DE3501414A1 - Schraube zum anziehen mit praezisem anzugsdrehmoment - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft Schrauben, insbesondere Schrauben zum Anziehen mit einem präzisem Anzugsdrehmoment, wobei die Schrauben einen Kopf mit einer Angriffsfläche für einen Schraubendreher aufweisen.. Bei bekannten Lösungen wird eine derartige Angriffsfläche beispielsweise durch die Außenfläche des Schraubenkopfes oder durch die Oberfläche einer axialen Ausnehmung gebildet, die im Kopf der Schraube ausgebildet ist. Die derzeit meist verwendeten Kopftypen sind der Sechskantkopf, Vierkantkopf, Doppel-Sechskantkopf (dieser hat in einer senkrecht zur Achse der Schraube liegenden Ebene ein Profil, welches durch die Überlagerung von zwei konzentrischen Sechsecken von gleicher Größe, die gegeneinander um einen Winkel von 30° versetzt sind, gebildet wird), der Doppel-Vierkantkopf (ein Profil, welches durch zwei um 45° winkelversetzte Quadrate gebildet wird), ein Kopf mit einer Vierkant-Ausnehmung, ein Kopf mit einer Sechskant-Ausnehmung, ein Kopf mit einer Doppelvierkant-Ausnehmung, ein Kopf mit einer Doppelsechskant-Ausnehmung, ein Kopf mit einer Doppeldreikant-Ausnehmung (wobei das Profil der Ausnehmung in einer senkrecht zur Schraubenachse stehenden Ebene durch die Überlagerung von zwei gleichseitigen Dreiecken gleicher Größe gebildet wird, die gegeneinander um einen Winkel von 60° versetzt sind) und ein Kopf mit einer kreuzförmigen Ausnehmung.

Bei allen bekannten, oben beschriebenen Schraubentypen sind die Kontakt- und Reaktionsflächen, an denen der Schraubendreher bei der Verwendung der Schraube angreift, keine radialen Flächen, welche die Schraubenachse enthalten. Infolgedessen stehen die beim Anziehen der Schrau-

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be über diese Anlageflächen erzeugten Kräfte nicht senkrecht zu diesen Flächen. Die Komponenten dieser Kräfte, die nicht senkrecht auf den Anlageflächen stehen, haben eine Deformation der Kontaktflächen zwischen der Schraube und dem Schraubendreher zur Folge und verhindern, daß die Größe des Anzugs-Drehmomentes präzise bestimmt ist. Um diesen Nachteil zu verringern, ist man gezwungen, sehr enge Herstellungstoleranzen für die Angriffsfläche des Kopfes bzw. der im Kopf ausgebildeten Ausnehmung einerseits und der Angriffsfläche des Schraubendrehers andererseits zu verwenden, um auf diese Weise die Größe der Kontaktfläche so groß wie möglich zu machen und die spezifischen Verformungskräfte zu begrenzen. Mit anderen Worten müssen das kleinste und größte Spiel, welches sich aus der Differenz zwischen den Abmessungen des Schraubendrehers und des Schraubenkopfes bzw. der im Kopf ausgebildeten Ausnehmung ergeben, soweit wie möglich vermindert werden. Die beschriebene Beschränkung der Herstellungstoleranzen machen es andererseits schwierig, den Schraubendreher mit dem Schraubenkopf in Eingriff zu bringen, insbesondere wenn automatische Schraubapparate verwendet werden. Außerdem verhindert die oben erwähnte Unmöglichkeit, das Anzugsdrehmoment präzise zu bestimmen, die Verwendung der Schrauben in Schraubverbindungen mit einer axialen Vorspannung in der Nähe der Streckgrenze. In diesem Fall würde in der Tat jede entstehende dauerhafte Verformung der Anlageflächen des Schraubendrehers und der Schraube sowohl diese als auch den Schraubendreher in kurzer Zeit für eine korrekte Verwendung unbrauchbar machen.

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Es wurde auch schon vorgeschlagen (beispielsweise im Falle von Schrauben mit Schraubenköpfen, die eine kreuzförmige Ausnehmung aufweisen), die Angriffsflächen für den Schraubendreher jeweils als Teil einer koaxial zur Schraube angeordneten konischen Oberfläche auszubilden, um das Ansetzen des Schraubendrehers ohne die Notwendigkeit sehr enger Herstellungstoleranzen zu erleichtern. Auch in diesem Fall bleiben jedoch die oben erwähnten Nachteile bestehen, die sich aus der Tatsache ergeben, daß die Anlage- und Reaktionsflächen der Schraube und des Schraubendrehers nicht ausschließlich Kräften ausgesetzt sind, die während der Betätigung der Schraube senkrecht zu diesen Flächen stehen.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (siehe GB-PS 1 032 144), einen Schraubenkopf mit einer Reihe von kreisförmig angeordneten radialen Vorsprüngen zu bilden, deren jeder zwei in radialen, durch die Schraubenachse verlaufenden Ebenen liegende Seitenflächen hat. Auch diese bekannte Ausführung ist wegen der Notwendigkeit, sehr enge Toleranzen bei der Herstellung der Schraube und des Schraubendrehers einzuhalten, nicht vollkommen zufriedenstellend, wobei die daraus erwachsenden Nachteile weiter oben schon erwähnt wurden. Außerdem ist diese letztgenannte Schraubenart relativ kompliziert und teuer.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schraube zu schaffen, welche alle obengenannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Schraube

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gelöst, deren wesentliches Kennzeichen in der Kombination der folgenden Einzelmerkmale liegt:

a) der Kopf der Schraube weist eine Schraubendreher-Angriffsfläche auf, welche in einer senkrecht zur Achse der Schraube stehenden Ebene ein mehrflügeliges Profil mit einer Reihe von auf einem Kreis in gleichen Winkelabständen angeordneten Flügeln hat, die sich jeweils radial nach außen erstrecken, wobei jeder Flügel zwei radiale Seiten besitzt, die wenigstens teilweise in zwei durch die Achse der Schraube verlaufenden Ebenen liegen, so wie einen mittleren Abschnitt, welcher die radial äußeren Enden der Seiten jedes Flügels verbindet;

b) die Bereiche der für den Angriff des Schraubendrehers bestimmten Fläche, welche die mittleren Abschnitte der Flügel des mehrflüge1igen Profils definieren, liegen auf einer allen Flügeln gemeinsamen, imaginären, konischen oder pyramidenförmigen und zu der Schraube koaxialen Fläche.

Die genannte Fläche für den Angriff des Schraubendrehers kann durch die Seitenfläche einer im Schraubenkopf ausgebildeten axialen Ausnehmung oder durch die Seitenfläche eines axialen Vorsprunges, welcheram Schraubenkopf vorgesehen ist, gebildet werden. Dementsprechend hat der Schraubendreher eine Angriffsfläche mit einer zur Angriffsfläche der Schraube komplementären Form.

Entsprechend diesen Merkmalen sind die Anlage- und Reaktionsflächen des Schraubenkopfes und des Schraubendrehers wenigstens teilweise durch radiale, durch die Schraubenachse verlaufende Flächen gebildet, wodurch die beim Anziehen auftretenden Kräfte normal zu diesen Ebenen stehen mit dem Vorteil, daß die oben erläuterten Nachteile, die bei den bekannten Schraubenformen auftreten, aufgehoben werden. Gleichzeitig wird durch die konische Form der zusammenwirkenden Eingriffsflächen der Schraube und des Schraubendrehers die Notwendigkeit für enge Toleranzen bei der Herstellung der Schraube und des Schraubendrehers vermieden.

Die Abschnitte, die einen Flügel mit dem nächsten Flügel des mehrflugeIigen Profils verbinden, sind vorzugsweise auf den Seiten eines regelmäßigen Polygons angeordnet, dessen Mittepunkt mit der Achse 9 der Schraube zusammenfällt; die Bereiche der Angriffsfläche, welche diese Abschnitte definieren, sind parallel zur Schraubenachse liegende Flächen.

Wegen dieser Merkmale kann die Schraube im Notfall auch mit einem herkömmlichen Schraubendreher bzw. Schraubenschlüssel betätigt werden, wie im einzelnen weiter hinten beschrieben wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden, auf die Zeichnung bezogenen Beschreibung; diese betreffen lediglich ein Ausführungsbeispiel, auf die die Erfindung keineswegs beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer Schraube;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeipieles einer Schraube;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Schraubendrehers zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Schraube gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung in einer senkrecht zur Schraubenachse stehenden Ebene, die den Schraubendreher im Eingriff mit der Schraube zeigt.

In Fig. 1 ist mit 1 ganz allgemein eine Schraube bezeichnet, welche einen Gewindeschaft 2 und einen Kopf 3 aufweist, in dessen Endfläche 4 eine axiale Ausnehmung 5 für den Eingriff eines Schraubendrehers 6 ausgebildet ist (siehe Fig. 4).

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, hat die Seitenfläche der Ausnehmung 5, die eine Angriffsfläche für den Schraubendreher 6 bildet, ein mehrflügeliges Profil 7 mit einer Reihe von auf einem Kreis in gleichen Winkelabständen angeordneten Flügeln, deren jeder zwei radiale Seiten 8 hat, die in zwei durch die Achse 9 der Schraube verlaufenden Ebenen liegen, so wie einen mittleren Abschnitt 10, welcher die radial äußeren Enden der beiden Seiten miteinander verbindet.

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Mit 11 sind in Fig. 3 die Abschnitte bezeichnet, welche einen Flügel des mehrflügeligen Profils 7 mit dem nächsten verbinden.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Flügel des beschriebenen mehrflügeligen Profils durch radiale, in der Ausnehmung 5 ausgebildete Nuten 12 dargestellt. Jede Nut besitzt eine Bodenwand 13, die dem oben erwähnten mittleren Abschnitt 10 entspricht, und zwei Seitenwände 14, die jeweils den Seiten 8 des Schnittprofiles entsprechen und die wenigstens teilweise in radialen, durch die Achse 9 der Schraube verlaufenden Ebenen liegen, wie oben bereits festgestellt wurde.

Die Bodenwände 13 jeder Nut 12 der Ausnehmung 5 liegen auf einem allen gemeinsamen, imaginären, konischen oder alternativ pyramidenformigen Oberfläche, die koaxial zur Schraube angeordnet ist.

Mit 15 sind die Flächen der Ausnehmung bezeichnet, die zwischen den Nuten 12 liegen und den Abschnitten 11 des Ausnehmungsprofils in einem senkrecht zur Schraubenachse liegenden Schnitt entsprechen.

Gemäß dem bevorzugten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Flächen 15 in parallel zur Schraubenachse angeordneten Ebenen und haben zur letzteren alle den gleichen Abstand. Mit anderen Worten entsprechen gemäß diesem Ausführungsbeipiel die Abschnitte 11 (siehe Fig. 3) des mehrflügeligen Profils 7 den Seiten eines regelmäßigen Polygons, dessen Mittelpunkt auf der Achse 9 der Schraube liegt.

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Infolge dieser kennzeichnenden Merkmale kann die Schrau- !'

be im Notfall auch mit einem herkömmlichen Schrauben- ' ·.

dreher angezogen werden, welcher nur an den inneren ■ ;

Flächen 15 der Ausnehmung 5 angreift (im dargestellten _: |

Fall ein Sechskantschlüssel für Schrauben mit einer I

Sechskant-Ausnehmung im Schraubenkopf). |*'·,

Alternativ dazu können die Flächen 15 jeweils Teile -■ ψ':

einer allen gemeinsamen, imaginären, konischen oder "

pyramidenförmigen Fläche sein, die koaxial zur Schrau- U.

be angeordnet ist. *'■*

Wo die Seitenfläche der Ausnehmung an die Endfläche 4 *--.'

des Schraubenkopfes angrenzt, ist sie mit einer Fase 5a V?

versehen, die um den ganzen Umfang der Ausnehmung ver- ^

läuft. ?y_;

Der in Fig. 4 dargestellte Schraubendreher 6, welcher ν

zur Einführung in die Ausnehmung 5 und zum Drehen der ? Schraube bestimmt ist, besitzt eine Seitenfläche mit ; einer zur Seitenfläche der Ausnahme 5 komplementären * Form. Demzufolge umfaßt der Eingriffsteil des Schrau- p bendrehers einen Schaft 16 mit einer Reihe radialer Zähne 17, welche in die radialen Nuten 12 der Ausnehmung im Schraubenkopf passen. Jeder radiale Zahn 17 ■ besitzt zwei radiale Seiten 18, die jeweils in durch fc; die Achse 1 9 des Schaftes 16 verlaufenden Ebenen lie- |; gen, so wie eine äußere Fläche 20. Die äußeren Flä- \ chen 20 der radialen Zähne 17 liegen auf einer allen JT; gemeinsamen, imaginären, konischen oder Pyramiden- ' förmigen Fläche, die koaxial zum Schaft 16 und mit ΐ der imaginären Fläche identisch ist, welche die Bo- Γ

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denwände 13 der radialen Nuten 12 der Ausnehmung im Schraubenkopf enthält. Mit 21 sind die Bereiche der Fläche des Schaftes 10 bezeichnet, die zwischen den Zähnen 17 liegen.

In einem senkrecht .zur Achse des Schaftes 16 liegenden Querschnitt (siehe Fig. 5) hat der Schraubendreher 6 ebenfalls ein mehrflügeliges Profil mit einer Reihe von auf einem Kreis in gleichen Winkelabständen angeordneten Flügeln, die durch die radialen Zähne 17 gebildet werden. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, ist der Winkel zwischen zwei Seiten 18 jedes Zahns 17 (mit G bezeichnet) kleiner als der Winkel zwischen zwei Seitenwänden 14 der radialen Nuten 12, welcher mit B bezeichnet ist. Außerdem ist der Abstand P (siehe Fig. 5) zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Flächen 21 kleiner als der Abstand S zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen 15 der Ausnehmung 5. Wenn der Schraubendreher 6 in die Ausnehmung 5 des Schraubenkopfes eingeführt wird, verbleiben infolgedessen mit g und f in Fig. 5 bezeichnete Abstände zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Ausnehmung und des Schraubendrehers.

Wie Fig. 4 zeigt, hat jeder radiale Zahn 17 zwei seitliche Abschrägungen 17a im Bereich des Dreherendes mit dem kleineren Durchmesser.

Wenn die Schraube angezogen werden soll, wird der Schraubendreher 6 in die im Schraubenkopf ausgebildete Ausnehmung 5 eingesetzt und das gewünschte Anzug-Drehmoment über den Schraubendreher 6 auf die Schraube übertragen. Bei der Einführung des Schaftes 16 des

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Schraubendrehers in die Ausnehmung 5 wird der Schaft axial bewegt, bis die äußeren Flächen 20 des Schraubendrehers in Kontakt mit den Bodenwänden 13 in den Nuten der Schraubenausnehmung gelangen.

Wie Fig. 5 klar erkennen läßt, wird das erreicht, ohne daß die Herstellungstoleranzen für die Schraube und den Schraubendreher strickt eingehalten werden. Wenn der axiale Eingriff des Schraubendrehers in die Ausnehmung des Schraubenkopfes einmal erreicht ist, wird der Schraubendreher so gedreht, daß eine der Seiten 18 jedes radialen Zahns 17 in Kontakt mit der gegenüberliegenden radialen Seitenwand 14 der zugeordneten Nut 12 kommt. Die durch das Anzugs-Drehmoment erzeugten Kräfte sind jeweils senkrecht zu diesen Flächen, wodurch die oben erläuterten Vorteile erreicht werden.

Die Erfindung wurde anhand der beigefügten Zeichnungen am Beispiel einer Ausnehmung mit sechs in gleichen Winkelabständen angeordneten Nuten beschrieben. Es ist offensichtlich, daß jede Anzahl von Nuten und eine dementsprechende Anzahl von radialen Zähnen am Schraubendreher verwendet werden können. Sechs- oder viernutige Lösungen werden jedoch bevorzugt.

Der Neigungswinkel der Bodenwand 13 in den Nuten 12 gegenüber der Schraubenachse 9 kann eine beliebige Größe haben; er liegt jedoch vorzugsweise zwischen 5° und 7°, um die Größe der radialen Seitenflächen 14, die während des Anziehens als Anlage- und Reaktionsflächen wirken, nicht all zu sehr zu begrenzen. Die Lösung, bei der die Bodenwände 13 Teile einer konischen Oberfläche sind, werden einer Lösung vorgezogen, bei der die Bodenwände Teile der Flächen einer Pyramide mit einer regelmäßigen,

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koaxial zur Schraubenachse liegende Grundfläche sind.

Die Winkel A und B, welche die Weite und den Abstand der Nuten 12 der in der Schraube vorgesehenen Ausnehmung bezeichnen, können auch voneinander verschieden sein, abhängig von dem erwünschten Abstandsspiel und den Festigkeitseigenschaften, welche von den Zähnen der Ausnehmung und den Zähnen des Schraubendrehers gefordert werden.

Der Durchmesser des schlankeren Endes des Schraubendrehers muß so gewählt werden, daß eine Berührung dieses Endes des Schraubendrehers mit dem Boden der Ausnehmung im Schraubenkopf vermieden wird.

Die "konische" Kupplung zwischen dem Schraubendreher und dem Schraubenkopf während des Eingriffes des Schraubendrehers im Kopf gewährleistet eine perfekte Zentrierung des Schraubendrehers.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, in welchem der Schraubenkopf anstelle einer Ausnehmung einen axialen Vorsprung 22 aufweist, dessen Form komplementär zu der der Ausnehmung 5 in Fig. 1 ist.

Es ist offensichtlich, daß in diesem Fall der Schraubendreher eine Angriffsfläche haben muß, die komplementär zu der des axialen Vorsprunges 22 ist.

In den Fig. 1 und 2 sind Teile mit einander entsprechenden Funktionen jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Durch die oben beschriebenen Merkmale werden die im folgenden zusammengefaßten Vorteile erzielt:

a) es ist nicht erforderlich für die Schraube und den Schraubendreher exakte Herstellungstoleranzen einzuhalten;

b) das Einführen des Schraubendrehers in den Schraubenkopf wird durch die Möglichkeit des in Fig. 5 dargestellten größeren Spiels "g" und "f", durch die Fasen bzw. Abschrägungen 5a bzw. 17a und durch die konische Form der Angriffsflächen am Schraubenkopf und am Schraubendreher erleichtert;

c) wenn der Schraubendreher in Eingriff mit dem Schraubenkopf gebracht worden ist, bewirkt die gegenseitige konische Kupplung eine perfekte Zentrierung des Schraubendrehers relativ zur Schraube;

d) beim Beginn und während des Schraubens sind die Anlage- und Reaktionsflächen, auf die die durch das Anzugsdrehmoment erzeugten Kräfte wirken, radiale, durch die Achse der Schrauben verlaufende Ebenen. Die Kräfte stehen deshalb senkrecht auf diesen Flächen und bewirken keinerlei Verformung, die über die Grenzen der elastischen Verformung hinausgehen; infolgedessen ist es auch möglich, die Größe des Anzugs-Drehmomentes mit großer Genauigkeit zu bestimmen;

e) es ist die Möglichkeit gewährleistet, die angezogene Schraube sowohl durch den speziellen oben beschriebe-

nen Schraubendreher als auch mit herkömmlichen Schlüsseln zu lösen, welche an den inneren Flächen 15 der Ausnehmung 5 oder des axialen Vorsprunges 22 angreifen. Im ersten Fall genügt ein herkömmlicher Sechskant-Schlüssel, während im zweiten Fall in bekannter Weise ein Schlüssel mit vorspringenden Zähnen Verwendung finden kann.

Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung auf andere Ausführungsformen, welche durch Verwendung der gleichen erfinderischen Auslegung die gleiche Wirkungsweise haben.

Lee'rseite -

Claims (7)

Patentansprüche

1. Schraube, dadurch gekennzeichnet , daß der Kopf (3) der Schraube (1) eine Schraubendreher-Angriff sfäche (5, 22) aufweist, welche in einer senkrecht zur Achse der Schraube stehenden Ebene ein mehrflügeliges Profil (7) mit einer Reihe von auf einem Kreis In gleichen Winkelabständen angeordneten Flügeln hat, die sich jeweils radial nach außen erstrecken, wobei jeder Flügel zwei radiale Seiten (8) besitzt, die wenigstens teilweise in zwei durch die Achse (9) der Schraube verlaufenden Ebenen liegen, sowie einen mittleren Abschnitt (10), welcher die radial äußeren Enden der Seiten (8) jedes Flügels verbinden,

und daß die Bereiche(13) der für den Angriff des Schraubendrehers bestimmten Fläche, welche die mittleren Abschnitte der Flügel des mehrflügeligen Prafils definieren, auf einer allen gemeinsamen, imaginären konischen oder pyramidenförmigen, zu der Schraube koaxialen Fläche liegen.

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2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Angriffsflächen für den Schraubendreher durch die Seitenfläche einer axialen Ausnehmung (5) gebildet ist, die im Kopf (3) der Schraube (1) ausgebildet ist.

3. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Angriffsfläche für den Schraubendreher durch die Seitenfläche eines axialen Vorsprungs (22) am Kopf (3) der Schraube (1) gebildet ist.

4. Schraube nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η .-->■-zeichnet ,

daß die einen Flügel mit dem nächsten Flügel des mehrflügeligen Profils (7) verbindenden Abschnitte (11) die Seiten eines regelmäßigen Polygons bilden, dessen Mittelpunkt mit der Achse .(9) der Schraube zusammenfällt.

5. Schraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Bereiche (15) der für den Angriff des Schraubendrehers bestimmten Fläche (5), welche die jeweils einen Flügel des mehrflügeligen Profils (7) mit dem nächsten verbindenden Abschnitte (11) definieren, jeweils zur Achse der Schraube parallele Flächen sind.

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6. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Bereiche (15) der für den Angriff des Schraubendrehers bestimmten Fläche (5)/ welche die jeweils einen Flügel des mehrflüge1igen Profils (7) mit dem nächsten verbindenden Abschnitte (11) definieren, auf einer allen gemeinsamen imaginären konischen oder pyramidenförmigen, zu der Schraube koaxialen Fläche liegen.

7. Schraubendreher zum Betätigen einer Schraube gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er eine zur zugeordneten Angriffsfläche der Schraube komplementäre Angriffsfläche hat.