DE1728574B1

DE1728574B1 - Kopf- und schluesselausbildung fuer eine schraube

Info

Publication number: DE1728574B1
Application number: DE19741728574
Authority: DE
Inventors: Reiland Bernard Francis
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1966-09-19
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1977-08-04
Also published as: BE703973A; DE1728574C2; NL6710350A; FR1560270A; DE1625467A1; GB1205445A; CH522135A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopf- und Schlüsselausbildung für eine Schraube, bestehend aus einer im Kopfteil der Schraube angeordneten zentrischen Ausnehmung mit kraftübertragenden Wandflächen, die von gleichmäßig am Umfang der Ausnehmung verteilten, abwechselnd konkaven und konvexen sowie glatt tangential ineinander übergehenden Zylinderteilflächen gebildet sind, wobei jeweils der Treibwinkel zwischen jeder Übergangstangente und dem Radius der Ausnehmung durch einen benachbarten Punkt maximalen Wandflächenabstands höchstens etwa 20° beträgt, und aus einem am Schlüssel angeordneten Einsteckteil, der eine der Ausnehmung komplementäre Querschnittsform aufweist.

Eine solche aus der US-PS 20 83 092 bekannte QuerschnittsausbÜdung der Schraubenkopf-Ausnehmung sowie des komplementären Schlüsseleinsteckteils weist gegenüber üblichen Innenmehrkantschrauben den Vorteil geringer Treibwinkel auf, wodurch die Radialkomponenten der Schraubkräfte verringert wurde. Auf diese Weise wurde einem der wesentlichen Nachteile der Mehrkantausbildung der kraftübertragenden Schraubenkopf- und Schlüsselausbildungen begegnet, welchen man um anderer — allgemein bekannter — Vorteile dieser Ausbildung willen in Kauf nahm, obgleich man sich stets der Tatsache bewußt war, daß ein kleiner Treibwinkel, beispielsweise ein solcher von 0° bei den kraftübertragenden Flächen der seit alters her bekannten Längsschlitz- und Kreuzschlitz-Ausbildüngen, vorteilhaft ist.

Trotzdem konnte die aus der US-PS 20 83 092 bekannte Ausbildung der kraftübertragenden Flächen bei einer Schraubenkopf- und Schlüsseleinsteckteil-Anordnung der eingangs geschilderten Art nicht befriedigen. Ihre konkaven und konvexen Zylinderteilflächen haben gleiche Krümmungsradien, was in Verbindung mit der Forderung nach vorteilhaft empfundenen »flachen Einbuchtungen«, also konkaven Zylinderteilflächen von geringer radialer Tiefe, zu der Lehre führte, < >5 mindestens sieben oder auch mehr, üblicherweise acht konkave und ebensoviel konvexe Zylinderteilflächen am Umfang der Ausnehmung und des Einsteckteils vorzusehen. Es ergab sich mithin eine abgerundete Version der für Treibwellen allgemein üblichen Vielkeilausbildung kraftübertragender Flächen, wie sie in der Anwendung auf einen Schraubenkopf mit außen liegenden kraftübertragenden Flächen und einem den Kopf übergreifenden Steckschlüssel (mit einem Treibwinkel von 0°) aus der GB-PS 10 32 144 bekanntgeworden ist. Da entgegen den in der US-PS 20 83 092 angestellten Überlegungen wegen mangelnder Fertigungsgenauigkeit keineswegs davon ausgegangen werden kann, daß alle kraftübertragenden Flächen am Umfang der Schraubenkopfausnehmung einerseits sowie des Schlüsseleinsteckteils andererseits im Betrieb zur Anlage aneinander kommen und tatsächlich an der Kraftübertragung beteiligt werden, wirkt sich die Anordnung (möglichst) vieler Vorsprünge mit geringer radialer Erstreckung ungünstig auf die angestrebte beschädigungslose Übertragung des Drehmoments aus. Die radiale »Überlappung« der konvex berandeten Vorsprünge an der Schraubenkopfausnehmung einerseits und dem Schlüsseleinsteckteil andererseits läßt nämlich radiale Verschiebungen der jeweiligen Kraftan- griffspunkte aufgrund notwendiger und unvermeidbarer ^ Toleranzen stark in Erscheinung treten, weil schon geringe radiale Verschiebungen zu starken Größenveränderungen der sich in Kraftrichtung erstreckenden Scherflächen führen; auch ist die Gefahr von Verquetschungen groß. Überdies läßt sich erfahrungsgemäß ein Werkzeug oder Werkstück mit großer »Zähnezahl« in enger Anordnung und mit »sinusartiger« Ausbildung schwierig mit einem konzentrischen, komplementär entsprechenden Gegenstück in Eingriff bringen; die Handhabung einer solchen Kopf- und Schlüsselausbildung für eine Schraube ist also gegenüber einer solchen mit einer geringerzahligen Umfangssymmetrie erschwert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der mit der Ausbildung der kraftübertragenden Flächen gemäß der US-PS 20 83 092 gegenüber herkömmlichen Innenmehrkantschrauben erzielten Vorteile die Widerstandfähigkeit der Kopfausnehmung-Einsteckteil-Paarung, namentlich die Widerstandfähigkeit des Schraubenkopfes, zu erhöhen und die Handhabung von Schraubenkopf und Λ Schraubenschlüssel zu erleichtern.

Ausgehend von der eingangs geschilderten Kopf- und Schlüsselausbildung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je sechs konkave und konvexe Zylinderteilflächen vorgesehen sind und daß die konvexen Zylinderteilfächen der Ausnehmung einen mindestens doppelt so großen Krümmungsradius wie die konkaven Zylinderteilfächen haben. Auf diese Weise ergibt sich ein größerer radialer Überlappungsbereich der konvexen Vorsprünge der Ausnehmung einerseits und des Einsteckteils andererseits, wodurch die Empfindlichkeit der kraftübertragenden Flächen-Paarung gegenüber Fertigungs- und Abnutzungstoleranzen wesentlich verringert wird und die zur Verfügung stehenden kraftübertragenden Flächen vergrößert werden. Ferner führt die Unterschiedlichkeit und besondere Relation der Krümmungsradien der konkaven und konvexen Wandflächen der Ausnehmung dazu, daß der üblicherweise aus einem Werkstoff geringerer Scherfestigkeit hergestellte Schraubenkopf größere auf Scherung beanspruchte Flächen aufweist als der Schlüsseleinsteckteil, der aber in üblicher Weise aus einem scherfesteren Werkstoff besteht. Schließlich erleichtert die Rückkehr zu einer sechszahligen

Umfangssymmetrie bei der neuen komplementären Querschnittsform, ohne dabei den Vorteil eines kleinen Treibwinkels aufgeben zu müssen, die Handhabung der erfindungsgemäßen Kopf- und Schlüsselausbildung, was angesichts des hohen Arbeitszeitanteils bei der Verarbeitung von Schrauben von erheblicher Bedeutung ist.

Demgegenüber wurde bei der aus der US-PS 29 69 250 bekannten komplementären Paarung von Schraubenkopfausnehmung und Schlüsseleinsteckteil mit jeweils sechs unstetig aneinander anschließenden konvexen und konkaven Zylinderteilflächen von im wesentlichen gleichen Krümmungsradien der radiale Überlappungsbereich der herkömmlichen Innensechskantausbildung beibehalten und lediglich eine andere Verteilung der Scherflächen zwischen Ausnehmung und Einsteckteil vorgenommen, die entgegen dem Erfindungsvorschlag einander angeglichen sind. Darhit bleiben auch die Nachteile der herkömmlichen Innensechskantausbildung (großer Treibwinkel und große Empfindlichkeit gegenüber ungenauer Paarung) im wesentlichen erhalten.

Die FR-PS 87 328 (Zusatz zur FR-PS 12 71 525) zeigt zwar eine Schraubenkopfausnehmung, die im Querschnitt der erfindungsgemäßen ähnlich ist, weil sie bei sechszahliger Symmetrie Wandflächen in Form abwechselnd konkaver und konvexer Zylinderteilflächen besitzt, von denen die konkaven einen größeren Krümmungsradius als die konvexen Zylinderteilflächen haben. Jedoch hat der Gegenstand der FR-ZusatzPS 78 328 mit der Erfindung ebensowenig zu tun wie der aus der JA-GbmS 38-15 996 bekannte Schraubenschlüssel, dessen zeichnerisch dargestellter Einsteckteil im Querschnitt ähnlich dem erfindungsgemäßen Schlüssel-Einsteckteil ist. In beiden Fällen handelt es sich aber um eine Ausnehmung bzw. einen Einsteckteil, die jeweils mit einem herkömmlichen Innensechskantschlüssel bzw. einer herkömmlichen Innensechskantschraube zum Einsatz gelangen. Es geht in diesen wie in anderen verleichbaren Fällen (z. B. US-PSen 25 50 010,31 25 910 und 32 73 430 sowie FR-PS 12 73 228) nämlich allein darum, der bekannten Gefahr der Beschädigung der hochbelasteten Ecken von Sechskantschrauben und -schlüsseln dadurch zu begegnen, daß die Angriffspunkte des Schlüssels an der Schraube von den Ecken weg verlegt werden, wo der Kraftangriffsradius zwar geringer, die Widerstand bietenden Scherflächen aber größer sind. Demgemäß enthalten die Beschreibungen der FR-ZusatzPS 78 328 und der JA-GbmS 38-15 996 nicht nur keine Lehre, die kraftübertragenden Flächen in der erfindungsgemäßen Weise auszubilden und mit einem komplementären Werkzeug bzw. mit einer komplementären Schraubenkopfausnehmung zu beaufschlagen, sondern weisen vielmehr darauf hin, daß die jeweilige Querschnittsform mit einem Sechskantquerschnitt in Eingriff zu bringen ist, wodurch Vorteile hinsichtlich Handhabung und beschädigungsfreier Standzeit erzielt werden sollen. Eine Anregung, die aus der US-PS 20 83 092 bekannte Kopf- und Schlüsselausbildung im Sinne der zeichnerischen Darstellungen der FR-ZusatzPs 78 328 oder der JA-GbmS 38-15 996 abzuwandeln, ist diesen Druckschriften daher nicht zu entnehmen, zumal der erfindungsemäß bedeutsame Treibwinkel dort nicht erwähnt ist und es dort nur darauf ankommt, das Einsteckteil leichter in die Ausnehmung einzuführen.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung, und zwar zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Schrau

benkopf im Querschnitt, Fig.2 die Draufsicht auf den Schraubenkopf nach

F i g. 3 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Eins steckteil eines im übrigen abgebrochen dargestellten Schlüssels in Seitenansicht und

F i g. 4 eine Darstellung der geometrischen Verhältnisse der erfindungsgemäßen Kopf- und Schlüsselausbildung.

ίο Die in Fi g. 1 im Schnitt dargestellte Schraube 10 hat einen Kopf 88 und einen Gewindeschaft 89. Im Kopf 88 ist zentrisch und koaxial zum Gewindeschaft 89 eine Ausnehmung 90 vorgesehen, deren Wandflächenausbildung der Fig.2 zu entnehmen. Sechs konkave Zylinderteilflächen 18 mit kleinem Krümmungsradius wechseln jeweils mit insgesamt sechs konvexen Zylinderteilflächen 22 mit gegenüber dem Krümmungsradius der konkaven Zylinderteilflächen mindestens doppelt so großem Krümmungsradius ab. Die auf diese Weise von den konvexen Zylinderteilflächen 22 gebildeten, in die Ausnehmung 90 ragenden Vorsprünge sind an der Oberseite des Schraubenkopfes 88 bei 97 abgeschrägt, um das Einführen des Schlüssel-Einsteckteils zu erleichtern.

Fig.3 zeigt einen solchen, der Ausnehmung 90 komplementär entsprechend geformten Einsteckteil 102 eines Schlüssels, dessen Schaft 100 abgebrochen gezeichnet ist. Der komplementären Ausbildung wegen sind beim Einsteckteil 102 die Wandflächen 18a mit kleinerem Krümmungsradius konvexe Zylinderteilflächen, während entsprechend die Wandflächen 22a mit demgegenüber mindestens doppelt so großem Krümmungsradius konkave Zylinderteilflächen sind. Demgemäß stellen sich die von den konvexen Wandflächen 18a

vs berandeten Abschnitte des Einsteckteils 102 als Vorsprünge dar, welche bei 101 an der freien Stirnfläche des Einsteckteils 102 abgerundet sein können, um ebenfalls das Einführen des Einsteckteils 102 in die Ausnehmung 90 zu erleichtern. Schräge Schultern 58, welche von einem zwischen dem Schaft 100 und dem Einsteckteil 102 ausgebildeten Kragen 103 ausgehen, erstrecken sich in die von den konkaven Zylinderteilflächen 22a berandeten Einbuchtungen des Einsteckteils 102 hinein und tragen zu dessen Versteifung bei.

F i g. 4 zeigt, daß die (bei der Ausnehmung) konkaven Zylinderteilflächen 18 mit kleinem Krümmungsradius 23 glatt tangential in die konvexen Zylinderteilflächen 22 mit mindestens doppelt so großem Krümmungsradius 27 übergehen; die Punkte 20 und 24 markieren die Mittelpunkte, von denen die Krümmungsradien 23 bzw. 27 ausgehen. Jede Übergangstangente 85 schließ dabei mit dem vom Zentrum 19 der Ausnehmung ausgehenden Radius 86 durch einen benachbarten Punkt maximalen Wandflächenabstandes vom Zentrum 19 einen Treibwinkel 87 ein, der höchstens 20° beträgt. Dennoch ist wegen der Relation der Krümmungsradien 23 und 27 sowie der sechszahligen Symmetrie der Ausnehmung die Differenz zwischen dem größtem Durchmesser 25 und dem kleinsten Durchmesser 26 der Ausnehmung bzw. des Einsteckteils beträchtlich. Da diese Differenz die »Überlappung« zwischen den treibenden Vorsprüngen des Schlüssel-Einsteckteils und den getriebenen Vorsprüngen der Kopfausnehmung repräsentiert, können erhebliche Drehmomente über-

<>.s tragen werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Scherflächen der von den konvexen Zylinderteilflächen 18a berandeten Vorsprüngen des Schlüssel-Einsteckteils 102 deutlich kleiner sind als die Scherflächen

der von den konvexen Zylinderteilflächen 22 berande- widerstandsfähigem Material hergestellte Schraube

ten Vorsprünge der Schraubenkopf-Ausnehmung 90: spezifisch weniger belastet als der Einsteckteil, dessen

Wenn beim Anziehen oder Lösen der Schraube beide üblicherweise höherwertiges Material der höheren

Scherflächen (-serien) denselben Scherkräften unter- spezifischen Scherbelastung ohne weiteres widerstehen

worfen werden, so wird die naturgemäß aus weniger -i kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kopf- und Schlüsselausbildung für eine Schraube, bestehend aus einer im Kopfteil der Schraube angeordneten zentrischen Ausnehmung mit kraftübertragenden Wandflächen, die von gleichmäßig am Umfang der Ausnehmung verteilten, abwechselnd konkaven und konvexen sowie glatt tangential ineinander übergehenden Zylinderteilflächen gebildet sind, wobei jeweils der Treibwinkel zwischen jeder Übergangstangente und dem Radius der Ausnehmung durch einen benachbarten Punkt maximalen Wandflächenabstands höchstens etwa 20° beträgt, und aus einem am Schlüssel angeordneten Einsteckteil, der eine der Ausnehmung komplementäre Querschnittsform aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß je sechs konkave und konvexe Zylinderteilflächen (18, 22a; 22, i8a) vorgesehen sind und daß die konvexen Zylinderteilflächen (22) der Ausnehmung (90) einen mindestens doppelt so großen Krümmungsradius (27) wie die konkaven Zylinderteilflächen (18) haben.