DE10222230C1 - Vorrichtung zum Halten und Eindrehen von Schrauben - Google Patents

Abstract

Ein Einschraubwerkzeug für Schrauben, die einen ihren Schaft radial überragenden Kopf und eine darin zentrisch angeordnete Ausnehmung für einen formschlüssigen Werkzeugeingriff haben, besitzt ein der Ausnehmung angepasstes Eindrehwerkzeug und eine Halterung für die Schraube, welche diese im Betrieb ringförmig umgibt und mit mehreren in Kanälen radial geführten, radial einwärts, federnd vorgespannten und gegen Herausfallen gesicherter Kugeln die Schraube lösbar festhält. Die Halterung ist mit dem Werkzeug axial unverschieblich verbunden und hat radial außerhalb des Werkzeugs eine Anlage für die Oberseite des Schraubenkopfes, während die Kugeln den an der Anlage anliegenden Schraubenkopf rastend umgreifen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und Eindrehen von Schrau­ ben, die einen den Schaft radial überragenden Kopf und eine darin zentrisch angeordnete Ausnehmung für einen formschlüssigen Werkzeugeingriff haben, mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Bei der aus der DE 195 06 336 A1 bekannten Vorrichtung zum Halten einer mit einem langen Schaft ausgestatteten Schraube wird diese in eine seitlich ausschwenkbare Führung von oben eingesteckt und dadurch gehalten so­ wie ausgerichtet, dass mindestens eine von zwei beabstandeten Kugel­ klemmen der vorstehend beschriebenen Art am Schraubenschaft angreift und diesen zentrierend hält, das Eindrehen der Schraube, bei dem diese sich axial verschiebt, aber nicht behindert.

Auch der Kugelkranz des aus der DE 16 03 888 bekannten Schraubenfut­ ters klemmt den Schraubenschaft ein, wenn der Schraubenkopf in eine Ausnehmung im Werkzeug eingeführt und dabei gegenüber der federbelas­ teten Halterung axial verschoben wird. Die selbst nicht federbelasteten Ku­ geln gelangen dann radial einwärts und werden von einem konischen In­ nenabschnitt der Halterung von kleinerem Durchmesser arretiert.

Anders aufgebaute Schraubvorrichtungen, die eine Schraube zum sicheren Eindrehen klemmend halten und während des Eindrehens führen, sind aus den DE 196 50 799 C1, 197 12 783 A1 und 197 23 056 C1 bekannt. Dabei arretieren die aus dem DE 196 50 799 C1 und 197 12 783 A1 bekannten Vorrichtungen den Schraubenkopf mittels diesen umfassende Klauen, wel­ che zum Einsetzen und Freigeben radial wegschwenkbar sind. In allen die­ sen Fällen sind die Werkzeuge gegenüber den Schraubenhalterungen axial verschieblich, um entweder die Schaftführung während des Eindrehens zu gewährleisten oder den Klemmbacken ihre Radialbewegung zur Aufnahme bzw. Freigabe des Schraubenkopfes zu ermöglichen.

Die bekannten Vorrichtungen sind kompliziert, schwer und häufig störanfäl­ lig; außerdem eignet sich die eingangs geschilderte, mit federbelasteten Kugelkränzen als Haltemittel arbeitende Vorrichtung nur für langschäftige Schrauben.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine einfache und betriebssichere Vorrich­ tung zum Halten und Eindrehen von insbesondere kurzen Schrauben zu schaffen, mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 insbesondere dadurch, dass die Halterung mit dem Werkzeug axial unverschieblich verbunden ist und die Kugeln einen an der Anlage anliegenden Schraubenkopf rastend umgreifen. Während die bekannten Schraubenkopf-Halterungen den Schraubenkopf formschlüssig umfassten und einklemmten, so dass sie zum Einbringen und Freigeben des Schraubenkopfes besondere Bewe­ gungen - auch relativ zum Werkzeug - ausführen mussten, wird auf diese Weise der Schraubenkopf im wesentlichen kraftschlüssig zwischen Anlage und Kugelkranz eingerastet.

Aus der US 5,065,649 ist eine ähnlich konfigurierte Halterung an sich be­ kannt. Sie ist jedoch nicht mit dem Werkzeug verbunden, dessen Schaft mit erheblichem radialen Spiel in einen zylindrischen Ansatz einführbar und dem­ zufolge axial verschiebbar ist. Ferner besteht die Halterung (einschließlich des Ansatzes) insgesamt aus elastischem Material und die Halteelemente sind keine federbelasteten Kugeln, sondern einstückig angeformte radial ein­ wärts gerichtete zahnförmige Vorsprünge, die weder ein sicheres Einrasten noch ein sicheres Halten des Schraubenkopfes gewährleisten.

Axial unverschieblich gegenüber dem Werkzeug ist auch der aus der US 5,101,698 bekannte Einschraubtiefe-Begrenzer, der das Einschraubwerk­ zeug konzentrisch umgibt, aber keine Halterung für die einzudrehende Schraube darstellt.

Das Gehäuse der gegenüber dem Werkzeug axial unverschieblichen Halte­ rung kann also mit dem Werkzeug fest verbunden sein oder mit diesem sogar aus einem Stück bestehen. Vorzugsweise ist jedoch die Halterung auf einem das Werkzeug stirnseitig tragenden Schaft drehbar gelagert, weil auf diese Weise auch bei sich drehendem Werkzeug und sich drehender Schraube die Halterung sich nicht mitdreht, sobald sie beim Eindrehen der Schraube auf einer diese umgebenden Oberfläche zur Anlage kommt.

In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass kurzschäftige Schrauben der angesprochenen Art häufig gemeinsam mit einer Unterleg- und einer relativ dicken Dichtungsscheibe eingedreht werden. Daher steht ein entsprechend großer Abstand zwischen der Unterseite des Schrauben­ kopfes und der Oberfläche des Verbindungspartners (Werkstück) zur Ver­ fügung, so dass das axiale Umgreifen des Schraubenkopfes durch die Ein­ schraubvorrichtung problemlos ist. Andererseits kann sogar die Unterleg­ scheibe das Lösen der Kugelrastung bewirken oder jedenfalls unterstützen, wenn ihr Durchmesser gerade so groß ist, dass sie beim Abschluss des Eindrehens in Kontakt mit den aus den Kanälen radial einwärts vorstehen­ den Kugeloberflächen gelangt.

Die Anlage für die Oberfläche des Schraubenkopfes in dessen in die Halte­ rung eingerastetem Zustand kann mannigfaltig ausgebildet sein. Sie kann aus einem das Werkzeug umgebenden Ring, aber auch aus einer Mehr­ zahl von mehr oder weniger punktförmigen Flächen bestehen, welche das Werkzeug umgeben. Entscheidend ist nur, dass die fraglichen Flächen die Anlage für den Schraubenkopf ausreichend definieren.

Unabhängig von ihrer Verbindung mit dem Werkzeug bzw. dem dieses tragenden Schaft kann die Halterung aus einem zum Werkzeug konzentri­ schen, die Kanäle mit den Kugeln aufweisenden Führungsring und mehre­ ren am Umfang verteilten Stegen bestehen, welche den Führungsring mit dem Werkzeug (bzw. einer dessen Schaft umgebenden Lagerhülse) ver­ binden. Die Stirnflächen dieser Stege können dann mit ihren im Betrieb dem Schraubenkopf zugewandten Stirnflächen (ganz oder teilweise) die Anlage für die Oberfläche des Schraubenkopfes bilden.

Die Kanäle der Kugeln innerhalb der Halterung sind vorteilhaft gegen die Achse des Werkzeugs geneigt - vorzugsweise um 60° -, weil dies das Ein­ rasten des Schraubenkopfes erleichtert und die Rasthaltung gegen unge­ wolltes Herauslösen des Schraubenkopfes verstärkt.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an Ausführungsbeispielen. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Einschraubvorrichtung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht dieser Einschraubvorrichtung von unten;

Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht der­ selben Einschraubvorrichtung;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 eine ebenfalls der Fig. 3 entsprechende perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels;

Fig. 6a-c das längsgeschnittene Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 in drei verschiedenen Stadien eines Einschraubvorgan­ ges;

Fig. 7a-c eine den Fig. 6a-c entsprechende Darstellung des Aus­ führungsbeispiels der Fig. 4; und

Fig. 8a-c eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung des Ausfüh­ rungsbeispiels der Fig. 5.

Das in den Fig. 1-3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Ein­ schraubwerkzeugs hat einen Schaft 1, der an seinem einen Ende einen - hier zweiteiligen - Sechskant 2 zum drehfesten Einsetzen in die Werk­ zeugaufnahme einer Antriebsmaschine trägt. Das andere Ende ist zu einem Bit 3 ausgeformt, dessen Umfangskonfiguration der Eingriffs- Ausnehmung der einzusetzenden Schraube entspricht. Glockenförmig um­ geben ist der Bit 3 von einer Schraubenhalterung 4, die in diesem Beispiel fest mit dem Schaft 1 verbunden ist.

Die Halterung 4 mündet in einen Ring 5, der das Einschraubwerkzeug-Bit 3 konzentrisch umgibt, diesem gegenüber aber axial etwas vorspringt, was sich aus der axialen Relation der Eingriffs-Ausnehmung im Schraubenkopf zur Unterseite des Schraubenkopfes ergibt. Der Ring 5 schließt eine Ringnut 6 in der Halterung 4 zu deren offenem Ende hin ab. In diese ist ein Federelement 7 gelegt, welches beispielsweise aus einem Gummiring be­ steht und radial einwärts gerichtete Vorspannkräfte auf Kugeln 8 ausübt, die in der Querschnittsebene der Ringnut 6 radial, über den Umfang der Halterung 4 verteilt in Radialbohrungen bzw. Kanälen 9 gehalten sind.

Gegen Herausfallen, radial einwärts ins Innere der Halterung 4, sind die Kugeln 8 dadurch gesichert, dass die Öffnungen 10 der im wesentlichen zylinderförmigen Kanäle 9 zum Inneren der Haltung 4 hin etwas kleiner sind als der Durchmesser der Kanäle 9.

Oberhalb des vorstehend beschriebenen Kugelkranzes, der auf Grund sei­ ner Federbelastung eine Rastvorrichtung bildet, weist die Innenfläche der Halterung 4 eine Anlage 11 in Form eines kalottenförmigen Ringabschnitts auf, welcher der Oberfläche der Schraubenköpfe angepasst ist.

Fig. 6 veranschaulicht das Einschrauben einer Schraube 20, welche einen mit Gewinde versehenen Schaft 21, eine Bohrspitze 22 und einen Kopf 23 aufweist. Der Kopf 23 hat eine Ausnehmung 24, die als Werkzeugeingriff dient, und dessen Konfiguration negativ komplementär zur positiven Konfi­ guration des Bits 3 ist. Umgeben ist die Ausnehmung 24 von einer ringför­ migen Schraubenkopffläche 25, die - zumindest im wesentlichen - der Innenflächen-Anlage 11 der Halterung 4 entspricht. Auf dem Schrauben­ schaft 21 vormontiert sitzt eine Unterlegscheibe 26 aus Metall und darunter eine Dichtscheibe 27 aus einem elastischen Material wie Gummi, Kunst­ stoff o. dgl.

Das Einschraubwerkzeug der Fig. 1-3 ist in Fig. 6 von einer - in Längs­ richtung verstellbaren - Hülse 12 umgeben, deren Vorderrand 13 im unbe­ lasteten Zustand die Halterung 4 in Richtung der Werkzeugachse 14 etwas überragt und zum Abschalten der Antriebsmaschine dient, wenn die Schraube 20 ihre Eindrehstellung erreicht hat (Fig. 6c); aus diesem Grunde ist die Hülse 12 gegenüber dem Einschraubwerkzeug in Richtung der Ach­ se 14 verschieblich.

Aus Fig. 6 geht auch hervor, dass die Kanäle 9, welche der radialen Füh­ rung der Kugeln 8 dienen, gegen die Achse 14 des Schaftes 1 und damit des Werkzeugs um etwa 60° geneigt sind. Entsprechend ist die Vorspann­ wirkung des elastischen Ringes 7 nicht nur radial, sondern um das gleiche Maß gegen die Achse 14 geneigt. Auf Grund dieser Anordnung ist die Rastkraft, die beim Einführen der Schraube 20 in die Halterung 4 des Werkzeugs überwunden werden muss (die eingerastete Position zeigt Fig. 6b), geringer als die Rastkraft, welche im Zustand der Fig. 6b erforder­ lich wäre, um die Schraube 20 aus ihrer dortigen Relativlage gegenüber der Halterung 4 zu lösen. Unterstützt wird jenes Lösen aber, wie Fig. 6c verdeutlicht, am dort dargestellten Schluss des Eindrehvorganges dadurch, dass die Scheibe 26 gegen die Kugeln 8 von unten her drückt und damit die Rastverbindung derart öffnet, dass die Halterung 4 vom Kopf 23 der Schraube 20 unschwer abgezogen und damit das Werkzeug insgesamt leicht entfernt werden kann.

Bei allem versteht sich, dass im Rastzustand zwischen Halterung 4 und Schraubenkopf 23 der Bit 3 in die Ausnehmung 24 formschlüssig eingreift, so dass ein Drehantrieb über den Sechskant 2, den Schaft 1 zunächst zum Vorbohren mit Hilfe der Bohrspitze 22 und dann zum Eindrehen der Schraube 20 führt, bis diese ihre Befestigungsstellung erreicht hat; im Bei­ spiel zum Zwecke der Verbindung zweier Bleche 30 und 31.

Das zweite Ausführungsbeispiel, welches perspektivisch in Fig. 4 und im Längsschnitt in Fig. 7 - wiederum in drei verschiedenen Betriebsstadien - dargestellt ist, unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispiel dadurch, dass die Halterung 4 auf dem Schaft 1 drehbar angeord­ net ist. Sie wird in der einen axialen Richtung durch einen Sicherungs­ ring 15 und in der anderen axialen Richtung durch eine Hülse 16 gehalten, letztere ist mittels einer Madenschraube 17 auf dem Schaft 1 befestigt. Auf diese Weise bleibt die Halterung 4 auch bei noch drehendem Werkzeug gegenüber dem Blech 30 in Ruhe, wenn die Halterung im Stadium der Fig. 7c in Anlage an das Blech 30 kommen sollte. Eine Beschädigung der Ober­ fläche des Blechs 30 durch die Halterung 4 ist dadurch ausgeschlossen.

Gleiches gilt für das dritte Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5 und 8. Statt der nachträglich bzw. abschließend auf dem Schaft 1 mit Hilfe der Madenschraube 17 zu befestigenden Hülse 16 ist dort als rückwärtiger An­ schlag für die Halterung 4 jedoch eine fest auf dem Schaft 1 sitzende oder auch ggf. mitdrehende und sich am Sechskant 2 abstützende Hülse 18 vorgesehen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Halten und Eindrehen von Schrauben (20), mit einem ihren Schaft (21) radial überragenden Kopf (23) und einer darin zentrisch an­ geordneten Ausnehmung (24) für einen formschlüssigen Werkzeugeingriff, umfassend
ein der Ausnehmung (24) angepasstes Eindrehwerkzeug (3) und
eine Halterung (4) für die Schraube (20), wobei diese
die Schraube (21) im Haltezustand ringförmig umgibt,
mehrere Kanäle (9) aufweist zum radialen Führen von radial einwärts federnd vorgespannten und gegen Herausfallen gesicherten Kugeln (8) zum lösbaren Festhalten der Schraube (20),
mit dem Werkzeug (Bit 3) axial unverschieblich verbunden ist und
radial außerhalb des Werkzeugs eine Anlage (11) für die Oberseite des Schraubenkopfes (23) aufweist, so dass die Kugeln (8) den an der Anlage (11) anliegenden Schraubenkopf (23) rastend umgreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (9) der Kugeln (8) gegen die Ach­ se (14) des Werkzeugs (3) geneigt sind, vorzugsweise um 60°.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (4) auf einem das Werkzeug (3) stirnseitig tragenden Schaft (1) drehbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (11) für die Oberseite (25) des Schraubenkopfes (23) das Werkzeug (3) ringförmig umgibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (11) für die Oberseite (25) des Schraubenkopfes (23) aus mehreren, das Werkzeug umgebenden Punktflä­ chen besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (4) aus einem zum Werkzeug (3) konzentrischen, die Kanäle (9) mit den Kugeln (8) aufweisenden Füh­ rungsring und mehreren am Umfang verteilten, den Führungsring mit dem Werkzeug (3) verbindenden Stegen besteht, welche mit ihren im Betrieb ei­ nem Schraubenkopf (23) zugewandten Stirnflächen die Anlage (11) für des­ sen Oberfläche (25) bilden.