DE3907567A1 - Schraubendrehereinsatz - Google Patents

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.