DE4208548C2 - Steckschlüsselmaul - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schlüssel zum Drehen einer Mehrkant- Schraubenmutter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Mäuler von Steckschlüsseln müssen so ausgebildet sein, daß ein Bruch des Schlüssels und/oder ein Verformen der Schraube vermieden wird. Dazu ist es er­ wünscht, die auf das Maul ausgeübten Kräfte weitestgehend zu vermindern. Fer­ ner ist es erwünscht, die auf das Maul ausgeübten Kräfte möglichst gleichmäßig zu verteilen. Die Spannungsanalyse zeigt, daß beim Angriff eines Steckschlüssels an den Flanken oder Seitenflächen einer Sechskant- oder Doppelsechskantmutter be­ sonders starke Kräfte an drei Punkten ausgeübt werden. Der erste Beanspru­ chungsbereich liegt dort, wo die Angriffsfläche des Schlüssels an der Gegenfläche der Mutter angreift. Diese Berührungsfläche soll möglichst groß sein, damit die Be­ anspruchung in dem ganzen Maul möglichst gleichmäßig verteilt wird. Ferner soll die Angriffsfläche zu der Gegenfläche der Mutter möglichst genau parallel sein, damit Spannungsspitzen vermieden werden. Zu diesem Zweck ist die Angriffsfläche unter einem Winkel angeordnet, bei dessen Bestimmung die Stellung des an die Mutter angesetzten Schlüssels berücksichtigt wird. Dabei ist zwischen der Innen­ wandung des Mauls und der Mutter ein kleiner Zwischenraum vorhanden, der ver­ schwindet, wenn der Schlüssel bis zum Angriff an der Mutter relativ zu dieser ge­ dreht wird. Die Angriffsfläche des Schlüssels muß daher unter einem solchen Win­ kel angeordnet sein, daß sie beim Angriff an der Mutter deren Gegenfläche optimal angepaßt ist.

Der zweite wichtige Bereich, in dem eine Spannungskonzentration auftritt, liegt am Außenrand der Angriffsfläche des Mauls, d. h. an der Grenze der Berührungsfläche, z. B. an einer Ecke der Mutter. Da an der Ecke der Mutter der plötzliche Wegfall des Berührungsdruckes zu einer scharfen Spannungsspitze führt, soll die Angriffsfläche die Mutter an einer Ecke derselben möglichst nicht berühren.

Der dritte Bereich, in dem eine Spannungskonzentration auftritt, ist jener Teil des Schlüsselmauls, der eine Ecke der Mutter aufnehmen kann. In den üblichen Schlüsseln ist an dieser Stelle eine scharf gekrümmte Fläche vorhanden, die eine Spannungskonzentration in dem Maul bewirkt.

Ein Schlüssel der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der US 4,930,378 bekannt. Diese Schrift zeigt einen Steckschlüssel mit einem Schlüsselmaul für Sechskantmuttern, der um die Maulachse herum in radialem Abstand von dieser sechs Flanken besitzt, zwischen denen in gleichen Abständen voneinander abge­ rundete Eckvertiefungen angeordnet sind. Jede Flanke besitzt eine ebene Mittelflä­ che und auf beiden Seiten von dieser zwei jeweils auswärts divergierende ebene Anschlußflächen, die in die abgerundeten Eckvertiefungen übergehen. Zwischen den ebenen Anschlußflächen und der Mittelfläche besitzt dieser Schlüssel jeweils eine abgerundete Eingriffsfläche, die die ebene Mittelfläche mit der jeweiligen ebe­ nen Anschlußfläche verbindet. Beim Drehen des Schlüssels ist die abgerundete Eingriffsfläche dazu vorgesehen, mit einer entsprechenden Flachseite der Sechs­ kantmutter in Eingriff zu gelangen und auf diese das Drehmoment zu übertragen. Die angrenzende ebene Mittelfläche sowie die zur anderen Seite angrenzende ebene Anschlußfläche sollen beim Drehen des Schlüssel mit der Mutter nicht in Eingriff gelangen, um einen sanften Eingriff zu erreichen und Verformungen der Mutter zu vermeiden.

Ein weiterer Schlüssel ist aus der US 4,882,957 bekannt. Hier sind nicht die nach außen divergierenden ebenen Anschlußflächen als Eingriffsflächen vorgesehen, sondern die Mittelfläche. Diese Mittelfläche bildet die Eingriffsfläche, die beim Dre­ hen des Schlüssels mit der entsprechenden Flachseite der Mutter in Flächenpres­ sung gelangt. Dies ergibt sich durch das Zusammenspiel mit der Länge der Mittel­ fläche.

Diese Kantensteckschlüssel sind jedoch hinsichtlich der Kraftverteilung und entste­ hender Spannungskonzentrationen weiter verbesserungsfähig.

Aufgabe der Erfindung ist daher eine verbesserte Ausbildung von Steckschlüssel­ mäulern, bei denen die beim Schrauben von innen auf das Maul ausgeübten Kräfte verteilt und vermindert werden, und die das Verhalten des Mauls beim Schrauben dadurch verbessern, daß eine Angriffsfläche des Mauls unter einem Winkel ange­ ordnet ist, der eine optimale Anpassung an die ihr zugeordnete Fläche der Mutter gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schlüssel gemäß Patentan­ spruch 1 gelöst.

Die Erfindung schafft damit ein Steckschlüsselmaul, das eine maximale Angriffsflä­ che hat, eine Berührung mit der Ecke der Mutter vermeidet, keine scharfe Krüm­ mung oder Ecke besitzt und so ausgebildet ist, daß es wirtschaftlich und reprodu­ zierbar hergestellt werden kann.

Der Schlüssel zum Drehen einer Schraubenmutter besitzt also eine zentral ange­ ordnete Mutterachse und eine gerade Anzahl von ebenen Begrenzungsflächen, die zur Mutterachse parallel sind, wobei jeweils zwei einander diametral entgegenge­ setzte Begrenzungsflächen zueinander parallel sind und einander benachbarte Be­ grenzungsflächen unter Bildung von Ecken der Mutter aneinandergrenzen. Der Schlüssel besitzt ein Maul mit einer Mehrzahl von in gleichen Abständen voneinan­ der angeordneten Flanken, die sich im Radialabstand von einer zentral angeord­ neten Maulachse um diese herum erstrecken, und mit einer Mehrzahl von zwischen den Flanken in gleichen Abständen voneinander angeordneten Eckvertiefungen zur berührungsfreien Aufnahme von Ecken der Mutter. Jede Flanke besitzt eine ebene Mittelfläche und zwei Anschlußflächen, die von je einem Ende der ebenen Mittelflä­ che auswärts divergieren. Die Länge der ebenen Mittelfläche beträgt etwa das 0,35-fache des Abstands zwischen den ebenen Anlageflächen einer Lehre zum Bestimmen der kleinsten Maulweite für eine zu drehende Schraubenmutter. Jede Eckvertiefung ist von einer gerundeten Fläche begrenzt, deren Krümmungsradius etwa das 0,075-fache des Abstands zwischen den ebenen Anlageflächen einer Lehre zum Bestimmen der kleinsten Maulweite für die zu drehende Mutter beträgt; die Anschlußflächen grenzen an die gerundete Fläche an.

Insbesondere sind die ebenen Mittelflächen des Schlüsselmauls so bemessen, daß sie eine größere Angriffsfläche bilden, und sie sind so orientiert, daß sie bei an die Mutter angesetztem Schlüssel möglichst nahe bei den ebenen Begrenzungsflächen der Mutter angeordnet sind. Infolgedessen werden die auf das Maul ausgeübten Kräfte gleichmäßiger verteilt. Ferner sind die von den ebenen Hauptflächen diver­ gierenden Anschlußflächen so angeordnet, daß die ebenen Mittelflächen des Mauls die Ecken der Mutter nicht berühren, so daß starke Spannungsspitzen an den An­ griffsflächen vermieden werden. Im Bereich der Eckvertiefungen des Mauls sind die Radiusflächen und die Anschlußflächen so bemessen, daß keine hohen Span­ nungskonzentrationen auftreten, wie sie in Mäulern auftreten, in denen die die Ecken der Mutter berührungsfrei aufnehmenden Vertiefungen von scharf gekrümmten Flächen begrenzt sind, oder in Mäulern mit großen Vertiefungen, durch die die Wandstärke des Mauls vermindert wird.

Wichtig ist, daß das unter Schutz gestellte Schlüsselmaul eine lange Standzeit des Schmiedestempels ermöglicht.

In den Industrienormen für die Herstellung von Schlüsselmäulern sind bestimmte Toleranzen festgelegt, die bei der Herstellung der Mäuler einzuhalten sind. Im all­ gemeinen wird die Maulweite mit Lehren kontrolliert, die die größte und die kleinste Maulöffnung bestimmen. Im Stand der Technik ist allgemein bekannt, daß der Schmiedestempel an seinen Ecken schneller abgenutzt wird als an seinen Angriffs­ flächen. Bekannt ist es, einen möglichst großen Stempel zu verwenden, damit an den Ecken ein angemessen großer Verschleiß zulässig ist, ehe dort ein Untermaß auftritt. Infolgedessen hat ein sechseckiger Stempel breite ebene Flächen, weil deren Breite mit der Breite der Stempelecken in Beziehung steht. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung eines Stempels mit schmaleren ebenen Flächen, so daß die Abmessungen des Stempels zunächst in der Mitte des durch die Lehren bestimmten Bereiches liegen. Vorstehend wurde schon gesagt, daß bei der Be­ stimmung der von den Angriffsflächen des Schlüssels eingeschlossenen Winkel die Drehung berücksichtigt wird, durch die der Schlüssel zum Angriff an der Mutter be­ wegt wird, und zwar derart, daß bei an der ebenen Begrenzungsfläche der Mutter angreifende Angriffsfläche des Mauls diese beiden Flächen möglichst genau paral­ lel zueinander sind, und zwar bei allen Muttern mit Abmessungen in einem für die Verwendung des Schlüsselmauls zulässigen Bereich. Durch das erfindungsgemä­ ße Schlüsselmaul werden somit nicht nur die beim Drehen von innen auf das Maul ausgeübten Kräfte vermindert und gleichmäßiger verteilt, sondern wird auch die Herstellung des Mauls erleichtert und die Standzeit des Schmiedestempels verlän­ gert.

Ein Vorteil dieses Schlüssels ist es, daß dessen Angriffsflächen beim Drehen der Mutter zu deren ebenen Begrenzungsflächen im wesentlichen parallel sind.

Ein weiterer Vorteil dieses mehrseitigen Schlüssels der vorstehend beschriebenen Art ist es, daß an den zur berührungsfreien Aufnahme von Ecken der Mutter die­ nenden Vertiefungen keine scharf gekrümmten Flächen vorhanden sind.

Ferner besteht ein Vorteil darin, daß die beim Drehen von innen auf den Schlüssel ausgeübten Kräfte vermindert und gleichmäßiger verteilt sind.

Eine weiterer Vorteil ist bei einem mehrseitigen Schlüssels der vorstehend be­ schriebenen Art, daß er so ausgebildet ist, daß er wirtschaftlich herstellbar ist und eine lange Standzeit des Schmiedestempels ermöglicht.

Eine Ausführungsform wird nachstehend näher erläutert und ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigt

Fig. 1 schaubildlich einen Steckschlüssel nach einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung,

Fig. 2 in größerem Maßstab in Draufsicht den Steckschlüssel nach Fig. 1, und

Fig. 3 in größerem Maßstab den in der Fig. 2 mit 3-3 bezeichneten Be­ reich zur Darstellung einer typischen Erhöhung und Eckvertiefung des in Fig. 1 gezeigten Steckschlüssels.

Fig. 4 erläutert in größerem Maßstab die typische Flächenberührung zwi­ schen der Angriffsfläche eines erfindungsgemäßen Steckschlüssels und der ebenen Begrenzungsfläche einer Sechskantmutter.

In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die auf diese Ausführungsform aber nicht eingeschränkt ist. Der in Fig. 1 gezeigte Steckschlüssel 10 dient zum Drehen eines vieleckigen Teils, beispielsweise einer bekannten, üblichen Sechskantmutter, wie sie in der Fig. 2 bei 20 strichpunktiert angedeutet ist. Die Mutter 20 hat eine Anzahl von ebenen Begrenzungsflächen 22, die in gleichen Abständen von einer zentral angeordneten Mutterachse 24 ange­ ordnet und zu ihr parallel sind. Die Flächenwinkel einschließenden Begrenzungsflä­ chen oder Flanken 22 grenzen unter Bildung von Ecken 26 aneinander. Es sei an­ genommen, daß die dargestellte Mutter 20 für jede gegebene Größe genormte Abmessungen hat und daß der Abstand zwischen je zwei einander entgegenge­ setzten Begrenzungsflächen 20-22 im Bereich zwischen der Ober- und der Unter­ grenze liegt.

Der Steckschlüssel 10 besitzt einen allgemein zylindrischen Maulkörper 30, der am einen Ende mit einer am besten in der Fig. 2 erkennbaren, im wesentlichen qua­ dratischen Fassung 32 ausgebildet ist, die zur Aufnahme des geeigneten Antriebs­ schaftes für den Steckschlüssel oder einer motorisch angetriebenen Spindel oder eines anderen, nicht gezeigten Antriebselements dient. An seinem anderen Ende ist der Maulkörper 30 mit einer Maulöffnung ausgebildet, die in Bezug auf eine Ach­ se 35 symmetrisch ist, die gemäß der Fig. 2 mit der Achse 24 der Mutter 20 über­ einstimmt. Die Maulöffnung 34 ist von einer geraden Anzahl von Flanken 36 be­ grenzt, die sich in gleichen Radialabständen von der Achse 35 um diese herum erstrecken und zwischen denen die gleiche Anzahl von Vertiefungen 38 zur berüh­ rungsfreien Aufnahme der Mutterecken vorhanden ist (Nachstehend wird als "ein­ wärts" oder "innen" die Richtung zu der Mittelachse 35 der Maulöffnung 34 hin und mit "auswärts" oder "außen" die von der Achse 35 wegführende Richtung bezeich­ net).

In der dargestellten Ausführungsform ist die Maulöffnung 34 von sechs Flanken 36 und sechs Eckvertiefungen 38 begrenzt. In der Fig. 3 ist vergrößert ein Teil einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maulöffnung in Bezug auf zueinander normale Achsen "X" und "Y" gezeigt, die einander auf der Mittelachse 35 der Maulöffnung schneiden. Jede Flanke 36 besitzt eine ebene Mittelfläche 40 und an beiden Enden der Mittelfläche 40 je eine Anschlußfläche, die an Wendepunkten 44 von der Mittel­ fläche 40 auswärts divergieren, und zwar in der dargestellten Ausführungsform un­ ter einem Winkel von drei Grad (3°).

Die Eckvertiefungen 38 zur Aufnahme der Mutterecken sind allgemein von gerun­ deten Flächen 48 begrenzt, die sich von den ihnen benachbarten Anschlußflächen 42 auswärts erstrecken.

Die Länge und die Orientierung der die Maulöffnung 34 begrenzenden, ebenen Mittelflächen wird durch die Größe der zu drehenden Mutter 20 und durch be­ stimmte Auslegungskriterien bestimmt. Diese ebenen Mittelflächen sind so bemes­ sen, daß die Angriffsflächen 40 möglichst groß sind, daß eine Berührung mit den Ecken 26 der Mutter 20 vermieden wird, daß durch Vermeidung von scharf ge­ krümmten Flächen, z. B. an den Eckvertiefungen 38, die auftretenden Spannungs­ konzentrationen möglichst klein sind, und daß die Angriffsflächen 40 und die Be­ grenzungsflächen 22 der Mutter in Berührung miteinander möglichst genau parallel zueinander sind. Gemäß der Fig. 3 kann man die Form der Maulöffnung 34 in Be­ zug zu der Mittelachse 35 durch X- und Y-Koordinaten definieren. Die Abmessun­ gen der verschiedenen Begrenzungsflächen der Maulöffnung 34 werden vorzugs­ weise nach folgenden Formeln bestimmt:
Ay = Abstand zwischen den ebenen Anlageflächen der Untergrenzenlehre

In den vorstehenden Formeln bezeichnet der "Abstand zwischen den ebenen Anla­ geflächen der Untergrenzenlehre" den durch Industrienorm festgelegten Abstand zwischen den ebenen Anlageflächen einer Untergrenzenlehre für die zu drehende Mutter. Mit Hilfe der vorstehenden Formeln und üblicher trigonometrischer Funktio­ nen kann die Lage der Flächen 40, 41 berechnet werden.

Vorstehend wurde bereits angegeben, daß die Anschlußflächen 42 von der ebenen Mittelfläche 40 unter einem Winkel von drei Grad (30) divergieren, damit eine Be­ rührung zwischen der Angriffsfläche des Maulkörpers 30 und der Ecke der zu schraubenden Mutter vermieden wird, weil eine derartige Berührung im Maulkörper 30 zu hohen Spannungskonzentrationen führen würde. Ferner muß bei der Orien­ tierung der Mittelfläche 40 und der Anschlußflächen 42 die Stellung berücksichtigt werden, in der der Schlüssel beim Drehen der Mutter an dieser angreift und die von dem Zwischenraum zwischen dem Maulkörper und der Mutter abhängt. Beim Dre­ hen des Schlüssels bis zum Angriff an der Mutter verschwindet dieser Zwischen­ raum. Daher muß der Winkel zwischen den Flächen 40 und 42 so gewählt werden, daß beim Angriff an der Mutter 20 eine optimale Anpassung erzielt wird.

In der Fig. 4 ist die Lage der Berührungsflächen zwischen der Maulöffnung 34 und der kleinsten zulässigen Mutter 20 dargestellt. Man erkennt, daß zunächst die An­ schlußfläche 42 an der ebenen Begrenzungsfläche 22 der Mutter 20 angreift. Da die Anschlußfläche 42 von der ebenen Mittelfläche 40 divergiert, greift die An­ schlußfläche 42 an der Begrenzungsfläche 22 der Mutter unter einem Winkel an, der kleiner ist als der Winkel, unter dem die ebene Mittelfläche 40 angreifen würde. Vorstehend wurde schon gesagt, daß die Anschlußfläche 42 von der ebenen Mit­ telfläche 40 unter einem Winkel von drei Grad (30) divergiert. Es ist wichtig, daß bei diesem gewählten Winkel die Wirkflächen der Maulöffnung 34 an der Mutter 20 unter einem kleineren Winkel angreifen als die genormten Sechskantmäuler, daß aber eine viel kleinere Drehung des Maulkörpers 30 bis zum Angriff an der Mutter 20 genügt. Infolgedessen erhält bei der Verwendung eines Maulkörpers 30 mit der größten zulässigen Maulweite (die mit üblichen Gut- und Anschlußlehren bestimmt wird) zum Drehen der kleinsten zulässigen Mutter der Benutzer nicht den Eindruck, daß der Maulkörper zu groß ist.

Wichtig ist es, daß gemäß der Erfindung sich die gerundeten Ecken 48 von den Anschlußflächen 42 auswärts erstrecken. Die Lage des äußersten Punktes der Ecke 48 wird durch den Abstand zwischen den ebenen Anlageflächen der Unter­ grenzenlehre (Gutlehre) für eine bestimmte Mutterngröße derart bestimmt, daß die Mutter an ihren Ecken nicht beansprucht wird und daß Spannungskonzentrationen an den Ecken der Maulöffnung 34 vermindert werden, was dadurch erreicht wird, daß die gerundeten Ecken 48 so ausgelegt sind, daß das Maul in diesem Bereich die größte Maulöffnung hat. Somit schafft die Erfindung ein Maul, bei dem eine zu hohen Spannungskonzentrationen führende Berührung mit einer Mutterecke ver­ mieden wird. Ferner schafft die Erfindung ein Maul, an dessen zur berührungsfrei­ en Aufnahme der Ecken der Mutter bestimmten Vertiefungen keine scharf ge­ krümmten Flächen, sondern gerundete Ecken vorgesehen sind, wodurch die Span­ nungskonzentration weiter herabgesetzt wird.

Claims (1)

1. Schlüssel zum Drehen einer Mehrkant-Schraubenmutter, mit einem zum An­ griff an der Mehrkant-Schraubenmutter (20) bestimmten Maul (34), einer zen­ tral angeordneten Maulachse (35), einer Mehrzahl von in gleichen Abständen voneinander angeordneten und sich in radialem Abstand von der Maulachse (35) um diese herum erstreckenden Flanken (36) und einer Mehrzahl von zwi­ schen diesen Flanken (36) in gleichen Abständen voneinander angeordneten Eckvertiefungen (38), wobei jede Flanke (36) eine ebene Mittelfläche (40) und zwei von je einem Ende der ebenen Mittelfläche (40) auswärts divergierende ebene Anschlußflächen (42) besitzt, jede Eckvertiefung (38) von einer gerun­ deten Fläche (48) begrenzt ist und die Anschlußflächen (42) an die gerunde­ ten Flächen (48) angrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder ebenen Mittelfläche (40) etwa das 0,35-fache des Ab­ standes zwischen den ebenen Anlageflächen einer Lehre zum Bestimmen der kleinsten Maulweite für die zu drehende Mehrkant-Schraubenmutter beträgt, der Krümmungsradius der gerundeten Fläche (48) einer jeden Eckvertiefung (38) etwa das 0,075-fache des Abstandes zwischen den ebenen Anlageflä­ chen der Lehre zum Bestimmen der kleinsten Maulweite für die zu drehende Mehrkant-Schraubenmutter beträgt, und die Anschlußflächen jeweils an ei­ nem Wendepunkt (44) von der Mittelfläche (40) unter einem Winkel von etwa 3° auswärts divergieren.