten Rinnen eine im wesentlichen dreieckige Querschnittsform auf. Hiebei ist es vorteilhaft, die Angriffsflächen für den Schraubenzieher so anzubringen, dass sie nicht auf einer zur Achse der Schraube unter einem Winkel von mehr als etwa 100 geneigten Linie schneiden.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt :
Fig. 1 und 2 den Kopf einer herkömmlichen Schraube in der Draufsicht und im senkrechten Schnitt, wobei gleichzeitig der zur Befestigung dienende Schraubenzieher dargestellt ist, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kopf einer Schraube, welche mit einer erfindungsgemässen Ausnehmung ausgestattet ist, wobei die Spitze eines Schraubenziehers mit dargestellt ist, Fig. 4,5 und 6 Teilschnittansichten von Schnitten entlang der Linie 4-4, 5-5 und 6-6 in Fig. 3, Fig. 7 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel einer Ausnehmung nach der Erfindung, Fig. 8 und 9 Teilansichten von senkrechten Schnitten entlang der Linien 8-8 und 9-9 in Fig. 7, Fig. 10 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Ausnehmung, Fig. 11 einen Teilaxialschnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 10.
Nach den Fig. 1 und 2 ist de ? Kopf-M der Schraube mit einer Vertiefung 11 versehen, die durch Kaltstauchen in üblicher Weise gestellt ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist das Material am Rande der Vertiefung im Bereich 12 der Wand beim Stauchen in einem derartigen Umfang verdrängt worden, dass die Sekante 13 durch die Endpunkte der entsprechenden Wandbegrenzungskurve einen Winkel von 10 bis 15 mit der Achse 14 der Schraube einschliesst. Zur deutlicheren Darstellung ist dieser Winkel in Fig. 2 etwas übertrieben eingezeichnet. Im Normalfall beginnt die Materialverdrängung etwa in halber Höhe oder in zwei Drittel der Höhe vom Grunde der Vertiefung aus gemessen.
Die Folge hievon ist ein nur unzureichender Sitz des Schraubenziehers 15 in der Vertiefung, wodurch der Schraubenzieher in sehr fühlbarer Weise wackeln kann, insbesondere wenn bei Beginn des Einschraubens in ein Werkstück die erforderliche Axialkraft ausgeübt wird. Ferner kann bei der dargestellten gekannten Ausführungsform nur ein verhältnismässig kleines Drehmoment zwischen Werkzeug und Schraube übertragen werden, weil die zur Verfügung stehenden Berührungsflächen verhältnismässig klein sind.
In den Fig. 3-6 ist ein mit einer Vertiefung 16 versehener Kopf einer Schraube nach der Erfindung dargestellt, wobei Fig. 3 gleichzeitig die Spitze eines Schraubenziehers 17 im Schnitt zeigt. Die Vertiefung im Schraubenkopf 10 a verläuft in Richtung der Längsachse 14 und besteht aus einem mittleren Teil 18, der am besten in Fig. 4 zu sehen ist, und aus vier im rechten Winkel zueinander angeordneten, im wesentlichen radial verlaufenden Nuten 19, die von dem mittleren Teil 18 nach aussen gehen. In Fig. 6 ist eine Radialnut 19 im senkrechten Schnitt dargestellt.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten 19 ist in der Wand des mittleren Teils 18 der Vertiefung im Kopf der Schraube eine Rinne 20 vorgesehen, die von Seitenwänden 21 und 22 begrenzt wird. Die beiden Wände schneiden sich längs einer Linie 23. Jede der dadurch gebildeten Rinnen 20 verläuft von der Oberseite des Kopfteils 10 a (Fig. 3) bis zu einer Ebene, in der sich die Nuten 19 mit dem mittleren Teil 18 der Vertiefung vereinigen. Der mittlere Teil 18 endet unten vorzugsweise in einer im wesentlichen konischen Vertiefung 24 (Fig. 5).
Jede der Seitenwände 21 und 22 der Rinne 20 ist nach unten zur Achse der Schraube unter einem solchen Winkel geneigt, dass ihre Schnittlinie 23 in einem Winkel von etwa 10 bis 15 zur Schraubenachse geneigt verläuft. Diese Schnittlinie, die die Aussenkante der jeweiligen Rinne bildet, kann auf diese Weise auf etwa den gleichen Winkel eingestellt werden, wie er der natürlichen Materialverdrängung entspricht. Hiedurch wird ein ausserordentlich fester Sitz des Werkzeuges in der Ausnehmung erzielt. Eine Materialverdrängung kann nur noch entlang der Wandteile 25, durch welche die Rinnen 20 von den Nuten 19 getrennt sind, auftreten.
Die Verdrängung in diesen Abschnitten ist jedoch verhältnismässig unbedeutend, zumal wesentlich grössere Bereiche der Seitenwände 21 und 22 zum genauen Eingriff mit entsprechenden Oberflächen des Schraubenziehers zur Verfügung stehen. Auf diese Weise wird die Flächenberührung zwischen Werkzeug und Schraube und damit das übertragbare Drehmoment in ausserordentlich günstiger Weise gesteigert.
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parallelen Ebene liegen, wogegen sich die Flächen 32 in einer Ebene befinden, welche leicht nach innen und abwärts zur Schraubenachse 14 hin geneigt ist. Die Rinnen 31 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Wandteil 34 voneinander getrennt, dessen zusammenlaufende ebenen Oberflächen mit 35 und 36 bezeichnet sind.
Im Bedarfsfall können die Wandteile 34 auch schmaler ausgebildet sein, so dass die Breite der Rinnen 31 zunimmt bzw. ist es auch möglich, den Wandteil völlig fortzulassen und weitere Rinnen anzubringen. Bei jeder dieser Ausführungsformen werden die Vorteile des Erfindungsgegenstandes, wie sie in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3-6 erläutert worden sind, zumindest teilweise erzielt, da die Erscheinung der Materialverdrängung im wesentlichen in der Nähe
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der tiefsten Stellen der Vertiefung voll ausgeglichen wird und die gesamte Berührungsfläche, welche für das Werkzeug zur Verfügung steht, vergrössert ist.
Die Fig. 10 und 11 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem der Kopf 10 c der Schraube mit einer Vertiefung 40 ausgestattet ist, die sich dadurch von der in den Fig. 3-6 gezeigten Ausbildungsform unterscheidet, dass sich die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten 19 angeordneten Rinnen an einer Stelle oberhalb der Ebene, an der die Nuten 19 in den mittleren Teil 18 der Vertiefung übergehen, in ihrem Querschnitt bis auf den Wert Null vermindern. Der Boden der keilartigen Rinne 20'ist gegen die Achse 14 des Halteteils unter einem Winkel von 10 bis 150 geneigt, wie dies auch bei den vorhergehenden Beispielen der Fall war, wobei der Neigungswinkel der unteren Wandteile des Mittelteils der Vertiefung nach herkömmlicher Art etwa 5-7"beträgt.
Die in den Fig. 7 und 10 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiele können selbstverständlich auch bei mit nur einer Rinne zwischen zwei Radialnuten ausgestatteten Vertiefungen angewandt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schraube mit einer im Kopf vorgesehenen Vertiefung für den Angriff eines Schraubenziehers, die sich nach unten verengt und aus einem Mittelteil und mehreren radialen Nuten besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Nuten (19) gelegenen Wandteile der Vertiefung (16) je eine von der Oberkante zum Grund verlaufende Rinne (20) aufweisen, deren Seitenwände Angriffsflächen (21, 22) für das
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