DE3007945C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Eindrehwerkzeug zum Ein­ drehen eines Befestigungselementes, welches eine axiale, vielrippige, im Querschnitt sternförmige Steckvertiefung besitzt, deren Nuten durch konkav gekrümmte Fußbereiche und deren Höcker durch konvex gekrümmte Kammbereiche gebildet sind und in Axial­ richtung parallel zueinander verlaufen, mit einem Schaft, dessen freies Ende einen in die Steckver­ tiefung des Befestigungselementes einführbaren, ent­ sprechend vielrippigen und im Querschnitt sternför­ migen Arbeitsabschnitt aufweist, dessen Höcker oder Nuten parallel zur Schaftachse verlaufen.

Ein solches Drehwerkzeug ist aus der US-PS 35 84 667 bekannt. Bei der Herstellung dieses be­ kannten Eindrehwerkzeuges und der entsprechenden Steckvertiefungen der Befestigungselemente werden sowohl die Steckvertiefungen als auch die Spitze des Eindrehwerkzeugs in Massenproduktion mit einem Verfahren hergestellt, das mit dem Begriff "Master Tooling" bezeichnet wird, wonach die Herstellung dieser Teile in einem Kopierverfahren von einer Vor­ lage erfolgt. Während des Massen-Kopierverfahrens erfährt die Vorlage durch den Verschleiß während der Produktion der Kopien gewisse Form- und/oder Toleranzveränderungen, die sich auf die Abmessungen und Toleranzen der kopierten Produkte auswirken. Diese in der Fachwelt bekannten Nachteile bei der Massenproduktion von Befestigungselementen und Ein­ drehwerkzeugen führen bei der Produktion dazu, daß sich verschiedene Fehler addieren, sich dadurch die Toleranzen vergrößern und sowohl die Abmessungen des Eindrehwerkzeugs im Bereich des Arbeitsab­ schnittes als auch die der Steckvertiefung stark variieren.

Die Folge dieser Abmessungsschwankungen ist letzt­ endlich, daß entweder der für eine einwandfreie Übertragung eines Drehmoments vom Eindrehwerkzeug auf das Befestigungselement zwischen beiden erfor­ derliche Kraftschluß häufig nicht erreicht wird. Denn der Arbeitsabschnitt des Schaftes des Eindreh­ werkzeugs weist im Verhältnis zu der Steckvertie­ fung zu geringe Abmessungen auf, oder das Eindreh­ werkzeug kann mit seinem Arbeitsabschnitt gar nicht erst in die Steckvertiefung eingeführt werden, da der Arbeitsabschnitt im Verhältnis zu der Steckver­ tiefung - durch die Produktionstoleranzen bedingt - zu groß bemessen ist. Somit begegnet der Anwender des bekannten Eindrehwerkzeugs häufig Fällen unak­ zeptablen Betriebsverhaltens, indem die Abmessungen der Arbeitsabschnitte der Eindrehwerkzeuge nicht mit den Abmessungen der Steckvertiefungen harmonisieren.

Ferner ist aus der US-PS 32 95 572 ein Eindrehwerk­ zeug bekannt, bei dem sowohl die Nuten als auch die Höcker angeschrägt sind. Dabei wird der Höcker durch einen angeschrägten Teil des Schaftes gebil­ det. Die Nuten und Höcker der zugehörigen, aus der US-PS 32 95 572 bekannten Befestigungselemente ver­ laufen ebenfalls nicht parallel zur Achse. Bei der Benutzung dieses bekannten Eindrehwerkzeugs ergeben sich für den Benutzer jedoch häufig Fälle von unak­ zeptablem Betriebsverhalten des Eindrehwerkzeugs, da aufgrund der - beim Produktionsprozeß erzeugten - Abmessungsschwankungen des Eindrehwerkzeuges und der Steckvertiefung des Befestigungselementes die für ein gutes Betriebsverhalten beim Eindrehen des Befestigungselementes erforderliche Einstecktiefe der Spitze des Eindrehwerkzeugs in die Steckvertie­ fung nicht erreicht wird. Die ineinander greifenden Materialflächen der Steckvertiefung und des Eindreh­ werkzeugs berühren sich bereits vorzeitig, bevor die erforderliche Einstecktiefe erreicht ist. Eine häufige Folge ist, daß der obere Rand der Steckver­ tiefung deformiert wird und das Eindrehwerkzeug ab­ rutscht. Ein weiteres Eindrehen oder ein Heraus­ drehen des eingedrehten Befestigungselementes ist so in vielen Fällen unmöglich.

Das in der US-PS 26 01 453 offenbarte Eindrehwerk­ zeug besitzt zwar im angeschrägten Bereich der Höcker im wesentlichen parallel zur Längsachse des Schaftes verlaufende Nuten, jedoch ist diese Konfi­ guration eines Eindrehwerkzeugs für den Gebrauch in den bekannten "Philips"-Steckvertiefungen vorge­ sehen, bei denen die Nuten und Höcker ebenfalls wie bei der US-PS 32 95 572 angeschrägt sind.

Schließlich ist aus der DE-OS 20 31 012 ein Eindreh­ werkzeug bekannt, dessen Schaft im Arbeitsbereich, also im Bereich der in die Steckvertiefung eines Be­ festigungselementes eingreifenden Spitze des Ein­ drehwerkzeugs, in Richtung auf diese Spitze unter einem Winkel von 3° bis 3,5° in gleicher Weise kon­ vergierende Nuten und Höcker aufweist. Die dazuge­ hörige Steckvertiefung eines Befestigungselementes weist eine entsprechende, aus Nuten und Höckern ge­ bildete Anordnung auf, wobei auch hier die Nuten und Höcker übereinstimmend in Eingriffsrichtung kon­ vergierend verlaufen. Somit begegnet diese Anord­ nung den gleichen, oben geschilderten Problemen wie die Eindrehwerkzeuge der US-PS 32 95 572 und 26 01 453.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Eindrehwerkzeug der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Auswirkungen der produktions­ bedingten Abmessungsschwankungen der Arbeitsab­ schnitte von Eindrehwerkzeugen sowie der Steckver­ tiefungen von Befestigungselementen auf deren Be­ triebsverhalten während ihrer Benutzung verringert werden.

Diese Erfindung wird dadurch gelöst, daß sich ent­ weder die konkav gekrümmten Fußbereiche der Nuten oder die konvex gekrümmten Kammbereiche der Höcker des Eindrehwerkzeugs unter einem Neigungswinkel von 2,5° bis 3,5° zur freien Spitze des Schafts hin ver­ jüngen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erreicht, daß sich die produktionsbedingten Abmessungsschwan­ kungen des Eindrehwerkzeuges und des Befestigungs­ elementes kaum noch negativ auf das Betriebsverhal­ ten während ihrer Benutzung auswirken, da die sich zur Spitze des Schaftes des Eindrehwerkzeuges ver­ jüngenden Höcker oder - alternativ - Nuten dann, wenn sie in die Steckvertiefung des Befestigungs­ elementes eingeführt werden, immer irgendwann einen Klemmschluß mit den Axialrichtung parallel zueinan­ der verlaufenden Innenwandabschnitten der Steckver­ tiefung bilden.

Ein Vorteil dieser Lösung ist, daß die Zonen einer möglichen Berührung zwischen den ineinandergreifen­ den Materialflächen der Höcker bzw. Nuten des Be­ festigungselementes und des Eindrehwerkzeuges be­ grenzt sind, da entweder nur die Nuten oder nur die Höcker des Eindrehwerkzeuges angeschrägt sind, während die Nuten und Höcker der Steckvertiefung des Befestigungselementes zueinander parallel ver­ laufen. Unter der Annahme, daß z. B. nur die Höcker des Eindrehwerkzeuges angeschrägt sind, kann eine Berührung zwischen der Innenwandung der Steckver­ tiefung und der Spitze des Eindrehwerkzeuges nur noch entlang dieser Höcker erfolgen, indem sich die Höcker in die parallelen Nuten der Steckvertiefung einfügen. Hierbei kann keine Berührung zwischen den Nuten des Eindrehwerkzeuges und den Höckern der Steckvertiefung erfolgen, da diese parallel zuein­ ander verlaufen. Entsprechend erfolgt bei einem Eindrehwerkzeug, bei dem die Nuten angeschrägt sind, eine Berührung mit der Innenwandung der Steck­ vertiefung nur entlang dieser Nuten, da in diesem Falle sowohl die Höcker des Eindrehwerkzeuges als auch die Höcker und die Nuten der Steckvertiefung zueinander parallel verlaufen.

Vorzugsweise enthält der in die Steckvertiefung ein­ führbare Bereich des Eindrehwerkzeuges sechs Höcker und sechs Nuten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Teils eines Befestigungselements und eines Eindrehwerkzeugs gemäß der Erfindung vor deren Eingriff;

Fig. 2 eine Endansicht auf das Befesti­ gungselement der Fig. 1, die in Einzelheiten die Gestalt der Steck­ vertiefung zeigt;

Fig. 3 eine Endansicht auf das Eindrehwerk­ zeug der Fig. 1, die in Einzelheiten die Gestalt der Werkzeugspitze zeigt; und

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Anord­ nung nach Fig. 1, bei der Befesti­ gungselement und Eindrehwerkzeug eine vorgegebene Tiefe ineinandergreifen, um eine wirkungsvolle Übertragung des Drehmoments vom Drehwerkzeug zum Befestigungselement durchzuführen.

Fig. 1 zeigt ein Befestigungselement 12 und ein Eindreh­ werkzeug 14, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Das Befestigungselement 12 enthält einen Kopfabschnitt 16 und einen Schaftabschnitt 18. Der Kopfabschnitt 16 ist in der dargestellten Ausführungsform konisch ausge­ bildet und besitzt eine gerundete Endfläche 20. Der Schaftabschnitt ist an den Kopfabschnitt 16 angesetzt und besitzt ein äußeres Gewinde 22.

Innerhalb des Kopfabschnitts 16 des Befestigungselements 12 ist eine Steckvertiefung 24 eingearbeitet, vergl. Fig. 2, welche die Form einer Mehrfach-Nut/Höcker-Anord­ nung besitzt. Das heißt, die Steckvertiefung 24 besitzt eine innere Oberfläche, die aus abwechselnden weich inein­ ander übergehenden konkaven Nuten 26 und konvexen Höckern oder Vorsprüngen 28 gebildet ist. Die Nuten 26 und die Höcker 28 besitzen halbzylindrische oder im wesentlichen halbzylindrische Oberflächen, die im we­ sentlichen parallel zur zentralen Achse 30 des Befesti­ gungselements 12 und des Eindrehwerkzeugs 14 verlaufen. Die Oberflächen, welche die Nuten 26 und die Höcker 28 definieren, sind untereinander entgegengesetzt gekrümmt und gehen abwechselnd weich ineinander über. Wie sich der Fig. 2 entnehmen läßt, ist der Krümmungsradius der Nuten 26 kleiner als der Krümmungsradius der Höcker 28.

Das Eindrehwerkzeug 14 enthält eine Spitze 32 und einen Schaft 34, der z. B. in die Spannbacken eines angetrie­ benen Werkzeugs od. dgl. eingespannt werden kann, oder der Schaft kann einen Handgriff enthalten, um sich von Hand leicht betätigen zu lassen. Der Abschnitt des Eindrehwerkzeugs 14 zwischen dem Schaft 34 und der äußeren Spitze 32 legt den Arbeitsbereich 36 fest, d. h. denjenigen Bereich des Eindrehwerkzeugs 14, der in die Steckvertiefung 24 des Befestigungselements 12 eingreift.

Wie sich insbesondere Fig. 3 entnehmen läßt, besitzt das Eindrehwerkzeug 14 innerhalb des Arbeitsbereiches 36 eine entsprechende Mehrfach-Nut/Höcker-Form und be­ sitzt einen Bereich der äußeren Oberfläche, der erste und zweite Gruppen von abwechselnd gekrümmten Ober­ flächen aufweist, die weich ineinander übergehen und eine Reihe von Nuten oder Basisabschnitten 38 und eine Reihe von Höckern oder Vorsprüngen 40 besitzt. Die Ab­ messungen der Nuten 38 und der Höcker 40 des Eindreh­ werkzeugs 14 entsprechen im wesentlichen denjenigen der Nuten 26 und Höcker 28 des Befestigungselements 12, sie sind so bemessen, daß ein füllender Steckeingriff möglich ist.

Eines der erfindungsgemäßen Merkmale besteht in der Form der Oberfläche, welche die Nuten 38 des Eindreh­ werkzeugs definieren, vergl. Fig. 1, die im wesent­ lichen parallel zur Mittenachse 30 des Eindrehwerkzeugs verlaufen, während der Kamm, d. h. der Oberflächenbereich 42 jedes Höckers 40 des Eindrehwerkzeugs, axial längs der Spitze 32 angeschrägt ist, wobei diese Kammflächen zur Spitze hin konvergieren. Insbesondere ist die Kamm­ fläche 42 der Höcker 40 leicht bezüglich der Mitten­ achse 30 um einen Winkel 44 geneigt, welcher bevor­ zugt 2,5 Grad bis 3,5 Grad beträgt. Die Wichtigkeit dieses Merkmals wird noch erläutert. Es sei jedoch da­ rauf hingewiesen, daß in Fig. 1 eine Bezugslinie 46 eingetragen ist, welche den Ort längs der Länge der Spitze 32 oder den Bezugsdurchmesser angibt, der beim Einstecken in die Steckvertiefung 24 der minimalen ge­ wünschten Eingriffstiefe entspricht.

In Fig. 4 ist das Eindrehwerkzeug 14 im Eingriff mit dem Befestigungselement 12 dargestellt. Die Abschrä­ gung der Höcker 40 ermöglicht es, daß das Eindrehkwerk­ zeug 14 in die Steckvertiefung 24 solange eintreten kann, bis ein Reibkontakt oder eine Wechselberührung erzielt wird, wobei der Bezugsdurchmesser oder Ort 46 innerhalb der Steckvertiefung liegt, damit die gewünsch­ te Eingriffstiefe vorliegt. Da nur die Kammfläche 42 der Höcker angeschrägt ist, bestimmen die Abmessungen der Steckvertiefung 24 und das Maß der Anschrägung der Höcker 40 die Eingriffstiefe des Eindrehwerkzeugs 14 innerhalb des Befestigungselements 12. Insbesondere sind die Abmessungen der Höcker 40 des Eindrehwerkzeugs an der Spitze 32 so bemessen, daß die Spitze 32 leicht in die Steckvertiefung einsteckbar ist. Die Spitze 32 mit dem Mehrfach-Nut/Höcker-Querschnitt bewegt sich so­ lange einwärts, bis ein Reibungseingriff oder -Berührung längs mehrerer Kammflächen 42 der Höcker 40 erreicht ist. Diese Eingriffsberührung erfolgt als Berührung der Kammfläche 42 des Höckers mit einer axial verlaufenden äußeren Oberfläche der Nut 26 der Steckvertiefung, in welche der Höcker 40 der Werkzeugspitze eingeführt ist. Aufgrund der Tatsache, daß die Höcker 28 der Steckver­ tiefung (in Fig. 4 gestrichelt dargestellt) im wesent­ lichen parallel zur Achse 30 verlaufen und ebenso wie die Nut-Flächen 38 nicht-abgeschrägt sind, tritt längs dieser Grenzfläche keine gegenseitige Berührung auf. Da die Möglichkeit gegenseitiger Berührung auf den Bereich der Kammfläche 42 begrenzt ist, verhindern Abmessungs­ schwankungen weniger häufig, d. h. mit kleinerer Wahr­ scheinlichkeit, daß das Eindrehwerkzeug die gewünschte Eingriffstiefe erreicht, die durch die Bezugslinie 46 gekennzeichnet ist.

Als weiterer Vorteil braucht nach der Erfindung nur eine Anschrägung beim Herstellen eines Eindrehwerk­ zeugs durchgeführt werden, um eine gewünschte minimale Eingriffstiefe sicher zu erreichen. Die Vorteile einer angeschrägten Spitze werden verwirklicht, und es wird dabei mit Sicherheit eine ausreichende Angriffsfläche zwischen dem Eindrehwerkzeug und dem Befestigungs­ element erzielt, die sicherstellt, daß eine wirksame Übertragung des Drehmoments vom Eindrehwerkzeug zum Befestigungselement selbst dann erreicht wird, wenn der Kopf des Befestigungselements eine reduzierte Masse besitzt. Das Abgleiten oder Aufweiten der Steckvertie­ fungen der Befestigungselemente wird dadurch ausge­ schlossen, da das vom Eindrehwerkzeug auf die Steck­ vertiefung übertragene Drehmoment über eine genügend große Oberfläche verteilt wird, um eine Beschädigung des Befestigungselements zu verhindern.

Obwohl bei der gezeigten und beschriebenen Anordnung aus Befestigungselement und Eindrehwerkzeug die gekrümm­ ten Oberflächen der Höcker des Eindrehwerkzeugs axial längs des Arbeitsbereiches des Drehwerkzeugkopfes in Richtung zur Spitze hin angeschrägt sind, lassen sich alternativ auch die gekrümmten Oberflächen der Nuten des Eindrehwerkzeugs anschrägen und die Höcker parallel zur Mittenachse des Eindrehwerkzeugs ausbilden. Diese alternative Ausführungsform arbeitet ebenfalls nach den Prinzipien und Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Wenn die Höcker und Nuten des Eindrehwerkzeugs derart geformt sind, kann das Eindrehwerkzeug die geforderte Eingriffstiefe innerhalb der Steckvertiefung des Befe­ stigungselements ohne Störberührung erreichen, um einen wirksamen Transfer des Drehmoments vom Eindrehwerk­ zeug auf das Befestigungselement zu ermöglichen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung aus Befestigungs­ element und Eindrehwerkzeug wird eine Störwechselwir­ kung oder -Berührung beim Einstecken des Eindrehwerk­ zeugs in die Steckvertiefung des Befestigungselements auf ein Minimum reduziert und eine ausreichende Ein­ griffstiefe des Eindrehwerkzeugs zur wirksamen Über­ tragung des Drehmoments vom Eindrehwerkzeug auf das Befestigungselement dadurch sichergestellt, daß z. B. nur die Kammflächen der Höcker 40 angeschrägt sind. Da nur der Kamm auf den Oberflächen 42 angeschrägt ist, lassen sich die Teile des Eindrehwerkzeugs einfach und leicht mit den erforderlichen geringen Herstellungs­ toleranzen fertigen, um zufriedenstellende Eigenschaften der Anordnung aus Befestigungselement und Eindrehwerkzeug zu verwirklichen.

Zusammengefaßt wird eine Anordnung aus Befestigungsele­ ment und Eindrehwerkzeug beschrieben, die sicherstellt, daß eine ausreichende Eingriffstiefe zwischen dem Ar­ beitsbereich der Werkzeugspitze und der Steckvertiefung des Befestigungselements erzielt wird, um eine wirksame Übertragung des Drehmoments vom Eindrehwerkzeug auf das Befestigungselement zu gewährleisten. Die Anordnung enthält ein Befestigungselement mit einer Steckvertie­ fung oder Eintreibvertiefung, die einen Querschnitt aus mehreren Nuten und Höckern besitzt, wobei eine innere Oberfläche aus abwechselnd und weich ineinander über­ gehende Nuten und Höckern gebildet ist. Die Anordnung enthält ein Eindrehwerkzeug, um auf das Befestigungs­ element ein Drehmoment zu übertragen, und dieses Ein­ drehwerkzeug enthält einen Kopfbereich mit einer Spitze und einer Mittenachse. Der Kopfbereich des Eindrehwerk­ zeugs besitzt einen entsprechenden, aus mehreren Nuten und Höckern gebildeten Querschnitt. Die Nuten besitzen einen im allgemeinen parallelen Verlauf zur Mittenachse des Drehwerkzeugs, und die Höcker des Kopfbereichs sind in axialer Richtung angeschrägt und konvergieren zur Spitze des Kopfbereichs hin. Diese Anordnung er­ möglicht es, daß der Werkzeugkopf ohne Verkanten eine vorgegebene Eingriffstiefe in die Steckvertiefung ein­ steckbar ist, so daß eine ausreichende Eingriffstiefe zwischen den Höckern des Befestigungselements und den Nuten des Eindrehwerkzeugs gesichert ist und das Dreh­ moment vom Eindrehwerkzeug wirksam auf das Befestigungs­ element übertragen werden kann.

Claims (2)

1. Eindrehwerkzeug zum Eindrehen eines Befestigungs­ elementes, welches eine axiale, vielrippige, im Querschnitt sternförmige Steckvertiefung besitzt, deren Nuten durch konkav gekrümmte Fußbereiche und deren Höcker durch konvex gekrümmte Kammbereiche ge­ bildet sind und in Axialrichtung parallel zueinan­ der verlaufen, mit einem Schaft, dessen freies Ende einen in die Steckvertiefung des Befestigungsele­ mentes einführbaren, entsprechend vielrippigen und im Querschnitt sternförmigen Arbeitsabschnitt auf­ weist, dessen Höcker oder Nuten parallel zur Schaft­ achse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß sich entweder die kon­ kav gekrümmten Fußbereiche der Nuten (38) oder die konvex gekrümmten Kammbereiche der Höcker (40) des Eindrehwerkzeugs (14) unter einem Neigungswinkel von 2,5° bis 3,5° zur freien Spitze (32) des Schafts (34) hin verjüngen.

2. Eindrehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Steckver­ tiefung (24) einführbare Bereich des Eindrehwerk­ zeugs (14) sechs Höcker (40) und sechs Nuten (38) enthält.