DE2929887C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube der im Oberbegriff des Anspruches 1 definierten Art gemäß US-PS 31 87 790.

Schrauben und ähnliche Befestigungsmittel, bei denen der Kopf mit einem Kreuzloch versehen ist, in das ein Schraubendreherwerkzeug eingreift, und die im allgemei­ nen als "Phillips-Kopf"- oder Kreuzloch-Schrauben be­ zeichnet werden, sind bekannt und werden auf vielen An­ wendungsgebieten häufig verwendet. Bei Schrauben dieser Art, die beispielsweise in den US-PS 20 46 839, 20 84 079, 30 25 896, 31 08 623 und 32 37 506 beschrie­ ben sind, weist die Aussparung eine zentrale Vertiefung und viele mit dieser in Verbindung stehende radial ge­ richtete Schlitze auf. Das zugehörige Schraubendreher­ werkzeug ist mit einer entsprechenden Anzahl von Rippen versehen, die in die Schlitze des Schraubenkopfes ein­ greifen, so daß durch Vermehrung der Anlageflächen zwi­ schen Schraubenkopf und Schraubendreher dieser bei Aus­ übung eines Drehmomentes nicht unvermittelt aus der Schraubenkopfvertiefung herausrutscht. Bei einer her­ kömmlichen Schraube mit einem einzigen Schlitz, die von einem Flachklingen-Schraubendreher betätigt wird, kann sich ein solches Herausgleiten des Schraubendrehers leicht ergeben.

Zur Herstellung von Kreuzloch-Schrauben wird bisher der vorgeformte vergrößerte Kopf mit einem Stauchwerkzeug, das die Konturen der gewünschten Aussparung aufweist, aus einem geeigneten Rohling gestaucht. Da die ange­ brachte Aussparung recht genau zu einem Standard-Schrau­ bendreherwerkzeug passen muß, müssen die zulässigen Ab­ weichungen der Größe und Form der in den Schraubenkopf eingeformten Aussparung innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen kontrolliert werden. Die Lebensdauer eines Ober­ stempels zur Herstellung der Aussparung ist recht kurz, da der Stempel rasch verschleißt und daher schließlich eine Aussparung formt, die zu klein ist, um ein Stan­ dardwerkzeug aufzunehmen. Zusätzlich ist der Oberstempel wegen der auf ihn wirkenden hohen örtlichen Kräfte au­ ßerordentlich bruchanfällig. Die verhältnismäßig kurze Lebensdauer und hohe Bruchanfälligkeit von bisher zur Anfertigung von Kreuzloch-Schrauben benutzten Oberstem­ peln führt zu unerwünschten zusätzlichen Kosten bei der Herstellung derartiger Schrauben.

Bei vielen gewerblichen Verwendungen der Kreuzloch- Schrauben ist es erwünscht, daß die Schraube mit dem Schraubendreher reibungsschlüssig so zusammengreift, daß sie mit dem Werkzeug verbunden bleibt, damit das Einset­ zen solcher Schrauben an schlecht zugänglichen Stellen erleichtert wird. Zur Erzielung dieses Resultates wurde die Originalform der Phillips-Lochaussparung beispiels­ weise gemäß US-Patenten 24 02 342, 24 74 994 und 25 88 404 abgewandelt, um einen Reibungsschluß zwischen dem Schraubenkopf und dem Schraubendreherwerkzeug her­ vorzurufen. Unter Anwendung der Lehre nach US-PS 21 40 449, die eine Klemmverbindung zwischen Schraube und Schraubendreher offenbart, könnte auch die Kreuz­ lochprofilierung nach US-PS 31 87 790 gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 eine Verbindung mit dem Werkzeug ver­ mitteln. Jeder Schlitz weist eine ebene Grundwand auf, an die sich die beiden parallelen Seitenwände im wesent­ lichen rechtwinklig anschließen. In jeden Schlitz kann ein komplementärer Flügel eines speziellen Schraubendre­ hers eingreifen, der bei enger Passung eine temporäre Halterung der Schraube bewirken könnte. Eine solche enge gegenseitige Anpassung der Teile ließe sich herstel­ lungsgemäß allerdings nur mit unangemessenem Aufwand realisieren. Zudem wäre sie nach wenigen Umdrehungen durch Aufweitung der Schlitze nicht mehr vorhanden und der Klemmeffekt wäre aufgehoben. Ferner ist nachteilig, daß zur Zusammenklemmung der Teile eine bestimmte präzi­ se Ausrichtung des Schraubendrehers in bezug auf die Schraube notwendig wäre, wodurch von vornherein die Handhabung erschwert wird. Da bei einem Standard-Schrau­ bendreher der Klemmzusammengriff infolge von größeren Abmessungstoleranzen nicht gewährleistet ist, kann der Benutzer Werkzeug und Schraube nicht beliebig wählen, sondern ist auf die zusammenpassenden Spezialteile ange­ wiesen, so daß seine Aktionsfreiheit eingeschränkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube mit einer wirtschaftlich herstellbaren Schraubendreher­ aussparung zu schaffen, die eine reibungsschlüssige Ver­ bindung zwischen Schraubendreher und Schraube ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnen­ den Teiles des Anspruches 1 gelöst.

Dieses erfindungsgemäße Mittel zur Erzielung eines aus­ reichenden Reibungsschlusses zwischen der Schraube und dem Schraubendreher wird nicht unter dem Einfluß der Torsionskräfte in kurzer Zeit zerstört, sondern es bleibt uneingeschränkt erhalten, weil die die Verklem­ mung bewirkenden Flächen in den Schlitzen von den Tor­ sionskräften nicht deformiert werden. Bei einem Stan­ dard-Schraubendreher wird die Schraube unabhängig von der Ausrichtung des Werkzeuges auf diesem durch Verkei­ lung in Stellung gehalten, so daß die Anwendung für den Benutzer sowohl hinsichtlich der Auswahl des Werkzeuges als auch bei der Handhabung problemlos ist. Die Herstel­ lung des Schraubenkopfes kann im Stauchverfahren preis­ günstig erfolgen, weil der Oberstempel durch größere zulässige Toleranzen robuster ausgeführt sein kann und weniger verschleißanfällig ist. Die verbesserte Ausspa­ rung erlaubt außerdem ein schnelleres Plattieren oder Elektrobeschichten mit einem gewünschten Überzugsmate­ rial und hat zudem den Vorteil geringerer Rissebildung am Umfang der Aussparung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Umfang der zentralen Ausnehmung der Aussparung eine ringförmige Vertiefung ausgebildet, die die Grundfläche der Ausnehmung von ihrer kegelstumpfförmigen Seitenwand trennt. Diese Kontur des Aussparungsgrundes, die derje­ nigen des zu seiner Herstellung verwendeten Oberstempels entspricht, erzeugt in dem Oberstempel eine Verschleiß­ fläche, die seine Lebensdauer erheblich verlängert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, wobei zur Bezeichnung entspre­ chender Teile der verschiedenen Ansichten gleiche Bezugs­ ziffern verwendet werden. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Kopfschraube mit einer herkömmlichen Phillips-Lochaussparung gem. dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Draufsicht der Kopfschraube nach Fig. 1 (Stand der Technik),

Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht eines Schrauben­ kopfes zur Veranschaulichung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aussparung,

Fig. 4 eine Draufsicht des Schraubenkopfes nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 2 (Stand der Technik),

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 4,

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie 7-7 der Fig. 4,

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 8-8 der Fig. 2, (Stand der Technik),

Fig. 9 eine Draufsicht des Kopfes einer Rundkopfschraube mit einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Breite des Grundes jedes Schlitzes konisch verläuft,

Fig. 10 eine Draufsicht des Kopfes einer Rundkopf­ schraube zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungs­ form der Erfindung, bei der jeder Schlitz gleichmäßige Breite aufweist und der Kopf mit geraden Hilfsschlitzen versehen ist, damit die Schraube mittels eines Flach­ klingen-Schraubendrehers betätigt werden kann.

Fig. 11 ist eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 10, die die in die Aussparung des Schraubenkopfes ein­ gesetzte Spitze eines Phillips-Schraubendrehers zeigt, und

Fig. 12 ist ein Teilschnitt längs der Linie 12-12 der Fig. 11 in vergrößertem Maßstab zur Veranschaulichung des Zusammengriffs zwischen einer Rippe des Schraubendrehers und einem Schlitz in der Aussparung des Schraubenkopfes.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Fig. 3, 4, 6, 7, 10 und 11 veranschaulicht. Zum Vergleich mit der Erfindung ist außerdem in den Zeichnungen eine typische Ausführungsform einer Phillips-Kopfschraube dar­ gestellt, die gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist (Fig. 1, 2, 5 und 8).

Fig. 3 und 3 zeigen als typische Ausführungsform der Erfindung eine Schraube 10 mit einem Flachkopf 11 und einem Schaft 12. Der Kopf 11 weist eine Aussparung 13 auf, die aus einer zentralen Ausnehmung 14 besteht, die mit radial gerichteten Schlitzen 16 in Verbindung steht. Eine flache Ringnut oder Einkerbung 15 umgibt die Peripherie der Ausnehmung 14. Die Ringnut 15 überlagert den normaler­ weise während der Herstellung der Schraube erzeugten Grat und dient außerdem zur Verhinderung einer die Oberfläche beschädigenden Bewegung der Schraubendreherspitze bei ihrem Herausgleiten aus der zentralen Aussparung.

Jeder Schlitz 16 weist zwei gegenüberliegende Seiten­ wände 17 und 18 auf, die durch eine Grundwand 19 mit­ einander verbunden sind, welche längs der Schrauben­ achse nach unten und einwärts schräg geneigt verläuft. Die Seitenwände 21 der zentralen Ausnehmung 14, die die Seitenwände von zwei benachbarten Schlitzen mitein­ ander verbinden, liegen auf einer kegelstumpfförmigen Fläche. In Fig. 4 ist die Umrißlinie der zentralen Aus­ nehmung 22 der herkömmlichen Phillips-Aussparung gemäß Fig. 1 und 2 gestrichelt veranschaulicht. Ein Querschnitt einer Ausnehmung 14 zeigt Fig. 6, und in diesen ist ge­ strichelt die Umrißlinie der Ausnehmung 22 der Fig. 1 eingezeichnet.

Die Zeichnungen lassen erkennen, daß die zentrale Aus­ nehmung 14 gemäß der Erfindung wesentlich größer als die Ausneh­ mung 22 des Standes der Technik ist. Daher ist der loch­ bildende Teil des zur Einformung der Aussparung 13 verwen­ deten Oberstempels wesentlich dicker und deshalb stärker und weniger bruchanfällig. Außerdem erleichtert die wesent­ lich offenere Ausnehmung 14 gemäß der Erfindung eine Beschich­ tung oder Galvanisierung mit einem gewünschten Material, z. B. eine Verchromung über die gesamte Tiefe der Ausspa­ rung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 schneiden sich die Grundwand 19 und die Seitenwand 18 jedes Schlitzes 16 im wesentlichen rechtwinklig und bilden eine verhält­ nismäßig scharfe Verbindungslinie. Auf der gegenüberlie­ genden Seite jedes Schlitzes ist der entsprechende Über­ gang zwischen Grundwand 19 und Seitenwand 17 nicht scharf­ winklig, sondern als konkave Kurvenfläche 23 ausgebildet, die sich über wenigstens einen Teil der Länge der Grund­ wand vom oberen Ende zum Grund des Schlitzes erstreckt. Die Kurvenfläche 23 wird in jedem Schlitz durch eine ge­ eignete Gestaltung des zur Herstellung der Aussparung verwendeten Oberstempels erzeugt. Der Krümmungsradius der Kurvenfläche 23 kann über ihre Länge konstant sein oder er kann sich ändern. Insbesondere zur Verbesserung des Aussehens kann es erwünscht sein, eine Schrägschulter 24 an der Schnittstelle zwischen Kurvenfläche 23 und der Oberfläche des Schraubenkopfes auszubilden, damit die Aussparung ihr symmetrisch kreuzförmiges Aussehen behält.

Wie Fig. 6 erkennen läßt, ist die Grundfläche 26 der zentralen Ausnehmung 14 der Aussparung kugelig geformt (Radius R) und verläuft nicht scharf zugespitzt wie bei der bekannten Aussparung nach Fig. 5. Die größte Tiefe (D) der Ausnehmung 14 längs der Achse des Schrau­ benkopfes ist jedoch mit der der bekannten Schraube iden­ tisch (Fig. 6), so daß der für die Schraube benutzte Schraubendreher gleich-tief in die erfindungsgemäße Aus­ sparung eingreift. Der zur Ausbildung der Aussparung nach Fig. 6, d. h. einer Aussparung, die anstatt einer winkligen Kegelfläche (Fig. 5) eine kugelförmig abgerundete Grundfläche aufweist, verwendete Oberstempel veranlaßt das verdrängte Metall, in einer mehr axialen als radialen Richtung zu fließen, wodurch das Auftreten von Umfangsrissen in dem Schraubenkopf vermindert wird. Gleichzeitig schafft der zwischen der Grundfläche 26 der Ausnehmung 14 und der Spitze eines herkömmlichen Phillips-Schraubendrehers vorhandene vergrößerte Raum eine Sammelzone für Schmutz oder andere Fremdteile die anderenfalls die Einführung des Schraubendrehers stören könnten.

Die Zeichnungen lassen erkennen, daß viele Übereinstim­ mungen zwischen der erfindungsgemäßen und der bekannten Aussparung vorhanden sind; insbesondere bezüglich man­ cher Abmessungen, die ermöglichen, daß die erfindungsgemäs­ se Schraube mit einem Standard-Phillips-Schraubendreher betätigt wird. Fig. 2, 4, 6 und 7 zeigen, daß vor allem die folgenden Abmessungen im wesentlichen identisch bei der erfindungsgemäßen Schraube und einer herkömmlichen Philllips-Kopfschraube sind:
Die Breite jedes Schlitzes am oberen Ende B und am unteren Ende E der Aussparung,
der diametrische Abstand C zwischen den äußeren Enden ge­ genüberliegender Schlitze auf der Oberseite des Schrauben­ kopfes,
die maximale axiale Tiefe D der Aussparung,
die axiale Tiefe F des Grundes jedes Schlitzes, und
die radiale Länge G jedes Schlitzes, die zur Aufnahme des Schraubendreher-Werkzeuges zur Verfügung steht.

Aufgrund des Vorhandenseins der Ringvertiefung 15 bei dem erfindungsgemäßen Kreuzloch ist die wirksame Höhe A (Fig. 6) des Schlitzes nicht gleich der Höhe der entsprechenden Ab­ messung A′ des Kreuzloches gemäß dem Stand der Technik. Da jedoch der Außenrand der Grundfläche 26 der Ausnehmung 14 der erfindungsgemäßen Aussparung tiefer liegt, ist die Abmessung A mindestens so groß wie die Abmessung A′, so daß sich für die Erfindung kein Nachteil ergibt.

Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Abwandlung der Aussparung nach Fig. 6. In dieser Figur ist die Grundfläche 27 der zentralen Ausnehmung 30 zusätzlich zu ihrer kugelförmigen Kontur (Radius R) mittels einer schmalen zylindrischen Fläche 29, die an ihren Ecken gekrümmt ist, mit der Sei­ tenwand 28 verbunden. Bei dem zur Bildung eines Loches dieser Gestalt benutzten Oberstempel, schafft die wirk­ same Zunahme der Masse, die aus dem Material zwischen der Grundfläche 27 des Lochteiles 30 und der gestrichel­ ten Linie 31 in Fig. 7 besteht, die den Boden eines her­ kömmlichen Phillips-Loches darstellt, eine Verschleißfläche, die eine Abnutzung des Oberstempels im Gebrauch zuläßt, wodurch die Dauer seiner Brauchbarkeit verlängert wird.

Fig. 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Kreuzloch 32, das in eine Rundkopfschraube 33 eingeformt ist. Bei dieser Aus­ führungsform verlaufen die Seitenwände 34 und 36 jedes Schlitzes 37 in Richtung gegen die Schraubenspitze axial schräg gegeneinander. Die Verjüngung der Schlitze folgt der typi­ schen Verjüngung, die für Phillips-Schraubendreher benutzt wird.

Fig. 10 veranschaulicht eine verbesserte Version der Aus­ sparung nach Fig. 9, die zusätzliche Hilfsmittel aufweist, die das Betätigen der Schraube mit einem herkömmlichen Flachklingen-Schraubendreher erlauben. Der Kopf 38 ist mit zwei Schlitzen oder Kerben 39 und 41 versehen (Fig. 10), die rechtwinklig zueinander verlaufen und zwischen Schlitzen 42 der Schraubenaussparung angeordnet sind. Diese Anordnung verhindert Störungen zwischen den Ker­ ben 39 und den Schlitzen 42 und verringert außerdem den abstützungsfreien Abstand zwischen den inneren Enden jeder Kerbe, wodurch das Ausmaß, in dem ein Flachklingen-Schrau­ bendreher von dem Schraubenkopf gehalten und an einem Hin­ einrutschen in die zentrale Ausnehmung der Schraube gehin­ dert wird, zunimmt. Gemäß Fig. 10 verlaufen die gegenüber­ liegenden Seitenwände 43 und 44 jedes Schlitzes 42 parallel zueinander und streben nicht aufeinander zu, wie bei dem Beispiel der Fig. 9. An einer Stelle unter der Oberfläche jedes Schlitzes 42 bis zum Schlitzgrund fortgesetzt, ist eine konkave Kurvenfläche 46 entlang der Verbindungslinie zwischen der Grundwand 47 und der Seitenwand 43 vorge­ sehen. In diesem Falle ist der Krümmungsradius der Kurvenfläche 46 nicht konstant, sondern nimmt gegen den Schlitzgrund zu. Dies erlaubt einige Größenabweichungen der Rippe des verwendbaren Schraubendreherwerkzeuges un­ ter Beibehaltung eines Reibungsschlusses mit dem Schrau­ benkopf.

Die Funktion der Kurvenfläche, z. B. 23 oder 46, in der erfindungsgemäßen Aussparung bei der Schaffung eines Reibungsschlusses zwischen dem Schraubendreher und der Schraube, ist in den Fig. 11 und 12 veranschaulicht. Fig. 11 zeigt einen Teil der Spitze 48 eines üblichen Phillips-Schraubendrehers, die in das Kreuzloch des Kopfes 38 hineingesteckt ist. Die Rippe 49 der Spitze 48 dringt in den Schlitz 42 ein, bis die Ecke 51 der Rippe gegen die gekrümmte Kurvenfläche 46 an der Stelle 52 anliegt. Die sodann auf die Rippe ausgeübte Kraft ver­ anlaßt sie zu einer Anlage gegen die Stelle 53 der gegen­ überliegenden Seitenwand 44, wodurch sich ein Klemmsitz zwischen der Schraube und dem Schraubendreher 48 ergibt.

Claims (4)

1. Schraube mit einem Kopf, in dem eine kreuzförmige Aussparung mit mehreren radial gerichteten Schlitzen zur Aufnahme eines Schraubendrehers ausgebildet ist, wobei die Aussparung (13) mit einer zentralen Ausnehmung (14) versehen ist, die eine kegelstumpfförmige Seitenwand (21) und eine aus einer Kugelfläche bestehende Grundflä­ che (26) aufweist, und wobei die Schlitze (16) jeweils aus zwei gegenüberliegenden Seitenwänden (17, 18) und einer schräg verlaufenden Grundwand (19) bestehen, die die Seitenwände miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß an die Grundwand (19) eine Seitenwand (17) über eine konka­ ve Kurvenfläche (23) angeschlossen ist, die sich über wenigstens einen Teil der Tiefe des Schlitzes (16) er­ streckt, so daß bei Einführung des Schraubendrehers eine in einen Schlitz (16) in dem Schraubenkopf (11) eindrin­ gende Rippe des Schraubendrehers zwischen der konkaven Fläche (23) und der gegenüberliegenden Seitenwand (98) des Schlitzes (16) verklemmt wird, wodurch sich ein Rei­ bungsschluß zwischen dem Schraubendreher und der Schrau­ be ergibt.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (11) am Umfang der zentralen Ausnehmung (14) der Aussparung (13) eine ringförmige Vertiefung (15) aufweist.

3. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (43, 44) jedes Schlitzes (42) im wesent­ lichen zueinander parallel verlaufen.

4. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Kugelfläche gebildete Grundfläche (27) und die konische Seitenwand (28) der zentralen Ausnehmung (30) mittels einer zylindrischen Fläche (29) miteinander verbunden sind.