DE3907567A1 - Schraubendrehereinsatz - Google Patents
SchraubendrehereinsatzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schraubendrehereinsatz gemäß
Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei den bekannten Schraubendrehereinsätzen dieser Art (DE-OS
22 31 949) dient die tordierbare Zone als Sollbruchstelle.
Der Zwischenabschnitt bricht bei einem erreichten Soll-Dreh
moment. Mit diesen Schraubendrehereinsätzen sollen bei Ver
wendung in Maschinenschrauber-Futtern keine zu großen Drehmo
ment-Spitzen übertragbar sein. Der Einsatz ist ein Einwegar
tikel zum Festziehen von Schrauben. Er ist nur begrenzt
einsetzbar.
Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen gattungsgemäßen Schraubendrehereinsatz in herstellungs
technisch einfacher Weise so auszugestalten, daß auf den
Schraubendrehereinsatz wirkende Drehmomentspitzen zu keiner
Verformung des Schraubendreherspitzen-Abschnittes führen,
die Lebensdauer erhöht und das Arbeiten mit Maschinenschrau
bern erheblich erleichtert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Schrau
bendrehereinsatz durch das Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen
dar.
Zufolge derartiger Ausgestaltung ist ein gattungsgemäßer
Schraubendrehereinsatz von erhöhtem Gebrauchswert angegeben.
Werden am Schraubendrehereinsatz höhere Drehmomentspitzen
wirksam, beispielsweise hervorgerufen durch schlagartig
einsetzende Antriebs-Kraftspitzen oder durch unterschiedli
che Beschaffenheit des die Schraube aufnehmenden Materials,
so erlaubt der Zwischenabschnitt zwischen Antriebsendab
schnitt und Abtriebsendabschnitt eine elastische Verdril
lung/Torsion. Der Zwischenabschnitt stellt ein elastisch
nachgiebiges Element mit entsprechendem Rückstellvermögen
nach Überwindung der Belastungsspitze dar. Er erträgt größe
re Momente, und zwar auch bei wiederholter Belastung. Er
nimmt dabei Verformungsarbeit auf und speichert sie teilwei
se in Form potentieller Energie und gibt diese bei Entla
stung wieder zurück. Der Zwischenabschnitt wirkt als Dämp
fer, so daß Drehmomentspitzen nicht direkt proportional am
Schraubendreherspitzen-Abschnitt wirksam werden. Dies macht
sich in einer besonders hohen Lebensdauer des Schraubendre
hereinsatzes und der Schraube bemerkbar. Zusätzlich sind die
Auswurfkräfte reduziert. Bevor der Schraubendreherspitzen-
Abschnitt sich verformt oder seinen Einstecksitz zur Schrau
be verliert, tordiert der Zwischenabschnitt. Je nach Beschaf
fenheit der Schraubendreherspitze kann der Zwischenabschnitt
in seiner Länge und in seinem Querschnitt so gestaltet wer
den, daß stets etwaige Energiespitzen bei Belastung aufgefan
gen werden. Günstig ist dabei, wenn das Verhältnis (bei
normalem Stahl als Material für den DIN-genormten Einsatz)
von Durchmesser zu Länge des Zwischenabschnitts im Bereich
zwischen 0,5 und 0,2 liegt oder die Länge des Zwischenab
schnitts 10 etwa dem 3fachen Durchmesser entspricht. Eine
weitergehende Möglichkeit, das Torsions-Widerstandsmoment
des Zwischenabschnittes zu variieren, besteht darin, eine
Axialhöhlung im Zwischenabschnitt vorzusehen, die von dem
Mehrkantabschnitt ausgeht. Die Axialhöhlung kann zur Ände
rung/Anpassung des Torsions-Widerstandsmoments des Zwischen
abschnitts im Durchmesser unterschiedlich groß gewählt wer
den und auch unterschiedlich lang. Dies erlaubt es z.B., vom
Äußeren her gleichgestaltete Schraubendrehereinsätze mit
unterschiedlichen Zwischenabschnitten zu erzeugen, und zwar
im Hinblick auf dessen Torsions-Widerstandsmoment. Der Zwi
schenabschnitt ist vorzugsweise ein gegenüber dem Mehrkantab
schnitt stufenförmig abgesetzter Rundabschnitt. Schraubendre
hereinsätze zur Übertragung geringer Drehmomente erfordern
einen entsprechend durchmesserkleineren Zwischenabschnitt.
Diese vielen vorgenannten Variationen gestatten eine optima
le Anpassung an nach der Norm bestimmungsgemäße Einschraub
verhältnisse. Auch werden zufolge des Abschneidens der Ener
giespitzen die Schlitze bzw. Kreuzschlitze in den Schrauben
geschont, so daß sie beispielsweise auch bei Bedarf gut
herausdrehbar sind.
Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Fig. 1-3 erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 teils in Ansicht, teils im Schnitt eine Kreuz
schlitzschraube mit davor angeordnetem Schrauben
drehereinsatz im Maßstab 1 : 1 in DIN-Norm und dahin
ter dargestellten Maschinenschrauber-Futter für
den Einsatz,
Fig. 2 in stark vergrößerter Darstellung (5fach) den in
das Maschinenschrauber-Futter eingesteckten Schrau
bendrehereinsatz gemäß der ersten Ausführungsform
und
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, betref
fend die zweite Aiusführungsform, wobei der Schrau
bendrehereinsatz eine bis zum Zwischenabschnitt
reichende Axialhöhlung besitzt.
Mit der Ziffer 1 ist ein Schraubendrehereinsatz in DIN-Norm
(Größe 2) bezeichnet. Mit diesem kann eine in Fig. 1 veran
schaulichte Kreuzschlitzschraube 2 gedreht werden. Letztere
setzt sich zusammen aus einem ein Gewinde 3 aufweisenden
Schraubenschaft 4 und einem Senkkopf 5, welcher den Kreuz
schlitz 6 enthält. Entsprechend dem Kreuzschlitz 6 und der
zugehörigen DIN-Norm ist die Schraubendreherspitze 7 gestal
tet. Diese besitzt vier in gleicher Umfangsverteilung ange
ordnete Mitnahmerippen 8 und bildet damit den Abtriebsendbe
reich 9 (Schraubendreherspitzen-Abschnitt). An diesen schlie
ßt sich ein im Querschnitt kreisförmiger Zwischenabschnitt
10 an, welcher den vorgenannten Schraubendreherspitzen-Ab
schnitt 9 und den Antriebsendbereich 11 miteinander verbin
det. Bezüglich desselben handelt es sich um einen Außensechs
kant-Abschnitt (ebenfalls entsprechend der zugehörigen DIN-
Norm), welcher über eine konische Stufe 12 in den Zwischenab
schnitt 10 übergeht. Beim Ausführungsbeispiel entspricht die
Länge des Mehrkantabschnittes 11 etwa derjenigen des Zwi
schenabschnitts 10. Zur Herstellung des Schraubendreherein
satzes wird Stahl mit federnden Eigenschaften verwendet,
beispielsweise Chromnickelstahl. Hergestellt ist er im Wege
der Kaltverformung.
Letzeres erlaubt, anders als bei durch reines Abdrehen ge
formten Einsätzen, die Gestalt, daß die Mitnahmerippen 8
radial weiter nach außen ragen als der Querschnitt
(Mantelfläche) des Zwischenabschnitts 10. Sie fallen von
einer die äußersten Scheitel 8′ verbindenden Umfangslinie
wieder ab bis auf die Wurzelpunkte 8′′, die auf der Mantel
fläche des Zwischenabschnitts 10 liegen. Jenseits der die
Scheitel 8′ verbindenden Umfangslinie erstreckt sich da
durch eine kurze Zone S, die durch die in den Kernquer
schnitt des Zwischenabschnitts 10 reichenden Rinnen zwischen
den Mitnahmerippen 8 zwar geschwächt, aber dennoch durch die
radial ausladenden Rippenbereiche eine Stabilisierung erfah
ren haben. Diese vorstehenden Scheitel 8′ bringen auch eine
Anpassungsfreiheit bezüglich des Zwischenabschnitt-Durch
messers bei gleichen Einsteck-Verbindungsbedingungen zur
Schraube. Die kraftübertragende Eindringtiefe in die Schrau
be reicht im allgemeinen nur etwa maximal über die Hälfte
des Abschnitts Ab und ist auch jedenfalls für die Prüfdrehmo
mente DIN-genormt. An der konischen Stufe 12 vom kreisrunden
Querschnitt des Zwischenabschnitts 10 zum Mehrkantabschnitt
11 liegt der elastische Ring 16, angeordnet in einer Innen
nut 15 des Maschinenfutters 13, an und zieht dadurch den
Schraubendrehereinsatz 1 in das Maschinenfutter 13 hinein,
bis die Strinfläche 17 am Boden des Maschinenfutters 13
anliegt. Diese Halterung kann wegen des einziehenden Moments
erhebliche Toleranzen ausgleichen, was wiederum der Produkti
on des Einsatzes 1 insgesamt im Wege der (nie so absolut
genau durchzuführenden) Kaltverformung entgegen kommt.
Die Gesamt-Länge des dargestellten Schraubendrehereinsatzes
1 beträgt entsprechend der DIN-Norm 25 mm. Diejenige abzüg
lich des Mehrkantabschnittes etwa 17 mm. Der Zwischenab
schnitt 10 (einschließlich des Abschnitts S) und Abtriebsend
abschnitt nehmen also ca. 70% der Gesamtlänge des Einsatzes
1 ein. Die Länge der Zone S beträgt dabei ca. die Hälfte der
Länge des Abschnitts Ab und etwa gerade die Länge des in die
Schraube eintauchbaren Abtriebsendabschnittes; die restliche
Länge des Zwischenabschnitts 10 von den Wurzeln 8′′ bis zur
Stufe 16 etwas mehr als das Zweifache der Länge dieses Ab
triebsendabschnittes Ab bzw. etwas mehr als das Vierfache
der Länge der Zone S. Die Länge des Zwischenabschnitts 10
plus Zone S beträgt also ca. 11 mm, diejenige plus Abtriebs
endabschnitt 9 also 17 mm, diejenige bis zur Ebene der norma
len Schraub-Einstecktiefe ca. 14 mm. Der Durchmesser des
Mittelabschnitts beträgt etwa 4 mm. Das für die Torsionsstei
figkeit des aus entsprechendem (üblicher Werkzeugstahl)
Material bestehenden Zwischenabschnitts 10 mitverantwortli
che Verhältnis von Durchmesser zu Länge ist demgemäß 0,3.
Dieses Verhältnis schafft eine Torsionseigenschaft, die für
die Kraftübertragung von einem Maschinenschrauber auf eine
Schraube erhebliche Verbesserungen bringt dadurch, daß Bela
stungsspitzen abgefedert werden. Dem Erreichen des zur pla
stischen Verformung führenden Drehmomentes bzw. des Bruch
drehmomentes solcher Schraubendrehereinsätze geht dadurch
eine erhebliche elastische Torsion voraus, die sich als
Rückstellmoment über erhebliche Drehwinkel-Energiespitzen
abflachend auswirkt und nachweisbar ist über die Größe des
Rückdrehwinkels bei Erreichen des Verformungs-Drehmomentes
bzw. des Bruch-Drehmomentes. Dieser Rückdrehwinkel liegt bei
bekannten Einsätzen bei 2 Grad; bei den erfindungsgemäß
gestalteten Lösungen hingegen bei 3,5-8 Grad. Die Gebrauchs
torsion bewirkt auch, daß eine Verformung der Schrauben-
Eingriffsflächen der Rippen 8 unterbunden ist.
Jedes Verhältnis Durchmesser zu Länge des Zwischenabschnitts
10, welches kleiner als 0,5 und größer als 0,2 ist, bringt
diese erhebliche Verbesserung der abgefederten Belastungs
spitzen. Es ergeben sich auch optimale Verhältnisse in Rela
tion zur Zone S, in welcher der Schraubendrehereinsatz ab
schert, wenn seine Materialbelastungsgrenze, insbesondere
bei zu großer schlagartiger Torsion, überschritten wird.
Zum Eindrehen der Kreuzschlitzschraube 2 wird der Schrauben
drehereinsatz 1 derart angesetzt, daß seine Schraubendreher
spitze 7 formschlüssig in den Kreuzschlitz 6 der Kreuz
schlitzschraube eingreift. Treten während des Einschraubens
der Kreuzschlitzschraube größere Energiespitzen auf, hervor
gerufen z.B. durch einen schnellen Gegen-Kraftanstieg an der
Schraube, so führt dieses zu einer noch im elastischen Be
reich bleibenden Torsion des Zwischenabschnittes 10, vornehm
lich auf dessen Bereich T. Dessen Torsions-Widerstandsmoment
ist auch kleiner als das Widerstandsmoment gegen Verformung
im Schraubendreherspitzen-Abschnitt 9. Große Energiespitzen
werden demgemäß eliminiert, so daß die Schraubendreherspitze
7 vor zu großer Belastung geschont bleibt verbunden mit
einer erhöhten Lebensdauer.
Die in Fig. 3 veranschaulichte zweite Ausführungsform des
Schraubendrehereinsatzes 18 entspricht weitgehend der vorbe
schriebenen Ausgestaltung. Gleiche Bauteile sind daher mit
gleichen Bezugsziffern versehen. Abweichend von der ersten
Ausführungsform geht nun vom Mehrkantabschnitt 11 eine Axial
höhlung 19 aus, die sich über den Zwischenabschnitt 10 er
streckt und vor dem Spitzenabschnitt 9 bzw. der Zone S en
det. Auf diese Weise erhält man eine Änderung bzw. Anpas
sungsmöglichkeit für das Torsions-Widerstandsmoment des
Zwischenabschnitts 10, so daß eine Torsion desselben eventu
ell schon bei sehr geringer Belastung auftritt. Eine Variati
on kann man bei einer solchen Ausführungsform dadurch erhal
ten, daß im Durchmesser unterschiedlich große Axialhöhlungen
gewählt werden.
Weiterhin läßt sich das Torsions-Widerstandsmoment des Zwi
schenabschnitts durch seine Form und Querschnittsgröße
bestimmen. Es ist daher eine optimale Anpassung an die unter
schiedlichsten Gegebenheiten möglich.
Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung
dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch
soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht
sind.
Claims (7)
1. Schraubendrehereinsatz mit endständigem Antriebsendbe
reich zum Einstecken in ein Maschinenfutter, einem Zwischen
abschnitt, der eine tordierbare Zone aufweist, und einem
Abtriebsbereich (Schraubendreherspitzen-Abschnitt) vorzugs
weise für Kreuzschlitzschrauben, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis von Durchmesser zu Länge des Zwischenab
schnitts kleiner als 0,5 und größer als 0,2 ist und das
Torsionsmodul der tordierenden Zone T derart ist, daß bis
zum Erreichen des zur plastischen Verformung/Bruch führenden
Drehmomentes der aus der elastischen Rückstellkraft des
Zwischenabschnitts (10) resultierende Rück-Drehwinkel bei
3,5 bis 8 Grad liegt.
2. Schraubendrehereinsatz, insbesondere nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser
zu Länge des ca. 14 mm langen Zwischenabschnitts kleiner als
0,5 ist.
3. Schraubendrehereinsatz nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver
hältnis Durchmesser zu Länge des bis zu den Scheiteln 8′ der
Rippen 8 reichenden Zwischenabschnitts (10) 1:3 beträgt und
bis zur Schraubendrehereinsatz-Spitze 9′ ca. 1:4.
4. Schraubendrehereinsatz, insbesondere nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Axialhöhlung (19) im Zwischenab
schnitt (10).
5. Schraubendrehereinsatz nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schei
tel 8′ der Mitnahme-Rippen 8 des kaltverformten Schraubendre
her-Einsatzes radial über den Querschnitt des Zwischenab
schnitts (10) überstehen und bis zu ihrer Wurzel eine Zone S
bilden, deren dynamische Torsionsfestigkeit (=diejenige bei
schlagartiger Belastung) kleiner ist als diejenige des rest
lichen Zwischenabschnitts (10).
6. Schraubendrehereinsatz nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwi
schenabschnitt (10) in gleichbleibendem kreisrunden Quer
schnitt bis zu einer kegelstumpfförmigen Übergangsstufe (16)
zum Mehrkantabschnitt (11) reicht, welche Übergangsstufe nur
ca. 1/7 der Länge des Zwischenabschnitts (10) einnimmt, und
auf dieser Länge den Übergang auf den etwa doppelt so großen
Querschnitt des Mehrkantabschnitts (11) bringt mit einem
Kegelwinkel von etwa 50°.
7. Schraubendrehereinsatz nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch
messer des Zwischenabschnitts (10) größer als die Länge der
Zone S und etwas kleiner als die Länge (Ab) des Abtriebsend
abschnitts (9) ist.
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