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Die
Erfindung betrifft einen Schraubendreherbit, der an seinen beiden
Enden je einen Kopf mit einem Schraubeingriffsprofil, insbesondere
mit einem Axial-/Radialrippenprofil aufweist, wobei benachbart dem
Kopf jeweils ein Mehrkantprofil, insbesondere Sechskantprofil angeordnet
ist, das einen Drehmoment-Einbringabschnitt ausbildet, der zumindest
bereichsweise zusammen mit dem Kopf in eine Mehrkant-Höhlung
eines Futters zum Aufbringen eines Drehmomentes auf den Schraubendreherbit
einsteckbar ist, wobei das Drehmoment mit dem anderen Kopf in eine
Schraube einbringbar ist.
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Ein
derartiges Schraubwerkzeug ist aus den
JP 2005254407 A ,
JP 2000167775 A und
JP 2000167776 A vorbekannt.
Der vorbekannte Schraubendreherbit besteht aus einem länglichen
Stahlkörper, der an seinen beiden Enden je einen Kopf mit
einem Schraubeingriffsprofil aufweist. Dort besitzt der Kopf radial
abrangende Rippen, die in Axialrichtung in die Schraubwerkzeug-Eingriffsöffnung
eines Schraubenkopfes eingesteckt werden können. Es handelt
sich dort um Kreuzschlitzprofil. An den Kopf schließt sich
zunächst eine Ringnut an, die zur Aufnahme einer Rastkugel
eines Futters dient. An diese Ringnut schließt sich ein über
die Mitte des Schraubendreherbits bis zur anderen Seite verlaufendes Mehrkantprofil
an. Dieses Mehrkantprofil geht in einen dem zweiten Ende des Schraubendreherbits
zugeordneten weiteren Kopf über, der ein identisches Schraubeingriffsprofil
ausbildet. Jeweils ein Kopf kann mit einem Abschnitt des Mehrkantprofils
in eine Mehrkanthöhlung eines Futters eingesteckt werden. Der
in dem Futter einsteckende Abschnitt des Mehrkantprofils bildet
einen Drehmoment-Einbringabschnitt aus, in den durch Drehen des
Futters ein Drehmoment in den Schraubendreherbit eingebracht werden
kann. Dieses Drehmoment wird mit dem anderen, in einer Schraubwerkzeug-Eingriffsöffnung
eines Schraubenkopfes steckenden Kopf in eine Schraube eingebracht,
um die Schraube zu drehen.
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Wird
mit einem derartigen Schraubwerkzeug eine Holzschraube in ein Werkstück
aus Holz eingedreht, so furcht sich die Holzschraube ihr Gegengewinde.
Von Anbeginn des Eintritts des Gewindeabschnittes der Schraube in
das Werkstück muss demzufolge ein relativ hohes Drehmoment
in die Schraube eingebracht werden. Das Drehmoment nimmt kontinuierlich
mit der Einschraubtiefe der Schraube zu und erreicht sachte sein
Maximum, wenn der Schraubenkopf seine Anlagelageposition an der Werkstückoberseite
erreicht. Von diesem weichen Schraubfall unterscheidet sich der
harte Schraubfall, bei dem eine Gewindeschraube in ein Gegengewinde,
beispielsweise eines Werkstücks aus Stahl, eingedreht wird.
Das Gewinde des Gewindeabschnitts der Schraube dreht sich zunächst
im Wesentlichen, ohne dass ein nennenswertes Drehmoment erforderlich
ist, in das vorgefertigte Gegengewinde. Erreicht der Schraubenkopf
das Werkstück, tritt augenblicklich eine schlagartige Erhöhung
des Drehwiderstandes der Schraube ein. Die Folge ist ein sprunghaft ansteigendes
Drehmoment. Die träge Masse eines das Futter drehenden
motorisch angetriebenen Schraubers muss schlagartig abgebremst werden. Je
kürzer die Bremszeit ist, desto höher ist das
Drehmoment, welches vom Schraubeingriffsprofil in das Gegenprofil
des Schraubenkopfes eingebracht werden muss. Hohe Drehmomente können
am Schraubeingriffsprofil des Kopfes bzw. am Gegenprofil des Schraubenkopfes
Deformierungen verursachen. Plastische Deformierungen führen
zu einer Zerstörung des Schraubeingriffprofils und/oder
des Gegenprofils des Schraubenkopfes.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen
Doppelbit die im harten Schraubfall auftretenden Drehmomentspitzen
zu vermeiden.
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Gelöst
wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene
Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung
der Aufgabe darstellt und mit jedem anderen Anspruch kombinierbar ist.
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Es
sind im Wesentlichen zwei Änderungen am gattungsgemäßen
Schraubwerkzeug vorgesehen. Zunächst ist eine sich zwischen
den beiden Drehmoment-Einbringabschnitten sich erstreckende, gegenüber
den beiden Drehmoment-Einbringabschnitten querschnittsgeringere
Zone vorgesehen. Dieser Torsionsabschnitt soll des Weiteren eine
geringere Werkstoffhärte besitzen, als die Köpfe
bzw. die Drehmoment-Eingriffsabschnitte. Zufolge dieser Ausgestaltung
besitzen die Köpfe die für ihre Standfestigkeit
hohe Werkstoffhärte. Der Zentralabschnitt des Bits ist
jetzt als Torsionsabschnitt gestaltet. Die Torsionszone kann sich
bei Drehmomenten um einen erhöhten Drehwinkel elastisch
verformen. Wird die im Schraubenkopf steckende Arbeitsspitze schlagartig abgebremst,
so kann sich der im Futter steckende Kopf um einen erhöhten
Drehwinkel weiterdrehen. Dies verlängert die Zeit zum Abbau
des Drehimpulses des motorisch angetriebenen Schraubers. Das hierzu
erforderliche Drehmoment ist wegen der Drehwinkelvergrößerung
bzw. der Abbremszeitverlängerung vermindert. Dies hat insgesamt
eine Verminderung der Beanspruchung des Schraubeingriffsprofils im
harten Schraubfall zur Folge. Der Torsionsabschnitt hat bevorzugt
die Form eines Kreiszylinders und schließt sich unter Ausbildung
einer Ringkehle an den Sechskantabschnitt des Drehmoment-Einbringabschnittes
an. Wegen des kreiszylinderförmigen Grundrisses des Torsionsabschnittes
treten dort beim Tordieren keinerlei Kerbwirkungen auf. Zur Vermeidung
eventueller Oberflächenstreckeffekte ist der Torsionsabschnitt
von einem eng anliegenden Kunststoffmantel umgeben. Letzterer kann
von einem Schlauch gebildet sein, der unter Einwirkung von Wärme
auf den Torsionsabschnitt aufgeschrumpft worden ist. Dieser Kunststoffmantel
liegt dann ggf. unter einer Umfangsspannung auf dem Torsionsabschnitt
auf. Er erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte
Länge des Torsionsabschnittes, d. h. beginnend von der
einen Übergangskehle in den einen Drehmoment-Eingriffsabschnitt
hin zur anderen Kehle im Übergangsbereich zum anderen Drehmoment-Eingriffsabschnitt.
Der Kunststoffmantel kann bedruckt sein und sich zufolge seiner
engen, gefesselten Anlage am Torsionsabschnitt bei dessen Tordierung
mitdrehen. Der Kunststoffmantel ist bevorzugt mit einem Aufdruck
versehen, so dass die Torsion des Torsionsabschnittes sichtbar ist.
Der Kunststoffmantel wirkt als Splitterschutzmantel für
den Fall, dass es zu einem Bruch des Schraubendreherbits kommt.
Da der Torsionsabschnitt die querschnittsgeringste und weichste
Zone des Bits ausbildet, ist sie bei hohen Drehmomenten die bruchanfälligste
Stelle des Bits. Beim Torsionsbruch kann es zu scharfen Kanten kommen.
Diese würden ohne das Vorhandensein des Kunststoffmantels
unter Umständen die Oberfläche des Werkstücks
beschädigen können. Der Kunststoffmantel kann
zwar nicht verhindern, dass der Bit beim einem Torsionsbruch in
zwei Teile zerbricht. Der Kunststoffmantel kann aber verhindern,
dass sich die beiden Teile voneinander lösen, also ein
Teil in der Schraube und ein anderes im Futter stecken bleibt, so
dass das andere Teil gegen die Werkstückoberfläche
springt, wo es Kratzer oder anderweitige Zerstörungen hinterlassen
könnte. Die beiden im Falle des Bruchs entstandenen Teile
des Bits bleiben durch den Kunststoffmantel aneinander gefesselt.
Das Verhältnis von Länge des Torsionsabschnitts,
also des bevorzugt kreiszylindrischen Zentralabschnitts des Schraubendreherbits
zu dessen Durchmesser, liegt etwa zwischen 3,5 und etwa 7. Der Verdrehwinkel
des Torsionsabschnitts liegt bei mindestens 20°, wenn ein
Drehmoment von 7,5 Nm auf den Schraubendreherbit aufgebracht wird.
In diesem Winkelbereich kann sich der Torsionsabschnitt verdrehen,
ohne dass ein Bruch auftritt. Bevorzugt liegt das Drehmoment beim
Aufbringen eines Drehmomentes von 7,5 Nm bei 30°. Wird
auf dem Schraubendreherbit ein Drehmoment von 17 Nm aufgebracht,
was einer hohen Drehmomentspitze entspricht, so kann sich die Torsionszone
um 100° verdrehen. Der gesamte Schraubendreherbit besteht bevorzugt
aus einem einheitlichen Werkstoff, nämlich Stahl. Er ist
materialeinheitlich und wird aus einem stabförmigen Rohling
geformt. Der Bit besteht be vorzugt aus einem einheitlichen Martensit-aushärtbaren Stahl
und wird durch Umformen bzw. durch eine spanende Bearbeitung in
Form gebracht. Die Axial-/Radial-Rippenprofile der Köpfe
können durch Umformen oder durch Zerspanen erzeugt werden.
Die Köpfe können ein Kreuzschlitzprofil, ein Torxprofil,
ein Sechskantprofil oder ein Flachklingenprofil aufweisen. Auch
Sonderformen sind denkbar. An jedem der beiden Köpfe, die
bevorzugt ein identisches Schraubeingriffsprofil aufweisen, jedoch
auch verschiedene Schraubeingriffsprofile besitzen können, schließt
sich zunächst eine Mehrkantrandzone an. An diese Mehrkantrandzone
schließt sich eine Rastnut an. An die Rastnut schließt
sich eine Mehrkantzone an, die einen Drehmoment-Eingriffsabschnitt
ausbildet. Ein Bereich dieser Mehrkantzone ist zusammen mit dem
Kopf der Mehrkantrandzone und der Rastnut in eine Mehrkantöffnung
des Bits einsteckbar. Hierzu besitzt die Mehrkantzone ein Standardsechskantprofil,
beispielsweise 1/4''-Profil. Zwischen den beiden Drehmoment-Eingriffsabschnitten
liegt in der Mitte des Bits der Torsionsabschnitt. Die Materialverminderung
in diesem Bereich kann durch Umformen, also durch Strecken des Werkstücks,
aber auch durch Abdrehen erzeugt werden. In einem der Formgebung
folgenden Fertigungsschritt wird das Schraubwerkzeug derart lokal
wärmebehandelt gegebenenfalls auch nitriert, dass der Werkstoff
in Achsrichtung des Schraubendreherbits Zonen unterschiedlicher
Materialhärte aufweist. Die Härte der Köpfe
und der Drehmoment-Eingriffsabschnitte ist größer
als die Härte des Torsionsabschnittes. Die Härte
der Köpfe liegt in einem Bereich zwischen 56 und 64 HRC,
bevorzugt in einem Bereich zwischen 58 und 62 HRC, und besonders
bevorzugt, bei etwa 60 HRC. Die Härte des Torsionsabschnittes
liegt etwa im Bereich zwischen 44 und 50 HRC, bevorzugt in einem
Bereich zwischen 46 und 48 HRC, und besonders bevorzugt bei 47 HRC.
Es reicht aber aus, wenn die Torsionszone in einem Bereich zwischen
47 und 50 HRC liegt. Das fertige Werkzeug weist zumindest im Bereich
der Köpfe eine harte Außenwand auf, wobei die
Axial-/Radialrippen des Schraubeingriffsprofils aber eine ausreichende
elastische Verformbarkeit besitzen, damit die mehre ren Rippen möglichst
großflächig an den Gegenflanken des Schraubwerkzeug-Eingriffsprofils
des Schraubenkopfes anliegen können. Der Werkstoff bildet
somit eine ausreichende Zähigkeit. Der Härteverlauf
des Werkzeugs nimmt in Achsrichtung bis zur Mitte, wo sich der Torsionsabschnitt
befindet, ab. Im Bereich des Torsionsabschnitts besitzt der Bit
eine hohe elastische Verformbarkeit, aber eine ausreichende Steifigkeit,
um Drehmomente übertragen zu können. Der zähe
Torsionsabschnitt wirkt dabei als Dämpfungsglied zwischen
den beiden Mehrkantabschnitten.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
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1a die
Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Doppelbits,
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1b schematisch
den Härteverlauf,
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2 eine
Stirnseitenansicht,
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3 einen
Schnitt gemäß der Linie III-III in 1,
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4a eine
Darstellung gemäß 1a eines
zweiten Ausführungsbeispiels,
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4b eine
Darstellung gemäß 1b eines
zweiten Ausführungsbeispiels.
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Die
Ausführungsbeispiele des Doppelbits unterscheiden sich
im Wesentlichen durch die Länge L zwischen den Spitzen 10 der
Köpfe 1, 2, bzw. durch die Größe
des Schraubeingriffsprofils der beiden Köpfe 1, 2.
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Der
erfindungsgemäße Doppelbit besitzt einen symmetrischen
Aufbau. Seine beiden Enden werden von je einem Kopf 1, 2 ausgebildet,
wobei jeder Kopf in gleicher Umfangsverteilung angeordnete Profilrippen 8 ausbildet,
zwischen denen sich Profilnuten 9 erstrecken. Die Profilrippen 8 ragen
in Radialrichtung von der Zentralachse ab und erstrecken sich in
Achsrichtung, wobei der Rippenscheitel sich hin zur Spitze 10 der
Achse annähert. Die Köpfe 1, 2 bilden
somit Arbeitsspitzen aus.
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An
das Axial-/Radialrippenprofil 8, 9 schließt sich
zunächst ein kreisrunder Abschnitt an, der unter Ausbildung
einer Kehle in eine Mehrkantrandzone 11 übergeht.
Dieser schließt sich eine Rastnut 7 an, in die
eine Rastkugel eines Futters eintreten kann, um dieses Ende des
Bits in einem Mehrkantfutter zu halten.
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An
die Rastnut 7 schließt sich ein Mehrkantabschnitt
an, der eine Drehmoment-Einbringzone ausbildet. Dieser Mehrkantabschnitt 3, 4 kann
sich etwa über ein Fünftel der Gesamtlänge
L des Bits erstrecken. Bei dem Mehrkantprofil der Drehmoment-Eingriffsabschnitte 3, 4 handelt
es um ein 1/4'' Sechskantprofil, welches in ein entsprechendes Innenprofil
eines Futters eingesteckt werden kann. Dabei steckt im Wesentlichen
nur der der Rastnut 7 benachbarte Abschnitt im Futter.
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Die
beiden Drehmoment-Eingriffsabschnitte 3, 4 gehen
unter Ausbildung einer Kehle 12 in einen zylindrischen
Abschnitt 5 über. Es handelt sich dabei um einen
Torsionsabschnitt, dessen Durchmesser geringer ist als der Abstand
zweiter, sich gegenüberliegender Mehrkantflächen
eines Mehrkantabschnitts 3, 4. Die Länge
T des Torsionsabschnittes 5 entspricht beim Ausführungsbeispiel
der 1a–3 etwa einem
Fünftel bis einem Viertel der Gesamtlänge L des
Bits. Beim Ausführungsbeispiel der 4a und 4b liegt
das Verhältnis bei etwa einem Fünftel.
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Bei
den Ausführungsbeispielen beträgt die Härte
der Köpfe 1, 2 sowie der Drehmoment-Eingriffsabschnitte 3, 4 etwa
60 HRC. Die Härte kann im Bereich zwischen 58 und 62 HRC,
aber auch zwischen 56 und 64 HRC liegen.
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Zum
Erreichen dieser Härte wird der durch eine spanende oder
umformende Bearbeitung geformte Rohling gehärtet. Die Oberfläche
kann nitriert werden. Daran anschließend wird der Torsionsabschnitt 5 durch
Anlassen auf eine verminderte Härte gebracht. Sie liegt
zwischen 47 und 50 HRC. Dieser Prozess kann durch induktive Erwärmung
des Torsionsabschnitts 5 durchgeführt werden.
Hierdurch entsteht im Bereich der Kehlen 12 ein Härtegradient
in Achsrichtung des Werkstücks (vgl. 1b, 4b).
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Bei
dem in den 1a bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen die beiden Köpfe 1, 2 ein
Philips-Profil der Größe 1. Bei diesem
Ausführungsbeispiel betragen die Länge L 65 mm,
die Länge T 15 mm und der Durchmesser des Torsionsabschnittes 5 3,5
mm. Der Durchmesser der Torsionszone 5 ist somit geringer
als der Durchmesser des kreisrunden Abschnittes der Köpfe 1, 2,
welcher bei einem Philips-I-Bit 4 mm beträgt. Zufolge dieser
Ausgestaltung wird ein Verdrehwinkel von mindestens 30° erreicht,
wenn der Bit mit einem Drehmoment von 7,5 Nm belastet wird. Eine
derartige Verdrehung geht bis in den plastischen Bereich.
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Das
weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen
Philips-Bit Gr. 2 ebenfalls mit einer Länge L von 65 mm.
Der Durchmesser des kreisrunden Abschnitts der Köpfe 1, 2 eines
Philips-II-Bits beträgt 4,8 mm. Bei diesem Bit liegt die
Länge T der Torsionszone 5 bei 15 mm. Ihr Durchmesser
beträgt hier 4 mm und ist ebenfalls geringer als der Durchmesser der
Köpfe 1, 2.
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Das
in den 4a und 4b dargestellte Ausführungsbeispiel
betrifft ebenfalls einen Philips-Bit Gr. 2 mit einem Kopfdurchmesser
von 4,8 mm. Die Torsionszone 5 besitzt auch hier einen Durchmesser
von 4 mm. Die Länge L des Bits beträgt allerdings,
anders als beim zweiten Ausführungsbeispiel, 110 mm. Auch
die Länge T der Torsionszone 5 ist vergrößert.
Sie beträgt hier 26 mm.
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Die
beiden Philips-II-Bits sind in der Lage, ein Drehmoment von mindestens
17 Nm zu übertragen. Beim Aufbringen von dem Drehmoment
von 17 Nm kann sich die Torsionszone 5 um einen Verdrehwinkel
von 100° verdrehen. Erst danach kann es zu einem Bruch
kommen.
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Alle
Ausführungsbeispiele besitzen einen ummantelten Torsionsabschnitt 5.
Die Ummantelung des Torsionsabschnittes 5 besteht aus einer
Kunststoffmanschette 6. Es handelt sich dabei um den Abschnitt
eines Schrumpfschlauches, der im aufgeschrumpften Zustand eng auf
der Oberfläche des Torsionsabschnittes 5 aufliegt
und sich über seine gesamte Länge erstreckt. Die
Manteldicke der Kunststoffmanschette 6 besitzt eine derartige
Stärke, dass die Kunststoffmanschette 6 in der
Lage ist, die beiden durch Bruch des Bits im Torsionsabschnitt 5 entstandenen
Teile aneinander zu halten. Das Aufschrumpfen des Kunststoffmantels 6 erfolgt
mittels Wärme. Gegebenenfalls kann der Kunststoffmantel 6 auch mit
Hilfe eines zusätzlichen Klebers mit der Oberfläche
des Torsionsabschnittes 5 verklebt sein. Die Wandstärke
des Kunststoffmantels 6 kann so groß sein, dass
der Außendurchmesser bis auf den Torsionsabschnitt 5 aufgebrachten
Kunststoffmantels 6 dem Abstand zweier sich gegenüber
liegender Mehrkantflächen der Mehrkantabschnitte 3, 4 entspricht.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich.
In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt
der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollin haltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005254407
A [0002]
- - JP 2000167775 A [0002]
- - JP 2000167776 A [0002]