AT501420B1 - Schraubenkopf - Google Patents

Description

2 AT 501 420 B1

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schraubenkopf mit einer vom Bund abragenden Aufnahme für einen Schraubendreher.

Im Gegensatz zu Schraubköpfen, deren Aufnahme in Form einer Vertiefung bzw. eines Schlit-5 zes ausgebildet ist, z.B. Schlitz-, Kreuzschlitz- oder Zylinderkopfschrauben mit Innensechskant, Innenvierkant u.dgl., ragt bei diesen Schrauben die Kopfform hervor und kann als männlicher Teil von einem Schraubendreher mit weiblichem Aufsatz verdreht werden. Zu dieser Schraubengattung zählen Außensechskant-, Außenvierkantschrauben und Schrauben mit einem Vielzahl nprofil. 10

Die aus dem Stand der Technik bekannten Schraubköpfe mit Außenformen, wie Außensechskant, Außenvierkant, etc., sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Insbesondere bei Übertragung hoher Drehmomente kommt es vielfach dazu, dass die Ecken des Schraubenkopfes abgequetscht werden und die Aufnahme mit der Zeit ihre eckige Kontur verliert und unbrauchbar 15 wird. Dies geschieht auch bei Schrauben, die immer wieder verwendet werden. In besonderen Anwendungsgebieten, zum Beispiel bei Geräte- oder Autoherstellern, besteht darüber hinaus zunehmend das Erfordernis, Schrauben mit von den Standardformen abweichende Schraubenköpfe einzusetzen, um das unbefugte Öffnen, Reparieren bzw. Entfernen von (Ersatz-)Teilen für Laien zu erschweren. 20

Die FR 2 428 170 A offenbart einen Schraubenkopf in Form eines ein gleichseitiges Dreieck als Grundfläche aufweisenden Prismas. Die Nachteile dieses Sch rauben ko pfes bestehen wie bei Vierkant-, Sechskant-, ganz allgemein Vielkantschrauben darin, dass das zu übertragende Drehmoment nicht gleichmäßig auf den Schraubenkopf verteilt wird. Dies führt dazu, dass 25 Bereiche in unmittelbarer Nähe von Kanten und Ecken, also schon allein aufgrund der Geometrie Schwachpunkte darstellend, einer überdurchschnittlich hohen mechanischen Beanspruchung und damit einhergehend frühzeitigem Verschleiß ausgesetzt sind. Ein „Abdrehen“ der Schraube ist die Folge. 30 Die nicht gattungsgemäße JP 10 030 625 A offenbart in Fig. 5 einen Schraubenkopf mit im Winkel von 120° ausgerichteten Fortsätzen, jedoch weist dieser Schraubenkopf keinen Bund auf. Die Fortsätze selbst sind lediglich in der Mitte miteinander verbunden, wodurch keine mechanisch zuverlässige Verbindung zwischen den einzelnen Fortsätzen besteht und daher die Gefahr groß ist, dass ein einzelner Steg aus dem Verbund ausbricht. Zusätzlich entstehen bei 35 einem infolge eines gewissen Spiels nicht vermeidbaren Verkanten des Schraubendrehers bezüglich des Schraubenkopfes lokal starke Anpressdrücke, die bei einem Schraubendreher gemäß Fig. 5 der JP 10 030 625 A am freien unteren Rand des Schraubenkopfes auftreten und dort zerstörerische plastische Verformungen zeitigen. 40 Der Schraubenkopf aus der ebenfalls nicht gattungsgemäßen JP 200 131 7516 A weist keinen Bund auf, die Aufnahme für den Schraubendreher ist ein gleichseitig dreieckiges Prisma. Es ergeben sich dieselben Nachteile wie bei den beiden vorangegangenen Druckschriften erwähnt.

Einen Schraubenkopf anderer Gattung, also bei der die Aufnahme als Vertiefung bzw. Schlitz 45 vorliegt, offenbart die AT 398 231 B. Dieser Schraubenkopf weist drei von der Mitte ausgehende Halbschlitze auf. Es hat sich gezeigt, dass mit derartigen Schrauben wesentlich höhere Drehmomente übertragen werden können als mit einem durchgehenden Schlitz als Aufnahme versehene Schrauben. Die Tiefe der drei Halbschlitze nimmt nach außen hin ab. Zur besseren Drehmomentübertragung sind die Halbschlitze in ihrem endseitigen Bereich breiter als in ihrer so Mitte. Dadurch ergibt sich ein Bereich mit annähernd radial verlaufenden Seitenflächen der Halbschlitze. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Schraubenköpfe nicht immer zuverlässig sind. Zum einen liegt dies daran, dass aufgrund des Herstellungsprozesses - für das Herstellen von Kopfschrauben wird entweder das Kaltfließpressverfahren oder das Warmpressverfahren bzw. Schmieden angewendet - unvermeidlich Veränderungen in der inneren Struktur des 55 Metalls auftreten, die sich insbesondere bei dünnen Wandstärken bemerkbar machen. Insbe- 3 AT 501 420 B1 sondere beim Warmpressverfahren kommt es zu Rekristallisationsprozessen, Verwerfungen, Stauchungen, Umschichtungen, etc. Dies führt beim Einsatz derartiger Schrauben oft zu unerwünschten Verformungen, Rissbildungen und im schlimmsten Falle zum Auseinanderbrechen des Schraubkopfes. Bei Schlitzschrauben bzw. Innenprofilschrauben (z.B. Innensechskant, 5 -Vierkant) ist der betroffene Teil meistens die Wand zwischen dem Boden des Innenprofils bzw. Schlitzes und der Unterseite des Schraubkopfes, also der dem Schaft und dem zu befestigenden Werkstück zugewandten Seite. Beim Einpressen in eine entsprechende Form unterliegt der zukünftige Wandbereich nämlich besonders starken Veränderungen, die selbst durch nachträgliche Wärmebehandlung und Oberflächenvergütung nicht kompensiert bzw. geheilt werden io können. Gerade dieser Wandbereich spielt jedoch bei der Kraftübertragung eine besonders wichtige Rolle, da er die Verbindung zwischen Aufnahme und Schraubenschaft darstellt.

Ein zweiter wesentlicher Nachteil derartiger Schraubenköpfe ergibt sich aus der Tatsache, dass die Schlitze in einem Abstand vom Kopfrand enden und dadurch die Abmessungen des Innen-15 profils - in Fall der AT 398 231 B der dreiteilige Schlitz - in Bezug auf den Schraubenkopfdurchmesser begrenzt sind. Würden die Schlitze den Außenrand des Schraubenkopfes durchbrechen, wäre mit scharfen Kanten zu rechnen. Der dazugehörige männliche Schraubendreher müsste, um zumindest einigermaßen effizient angreifen zu können, seitlich aus den Schlitzen hervorragen. Durch die Ausbildung von Kanten entstehen an diesen jedoch wie bei einem 20 einfachen Schlitz Druckpunkte, die zu einer Verformung und früher oder später zu einer Zerstörung des Schraubkopfes führen. Durch den erforderlichen Abstand vom Rand sind die radialen Abmessungen der Schlitze und damit automatisch auch die Abmessungen normal dazu begrenzt. Ein für diesen Schraubenkopf geeigneter Schraubendreher mit komplementärer Form, wäre aufgrund seiner erforderlichen Dünnwandigkeit bei hohem Drehmomentübertrag leicht zu 25 verbiegen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu übenwinden, und einen Schraubenkopf anzubieten, der mit den zur Zeit gängigen Herstellungsverfahren, hauptsächlich Warm- und Kaltpressverfahren, zuverlässig und ohne dabei auftretende Materialprobleme in 30 hohen Stückzahlen hergestellt werden kann und der sich für die Aufnahme bzw. Übertragung hoher Drehmomente besonders gut eignet. Die oben angerissenen Probleme betreffen in gleicher Weise auch die zu den jeweiligen Schrauben gehörigen Muttem.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele mit einem Schraubenkopf der eingangs erwähnten Art 35 dadurch erreicht, dass die Aufnahme drei im wesentlichen radial verlaufende Stege aufweist, wobei der Winkel zwischen zwei Stegen vorzugsweise jeweils 120° beträgt.

Durch einen derartigen Schraubenkopf mit drei sich in der Mitte vereinenden Stegen wird eine wesentlich bessere Drehmomentübertragung als bei bekannten Außenformen erreicht. 40

Der Grund dafür liegt abgesehen von der Form darin, dass die beim Herstellungsverfahren besonders starken Veränderungen unterliegenden Bereiche nicht hauptverantwortlich für eine gute Kraftübertragung sind. Sowohl die Aufnahme als auch sein Verbindungsbereich zum Schaft unterliegen verhältnismäßig kleinen Veränderungen, während die Randbereiche des 45 Bundes mehr beansprucht werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Stege in ihrem endseitigen Bereich schmäler sind als in ihrer Mitte. Durch die spezielle Form entsteht eine robuste, gegenüber großen Momentübertragungen beständige Aufnahme für einen Schraubendreher. Dadurch wird so ein Abdrehen der Aufnahme verhindert.

Bei erfindungsgemäßen Muttern werden oben genannte Ziele mit derselben Kopfform erreicht wie bei den erfindungsgemäßen Schraubköpfen. 55 Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine 4 AT 501 420 B1

Schraube mit einem erfindungsgemäßen Schraubenkopf,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Mutter, und

Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 jeweils eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aufnahme. 5 >

Der erfindungsgemäße Schraubenkopf 1 weist einen Bund 6 und drei auf diesem angeordnete von der Mitte bzw. der Achse des Schraubenkopfes ausgehende Stege 2, 3, 4 auf. Diese radial verlaufenden Stege 2, 3, 4 sind gleichmäßig entlang des Umfanges des Schraubenkopfes 1 verteilt, wodurch sich ein Winkel von 120° zwischen zwei Stegen ergibt. In der Mitte sind die io Stege vereint. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist ein Bund 6 vorgesehen, der über das Ende der Stege hinausragen kann. Die Oberseite des Bundes 6 dient der Auflage des Schraubendrehers und seine Unterseite als Auflagefläche an das zu verschraubende Werkstück. So können die äußersten Ränder der Stege mit dem Schraubenschaft und/oder dem Außendurchmesser des Gewindes fluchten. Die Stege 2, 3, 4 sind an ihren Enden abgerundet. Durch das runde Ende 15 muss der Schraubendreher immer in einem gewissen Bereich anliegen, wodurch die Druckbelastung der Seitenflächen der Stege im Vergleich zu einzelnen Druckpunkten, wie sie z.B. bei Außensechskantschrauben entstehen, entscheidend vermindert wird.

In bevorzugter Ausführungsform, gezeigt in Fig. 3, sind die Stege in ihrer Mitte (Breite b) breiter 20 als in ihrem endseitigen Bereich (Breite a).

Die Stege können verschiedene Formen annehmen, wie aus den Beispielen der Fig. 3, 4, 5 und 6 hervorgehen. So können die Enden der Stege eine spitze, eckige oder abgerundete Form aufweisen. Durch eine Vielfalt von Formen mit entsprechend speziell dafür ausgebildeten 25 Schraubendrehern wird erreicht, dass es Laien unmöglich wird derartige Schrauben zu lösen, wodurch unbefugtes Werken am befestigten Gegenstand unterbunden werden kann.

Durch das Merkmal (Fig. 6), dass die Stege außen breiter (Breite a) sind als innen (Breite b), entstehen Bereiche 5, wo die Außenflächen der Stege 2, 3, 4 zumindest annähernd radial ver-30 laufen. Diese radialen Bereich ermöglichen einen optimalen Kraftübertrag. Gemäß Fig. 6 verbreitern sich die Stege wieder im Bereich der Mitte des Schraubenkopfes (Breite c) im Vergleich zur Breite im Mittelbereich (Breite b). Denkbar wäre auch, dass die Stege nicht in der Mitte miteinander verbunden sind, also einzeln vom Bund 6 abragen. 35 Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Mutter mit einem Bund 6 und einem darauf angeordneten Kopf, der dieselbe Form wie der in Fig. 1 gezeigte Schraubenkopf besitzt. Die Mutter kann eine durchgehende Gewindebohrung aufweisen oder an einer Seite geschlossen, z.B. als Hutmutter, ausgestaltet sein. Bei durchgehenden Gewindelöchern ist es vorteilhaft, wenn der mittlere Bereich, in dem die Stege aufeinandertreffen, verbreitert ist, um das Gewindeloch im mittleren 40 Bereich, also dort wo alle drei Stege aufeinander treffen, vollständig unterbringen zu können (Fig. 2). Denkbar ist auch, dass das Gewinde nur im Bund 6 ausgebildet ist, und die drei Stege in der Mitte nicht miteinander verbunden sind, sondern einzeln aus dem Bund abragen. Dieselben Profile wie sie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt sind können selbstverständlich auch auf eine Schraubenmutter angewandt werden. 45

Der erfindungsgemäße Schraubenkopf eignet sich für alle Arten von Schrauben, beispielsweise auch Holzschrauben, Kunststoffschrauben, Blechschrauben, metrische- und Zollschrauben. Im Gegensatz zu Sechskant- oder Vierkantschrauben können erfindungsgemäße Schrauben auch, sofern sie gelockert sind, leicht mit der Hand herausgedreht werden. Dies wird durch die erhöh-50 te Angriffsfläche für die Finger ermöglicht. Der Bund dient zum Abstützen des Schraubendrehers und zur Vergrößerung der Auflagefläche am Werkstück. 55

Claims (7)

1. 5 AT 501 420 B1 Patentansprüche: 1. Schraubenkopf mit einer vom Bund abragenden Aufnahme für einen Schraubendreher, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme drei im wesentlichen radial verlaufende Ste- 5 / ge (2, 3, 4) aufweist, wobei der Winkel zwischen zwei Stegen (2, 3, 4) vorzugsweise jeweils 120° beträgt.
2. 2. Schraubenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege in ihrer Mitte (Breite b) breiter sind als in ihrem endseitigen Bereich (Breite a). 10
3. 3. Schraubenkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenränder der Stege (2, 3, 4) mit dem Schraubenschaft und oder dem Schraubengewinde fluchten.
4. 4. Schraubenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (6) über die Außenränder der Stege (2, 3,4) hinausragt.
5. 5. Mutter, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei im wesentlichen radial verlaufende Stege (2, 3, 4) aufweist, wobei der Winkel zwischen zwei Stegen vorzugsweise jeweils 120° beträgt. 20 (Fig. 2)
6. 6. Mutter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (2, 3, 4) in ihrer Mitte (Breite b) breiter sind als in ihrem endseitigen Bereich (Breite a).
7. 7. Mutter nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Bund (6) zum Abstützen eines Schraubendrehers und zur Vergrößerung der Auflagefläche am zu befestigenden Werkstück aufweist. 30 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55