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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubendrehervorrichtung und
insbesondere eine Schraubendrehervorrichtung mit einem Antriebsmechanismus
zum Einsenken von Schrauben in ein Werkstück.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Herkömmliche
Schraubendrehervorrichtungen, die ein motorisch angetriebenes Werkzeug
verwenden, wie z. B. einen Bohrer oder dergleichen, sind bekannt.
Diese Vorrichtungen haben einen Schraubkopf mit einem Schraubendrehereinsatz, dessen
Ende auf den Kopf einer Schraube passt, und mit einem antriebswellenseitigen
Ende, das mit dem Antriebsmechanismus des motorisch angetriebenen Werkzeugs
verbunden ist. Zu den jüngeren Entwicklungen bei Schraubköpfen
gehören Vorrichtungen mit Antriebsmechanismen, die es gestatten,
eine Schraube bis auf oder unter die Oberfläche eines Werkstückes
einzusenken. Dabei kann zu dem Antriebsmechanismus z. B. ein Kupplungssystem
gehören, bei dem eine Antriebswelle von dem Antriebsmechanismus
des motorisch betriebenen Werkzeugs getrennt wird, um dadurch die
Drehbewegung des Schraubendrehereinsatzes anzuhalten, wenn eine gewünschte
Einsenktiefe erreicht ist. Bei der Einsenktiefe wird der Antriebsmechanismus
von dem Schraubendrehereinsatz getrennt, so dass die Drehbewegung
des Schraubendrehereinsatzes aufhört und damit auch das
Drehen der Schraube. Zu den Beispielen für bekannte Schraubköpfe
gehören die Vorrichtungen nach den
US-Patenten 4,287,923 und
4,753,142 .
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Ein
Nachteil der bekannten Schraubköpfe besteht darin, dass
der Radius des Schraubkopfes auf Seiten des Schraubendrehereinsatzes
verhältnismäßig groß ist. Ein
verhältnismäßig großer Schraubkopf
begrenzt die Gradzahl, um die der Schraubkopf von der Normalen mit
Bezug auf das Werkstück abweichen und dabei immer noch
die Schraube vollständig einsenken kann. Genauer gesagt,
der geeignete Winkel relativ zur Oberfläche des Werkstücks, unter
dem die Schraube in das Werkstück eingetrieben werden kann,
ist bestimmt durch den Radius des Schraubenkopfs, den Radius der
Schraubvorrichtung auf Seiten der Schraubendrehereinsatzspitze und
die Einsenktiefe. Wenn der Winkel zu groß ist, unter dem die
Schraube in das Werkstück eindringt, wird der Antriebsmechanismus
des Schraubkopfes von dem Schraubeinsatz getrennt mit dem Ergebnis,
dass ein Teil des Schraubenkopfes über der Oberfläche
des Werkstückes bleibt, also nicht in das Werkstück
eingesenkt ist. Obgleich Schrauben vorzugsweise in der Normalenrichtung
(senkrecht) mit Bezug auf das Werkstück ausgerichtet und
in das Werkstück eingetrieben werden, liegt eine Schraube
oft nicht perfekt normal, sondern unter einem Winkel mit Bezug auf das
Werkstück. Bei herkömmlichen Schraubendreherköpfen,
die verhältnismäßig große Radien
von z. B. 7,00 bis 8,50 mm haben, beträgt der maximale Winkel,
den die Schraube relativ zum Werkstück einnehmen kann,
typischerweise weniger als 6,5 Grad gegenüber der Normalen,
d. h. 83,5 Grad mit Bezug auf die Werkstückoberfläche.
Da der maximale Winkel zwischen der Schraube und der Werkstückoberfläche,
bei dem eine Schraube vollständig eingesenkt werden kann,
bestimmt ist durch den Radius des Schraubenkopfes, den Radius der
Schraubvorrichtung auf Seiten der Werkzeugspitze sowie durch die Einsenktiefe,
begrenzen die relativ großen Schraubendreherkopfradien
der bekannten Schraubköpfe den Winkel, bei welchem eine
Schraube in ein Werkstück eingetrieben und eingesenkt werden
kann.
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Dementsprechend
besteht auf dem in Frage stehenden Gebiet ein Bedarf nach einem
Schraubkopf, der es zulässt, dass eine Schraube einen Winkel
von mehr als 6,5 Grad gegenüber der Normalen einnehmen
kann, und man immer noch in der Lage ist, die Schraube in ein Werkstück
einzusenken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schraubendreherkopf, der dafür
geeignet ist, eine Schraube unter einem Winkel gegenüber
der Normalen in ein Werkstück einzudrehen und die Schraube in
das Werkstück einzusenken. Der Schraubendreherkopf erreicht
dies mit einer Vorrichtung, die einen relativ kleineren Radius hat
als herkömmliche Antriebsvorrichtungen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in einer Ausführungsform eine
Schraubendrehervorrichtung mit einem Schaft, der einen durch eine
im Querschnitt ringförmige Wand gebildeten Endbereich hat,
der einen Sitz darstellt. Der Endbereich endet an einer Endfläche.
In der ringförmigen Wand des Schafts sind mehrere radiale
Bohrungen ausgebildet. Ein Schraubendrehereinsatz hat ein Kopfende,
das in dem Sitz des Schafts aufgenommen ist, und ein antreibendes Ende
zum Antrieb einer Schraube. Eine Hülse umgibt wenigstens
einen Teil des Endbereichs des Schafts und ist axial beweglich relativ
zu dem Schaft. Die Hülse hat eine dem Schaft zugewandte
Oberfläche mit mehreren Einsenkungen. Die Hülse
hat auch eine Bodenfläche mit einer Öffnung, durch
die sich der Schraubendrehereinsatz erstreckt. Zwischen dem Endbereich
des Schafts und dem Boden der Hülse ist eine Feder angeordnet,
um eine Vorspannung zwischen dem Schaft und der Hülse zu
erzeugen. Mehrere Kugeln sind in zugeordneten Bohrungen in dem Endbereich
des Schafts angeordnet. Die Kugeln sind in Eingriff mit dem Kopf
des Schraubendrehereinsatzes gehalten, während sie an einem
nicht eingesenkten Bereich der Hülse anliegen. Die Kugeln
sind jedoch in radialer Richtung vom Kopf des Schraubendrehereinsatzes
weg in die Einsenkungen bewegbar, wenn sie je weils mit einer Einsenkung
fluchten, und kommen dadurch außer Eingriff mit dem Kopf
des Schraubendrehereinsatzes.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in einer anderen Ausführungsform
ein Verfahren zum Einsenken einer Schraube in ein Werkstück.
Das Verfahren schließt das Aufsetzen des Schraubenkopfes
auf das Ende eines Schraubendrehereinsatzes einer Schraubeneinsenkvorrichtung
mit einem Antriebsmechanismus ein, um die Schraube in ein Werkstück
bis auf oder unter dessen Oberfläche einzusenken, bevor eine
Antriebswelle von dem Schraubendrehereinsatz getrennt wird. Das
mit Gewinde versehene Ende der Schraube wird in ein Werkstück
eingedrückt, wobei der Schraubenschaft mit der Werkstückoberfläche
einen Winkel zwischen 90 Grad und mindestens weniger als 83,7 Grad
bildet. Die Einsenkvorrichtung wird aktiviert, um das Einsatzende
zu drehen und dadurch die Schraube in das Werkstück einzutreiben
und derart einzusenken, dass die obere Fläche der Schraubenkopffläche
bündig mit oder wenigstens geringfügig unter der
Oberfläche des Werkstücks liegt, bevor die Antriebswelle
von dem Schraubendrehereinsatz getrennt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nunmehr
wird beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben, wobei:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen
Schraubendrehervorrichtung ist;
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2 eine
Seitenansicht der Schraubendrehervorrichtung nach 1 ist;
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3 ein
Querschnitt nach Schnittlinie 3-3 in 2 der Vorrichtung
nach 1 ist, wobei die Vorrichtung in der Eingriffsstellung
beim Antrieb einer Schraube gezeigt ist;
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4 ein
Querschnitt ähnlich 3 ist, wobei
jedoch eine ausgekuppelte, nicht antreibende Stellung gezeigt ist;
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5 eine
Ansicht von unten auf die Vorrichtung nach 2 ist;
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6a eine
schematische Darstellung einer vorbekannten Schraubendrehervorrichtung
beim Eintreiben einer Schraube in eine Wandfläche eines Werkstücks
und 6b eine schematische Darstellung einer vorbekannten
Schraubendrehervorrichtung beim Eintreiben einer anderen Schraube
in eine Wandfläche ist; und
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7a eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schraubendrehervorrichtung beim Eintreiben einer Schraube in eine
Wandfläche und 7b eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Schraubendrehervorrichtung beim Eintreiben einer anderen Schraube
in eine Wandfläche ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr
Bezug nehmend auf die Zeichnungsfiguren, in denen durchgehend für
gleiche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet sind, weist eine Schraubendrehervorrichtung 10 einen
Antriebsmechanismus in Form eines Schafts 11 auf, der einen Endbereich 12 mit
einer ringförmigen Wand 13, einer Endfläche 14 und
einer oberen Fläche 15 hat. Die ringförmige
Wand 13 ist mit mehreren durchgehenden Bohrungen 16 ausgebildet.
In den Bohrungen 16 sind eine oder mehrere Kugeln 17 angeordnet.
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Ein
Schraubendrehereinsatz 20 hat ein Kopfende 21,
das in einem durch die ringförmige Wand 13 gebildeten
Sitzbereich 24 des Schafts 11 aufgenommen ist.
Eine dem Kopfende gegenüberliegende Schraubendrehereinsatzspitze 22 ist
so ges taltet, dass sie auf den Kopf einer einzutreibenden Schraube 40 passt
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Eine
Hülse 30 umgibt die ringförmige Wand 13 des
Schafts 11 und einen wesentlichen Teil des Schraubendrehereinsatzes 20,
einschließlich des Kopfendes 21, während
sich die Einsatzspitze 22 durch eine Öffnung 31 der
Hülse erstreckt. Eine Innenwand 33 der Hülse 30 ist
mit einer Mehrzahl von Einsenkungen 32 versehen, die eine
ausreichende Größe haben, so dass eine entsprechende
Anzahl Kugeln 17 in die Einsenkungen 32 gleiten
kann und damit außer Eingriff mit dem Schraubendrehereinsatzkopf 21 kommt.
Ein Stift 18 erstreckt sich durch Langlöcher 39 der
Hülse und Löcher 19 in dem Schaft 11,
um diesen mit der Hülse 30 zu verriegeln.
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Vorzugsweise
ist der Radius 52 der Hülse 30 auf Seiten
der Schraubendrehereinsatzspitze 22 kleiner als 8 mm. Dieser
verhältnismäßig kleine Radius erlaubt
das vollständige Einsenken einer Schraube in ein Werkstück
sogar dann, wenn sie unter einem von der Normalen abweichenden Winkel
in das Werkstück eingetrieben wird. Im Gegensatz dazu verhindern
die größeren Radien der vorbekannten Schraubvorrichtungen
das vollständige Einsenken von in ein Werkstück
eingetriebenen Schrauben, wenn der von der Normalen abweichende
Winkel zu groß ist.
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So
kann z. B., Bezug nehmend auf 6 und
speziell 6a, der verhältnismäßig
große Radius einer vorbekannten Vorrichtung 60 mit
einem Durchmesser von 20 mm/Radius von 10 mm, eine Schraube 41 mit
einem Schraubenkopfdurchmesser von 8 mm mit 90° bis zu
83,9° (6,1° abweichend von der Normalen) relativ
zu der Wandfläche einsenken, bevor die äußere
Kante 63 die Wand berührt. Bezugnehmend auf 6b,
kann die vorbekannte Vorrichtung 60 eine Schraube 42 mit
einem Schraubenkopfdurchmesser von 7 mm mit 90° bis zu
83,7° (6,3° abweichend von der Normalen) relativ
zur Wandfläche in die Wand 62 einsenken, bevor
die äußere Kante 63 die Wand be rührt.
Wenn man die Schraube 41 mit einem Kopfdurchmesser von
8 mm unter Winkeln jenseits der 83,9° eintreibt, wird die äußere
Kante 63 die Wand 62 berühren, bevor
die Schraube 41 vollständig bis auf oder unter
die Oberfläche der Wand 62 eingesenkt worden ist,
so dass ein Teil der Schraube 41 oberhalb der Oberfläche
der Wand verbleibt. In ähnlicher Weise wird beim Eintreiben
der Schraube 42 mit einem Kopfdurchmesser von 7 mm unter
Winkeln jenseits von 83,7° die äußere
Kante 63 die Wand 62 berühren, bevor
die Schraube 42 vollständig bis auf oder unter
die Oberfläche der Wand 62 eingesenkt worden ist.
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Die
schmalere Schraubendrehervorrichtung 10 mit einem Durchmesser
von 14 mm/Radius von 7 mm kann jedoch, wie in 7 gezeigt,
Schrauben unter Winkeln von 90° bis zu 82,2° (7,8° abweichend von
der Normalen) in ein Werkstück, wie die Wand 62,
eintreiben, wenn diese Schrauben 41 einen 8 mm Schraubenkopf
haben, und mit 90° bis 81,2° (8,8° abweichend
von der Normalen), wenn die Schraube 42 mit einem 7 mm
Schraubenkopfdurchmesser eingeschraubt wird. Im Ergebnis kann die
Schraubendrehervorrichtung 10 die auf ein Werkstück
unter einem Winkel bis zu 82,2 gerichteten Schrauben 41 und
die unter einem Winkel bis zu 81,2° ausgerichtete Schraube 42 deshalb
einsenken, weil die Kante 64 nicht die Wand 62 berührt,
bevor der Kopf der Schraube 41 bzw. 42 eingesenkt
worden ist. Umgekehrt kann die vorbekannte Vorrichtung 60 mit
20 mm Durchmesser/10 mm Radius, die in 7a und 7b gestrichelt
gezeigt ist, die Schraube 41 nicht einsenken, wenn sie
unter einem Winkel von jenseits 83,9° ausgerichtet ist,
da die äußere Kante 63 die Wand 62 berührt,
bevor der Kopf der Schraube eingesenkt ist. In gleicher Weise kann
die vorbekannte Vorrichtung 60 die Schraube 42 nicht
einsenken, wenn sie unter einen Winkel jenseits von 83,7° ausgerichtet
ist, weil die Kante 63 die Wand 62 berührt, bevor
die Schraube 42 eingesenkt ist.
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Bezugnehmen
wieder auf 1–5,
befindet sich zwischen dem Boden 14 des Schafts und einer
Innenfläche 35 des Hülsenbodens eine
Feder, wie z. B. eine Schraubenfeder 34, wobei sich der Schraubendrehereinsatz 20 mitten
durch die Wendel der Feder 34 erstreckt. Die Feder 34 sorgt
für eine Vorspannungskraft zwischen dem Schaft 11 und
der Hülse 30. Unten in der Öffnung 31 ist
nahe der Werkzeugspitze 22 ein Magnet 36 angebracht,
um die Werkzeugspitze 22 zu magnetisieren, so dass eine aus
einem geeigneten magnetischen Metall bestehende Schraube 40 angezogen
wird und magnetisch an der aufgesetzten Werkzeugspitze 22 gehalten wird.
Ein Halteclip 37 greift in Kerben 25 in der Werkzeugspitze
und in eine Nut 38 im Schaft ein, um den Schraubendrehereinsatz 20 in
dem Sitz 24 zu halten.
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Die
vorliegende Schraubendrehervorrichtung 10 ist so ausgelegt,
dass sie auf das Ende einer Bohrmaschine oder eines anderen motorisch
angetriebenen Werkzeugs passt, das den Schaft 11 rotierend
antreibt. Bei Gebrauch setzt ein Benutzer den Kopf einer Schraube 40 auf
die durch den Magneten 36 magnetisierte Werkzeugspitze 22.
Die Feder 34 spannt den Schaft 11 mit Bezug auf
den Schraubendrehereinsatz 20 so vor, dass die Kugeln 14 fest
an dem Kopf 21 des Schraubendrehereinsatzes und der Innenfläche 33 der
Hülse 30 anliegen, wodurch die antreibende Eingriffsstellung
der Vorrichtung 10 (3) bestimmt
ist. Da eine Mehrzahl von Kugeln 17 in Eingriff sowohl
mit dem Kopf 21 des Einsatzes als auch mit der Innenfläche 33 der
Hülse gehalten sind, wird ein den Schaft 11 beaufschlagendes
Drehmoment die Werkstückspitze 22 und somit auch
die Schraube 40 drehen.
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Ein
Benutzer drückt dann das mit Gewinde versehene spitze Ende
der an der Vorrichtung haftenden Schraube 40 in die Oberfläche
eines Werkstücks in Richtung des Pfeils 50. Anschließend
wird die Bohrmaschine bzw. das motorisch angetriebene Werkzeug aktiviert,
um den Schaft 11 rotierend anzu treiben und somit die Schraube 40 in
das Werkstück einzuschrauben. Sobald die Vorrichtung eine
gewünschte Tiefe erreicht hat, die durch das Maß 44 und
den Abstand 51 begrenzt ist, der bestimmt ist durch den
Abstand zwischen den Kugeln 17 und den Einsenkungen 32 im
Ruhezustand der Vorrichtung 10, wirkt die auf den Schaft 11 ausgeübte
Kraft gegen die Vorspannungskraft der Feder 34 und drängt
den Schaft 11 in die Richtung 50, was dazu führt,
dass die Mehrzahl von Kugeln 17 in die Einsenkungen 32 und somit
von dem Kopf 21 des Schraubendrehereinsatzes weg bewegt
werden. Infolge dessen löst sich der Schraubendrehereinsatz 20 von
dem Antriebsmechanismus des Schafts 11, und die Vorrichtung nimmt
die ausgekuppelte Stellung ein (4). Wenn die
Vorrichtung 10 vom Werkstück in der Richtung 51 zurückgezogen
wird, drängt die Feder 34 den Schaft 11 von
der Hülse 30 fort, was zur Folge hat, dass die Mehrzahl
von Kugeln 17 von den Einsenkungen 32 weg und
wieder in Eingriff mit dem Kopf 21 und der inneren Hülsenfläche 33 bewegt
werden, so dass die Verbindung bzw. der Dreheingriff zwischen dem Schaft 11 und
dem Schraubendrehereinsatz 20 wieder hergestellt wird.
Daraus folgt, dass die Vorrichtung zurückgeführt
wird in den Eingriffs- bzw. Antriebszustand.
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Wie
bereits bemerkt, ist die Tiefe, mit der eine Schraube in ein Werkstück
eingesenkt wird, bestimmt durch das Maß 44 des
Bereichs der Werkzeugspitze 22, d. h. den Abstand zwischen
dem Boden der Hülse 30 und der obersten Stelle
der oberen Fläche des Kopfs der einzutreibenden Schraube,
und den Abstand 51, der definiert ist durch den Abstand, den
die Kugeln 17 zurücklegen, während die
Vorrichtung 10 vom Antriebszustand in den ausgekuppelten Zustand übergeht.
Daher kann die Einsenktiefe dadurch verändert werden, dass
der Schraubendrehereinsatz 20 durch einen längeren
oder kürzeren Schraubendrehereinsatz ersetzt wird, was
zu einer tieferen bzw. flacheren Einsenktiefe führt. Bei
der Vorrichtung 10 sind die Schraubendrehereinsätze austauschbar,
indem der vorhandene, durch den Halteclip 37 festgehaltene
Schraubendrehereinsatz 20 herausgezogen und ein neuer Schraubendrehereinsatz
durch die Öffnung 31 der Hülse eingeführt
wird, bis der neue Schraubendrehereinsatz in Eingriff mit dem Halteclip 37 kommt.
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Alternativ
kann die Tiefe, mit der eine Schraube in ein Werkstück
eingesenkt werden kann, dadurch verändert werden, dass
die Hülse 30 gegen eine längere oder
kürzere oder eine solche, die einen längeren oder
kürzeren Schraubendrehereinsatz enthält, ausgewechselt
wird. Die Hülse 30 wird ersetzt, indem der Stift 18 entfernt,
die Hülse 30 zurückgezogen, eine zweite
Hülse eingesetzt und der Stift 18 ersetzt wird.
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Es
wird nunmehr einem Fachmann klar, dass die vorliegende Vorrichtung
Vorteile hat, die bei früheren Schraubendrehervorrichtungen
zum Einsenken von Schrauben nicht vorhanden sind. Der verhältnismäßig
kleine Radius erlaubt das vollständige Einsenken einer
Schraube in ein Werkstück selbst dann, wenn sie unter einem
von der Normalen abweichenden Winkel in ein Werkstück eingetrieben
wird. Der relativ kleine Radius gestattet, dass der Schraubendreher
relativ zu dem Werkstück unter einem Winkel zwischen 90° und
wenigstens 82,2° oder vorzugsweise wenigstens 81,2° ausgerichtet
ist, während die Schraube bis zur oder unter die Oberfläche des
Werkstücks eingesenkt wird. Genauer gesagt, der kleinere
Radius bedeutet, dass der sich nahe der Einsatzspitze 22 befindende
Boden der Hülse 30 das Einsenken der Schraube
nicht durch Trennen des Schafts 11 von dem Schraubendrehereinsatz 20 verhindern
wird, wenn eine Vorrichtung einen von der Normalen abweichenden
Winkel relativ zum Werkstück von mindestens bis zu 81,2° einnimmt.
Da der maximale Winkel mit Bezug auf das Werkstück, mit dem
die Vorrichtung von der Normalen abweichen kann, durch den Radius 52 der
Vorrichtung und den Radius des Schraubenkopfes bestimmt ist, gestattet eine
Schraube mit einem kleineren Schraubenkopfradius, dass die vorliegende
Vorrichtung die Schraube unter zunehmend größeren
von der Normalen abweichenden Winkeln mit Bezug auf das Werkstück einsenken
kann.
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Darüber
hinaus wird der kleine Radius
52 zum Teil dadurch erreicht,
dass die Feder
34 unter dem Schaftboden
12 und
um den Schraubendrehereinsatz
20 herum angeordnet ist,
und somit eine Reduzierung des Radius der Vorrichtung relativ zu
vorbekannten Vorrichtungen z. B. gemäß
US-Patent 4,753,142 erlaubt.
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Obgleich
die Erfindung vorstehend nur in Beziehung zu bevorzugten Ausführungsformen
derselben beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, dass
Variationen und Modifikationen an diesen bevorzugten Ausführungsformen
vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Sinn der
Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4287923 [0002]
- - US 4753142 [0002, 0028]