DE4243608C2 - Werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubendreher oder einen Schraubendrehereinsatz, mit einem Schaft und einem Ab­ triebsbereich gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsgemäßer Schraubendrehereinsatz ist beispiels­ weise aus der DE 39 07 567 A1 bekannt. Bei dem dort offen­ barten Schraubendrehereinsatz ist im Schaftbereich eine tordierbare Zone vorgesehen. Diese tordierbare Zwischen­ abschnitt stellt ein elastisch nachgiebiges Element mit entsprechendem Rückstellvermögen nach Überwindung der Belastungsspitze dar. Er erträgt größere Momente, und zwar auch bei wiederholter Belastung. Der Zwischenab­ schnitt wirkt als Dämpfer, so dass Drehmomentspitzen nicht direkt proportional am Schraubendreherspitzen-Ab­ schnitt wirksam werden. Insbesondere, wenn mit derarti­ gen Schraubendrehereinsätzen Schrauben in Metallgewinde maschinell eingeschraubt werden sollen, entstehen beim Anschlag erhebliche Drehmomentspitzen, da die Drehzahl des Antriebsmotors in kürzester Zeit auf Null absinken muss. Die hohen Drehmomentspitzen können insbesondere in gehärtetem und damit spröden Arbeitsbereich zu Rissen oder Brüchen führen. Diese Zeitspanne wird durch die Elastizität des Torsionsabschnitts verlängert, so dass die Drehmomentbelastung insgesamt verringert wird. Hinsichtlich der weiteren Vorteile eines derartigen Torsionsabschnitts wird auf die Ausführungen dieser Schrift verwiesen. Bei den dort offenbarten Schraubendre­ hereinsätzen wird die Torsionszone bei einem Werkzeug mit einheitlichen Werkstoffeigenschaften durch eine spezielle geometrische Ausbildung dieses Schaftbereichs ausgebildet. Im wesentlichen geschieht dies durch eine Querschnittsschwächung in diesem Bereich.

Aus der DE 38 39 788 A1 ist eine Schraubendreherklinge oder ein Schraubendrehereinsatz her bekannt, die bzw. der mit TiN oder Tic beschichtet ist.

Bei der GB 1 277 117 sollen zwei Abschnitte einer Klinge im Wege eines Verschweißens miteinander verbunden wer­ den. Dei eine Abschnitt bildet an seinem Ende einen Arbeitsbereich aus. Dieser Abschnitt kann auch mittels "powder metalurgy" hergestellt sein. Die beiden Schaftab­ schnitte werden dort stumpf aufeinander geschweißt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Werkzeug eine Torsionszone ohne den Nachteil einer Schwächung auszubilden.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebe­ ne Erfindung.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.

Zufolge der Erfindung ist ein Werkzeug gegeben, bei dem die unterschiedliche Tordierbarkeit von Spitze und Schaftabschnitt nicht unbedingt durch die Formgebung des Werkzeuges erreicht wird, sondern vielmehr durch unter­ schiedliche spezifische Eigenschaften des Werkstoffs, aus dem das Werkzeug gefertigt ist. Während der Arbeits­ bereich, welcher bei einem Schraubendrehereinsatz aus der Schraubendreherspitze besteht, aus einem Material gefertigt ist, welches eine hohe Torsions-Federkonstante aufweist, ist der tordierbare Schaftabschnitt aus einem Material gefertigt, das eine geringere Torsions-Federkon­ stante aufweist. Hierdurch ist eine unerwünschte Tor­ dierbarkeit des Arbeitsbereichs vermieden, jedoch wird die erwünschte Tordierbarkeit (Elastizität) des Schaftab­ schnitts erzielt. Einer bevorzugten Weiterbildung zufol­ ge weist der Schaftabschnitt ein Material geringerer Härte auf als der Abtriebsbereich. Durch diese Maßnahme werden unterschiedliche Federkennlinien der beiden Berei­ che erzielt. Bevorzugt ist die Härte des Schaftabschnit­ tes um etwa ein Viertel geringer als die Härte des Ab­ triebsbereiches. Dabei ist bevorzugt der Schaftabschnitt unmittelbar dem Abtriebsbereich benachbart. Das heißt, der Spitze bei einem Schraubendrehereinsatz schließt sich unmittelbar ein tordierbarer Schaftabschnitt an, welcher dann beispielsweise in einen Antriebsbereich übergehen kann, welcher im Querschnitt polygon gestaltet ist und auch wiederum aus einem härteren Material beste­ hen kann. Das Werkzeug besteht aus zwei verschiedenen Materialien, bevorzugt Stählen, wobei der Abtriebsbe­ reich aus einem härteren Material und der Schaftab­ schnitt aus einem weicheren Material besteht. Das weiche­ re Material des Schaftabschnitts soll sich dabei auch noch in den Abtriebsbereich fortsetzen und dort einen Kernbereich ausbilden, der von einem härteren Sintermate­ rial gewissermaßen ummantelt ist. Diese Ummantelung bildet dabei die Arbeitsspitze des Werkzeuges aus. Durch diese Maßnahme ist ein kontinuierlicher Übergang der Torsions-Steifigkeit vom Schaftabschnitt zum Abtriebsbe­ reich gegeben. Die beiden Sintermaterialien können sich dabei durch ihre Korngröße oder durch ihre Materialzusam­ mensetzung unterscheiden. Wesentlich ist aber, dass sie im verbundenen Zustand, also bei fertigem Werkzeug Zonen mit unterschiedlicher Federkennlinie ausbilden. Ein weitere Vorteil besteht darin, dass der Materialeinsatz des zu verwendenden Sinterwerkstoffes zur Ausbildung des harten Arbeitsbereiches auf ein Minimum reduziert werden kann. Da dieser Sinterwerkstoff in der Regel deutlich teurer ist, als das Material, aus welchem der Schaft hergestellt wird, verringern sich die Herstellungsko­ sten.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Fig. 1-4 erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Maschinenschraubendrehereinsatz gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 den Härteverlauf in einem Werkzeug nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Werkzeuges nach Fig. 1 im Fertigungsverfahren, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Werkzeug der zwei­ ten Ausführungsform.

Die in den Fig. 1-4 dargestellten Werkzeuge sind Schraubendrehereinsätze nach DIN-Norm. Sie weisen ein Antriebsende auf, welches im Querschnitt sechskantig ausgebildet ist und einen Schaftabschnitt, welcher im Querschnitt rund ausgebildet ist und eine im Querschnitt kreuzförmige Arbeitsspitze, welche zum Eingriff in eine Kreuzschlitzschraube geeignet ist. Hinsichtlich der näheren Ausgestaltungsmerkmale der Ausführungsbeispiele insbesondere wie die Dimensionierung der einzelnen Berei­ che ausgebildet sein kann, wird auf die europäische Patentanmeldung 0 336 136 verwiesen. Das Material des erfindungsgemäßen Werkzeuges hat in seiner Erstreck­ ungsrichtung (Achse) einen inhomogenen Federkennlinien­ verlauf.

Beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) besteht das Werkzeug aus einem materialeinheitlich gefertigten und gehärteten Stahlkörper, dessen Schaftbereich 4 nachträg­ lich durch Wärmebeaufschlagung in seiner Härte geändert worden ist. Abtriebsbereich 2 und Antriebsbereich 3 sind dagegen nicht in ihrer Härte geändert worden. Der Härte­ verlauf des in Fig. 1 dargestellten Schraubendreherein­ satzes 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Dort ist insbesonde­ re ersichtlich, dass der Abtriebsbereich I, der von der im Querschnitt kreuzförmigen Einsteckspitze 2 ausgebil­ det ist, eine höhere Härte aufweist als der Schaftab­ schnitt II, der von dem im wesentlichen zylinderförmigen Schaft 4 ausgebildet wird. Der Durchmesser des Schaftes 4 ist beim Ausführungsbeispiel geringer als die größte Querschnittserstreckung der kreuzförmigen Abtriebsspitze 2. Der Antriebsbereich III, der von einem im Querschnitt sechskantigen Zylinder 3 ausgebildet wird, dessen Durch­ messer größer ist als der Schaft 4, weist die Härte des Abtriebsbereichs I auf, die höher ist als die Härte des Schaftabschnitts II.

Der Härteübergang des Abtriebsbereiches I in den Schaft­ abschnitt II sowie der Härteübergang vom Antriebsab­ schnitt III in den Schaftabschnitt II erfolgt nicht sprunghaft sondern kontinuierlich.

In Fig. 3 ist schematisch das Verfahren zur Herstellung eines Schraubendrehereinsatzes der ersten Ausführungs­ form dargestellt. Um das Werkstoffgefüge des Schaftab­ schnittes II derart zu verändern, dass seine Federkennli­ nie kleiner wird, wird dieser Schaftabschnitt II durch Wärme beaufschlagt. Hierzu wird der Schaftabschnitt 4 in eine Induktionsspule 5 eingeführt, welche sodann mit Strom beaufschlagt wird. Durch die Wirbelstrombildung im Schaft 4 wird dort Wärme erzeugt, die die Gefügeverände­ rung bewirkt. Die Wärmebeaufschlagung erfolgt bevorzugt so lange, bis die Oberfläche des Schaftes 4 eine blaue Farbe angenommen hat. Damit sich das Materialgefüge der Abtriebsspitze 2 und des Antriebsbereiches 3 nicht än­ dert, wird die Spitze 2 und der Sechskantabschnitt 3 mit einer Kühlflüssigkeit K beaufschlagt. Dies kann im Wege einer duschen-ähnlichen Wasserbeaufschlagung geschehen.

Nach einer derartigen Behandlung des Werkzeuges weist die Arbeitsspitze 2 eine Rockwellhärte von 63 HRC auf und der Schaft 4 eine Rockwellhärte von 45 HRC. Wegen der mit der Materialhärte verknüpften physikalischen Eigenschaft der Federkonstanten lässt sich der Schaft nach dieser Behandlung stärker tordieren als die Spitze 2 bzw. der Sechskantabschnitt 3.

Der in Fig. 4 dargestellte Schraubendrehereinsatz be­ steht aus einer im Querschnitt kreuzförmigen Spitze 12, die den Abtriebsbereich I ausbildet, und einem im wesent­ lichen zylinderförmig gestalteten Schaft 14, der den Schaftabschnitt II ausbildet sowie einem Sechskantab­ schnitt, der den Antriebsbereich III ausbildet. Der Schaft 14 weist dabei einen geringeren Durchmesser auf als der maximale Durchmesser des Sechskantabschnittes 13 und der Arbeitsspitze 12 des Schraubendrehereinsatzes 11. Der Schraubendrehereinsatz 11 besteht im wesentli­ chen aus einem aus einem weicheren Sintermaterial W bestehenden Kern und einem die Arbeitsspitze 12 ausbil­ denden Mantel aus härterem Sintermaterial H.

Sechskantbereich 13 und Schaft 14 sind bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel aus dem weicheren Sintermaterial W, besit­ zen demnach eine geringere Torsionsfederkonstante als die Spitze 12. Zur Erzielung eines kontinuierlichen Härteüberganges (Federkonstantenüberganges) ist der Kernbereich 15 der Arbeitsspitze 12 aus weicherem Sinter­ material W ausgebildet. Die eigentliche Arbeitsspitze selbst ist dagegen aus härterem Sintermaterial H ausge­ bildet, das sich mantelartig über den Kern erstreckt.

Zur Herstellung eines derartigen Schraubendrehereinsat­ zes 11 wird zunächst ein den Sechskantabschnitt 13 und den Schaft 14 sowie den Kern 15 ausbildender Rohling aus weichem Sintermaterial W vorgepresst (spritzgegossen). Diesem Rohling wird sodann die aus härterem Sintermateri­ al H bestehende Spitze 12 aufgeformt (spritzgegossen), die im wesentlichen einen kreuzförmigen Querschnitt aufweist. Dieser aus zwei Komponenten bestehende Rohling wird sodann in bekannter Weise durch Wärmebeaufschlagung verfestigt. Die unterschiedlichen Sintermaterialien W und H können sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihrer Korngröße unterscheiden. Bevorzugt wird eine Korn­ größe von 10-15 Mikrometer für den härteren Bereich gewählt. Zusätzlich zu metallischen Bestandteilen kann das Sinterpulver auch noch Kunststoffbestandteile als Bindemittel aufweisen. Beim fertigen Schraubendreherein­ satz weist der Schaft 14 eine stärkere Tordierbarkeit auf als die kreuzförmige Arbeitsspitze 12. Die Härte der Arbeitsspitze 12 kann dabei im Bereich zwischen 60 und 63 HRC liegen und die Härte des Schaftes 14 etwa 50 HRC betragen.

Zur Formgebung kann ein Verfahren nach der deutschen Patentschrift 39 07 022 gewählt werden.

Ein Metallpulver-Spritzgussverfahren eignet sich zur pulvermetallogischen Herstellung von Kleinteilen. Das Verfahren leitet sich aus dem bekannten Kunststoffsprit­ zen ab, wobei dem Kunststoff 50-70 Volumenprozent Metall­ pulver zugemischt werden. Die dabei entstehende fließfä­ hige Masse wird zu zugenannten Grünlingen verpresst. Vor dem eigentlichen Metallpulver-Spritzguss wird das Metall­ pulver mit einem Binder, der Kunststoffbestandteile enthält, in einem bestimmten Volumenverhältnis von bei­ spielsweise 70 : 30 bei reduziertem Inertgasdnick und ca. 150-180°Celsius miteinander vermischt. Das Volumenver­ hältnis wird dabei über die Korngröße bestimmt. In der Spritzgießmaschine wird die Masse bei 150-200° und bei einem Druck von 150 bar langsam in eine Form gespritzt. Dabei können die unterschiedlichen Komponenten entweder gleichzeitig (Mehrkomponentenspritzguss) oder nacheinan­ der in verschiedenen Formen oder gleichen Formen ver­ spritzt werden. Der Binder kann in zwei Stufen entfernt werden. In einem ersten Schritt können die Grünlinge in ein Lösungsmittel getaucht werden, wobei ein Teil des Binders entfernt wird, so dass eine schwammartige offene Porosität entsteht, welche das ganze Bauteil durchzieht. Im Sinterofen kann dann die zweite Bindemittelentfernung zusammen mit dem eigentlichen Sinterprozess stattfinden. Die Entbindungsphase liegt bevorzugt in der Phase, in welcher der Ofen hoch geheizt wird. Dabei kann im Ofen ein erhöhter Druck aus einem Gemisch von Argon und Was­ serstoff eingestellt sein. Gleichzeitig mit der Entbin­ dung beginnen die Pulverteilchen miteinander zu versin­ tern. Dies geschieht etwa bei einer Temperatur von 800° Celsius. Dann liegt bereits ein mechanisch stabiler Sinterkörper vor. Der Ofen wird dann auf die Sintertempe­ ratur von ungefähr 1.200° Celsius erhöht und der Ofen wird evakuiert. Wenn die die anfänglich offene Porosität vollständig geschlossen hat, kann der Druck im Ofen auf bis zu 100 bar erhöht werden, um eine vollständige Ver­ dichtung des Bauteils zu erzielen. Als Pulvermaterial sind globulare Partikel von 10-15 µm Korngröße vorgese­ hen. Die chemische Zusammensetzung (Legierung) wird entsprechend der vorgesehenen Härte (Federkennlinie) des Werkstoffs ausgewählt. Beim Spritzgießen der Grünlinge kann eine Form mit einer Vielzahl von Formnestern Verwen­ dung finden.

Claims (4)

1. Schraubendreher oder Schraubendrehereinsatz, mit einem Schaft (4, 14) und einem Arbeitsbereich (I), wobei der Schaft (4, 14) zumindest einen Schaftabschnitt (II) mit einer geringeren Torsions-Federkonstanten als der Arbeitsbereich (I) aufweist, und der Schaftabschnitt (II) unmittelbar dem Arbeitsbereich (I) benachbart ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (I) und der Schaftabschnitt (II) aus zwei verschiedenen Sinter­ materialien, bevorzugt Sinterstählen bestehen, wobei der Abtriebsbereich (I) aus einem härteren Material (H) und der Schaftabschnitt (II) aus einem weicheren Material (W) bestehen, und der Kern (15) des Abtriebsbereichs (I), aus weicherem Material bestehend, von dem härteren Material (H) ummantelt ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftabschnitt (II) eine geringere Härte auf­ weist als der Arbeitsbereich (I).

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Schaftabschnittes (II) etwa um ein Viertel geringer ist als die Härte des Arbeitsbereichs (I).

4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftabschnitt (II) unmittelbar dem Arbeitsbereich (I) benachbart ist.