DE2440156A1

DE2440156A1 - Konische, mit nuten versehene schraubendrehausnehmung

Info

Publication number: DE2440156A1
Application number: DE2440156A
Authority: DE
Inventors: Sixten Harald Lejdegard
Original assignee: Bulten Kanthal AB
Current assignee: Bulten Kanthal AB
Priority date: 1973-08-21
Filing date: 1974-08-21
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2241715A1; FR2241715B3; DK572473A; NO439473L; FI328173A; SE7311365L; GB1486246A

Description

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TlEDTKE - BüHLING - KlNNE Patentanwälte:

Dipl.-lng. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne

8 München 2

Bavariaring 4, Postfach 202403

Tel: (089) 539653-56 Telex: 524845 tipat cable address: Germaniapatent München

München, den21. August 1974 B 6178 / case SMg/EII 18542

Bulten Kanthai Aktiebolag
Hallstahammar, Schweden

Konische, mit Nuten versehene
Schraubendrehausnehmung «

Die Erfindung bezieht sich auf Schrauben, insbesondere auf Schraubenkopfausnehmungen oder Drehausnehmungen.

Lange Zeit hindurch wurde die übliche Verbindung zwischen dem Kopf einer Holzschraube oder einer Maschinenschraube und der Spitze eines Schraubenziehers durch einen einzigen Schlitz gebildet, der quer über den ganzen Schraubenkopf geschnitten v/ar und der zur Aufnahme der im wesentlichen flachen Klinge des Schraubenziehers bestimmt war. Diese Art von Verbindung war annehmbar, solange Schrauben fast ausschließlich von Hand eingeschraubt wurden.

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Mit der gesteigerten Anwendung von maschinellen Schraubendrehern machten die höheren Drehgeschwindigkeiten und die größere angewandte Drehkraft eine Änderung der Kopfausnehmung erforderlich, um den Schraubendreher zum Beheben der axialen Auswerfv/irkung besser zu gestalten und auch eine Möglichkeit vorzusehen, die Schraube zum Einführen in entfernte oder schwierig erreichbare Positionen zeitweilig an der Schraubendreherspitze anzubringen.

Die Art von Ausnehmung, die die günstigste Kritik und Zuspruch gefunden hat, ist als Phillips-Ausnehmung bekannt; Sie besteht aus einer Ausnehmung von in Draufsicht allgemein kreuzförmiger Gestalt, die abwechselnd Nuten und dazwischenliegende Rippen enthält, die zum Eingriff in Ausladungen bzw. Aussparungen in einer Schraubendreherspitze geeignet sind. Eine derartige Ausnehmung ist in der US-PS 2 046 839 (Phillips) dargestellt. '

Eine weitere Verbesserung der Schraubenkopfausnehmung ist in der US-PS 2 474 994 gezeigt. Dieses Patent offenbart eine Schraube mit einer Ausnehmung, die entlang deren Längsachse in deren oberes Ende hineinragt und die

einen Mittelteil und davon strahlenförmig ausgehende Nuten aufweist, wobei die Seitenwände der Nuten von dem Mittelteil nach außen gehend sich einander nähern, so daß ihre Schnitte mit einer zu der Achse senkrechten Fläche einen Winkel von nicht mehr als 4 bilden.

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Das vorrangige Ziel der in der US-PS 2 474 994
beschriebenen Erfindung lag darin, die herkömmliche Form der Phillips-Schraubenkopfausnehmung zu verbessern, um die Über— tragung zusätzlicher Drehkraft auf die Schraube mit geringerer resultierender axialer Auswerfkraft auf den Schraubendreher
zu erlauben. Weitere und genauer bestimmte Ziele sind in der Beschreibung dieser US-PS genannt.

In funktioneller Hinsicht sind die in der US-PS
2 474 994 gezeigten Schraubenausnehmungen annehmbar; es¹ wurde aber festgestellt, daß Schrauben mit Ausnehmungen dieser
Art in der Herstellung unnötig teuer sind. Ein Grund dafür
liegt darin, daß zum Formen des Schraubenkopfes drei Schlagtakte beim Kaltformen des Kopfes solcher Schrauben notwendig sind, um nämlich eine vollständige und genaue Nuten-Ausladungs-Anordnung sicherzustellen. Ein weiteres.Problem der Ausnehmung gemäß diesem US-Patent besteht darin, daß es mit einem
Haschinenschraubendreher insofern manchmal etwas schwierig
sein kann, einen Eingriff der Schraubendreherspitze mit der
betreffenden Ausnehmung zustande zu bringen, als dieser Eingriff nur bei vier verschiedenen Winkelstellung der Spitze
bezüglich des Schraubenkopfes eingeleitet werden kann.

Weiterhin ist für Ausnehmungen der eben besprochenen Arten der Mittelkern des Schraubendreherspitzenendes, von dem die Ausladungen strahlenförmig ausgehen, manchmal so klein, daß
Brüche auftreten können, wenn große Drehmomentbelastungen
auf den Schraubendreher angewandt werden.

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Gemäß der Erfindung ist eine Schraube vorgesehen, deren Schraubenkopf ausnehmung Nuten und Rippen oder Leisten enthält, die einander in Umfangsrichtung um die mittlere Längsachse der Schraube abwechseln, wobei

a) die Ausnehmung eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Grundform besitzt, wobei die Grundflächen der Nuten auf einer gedachten kegelstumpfförmigen Fläche angeordnet sind, die eine gerade Mantellinie hat;

b) die Seitenflächen jeder Nut eben sind und ihre Schnittlinien mit zu der zentralen Längsachse senkrechten Querschnittsflächen im wesentlichen parallel zueinander und zu einer Fläche verlaufen, die eine axiale Längssymmetrieflache der Schraube darstellt; und

c) die Rippen, die in der Abwicklung dreieckig sind, über den Grundflächen der Nuten eine Höhe aufweisen, die entlang ihrer ganzen Länge gegen die Basis des Kegels zu größer wird, wobei die oberen Flächen der Rippen auf einer gedachten kegel-• stumpfförmigen Fläche angeordnet sind, die mit der erstgenannten kegelstumpfförmigen Fläche konzentrisch ist, die eine gerade Mantellinie aufweist und deren Konizitätswinkel dem der erstgenannten kegelstumpfförmigen Fläche angepaßt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 stellt den Kopf einer Schraube mit einer

erfindungsgemäßen konischen, mit Nuten versehenen Drehausnehmung perspektivisch und teilweise im Schnitt dar;

Fig. 2 zeigt einen ersten Schritt zum Ausbilden des Schraubenkopfes nach Fig. 1;

Fig.2a zeigt einen zweiten Schritt zum Ausbilden des Schraubenkopfes nach Fig. 1;

Fig.2b ist eine Draufsicht auf den Schraubenkopf nach Fig: 2a;

Fig.2c ist eine Teilschnittdarstellung des Schraubenkopfes gem. Fig. 2b in einem vergrößerten Maßstab, wobei der Schnitt entlang der Ebene Hc-IIc in Fig. 2b ausgeführt ist.

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung eines

Treibstempels, wie er in der zweiten Ausbildungsstufe gemäß Fig. 2a bis 2c verwendet wird.

Der Schraubenkopf 10 in Fig. 1 ist ein Senkkopf, d.h. die äußere Stirnfläche 11 des Kopfes ist im wesentlichen eben. Der Schraubenkopf 10 besitzt eine Drehausnehmung 12, die nachstehend zur Vereinfachung "konische Drehausnehmung mit Nuten" genannt wird, d.h. eine.konische Ausnehmung, deren Seitenwand mit Nuten 13 und Rippen 14 versehen ist, die in

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Umfangsrichtung der Seitenwand abwechselnd aufeinanderfolgen. Die Seitenwand der Ausnehmung ist nach innen zu kegelförmig verjüngt, wobei der Neigungswinkel der Seitenwand bezüglich der Mittelachse der Schraube ungefähr 30° beträgt. Die Mantellinie der Seitenwand ist eine Gerade. Der Neigungswinkel oder Verjüngungswinkel der Seitenwand ist dem Verjüngungswinkel der Unterfläche des Schraubenkopfes angepaßt, die in diesem Fall auch verjüngt ist. In dem dargestellten Fall ist die Mantellinie der verjüngten Unterfläche des Schraubenkopfes annähernd gerade, es spricht aber in praktischer Hinsicht nichts dagegen, daß die letztgenannte Mantellinie winkelig oder derartig gewölbt ist, daß der Verjüngungswinkel nahe dem Schraubenschaft geringer ist als an dem Außenumfang des Schraubenkopfes. Die beiden Seitenflächen jeder Nut 13 sind eben und ihre Schnittlinien mit zu der Mittelachse der Schraube senkrechten Querschnittsflächen im wesentlichen zueinander parallel, Die Höhe der Rippen 14, d.h. die Abmessung senkrecht zu der Grundfläche der Nuten 13, vergrößert sich mit der Basisfläche des Kegels entlang der gesamten Länge der Rippen 14. Auf diese Weise sind die strahlenförmig nach innen gerichteten oberen Flächen der Rippen auf einer gedachten Kegelfläche angeordnet, deren Mantellinie eine Gerade ist und die mit

der gedachten Kegelfläche konzentrisch ist, auf der die Grundflächen der Nuten 13 angeordnet sind.

In einer Ebene parallel zu der zentralen Längsachse, der Ebene Hc-IIc in Fig. 2b, bilden die Seitenwände einer jeden Nut mit einer Symmetrieebene 23 oder dazu parallelen Ebenen

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einen Winkel ß- Der Winkel ß kann in einen Bereich von ungefähr 0,5 bis 4° liegen, er sollte aber vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 3,0° liegen. Die Bemessung des Winkels ß ist sehr wichtig. In Abhängigkeit von den anderen Abmessungen in jedem einzelnen Fall, von der Wahl des Materials usw., soll der Winkel innerhalb des obengenannten Bereichs liegen, um eine geeignete Aussparung durch das Kaltformen des Schraubenkopfes zu gewährleisten. Ferner bestimmt der Winkel ß die Auswerfkraft, d.h. die Kraft, die den sog. Auswerf- oder Aushebe-Effekt bewirkt.

Wegen der Tatsache, daß eine konische, mit Muten versehene Drehausnehmung der vorbeschriebenen geometrischen Gestalt im Schraubenkopf vorgesehen ist, ist es möglich, bei der Herstellung der Schraube dem Schraubenkopf in nur zwei Arbeitsschritten seine endgültige Form zu geben. Der erste Schritt ist in Fig. 2 dargestellt. Während dieses Schrittes wird der ursprünglich urahtförmige Rohling an einem seiner Enden mit einer Verdickung 15 versehen, deren äußere Form im wesentlichen mit der Endform des Schraubenkopfes 10 übereinstimmt. Diese Verdickung wird durch Abwärts- und Auswärtspressen des Materials in eine Gesenkvertiefung 16 eines Gesenks 17 zustandegebracht.

In dem zweiten Fornungsschritt, der in Fig. 2a dargestellt ist, wird ein allgemein mit 18 bezeichneter Stempel gegen und teilweise in die Verdickung 15 gepreßt, so daß diese ihre Lndform wie in Fig. 1 gezeigt erhält. Es muß betont

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BAD ORtGINAL

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v/erden, daß während des zweiten Ausbildungsschrittes den Nuten 13 und den Rippen 14 ihre endgültige Form nicht nur durch das Einführen dos komischen Stenpelteils 13A in die Verdickung 15 gegeben v.'lrd, sondern darüber hinaus auch während der Schlußphase des zweiten Ausbildungsschrittes durch Pressen der flachen Stempelfläche 18B gegen die flache äußere Stirnfläche des Schraubenkopfes. Nur dadurch v/ird ein vollständiges /msfiilJen der Gosenkvortiefung 16 sichergestellt, was durch Fig. 2a verständlich wird.

Die beschriebene geometrische Gestalt des Schraubenkopfes bietet, wie schon erwähnt, den Vorteil, daß der Schraubenkopf in nur zwei Arbeitsschritten in seine endgültige Forn gebracht werden kann. Ein dazu wesentlich beitragender Grund ist der, daß die V7andstärke des Schraubenkopfes ringsum ziemlich gleichmäßig ist, d.h. die Dicke des Materials zwischen den Grundflächen der Nuten und der äußeren Fläche des Schraubenkapfes ist nicht um so viel geringer als die flaterialdicke zwischen den oberen Flächen der Rippen 14 und der äußeren Fläche des Schraubenkopfes, wie es zum Beispiel bei einer gewöhnlichen Kreuzschlitzschraube der Fall ist. Wegen der Tatsache, daß die endgültige Formung in nur zwei Schritten erreicht werden kann, ist es möglich, eine sogenannte Zweitaktmaschine für die Herstellung der Schrauben zu benützen. Eine derartige Zweitaktmaschine bringt einen ungefähr 8 bis 10 mal größeren Ausstoß als eine Dreitaktmaschine, und sie ist außerdem viel billiger. Diese beiden Faktoren ermöglichen eine viel billigere Fertigung.

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Neben dem eben beschriebenen Vorteil, der durch die geometrische Form der erfindungsgemäßen konischen, mit Nuten versehenen Drehausnehmung erzielt ist, muß auch der Vorteil genannt werden, der dadurch gewonnen wird, daß die Schraubendreher, die zum Eingriff in diese Drehaushebung vorgesehen sind, dadurch sehr haltbar sind, daß der Kern der Spitze einen sehr großen Durchmesser hat, wodurch die die Produktion vermindernden Spitzenendbrüche zu einem großen Ausmaß vermieden werden.

Es sollte erwähnt werden, daß aus der US-PS 2 285 eine Drehausnehmungsgestaltung bekannt ist, die auf den ersten Blick der konischen, mit Nuten versehenen Drehausnehmung gemäß Fig. 1 ähneln könnte. In der Praxis jedoch sind Schrauben mit einer Drehausnehmung gemäß dieser US-PS zu keinerlei weitverbreiteter Verwendung gekommen, im wesentlichen wegen der Tatsache, daß die Herstellungskosten insofern zu hoch waren, als zum endgültigen Bilden der Schraubenköpfe drei Arbeitsstufen erforderlich sind. So wird gemäß diesem Patent in einem ersten Schritt das Ende des drahtartigen Rohlings zu einer starken Verdickung verformt. Dann wird in einem zweiten Schritt ein konisches Stempelendteil in die Verdickung eingepreßt, um eine konische Ausnehmung zu erhalten, wobei gleichzeitig das. Rohlingmaterial nach außen zum Ausfüllen einer Gesenkvertiefung gepreßt wird, die in der Form der Außenform des Schraubenkopfes entspricht. Während dieses Schrittes wird die äußere Stirnfläche des Schraubenkopfes eben gemacht. Schließlich wird in einem dritten Schritt ein Stempel

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in die konische Ausnehmung eingeführt, um ihr die endgültige Form zu geben.

Das Erfordernis der beschriebenen drei Arbeitsschritte muß in der Tatsache gesehen werden, daß es aus Gründen der Technologie in der Herstellung bisher nicht möglich gewesen war, Seitenwände mit dem vorgenannten Winkel ß in dem erforderlichen Ausmaß zu bilden. Der Stempel., der die Drehausnehr.iung bildet, hat eine Gestellt, bei der die Nuten der Schraube, die den Rippen des Stempels entsprechen, eine axial einwärts zur Schraube verringerte Breite aufweisen und bei der die Nuten des Stempels parallele Seitenwände besitzen. Das ist dadurch verursacht, daß der Stempel mit Hilfe eines scheibenförmigen Schneidwerkzeugs bearbeitet worden int.

Der Stempel 18 in Fig. 3 unterscheidet si.cn von einen herkömmlichen Stempel dieser allgemeinen Aft dadurch, daß er einen Teil 18C mit einer ringförmigen Fläche 1BB aufweist, die senkrecht zur Mittelachse des Stempels steht. Wenn dieser Teil 18C nicht wäre, könnten die Rippen 19 und die Nuten 20 des Stempels, die die Nuten 13 bzw. Rippen 14 der Schraubenkopfdrehausnehmung erzeugen, durch Fräsen mit Hilfe eines scheibenförmigen Schneidwerkzeugs oder dgl. gebiLdet werden. So aber werden an den Ubergangsbereichen zwischen den Rippen 19 und den Nuten 20 Winkel und Ecken gebildet, die sehr mühsam herzustellen sind und die dazu führen, daß der Stempel nur durch einen sehr komplizierten Kaltpreßvorgang oder durch sog. Elektroerosion hergestellt werden kann; in

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diesen Fall ist es natürlich auch möglich, den vorbespro chenen Uinkel ß in der erwünschten Weise zu bilden. Es hat si ch jedoch herausgestellt, daß die erhöhten Kosten für die Herstellung des Stempels durch die verringerten Herstellungs kosten für die Gehraube als Endprodukt und durch die durch die eri"i ndunyr, genäße Schraube erzielten technologischen Vorteile rtehr al? gut gerechtfertigt sind.

Abschließend soll erwähnt werden, daß die Erfindung <!uch in Verbindung rn.it Schrauben einer anderen Kopf gestalt al π der in dor Zeichnung dargestellten anwendbar ist.

!lit dor Erfindung wird eine Schraube geschaffen, die eiiio allgemein kegelstumpf artige Drehausnehmung aufweist, die abwechselnd Hüten und Rippen enthält. Die Seitenwände der Nuten sind eben und im wesentlichen zueinander parallel. Die Rippen sind in der Abwicklung dreieckförmig und weisen gegen die äußere Stirnfläche des Schraubenkopfes zu anstei gende Hohen auf.

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Claims

Patentansprüche

1. Schraube mit einer Schraubenkopfausnehmung, die Hüten und Rippen enthält, die in Umfangsrichtung um die zentrale Längsachse der Schraube abwechselnd aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ausnehmung (12) eine im wesentlichen kegelstumpfartige Grundgestalt aufweist, wobei die Grundflächen der Nuten (13) auf einer gedachten kegelstumpfförmigen Fläche mit einer geraden tlantellinie angeordnet sind;

b) die Seitenflächen jeder Nut (13) eben sind und ihre Schnittlinien mit senkrecht zu der zentralen Längsachse der Schraube stehenden Querschnittsflächen im wesentlichen zueinander und zu einer Ebene parallel sind, die eine axiale Längssymmetrieebene der Schraube darstellt; und

c) die Rippen (14), die in der Abwicklung dreieckförmig sind, über den Grundflächen der Nuten (13) eine Höhe auf v/eisen, die zu der Basis des Kegels hin entlang ihrer ganzen Länge größer wird, wobei die oberen Flächen der Rippen (14) auf einer gedachten Kegelstumpffläche angeordnet sind, die nit der erstgenannten Kegelstumpffläche konzentrisch ist, eine gerade Mantellinie besitzt und deren Kegelwinkel den der erstgenannten Kegelstumpffläche angepaßt ist.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände einer jeden Nut (13) einen Winkel (ß) mit der Symmetrieebene bilden, so daß sie nach außen zu auseinanderlaufen, wobei der Winkel (ß) 0,5 bis 4°, vorzugsweise

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1,0 bis 3,0°, beträgt.

3. Schraubendreher zur Anwendung an einer Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dessen Spitzenende in Unfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgende Rippen und Nuten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzenende eine solche geometrische Form besitzt, daß es eng in die konische, mit Nuten versehene Drehausnehmung der Schraube paßt.

4. Verfahren zur Herstellung von Schrauben mit einer konischen,mit Uuten versehenen Drehausnehmung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das endgültige Bilden des Schraubenkopfes durch axiales Kaltformen des Kopfes in zwei Stufen erfolgt, nämlich durch einen ersten Schritt, mit dem ein drahtförmiger Rohling an einem seiner Enden in einer Gesenkvertiefung mit einer Verdickung versehen wird, deren Form in wesentlichen der Form des fertiggestellten Schraubenkopfes entspricht, und durch einen zweiten Schritt, mit dem die konische, mit Hüten versehene Drehausnehmung des Kopfes durch Einführen eines entsprechend gestalteten kegelförmigen Stempels in die Verdickung geformt wird, wobei gleichzeitig ein Stempelteil mit einer zu der Mittelachse der Schraube

senkrecht stehenden Ringfläche zum Einwirken auf die äußere Stirnfläche des Schraubenkopfes gebracht wird, damit ein vollständiges Ausfüllen der Gesenkvertiefung sichergestellt wird.

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5. Werkzeug zur Verwendung bei der Herstellung von Schrauben gemäß Anspruch 1 oder 2 nach dem Verfahren gemäß Anspruch 4, das ir.it Rippen und Nuten versehen und zum Einführen in den Endteil eines Schraubenrohlings zum Bilden der Drehausnehmung des Schraubenkopfes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (18) angrenzend an einen kegelförmigen Teil zum Bilden der konischen Drehausnehmung des Schraubenkopfes einen Teil (18C) aufweist, der eine Ringfläche (18B) rund um den kegelförmigen Teil besitzt und im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse des Werkzeuges steht, wobei die ringförmige Fläche zum Andrücken gegen die Stirnfläche des Schraubenkopfes vorgesehen ist, damit diese Stirnfläche ausgebildet und zugleich sichergestellt wird, daß die Gesenkvertiefung (16) für den Schraubenkopf möglichst vollständig ausgefüllt wird.

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