DE4244989C2

DE4244989C2 - Formkörper eines Antriebssystems und Formwerkzeug zur Herstellung solcher Form körper

Info

Publication number: DE4244989C2
Application number: DE4244989A
Authority: DE
Inventors: David Goss; Richard Seidl
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Acument Intellectual Properties LLC
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2012-02-29
Also published as: SE507755C2; MY108398A; CN1048080C; NO924008L; DK29392D0; AU650948B2; JP2810940B2; AT403131B; US5207132A; ES2051212A2; KR100232069B1; CH688579A5; NO179955C; ES2051212B1; SE9200675D0; CA2061531A1; AU1098092A; US5279190A; JPH05118313A; DK172683B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Antriebssystem mit Formkörpern, bei denen von einem ersten Teil ein Antriebsmoment auf ein zweites Teil übertragen wird, zum Beispiel von einem Antriebswerkzeug auf ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement. Die Erfindung betrifft auch ein Formwerkzeug zur Herstellung solcher Formkörper.

Fachleute haben bereits mit verschiedenen Formen von Antriebssystemen zur Übertragung von Drehmomenten experimentiert. Solche Antriebssysteme können in einer Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen es darauf ankommt, ein Drehmoment von einem Teil auf ein anderes zu übertragen. Ein besonderer Anwendungsfall, für den die vorliegende Erfindung gemacht wurde und auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, ist das Antreiben von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen wie Schrauben, Bolzen und Muttern.

Der Stand der Technik ist übersättigt mit verschiedenen Formen und Ausbildungen von Antriebssystemen, bei denen das eine Teil mit einer Aussparung versehen ist, während das andere Teil einen komplementär geformten Vorsprung zum Einsetzen in die Aussparung hat. In dieser Beziehung kann entweder das mit einer Aussparung versehene Teil oder das mit einem Vorsprung versehene Teil das Antriebs werkzeug bilden, während das angetriebene Teil mit einem entsprechenden Vorsprung bzw. einer entsprechenden Aus sparung versehen ist. Als Beispiel wird das US-Patent 2 397 216 angeführt, in dem eine große Anzahl von Formen eines Antriebssystems beschrieben wird. Außerdem wird auf das US-Patent 3 584 667 hingewiesen, das ein Antriebs system zeigt, das mit großem Erfolg in der Automobil-, Flugzeug- und Haushaltsmaschinen-Industrie angewandt worden ist und das unter dem Warenzeichen TORX® angebo ten wird. Zusätzlich sind natürlich die allseits bekann ten Sechskant-Antriebssysteme zu nennen sowie Kreuzform- Antriebssysteme, wie sie zum Beispiel unter der Bezeich nung PHILLIPS® bekannt sind. Schließlich sind auch noch Systeme bekannt, die verschiedene Keilprofilformen anwen den, und zwar etwa in der Art des oben angeführten TORX®- Antriebssystems. Repräsentative Beispiele für Keilprofil- Systeme geben die US-Patentschriften 3 888 480, 2 803 092 2 969 250 und 4 006 660.

Die verschiedenen Antriebssysteme des Standes der Technik wurden im Hinblick auf die zu übertragenden Kräfte ent wickelt, die beim Antrieb der Befestigungselemente auf treten. Eine Vektor-Analyse der Kräfte zeigt, daß eine Komponente der angewandten Kraft radial nach außen ge richtet ist, während eine zweite Komponente tangential auftritt. Nur die tangentiale Komponente der angewandten Kraft treibt das Befestigungselement an, das heißt, wird in Antriebsmoment umgewandelt. Der Fachmann benutzt auf diesem Gebiet häufig den Ausdruck "Antriebswinkel", der durch den Winkel definiert wird, der zwischen einer Tan gentenlinie im Berührungspunkt zwischen den beiden Teilen und einer Radiallinie durch das Befestigungselement oder Antriebswerkzeug liegt. Im allgemeinen gilt, daß je nied riger der "Antriebswinkel" ist, um so wirksamer ist das Antriebssystem, da der "Antriebswinkel" den Wert der Kraft definiert, die tangential gerichtet ist und somit in Antriebsmoment umgewandelt wird. Es wurde weiter ge funden, daß für den Fall, daß der Antriebswinkel einen bestimmten Wert überschreitet, zum Beispiel 60°, der Verlust an Drehmoment erheblich ist. Dies würde bedeuten, daß der größte Teil der angewandten Kraft radial auf tritt, mit nur einer geringen tangentialen Komponente. Diese Situation muß vermieden werden, da exzessive Radi alkomponenten das Muffenteil des Antriebssystems beschä digen können.

Bekannte Systeme mit einer Vielzahl von Keilprofilen mit verhältnismäßig rechteckförmiger Ausbildung erreichen zwar einen niedrigen Antriebswinkel, zum Beispiel einen Winkel von Null oder einen negativen Winkel. Solche For men haben sich jedoch weder in der Benutzung noch in der Produktion bewährt. Solche Antriebssysteme sind schwierig und teuer in der Herstellung und erfordern meist speziel le Bearbeitungsverfahren. Ein Beispiel mit rechteckförmigen Ecken und scharfen Kanten zeigt die EP-A-430 563 (entspricht JP-A-03 163 207). Diese Lösung führt zu erhöhten Spannungen im Material und bei häufiger Benutzung zu Material-Ermüdungserschei nungen. Bei den Antriebssystemen mit Keilprofilen, die eine Mehrzahl von entgegengesetzt gekrümmten Flächen aufweisen, die gleichmäßig über den Umfang von 360° ver teilt sind und hierbei Serien von Vorsprüngen und Auskeh lungen bilden, treten einige der Probleme, die bei recht eckförmigen Keilprofilen auftreten, nicht auf. Solche Systeme sind jedoch allgemein nicht in der Lage, einen niedrigen Antriebswinkel, zum Beispiel von weniger als 5°, zu erreichen. Das heißt, bei Anwendung eines extrem hohen Drehmoments tritt eine radiale Kraftkomponente auf, die zu einem Ausfall der Muffe führen kann, oder bei dem die Vorsprünge abgeschert oder sonstwie beschädigt wer den.

In großem Maße wurden die Probleme der bisher bekannten Systeme mit Keilprofilen durch das System behoben, wie es als TORX®-Antriebssystem gemäß US-Patent 3 584 667 be schrieben wurde. Dieses Antriebssystem hat eine sechs eckige Konfiguration mit zusammenwirkenden bogenförmigen Flächen, wobei Antriebswinkel im Bereich von 10 bis 20° erzielt werden. Obwohl das TORX®-Antriebssystem ein Fort schritt gegenüber dem Stand der Technik war und sich extrem in der Praxis bewährt hat, verbleiben doch einige Aspekte des Systems, die verbessert werden können. Einer seits bewirken Herstelltoleranzen aufgrund von Werkzeug abnutzungen oder andere Abweichungen in den Maßen der Herstellwerkzeuge für Befestigungselemente und der An triebswerkzeuge, daß der Kontaktpunkt zwischen dem Befe stigungselement und dem Antriebswerkzeug sich entlang der gekrümmten Flächen nach innen oder nach außen verlagert, wodurch der Antriebswinkel verändert wird.

Verlagert sich der Kontaktpunkt aber radial nach außen, so ist die Festigkeit der Antriebsspitze bzw. des Antriebswerkzeuges in Frage gestellt. Insbesondere ist die Festigkeit der Vorsprünge des Antriebswerkzeuges direkt abhängig vom axialen Querschnitt des Vor sprunges im Bereich des Kontaktpunktes. Es ist zu erkennen, daß mit einem Antriebswerkzeug des Standes der Technik, wie es zum Beispiel in Fig. 3 gezeigt ist, beim Nach außen-Wandern des Kontaktpunktes der axiale Querschnitt des Vorsprunges am Kontaktpunkt abnimmt, was zu einer Schwächung der Antriebsspitze des Antriebswerkzeuges führt, so daß dies zu einer Abnahme des maximal zu übertragenden Drehmo mentes führt, bis zu dem die Vorsprünge noch nicht abge schert sind oder unbrauchbar werden. Wie aus der nachfol genden Diskussion hervorgeht, soll mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, daß der Kontaktpunkt verhält nismäßig konstant bleibt. Dies führt dazu, daß Verände rungen oder Toleranzen bei der Herstellung der Teile des Antriebssystems sich kaum nachteilig auf die Festigkeit der Antriebsspitze auswirken.

Außerdem tritt bei extrem kleinen Größen der Antriebstei le die Tendenz auf, daß die Vorsprünge entweder an dem Befestigungselement oder an dem Antriebswerkzeug sich im Betrieb deformieren. In dem Fall, daß das Befestigungs element mit einer internen Aussparung oder einer Muffe ausgebildet und das Antriebswerkzeug das Steckerglied des Antriebssystems ist, ist es nicht immer möglich, eine ausreichende Festigkeit für das Antriebswerkzeug über längere Zeiten sicherzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Formkörper eines Antriebssystems, wie ein Befestigungselement oder ein Antriebs werkzeug, sowie ein gattungsgemäßes Formwerkzeug zur Herstellung solcher Formkörper in Bezug auf seine Festigkeit derart zu verbessern, daß ein hohes Drehmoment bei hoher Wirksamkeit zur Drehmomentübertragung selbst bei auf tretenden Herstelltoleranzen und nach Abnutzung der Teile erhalten bleibt.

Die Erfindung geht hierbei aus von einem Stand der Technik, wie er insbesondere durch das TORX®-Antriebssystem entsprechend dem US-Patent 3 584 667 gege ben ist. Gemäß der Erfindung ist ein Formkörper eines Antriebssystems oder Formwerkzeug zur Herstellung solcher Formkörper, mit einem Abschnitt, der eine Anzahl von um eine Mittelachse gleichmäßig über einen Umfang von 360° ver teilte, abwechselnd radial nach innen oder radial nach außen gekrümmte, inein ander übergehende erste und zweite Flächen aufweist, die Serien von Vorsprüngen oder Auskehlungen mit jeweils etwa gleichem Abstand von der Mittelachse bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten gekrümmten Flächen elliptisch ausgebildet sind, wobei die kleinere Ellipsenachse im wesentlichen radial zur Mittelachse des Formkörpers oder Formwerkzeuges verläuft, daß die Maße der Ellipsen für die Vorsprünge untereinander gleich und die Maße der Ellipsen für die Auskehlungen untereinander gleich sind, und daß die zugrundegelegten Ellipsen der ersten Flächen von Mittelpunkten aus entwickelt sind, die auf einem ersten Kreis um die Mittelachse liegen, während die zugrundegelegten Ellipsen der zweiten Flächen von Mittelpunkten aus entwickelt sind, die auf einem zweiten Kreis um die Mittelachse liegen, wobei die ersten und zweiten Kreise unterschiedliche Radien aufweisen.

Die elliptische Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu unerwarte ten, deutlich verbesserten Resultaten nicht nur bei der Erzielung eines extrem niedrigen Antriebswinkels, im Bereich von +2½° bis -2½°, sondern es wurde auch festgestellt, daß Toleranzvariatio nen in der elliptischen Form gemäß der vorliegenden Er findung nicht zu größeren Veränderungen des Kontaktpunk tes zwischen dem Antriebswerkzeug und Befestigungselemen ten führt. Somit bleibt bei Toleranzvariationen nicht nur der Kontaktpunkt verhältnismäßig konstant, sondern der Antriebswinkel bleibt auch innerhalb eines relativ engen Bereiches um null Grad, wie bereits vorstehend erwähnt. Wichtig ist auch die Tatsache, daß die elliptische Konfi guration die Anwendung eines extern geformten Teils mit erhöhter Festigkeit gegenüber anderen mit Keilprofilen versehenen Antriebssystemen, wie sie vorstehend beschrie ben wurden, ermöglicht. Schließlich erfordert die Anwen dung eines extrem niedrigen Antriebswinkels eine geringe re Angriffstiefe zwischen den Vorsprüngen und Auskehlun gen der entsprechenden intern oder extern profilierten Teile, so daß höhere Antriebskräfte bei kleineren An triebswerkzeugen und Antriebsköpfen möglich sind, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht. Auch ist auf grund des hohen Wirkungsgrades des Systems bei der Um wandlung der angewandten Kraft in Drehmoment die Ein stecktiefe des Antriebselementes in die Aussparung in axialer Richtung niedriger gegenüber bisher bekannten Lösungen, so daß solche kleineren Teile weniger Metall oder Rohmaterial bei der Gesamtherstellung der Komponen ten des Antriebssystems erfordern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Antriebssystem mit elliptischen Vorsprüngen in Verbindung mit einem Befestigungselement und einem entsprechenden Antriebs werkzeug angewandt wird. Die Zeichnungen zeigen auch die Grundgeometrie der elliptisch gekrümmten Form unter An wendung bei einer Anordnung in sechseckiger Form. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnun gen speziell dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern das Antriebssystem kann auch in Verbindung mit anderen Anwendungsfällen als denen der Befestigungsele mente verwendet werden, und es ist auch möglich, eine andere Anordnung von Vorsprüngen als in sechseckiger Form zu wählen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache zeigen die Zeichnungen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Befe stigungselementes und eines Antriebswerk zeuges mit einem Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Befestigungselemen tes und des Antriebswerkzeuges nach Fig. 1, wobei das Befestigungselement im Schnitt gezeigt ist;

Fig. 3 einen Querschnitt, der den Angriff des Antriebswerkzeuges in einer Aussparung des Befestigungselementes zeigt, wobei die aneinandergreifenden Flächen entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Geometrie einer bevorzugten Form der inneren Ausspa rung und deren Größenverhältnisse;

Fig. 5 eine Ausschnittsvergrößerung des Diagramms nach Fig. 4 zur deutlicheren Darstellung;

Fig. 6 ein Diagramm ähnlich dem der Fig. 5 zur Darstellung der Gesamtgeometrie der ellip tischen Form der Vorsprünge und Auskehlun gen des mit Innenangriff ausgebildeten Befestigungselementes der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der der Fig. 6 zur Darstellung der elliptischen Form der Auskehlungen und Vorsprünge eines Teils, das außen profiliert ist, im vorliegenden Fall des Antriebswerkzeuges nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der nach Fig. 2, wobei jedoch gezeigt wird, wie ein An triebswerkzeug bisher bekannter Art ver wendet werden kann, um ein Befestigungselement mit einer Aussparung entsprechend der vorliegenden Erfindung anzutreiben;

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Formwerkzeuges für eine Presse zur Herstellung der innen profilierten Antriebsflächen gemäß der vorliegenden Erfindung, das heißt der Aussparung oder Muffe des Befestigungsele mentes nach Fig. 1;

Fig. 10 eine Endansicht des Preßwerkzeuges nach Fig. 9;

Fig. 11 einen Längsschnitt, durch den gezeigt wird, wie das Preßwerkzeug nach Fig. 9 in Verbindung mit anderen Werkzeugteilen eingesetzt wird, um die Antriebsaussparung des Befestigungselementes herzustellen;

Fig. 12 eine Seitenansicht eines Verbindungsele mentes mit extern profilierten Antriebs flächen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Endansicht des Befestigungselementes nach Fig. 12;

Fig. 14 eine Seitenansicht einer Mutter mit extern profilierten Antriebsflächen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine Endansicht der Mutter nach Fig. 14;

Fig. 16 eine Ansicht, die ein Befestigungselement mit externer Antriebsprofilierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, sowie eine entsprechend geformte Muffe mit In nenprofilierung im Schnitt;

Fig. 17 einen Längsschnitt eines Formwerkzeuges zum Extrudieren der externen Profilierung der Teile des Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines Befestigungselementes als angetrie benes Teil, mit einer Kupplungseinheit zwischen dem Befestigungselement und einem Antriebswerkzeug;

Fig. 19 eine Ansicht ähnlich der nach den Fig. 6 und 7, jedoch zur Darstellung der Geome trie einer Muffe, die in Verbindung mit einem Befestigungselement oder dergleichen benutzt wird, das eine externe Antriebs profilierung mit elliptisch gekrümmter Oberfläche hat, die aus ähnlichen, gleich mäßigen Ellipsen abgeleitet worden ist;

Fig. 20 eine Seitenansicht eines kugelförmigen Antriebswerkzeuges mit einem elliptisch gekrümmten Antriebssystem gemäß der vor liegenden Erfindung;

Fig. 21 eine Endansicht des kugelförmigen An triebswerkzeuges nach Fig. 20; und

Fig. 22 eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig. 4 zur Darstellung einer modifizierten Geome trie für ein Antriebssystem, bei dem die Ellipsen einander gleich sind, deren Mit telpunkte jedoch auf Kreisen mit verschie denem Radius angeordnet sind.

Eine Ausführungsform eines Formkörpers ist in den Fig. 1 bis 7 gezeigt soll zur Erläuterung des Aufbaus und der Funktion dienen.

Alternative Ausführungsformen sind in den Fig. 9 bis 22 gezeigt.

Es schließt sich eine weitere Erläuterung der alternativen oder modifizierten Ausführungsformen der Erfindung an. Weitere mögliche Modifikationen der Erfin dung, die nicht gezeigt sind, aber sich für den Fachmann nach Verständnis der Erfindung anbieten, folgen. Außerdem wird bemerkt, daß die Erfindung in Verbindung mit einem Antriebssystem für ein Befestigungselement beschrieben wird; die Erfindung ist jedoch für jeden Anwendungsfall einer Drehmomentübertragung oder einer Drehmomentkopplung anwendbar, bei dem eine Antriebseinheit benutzt wird, um ein Drehmoment auf ein komplementär geformtes angetriebe nes Teil zu übertragen.

Bei dem zu beschreibenden Befestigungselement und dem dazugehörigen Antriebswerkzeug ist zu bemerken, daß das Befestigungselement mit einer Aussparung bzw. Muffe mit einer inneren Profilierung gemäß der Erfindung ausgebil det ist, während das komplementäre Antriebswerkzeug mit einer externen Profilierung versehen ist. Für den Fach mann ist leicht erkennbar, und dies zeigen auch die Fig. 12 bis 17, daß diese Kombination auch in umgekehrter Weise ausgebildet sein kann, das heißt, daß das Befesti gungselement mit einer äußeren Profilierung gemäß der Erfindung und das Antriebswerkzeug in der Art einer Muffe mit einer komplementären inneren Profilierung versehen sein kann.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Anordnung aus einem Befesti gungselement und einem Antriebswerkzeug zu sehen. Das Befestigungselement 20 weist einen vergrößerten Abschnitt in Form eines Antriebskopfes 26 auf, in dem eine Aussparung bzw. eine Muffe 28 ausgebildet ist. Das Antriebswerkzeug 30 weist einen Endabschnitt 32 auf, der komplementär zur Muffe 28 geformt ist und somit in diese eingesteckt werden kann, um eine Antriebskraft auf das Befestigungselement 20 auszuüben. Die Aussparung oder Muffe 28 hat eine interne Profilierung, die aus einer Reihe von sich abwechselnden, elliptisch gekrümmten Vorsprüngen 34 und elliptisch ge krümmten Auskehlungen 36 besteht. Die Vorsprünge 34 sind radial nach innen gerichtet, während die Auskehlungen 36 entgegengesetzt geformt sind und auf diese Weise die innere Profilierung des Antriebssystems bilden. Die Auskehlungen 36 und Vorsprünge 34 sind in gleichen Abständen entlang des Umfangs der Muf fenwand angeordnet, und im dargestellten Ausführungsbei spiel sind sechs Vorsprünge 34 und sechs Auskehlungen 36 vorhanden.

Das Antriebswerkzeug 30 ist von komplementärer, obwohl nicht vollständig identischer Form, indem die Antriebs spitze bzw. der Endabschnitt 32 extern so profiliert ist, daß eine Anzahl von auswärts gerichteten, elliptisch gekrümmten Vorsprüngen 38 vorgesehen ist, sowie eine entsprechende Anzahl von entgegengesetzt gerichteten, elliptisch gekrümmten Auskehlungen 40. Wie in Verbindung mit einer Beschreibung der Fig. 3 und 7 klar wird, müssen die Auskehlungen und Vorsprünge an der Antriebsspitze 32 mit solchen Maßen dimensioniert sein, daß sie leicht mit Spiel in die Muffe 28 passen und dennoch in effektiver Antriebsverbindung stehen. Um die gewünschte Antriebsver bindung und Eingriffstiefe zwischen den aneinander an greifenden Vorsprüngen und Auskehlungen zu gewährleisten, muß die Form der Antriebsspitze geringfügig geändert werden, so daß die Vorsprünge 38 innerhalb der Auskehlun gen 36 der Muffe bis zu einem gewissen Grade aufgenommen werden und ebenso die Vorsprünge 34 der Muffe in die Auskehlungen 40 des Antriebswerkzeuges eingreifen, damit zwischen den entsprechenden Auskehlungen und Vorsprüngen die gewünschte Eingriffstiefe zustande kommt. Die Ein griffstiefe ist durch das Bezugszeichen 35 in Fig. 3 angedeutet. Obwohl die Auskehlungen und Vorsprünge des Antriebswerkzeuges komplementär zu der inneren Profilie rung der Antriebsmuffe 28 ausgebildet sind, ist es klar, daß aus praktischen Gründen beide nicht eine identische Form haben können. Ebenso können die Ellipsen, die die Form der Vorsprünge 38 und Auskehlungen 40 definieren, gleich oder gleichmäßig sein.

Fig. 3 zeigt, wie der Endabschnitt 32 des Antriebswerk zeuges in die Muffe 28 eingreift. Es ist zu sehen, daß die Vorsprünge 38 des Antriebswerkzeuges in die Auskeh lungen 36 der Innenprofilierung der Muffe 28 eingreifen. In gleicher Weise greifen die Vorsprünge 34 der internen Profilierung der Muffe 28 in die Auskehlungen 40 des Antriebswerkzeuges ein. Die Eingriffstiefe der entspre chenden Vorsprünge und Auskehlungen ist bei 35 angedeu tet. In beiden Fällen ist ein gewisses Spiel vorgesehen. Beim Verdrehen des Antriebswerkzeuges 30 greifen die Vorsprünge 38 des Antriebswerkzeuges an den Vorsprüngen 34 der inneren Profilierung der Muffe im Bereich des Bezugszeichens 42 an und übertragen eine entsprechende Antriebskraft auf das Befestigungselement 20. Die Linie 50 verläuft tangential zu den elliptischen Flächen im Kontaktbereich 42, wie noch beschrieben werden wird.

Wie bereits einleitend bemerkt wurde, ist es wünschens wert, bei einem Antriebssystem für ein Befestigungsele ment einen relativ niedrigen Antriebswinkel zu erzielen. In dieser Beziehung bestimmt der Antriebswinkel die Wirk samkeit des Antriebssystems. Ist der Antriebswinkel gleich Null oder nahe an Null, wie es im Falle der vor liegenden Erfindung der Fall ist, so ist das System au ßerordentlich wirksam und praktisch die gesamte aufge wandte Kraft wird rechtwinklig zu einer Linie wirksam, die durch den Radius des Teils verläuft, so daß also die gesamte angewandte Kraft in Antriebsmoment umgewandelt wird. Ist der Antriebswinkel andererseits deutlich größer als Null oder negativ, dann wird nur ein Teil oder eine Komponente der angewandten Kraft rechtwinklig zur radia len Linie wirksam und in Antriebsmoment umgewandelt. Die andere Komponente der angewandten Kraft wirkt bei einem positiven Antriebswinkel radial nach außen oder bei einem negativen Antriebswinkel radial nach innen und ist für den Antrieb des Befestigungselementes unwirksam, und hat tatsächlich einen nachteiligen Effekt. Es ist klar, daß es wünschenswert ist, jegliche radiale Komponente minimal zu halten, so daß die Hauptkomponente der angewandten Kraft in Antriebsmoment umgewandelt wird. Ein übermäßig positiver Antriebswinkel ist außerordentlich unerwünscht, da dies zu einer wesentlichen, radial auswärts gerichte ten Komponente führt, die eine nachteilige Belastung der Muffe nach sich zieht und zu einem Ausfall oder einem Durchrutschen während des Antriebs führen kann. Radial einwärts gerichtete Kräfte können zu einem größeren Maß toleriert werden als radial auswärts gerichtete Kräfte. Um jedoch einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es wünschenswert, einen Antriebswinkel von Null oder im näheren Bereich von Null unter Berücksichtigung von Her stelltoleranzen zu halten, so daß die gesamte angewandte Kraft rechtwinklig zu einer radialen Linie wirksam wird und somit in Antriebsmoment umgewandelt wird.

Der Ausdruck "Antriebswinkel" ist ein gängiger Fachaus druck und normalerweise als ein Winkel definiert, der am Schnittpunkt einer radialen Linie und einer Tangente im Kontaktpunkt des Antriebswerkzeuges entsteht. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die Fig. 8 verwiesen.

Es wird außerdem bemerkt, daß bei einem Antriebwinkel von Null die Tangente und die Radiallinie sich nicht schnei den, da beide Linien parallel zueinander verlaufen, wie es Fig. 3 zeigt. Dies bedeutet, daß die Linie 50, die tangential zu dem Kontaktpunkt 42 der Fläche der Vor sprünge 38 verläuft, auch auf einer Radiallinie liegt, oder dieser entspricht, die durch den Mittelpunkt der Muffe verläuft. Auf diese Weise wirkt die gesamte zuge führte Kraft, wie durch den Pfeil 54 angedeutet, recht winklig zur Radiallinie 50 und wird somit vollständig in Antriebsmoment umgewandelt. Zum besseren Verständnis des "Antriebswinkels" wird auf eine Antriebsanordnung verwie sen, bei der der Antriebswinkel größer als Null ist, wie in Fig. 8 gezeigt.

Fig. 8 stellt den Fall dar, bei dem ein Antriebswerkzeug 30' bisher bekannter Art benutzt wird, um eine Muffe 28 anzutreiben, die elliptisch gekrümmte Vorsprünge 34 und Auskehlungen 36 entsprechend der vorliegenden Erfindung aufweist. In diesem Fall hat das Antriebswerkzeug 30' eine Form, wie sie unter dem Warenzeichen TORX®-System bekannt ist. Es enthält eine Mehrzahl von Antriebsvor sprüngen 38' die mit den elliptischen Vorsprüngen 34 in der internen Aussparung im Bereich 42' zusammenwirken. Es ist eine Linie 50' als Tangente im Punkt 42' gezeigt, die eine Radiallinie 52 schneidet und einen Antriebswinkel α₁ bildet. Der Antriebswinkel α₁ ist der konventionelle An triebswinkel und beträgt bei Anwendung des Antriebswerk zeuges 30' etwa 10° bis 20°. Der Antriebswinkel kann auch aufgrund einer Vektoranalyse der zugeführten Kraft 54 ermittelt werden. Die den Vorsprüngen 34 im Bereich 42' zugeführte Kraft 54 steht senkrecht auf der Tangente 50'. Die Kraft 54 kann in ihre Radialkomponente 58 und eine Komponente 60 aufgeteilt werden, die rechtwinklig auf der Radiallinie 56 steht. Der tatsächliche Antriebswinkel ist somit der Winkel α₂, der durch den Kraftsektor 54 und den tangentialen Vektor 60 gebildet wird. Dieser Winkel ist etwa gleich dem Winkel α₁. Außerdem wird ein dritter Win kel, α₃, gebildet, und zwar durch die Tangente 50' und die Radiallinie 56 im Bereich des Kontaktpunktes 42'. Dieser Winkel α₃ ist gleich dem Winkel α₂, und dieser Winkel α₃ ist ein Maß für den Antriebswinkel des Systems.

In Fig. 3 ist die Radiallinie 50 tangential zu den el liptischen Flächen, die die inneren Vorsprünge 34 und die daneben liegenden Auskehlungen 36 bilden, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Es ist zu sehen, daß die Kraft 54 rechtwink lig zur Radiallinie 50 angreift, und daß der Antriebswin kel gleich Null ist. Aus der vorstehenden Analyse geht außerdem hervor, daß in dem Fall, daß die Tangente zu dem Kontaktpunkt durch den axialen Mittelpunkt des Teils verläuft, so daß der Antriebswinkel gleich Null ist und die gesamte zugeführte Kraft in Antriebsmoment umgewan delt wird.

Es gibt eine große Anzahl von bisher bekannten Formen, die auch einen Antriebswinkel von Null erreichen. Diese bekannten Formen sind jedoch keilartige Ausführungen, bei denen die Keilelemente rechteckförmig ausgebildet sind oder scharfe Ecken aufweisen. Wie bereits einleitend ausgeführt, ist die Benutzung von rechteckförmigen oder scharfen Ecken unerwünscht. Die vorliegende Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, einen An triebswinkel von Null zu erreichen unter Anwendung einer bogenförmigen Gestalt.

Wie nachfolgend noch im einzelnen erläutert wird, beste hen die verschiedenen Vorsprünge und Auskehlungen der Antriebsflächen entsprechend der vorliegenden Erfindung aus einer Anzahl von elliptischen, gekrümmten Flächen. Insbesondere sind erste elliptisch gekrümmte Flächen vorgesehen, die sich mit zweiten elliptisch gekrümmten Flächen abwechseln und in jeweils entgegengesetzte Rich tungen zeigen, wobei die elliptisch gekrümmten Flächen etwa tangential und glatt ineinander übergehen. Die einen gekrümmten Flächen sind konvex gekrümmt, während die anderen konkav gekrümmt sind und somit sich abwechselnde interne Auskehlungen 36 und Vorsprünge 34 sowie externe Vorsprünge 38 und Auskehlungen 40 bilden, wie in den bisher beschriebenen Zeichnungen gezeigt ist. Nachfolgend soll die Geometrie der elliptischen Formen für die ellip tisch gekrümmten Flächen im Detail unter Bezug auf die Fig. 4 bis 7 beschrieben werden.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen schematisch die Geometrie, wie sie für die elliptisch gekrümmten und intern angeordneten Flächen der Aussparung bzw. Muffe 28 des Antriebs gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt sind. Fig. 4 zeigt schematisch die gesamte interne Form der Aussparung 28, während Fig. 5 einen vergröberten Ausschnitt des oberen Segments zeigt. In Fig. 5 sind verschiedene gestrichelte Linien gezeichnet, die die möglichen Toleranzen zeigen als auch alternative elliptische Formen für die ellipti schen Flächen, wie noch erläutert werden wird. Fig. 6 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 5, die gestrichelten Linien sind jedoch fortgelassen worden und nur die ausge zogenen Linien zeigen elliptisch gekrümmte Vorsprünge 34 und Auskehlungen 36.

Fig. 4 zeigt die Geometrie der Aussparung bzw. der Muffe des Antriebssystems für das Befestigungselement, wobei sich abwechselnde, elliptisch gekrümmte Vorsprünge und Auskehlungen 34 bzw. 36 gezeigt sind. Es ist zu sehen, daß jeder Vorsprung und jede Auskehlung eine elliptische Form hat. Die elliptisch gekrümmte Fläche, voll ausgezo gen gezeigt, geht glatt und tangential in die daneben liegende elliptische Fläche des Vorsprungs oder der Aus kehlung auf entgegengesetzten Seiten über. Es sind somit zwei Reihen von sich abwechselnden elliptischen Flächen vorgesehen. Die erste Reihe wird durch Ellipsen defi niert, die mit dem Bezugszeichen 70 versehen sind und zur Bildung der elliptisch gekrümmten Vorsprünge 34 dienen. Eine zweite Reihe von Ellipsen ist mit dem Bezugszeichen 72 versehen und diese bilden die elliptisch gekrümmten Flächen der Auskehlungen 36.

Eine Ellipse ist normalerweise als eine geschlossene Kurve definiert, die durch einen Punkt be schrieben wird, der sich in einer solchen Weise bewegt, daß die Summe der Abstände von zwei festen Punkten oder Brennpunkten konstant ist.

Ellipsen enthalten im allgemeinen ein Zentrum oder einen Mittelpunkt sowie eine größere Achse und eine kleinere Achse.

Zur Erläuterung der Geometrie einer Ellipse wird Bezug auf Fig. 6 genommen. In der Darstellung sind Ellipsen 70 und 72 zu sehen sowie die entsprechenden elliptisch ge krümmten Vorsprünge 34 und Auskehlungen 36. Ebenso ist eine zentrale Mittelachse 74 zu sehen, die der Achse 74 der Aussparung nach Fig. 4 entspricht. Die Mittelpunkte der Ellipsen 70 und 72 sind mit 76 bzw. 78 bezeichnet. Jede Ellipse hat eine kleinere Achse 70' bzw. 72' sowie eine größere Achse 70" bzw 72".

Die innere Aussparung bzw. Muffe 28 ist mit elliptisch gekrümmten Vorsprüngen 34 und Auskehlungen 36 versehen, die aus den Ellipsen 70 und 72 abgeleitet werden, die im wesentlichen die gleiche Form aufweisen. Das heißt, für die ideale Ausführungsform (gezeichnet in ausgezogenen Linien) sind die kleineren Achsen 70' und 72' gleich, und das gleiche gilt für die größeren Achsen 70" und 72". Diese Beziehung gilt natür lich nicht für die alternativen Konfigurationen, die in der Zeichnung gestrichelt angedeutet sind. Zusätzlich ist noch zu bemerken, daß die Mittelpunkte 76 und 78 der entsprechenden Ellipsen auf dem Umfang desselben Kreises 79, Fig. 4, liegen. Die Radien 80 und 82 sind gleich, das heißt, der Abstand von der zentralen Mittelachse 74 zum Mittel punkt der Ellipse 70 ist der gleiche wie der Abstand von der zentralen Mittelachse 74 zum Mittelpunkt der Ellipse 72. Die entsprechenden Ellipsen 70 und 72 gehen tangential am Punkt 42, der der Kontaktpunkt ist, ineinander über.

Die Mittelpunkte 76 und 78 der entsprechenden Ellipsen 70 und 72 fallen also auf den Umfang eines Kreises 79 (siehe Fig. 4), des sen Radius der Länge der Radien 80, 82 entspricht. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, liegen die Mittelpunkte der Ellip sen 72 an den Ecken eines regelmäßigen Sechsecks, das mit dem Bezugszeichen 84 versehen ist. In ähnlicher Weise liegen die Mittelpunkte 76 der Ellipsen 70, die die Vor sprünge 34 bilden, ebenfalls an den Ecken eines zweiten regelmäßigen Sechsecks 86. In der Darstellung ist nur ein Teil des Sechsecks 86 zu sehen, und zwar mittels gestri chelter Linien.

Es wird nun Bezug auf Fig. 5 genommen, die ähnlich der Fig. 6 ist, die jedoch zusätzlich zu den Ellipsen 70 und 72, die elliptisch gekrümmten Auskehlungen 36 und Vor sprünge 34 definieren, eine Anzahl alternierender Ellip sen in gestrichelter Form zeigt. Wie bereits erwähnt, bilden die Ellipsen 70 und 72 die Flächen 34 und 36 und sind einander gleich oder ähnlich. Dies bedeutet, daß jeweils die größeren und kleineren Achsen gleich sind. Fig. 5 zeigt mittels gestrichelter Linien abwechselnde Sätze von Ellipsen, die um die Mittelpunkte 76 und 78 gebildet werden können, um eine Anzahl von internen, elliptisch gekrümmten Vorsprüngen und Auskehlungen zu bilden. Die größeren und kleineren Achsen der abwechseln den, nebeneinanderliegenden Ellipsen sind nicht gleich, obwohl die Ellipsen um die gleichen Mittelpunkte gebildet sind. Das heißt, wenn eine der elliptischen Anordnungen, wie gestrichelt in Fig. 5 gezeigt, benutzt würde, um die Flächen zu erzeugen, die die nach innen gerichteten Vor sprünge 34 und Auskehlungen 36 in der Muffe 28 bildeten, würden die Auskehlungen und Vorsprünge nicht die gleichen Maße haben.

Anstelle der Bildung der nach innen gerichteten, ellip tisch gekrümmten Vorsprünge 34 und Auskehlungen 36 von den Ellipsen 70 und 72, können diese auch von sich ab wechselnden Paaren von Ellipsen gebildet werden, wie zum Beispiel 70a und 72a, 70b und 72b, 70c und 72c, oder 70d und 72d. In einem solchen Fall sind die Ellipsen 70a und 70c größer als die bevorzugten Ellipsen 70, während die Ellipsen 70b und 70d geringfügig kleiner sind. Das glei che gilt bezüglich der daran angreifenden Ellipsen, indem die Ellipsen 72a und 72c geringfügig kleiner sind als die bevorzugten Ellipse 72, während die entsprechenden Ellip sen 72b und 72d größer sind. Die Bedeutung der verschie denen elliptischen Konfigurationen wird klarer aus der nachfolgenden Erläuterung in Verbindung mit Fig. 5.

Die gestrichelte Darstellung der einander abwechselnden Folgen von Ellipsen nach Fig. 5 erfolgt nur schematisch, und es ist klar, daß eine unendlich große Zahl von Ellip sen hergestellt werden kann, und zwar abhängig von den Abstufungen zwischen den verschiedenen Ellipsen. Die gestrichelten Linien zeigen auch die Herstelltoleranzen, die auftreten können, obwohl die Toleranzen gewiß nicht so groß sind, wie in der Zeichnung dargestellt. Die Tole ranzen liegen mit großer Wahrscheinlichkeit innerhalb des Rahmens der Ellipsen 70a und 70b; 72a und 72b.

Das kritische Merkmal ist hier der Punkt des tangentialen Übergangs der entsprechenden Ellipsen eines gegebenen Paares, zum Beispiel 70a; 72a. Es ist zu sehen, daß die durchgezogenen Teile der Ellipsen 70 und 72, die die Flächen der elliptisch gekrümmten Vorsprünge 34 und Aus kehlungen 36 darstellen am Punkt 42 tangential ineinander übergehen. Dementsprechend ist der Übergang zwischen abwechselnden Serien von Ellipsen 70a und 72a, und der hierdurch gebildeten hypothetischen Flächen, glatt und verläuft am Punkt 42a in tangentialer Richtung; während die Ellipsen 70b und 72b am Punkt 42b ineinander überge hen und dementsprechend die Serien von Ellipsen 70c und 72c sowie 70d und 72d tangential an den Punkten 42c bzw. 42d zusammenfließen. Es wird noch bemerkt, daß die Tan gentenpunkte 42, 42a, 42b, 42c, 42d auf einem Bogen 90 liegen, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Beim Auftreten von Toleranzen oder Maßabweichungen bei der Herstellung des Antriebssystems bleibt der Tangentialpunkt oder Angriffspunkt eines Antriebswerkzeuges mit den entsprechen den elliptisch gekrümmten Flächen in Radialrichtung ver hältnismäßig konstant. Dies bedeutet, daß Auftreten der Herstelltoleranzen den resultierenden Antriebswinkel des Antriebssystems kaum beeinflussen. Das heißt also, daß bei gegebenen Toleranzen eine Tangentenlinie zu dem Punkt des tangentialen Übergangs (42, 42a, 42b) trotzdem etwa radial verläuft oder von dieser radialen Richtung nur geringfügig abweicht, und zwar im Bereich von 2½° bei den maximal auftretenden Herstelltoleranzen. Da der Tangen tenpunkt, der etwa dem Angriffspunkt des Antriebswerk zeuges entspricht, sich nicht radial nach außen bewegt, wird die Haltbarkeit der Antriebsspitze bzw. des An triebswerkzeuges durch Herstelltoleranzen nicht nachtei lig beeinflußt. Da sich der Angriffspunkt 42, 42a, 42b usw. an derselben Radialposition befindet, bleibt der Bereich eines axialen Querschnittes durch die Vorsprünge 34 relativ konstant, und zwar unabhängig von Toleranzen oder Abweichungen.

Zur besseren Erläuterung des Konzeptes wird nachfolgend auf Fig. 6 hingewiesen, in der abwechselnde Ellipsen 70b und 72b teilweise gestrichelt dargestellt sind. Diese Ellipsen gehen am Punkt 42b tangential ineinander über. Tangential zu den Ellipsen 70b und 72b ist am Punkt 42b eine Linie 94 vorgesehen, die eine Radiallinie 96 zum Punkt 42b schneidet, um einen Antriebswinkel α₃ zu bil den, der geringfügig größer als 0 ist, und zwar im Be reich von 2½°. Da die Ellipsen 70b und 72b tatsächlich die maximalen Herstelltoleranzen in einer Richtung fest legen, würde der Antriebswinkel α₃ die Maximalabweichung vom anzustrebenden Antriebwinkel von 0 darstellen. Bei den bisher bekannten Formen hatten Toleranzvariationen einen größeren nachteiligen Effekt auf die Variation des Antriebswinkels. Dementsprechend kann also festgestellt werden, daß, egal wie hoch die Herstelltoleranzen sind, dies den Antriebswinkel kaum beeinflußt, wenn das An triebssystem mit elliptisch gekrümmten Flächen gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Wie auch bei einem Vergleich der Fig. 3 und 8 klar wird, erlaubt das vorlie gende Antriebssystem eine Bildung von elliptisch gekrümm ten Vorsprüngen 38 am Antriebswerkzeug 30 mit einer grö ßeren Querschnittsfläche als bei dem bisher bekannten An triebswerkzeug 30', so daß die Vorsprünge 38 also stärker und widerstandsfähiger als die Vorsprünge 38' sind.

Um die Geometrie der Verhältnisse nach Fig. 5 in Bezug auf den Bogen 90 voll zu verstehen, wird nunmehr erneut auf Fig. 4 hingewiesen, die den Vollkreis 90 entlang des Bogens zeigt. Es ist zu sehen, daß der Radius dieses Kreises 90 etwa der Hälfte des Radius des Kreises 79 entspricht, auf dem die Mittelpunkte der verschiedenen Ellipsen 70 und 72 liegen. Da das Ausführungs beispiel eine sechseckige Konfiguration hat, ist klar, daß die entsprechenden Mittelpunkte einen Winkelabstand von 30° haben.

Bei der oben beschriebenen Geometrie, bei der die Ellip sen 70 und 72 benutzt werden, um die Flächen für die Vorsprünge 34 und Auskehlungen 36 zu erzeugen, sind die Ellipsen gleich oder entsprechen einander. Es sollte bedacht werden, daß die Art der Ellipsen 70 und 72 in großem Ausmaß durch das Verhältnis der kleineren Achse 70' (72') zur größeren Achse 70" (72") der Ellipsen ab hängt, da dieses Verhältnis zum großen Teil die Tiefe der Auskehlungen 36 und dementsprechend den Grad der Ausdeh nung der Vorsprünge 34 in die damit in Verbindung stehen den Auskehlungen 40 des Antriebswerkzeuges bestimmt, das heißt, die Eingriffstiefe 35 (Fig. 3). Wie aus den Fig. 4 und 6 hervorgeht, ist das Verhältnis der kleineren Achse 70' zur größeren Achse 70" etwa gleich 0,5, während die Verhältnisse für die Ellipsen 70a; 70b; 70c und 70d nach oben oder unten abweichen, je nach Art der gewählten Konfiguration, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Das vorstehend erwähnte Verhältnis wurde empirisch als ein solches aus gewählt, das nicht nur zu einem niedrigen Antriebswinkel führt, sondern gleichzeitig eine gewisse Kompatibilität mit dem bisher bekannten Antriebswerkzeug 30' nach Fig. 8 herstellt. Tatsächlich wurde empirisch festgestellt, daß bei einem Verhältnis der kleineren Achse 70' zur größeren Achse 70" von 0,658 ein Antriebswinkel von 0 erzielt wird, und zwar über alle Bereiche der praktisch auftre tenden Herstelltoleranzen, und der Mittelpunkt des Krei ses 90 fällt mit der Mittelachse 74 zusammen. Das Ver hältnis von 0,5 wurde gewählt als Kompromiß, da dieses Verhältnis nicht nur einen extrem niedrigen Antriebswin kel ermöglicht (weniger als 2,5°), sondern gleichzeitig eine Kompatibilität mit dem bisher bekannten Antriebs werkzeug 30' (TORX®-Antriebswerkzeug) nach Fig. 8 her stellt.

Nachfolgend wird unter Bezug auf das Antriebswerkzeug 30 auf die Fig. 3 und 7 verwiesen. Aus der vorstehenden Beschreibung ging hervor, daß die elliptisch gekrümmten Auskehlungen und Vorsprünge 36 und 34 der Innenanordnung gemäß der Erfindung, wie sie in Verbindung mit den Fig. 3 bis 6 beschrieben wurde, auf Ellipsen 70 und 72 von etwa gleicher Konfiguration aufbaut. Bei Bezug auf Fig. 3 wird klar, daß es notwendig ist, für die extern angeordneten, elliptisch gekrümmten Vorsprünge 38 des Antriebswerkzeu ges diese geringfügig kleiner als die Auskehlungen 36 der innen profilierten Muffe 28 auszubilden. Dementsprechend müssen die elliptisch gekrümmten Auskehlungen 40 des Antriebswerkzeuges geringfügig größer als die Vorsprünge 34 der Muffe sein. Die entsprechende Geometrie für die Ellipsen zur Darstellung der externen Vorsprünge 38 und der entsprechenden Auskehlungen 40 ist in Fig. 7 gezeigt.

Die Ellipse, die den externen Vorsprung 38 erzeugt, hat etwa den gleichen Mittelpunkt 78, wie er zur Erzeugung der inneren Auskehlung 36 herangezogen wird. Dementsprechend wird die Ellipse, die zur Erzeugung der externen Auskehlung 40 benutzt wird, etwa um den gleichen Mittelpunkt 76 angeordnet, wie er zur Erzeugung des inneren Vorsprunges 34 herangezogen wird. In der Praxis entsprechen die in Fig. 7 gezeigten Ellipsen etwa dem Ellipsenpaar 72a und 70a der Fig. 5. Es ist klar, daß in dieser Beziehung die Breite des externen Vorsprunges 38 (bestimmt durch die größere Achse 72a") kleiner ist als die Breite der Auskehlung 36, bestimmt durch die größere Achse 72". Andererseits wird die größe re Achse 70a", die die externe Auskehlung 40 erzeugt, größer als die größere Achse 70" sein, die den inneren Vorsprung 34 erzeugt. Auf diese Weise ist ein ausreichen des Spiel vorhanden, damit die Antriebsspitze 32 der Antriebsvorrichtung in die Muffe 28 eingesteckt werden kann, um durch Rotation der Antriebsvorrichtung den ex ternen Vorsprung 38 des Antriebswerkzeuges in Berührung mit dem internen Vorsprung 34 in der Aussparung zu brin gen. Der Angriff erfolgt etwa im Punkt 42, nämlich dem Punkt, an dem die entsprechenden elliptisch gekrümmten Flächen tangential ineinander übergehen.

In den Fig. 9-11 sind weitere Formen der Er findung zu sehen, und zwar in der Form von Werk zeugen zur Herstellung von intern und extern profilierten Flächen des Antriebssystems. Die Fig. 12 bis 16 zeigen eine modifizierte Form der Erfindung, bei der das Befe stigungselement extern profilierte Antriebsflächen hat.

Es wird auch hier bevorzugt, das Konzept von gleichen Ellipsen zur Erzeugung von externen Auskehlungen und Vorsprüngen an dem Befesti gungselement anzuwenden, wie im einzelnen nachfolgend beschrieben wird. Die Muffe, wie sie zum Antrieb der Befestigungselemente mit externer Profilierung nach den Fig. 12 und 14 verwendet wird, hat dann interne Auskeh lungen und Vorsprünge die für den Angriff die entspre chenden Maße haben, das heißt, die internen Vorsprünge sind geringfügig kleiner als die externen Vorsprünge, so daß sie von den entsprechenden externen Auskehlungen aufgenommen werden können. Die internen Auskehlungen sind dementsprechend geringfügig größer zwecks Aufnahme der externen Vorsprünge.

Von den Fig. 9 bis 11 zeigt Fig. 9 ein Preßwerkzeug 100, das dazu benutzt werden kann, die interne Profilierung des Antriebssystems der vorliegenden Erfindung herzustel len. Das Preßwerkzeug 100 hat eine Arbeitsendfläche 102, die, wie in Fig. 10 gezeigt, ausgebildet ist. Insbesonde re ist das Preßwerkzeug 100 mit einer Reihe von radial angeordneten, nach außen gerichteten Vorsprüngen 104 versehen, die elliptisch gekrümmt sind, und mit diesen wechseln sich entsprechende, elliptisch gekrümmte Auskeh lungen 106 ab.

Die Anwendung des Preßwerkzeuges 100 zur Herstellung der Muffe 28 in dem Antriebskopf 26 des Befestigungselementes 20 ist in Fig. 11 gezeigt. Vor der Herstellung eines Gewindes 24 auf dem Schaft 22 wird das Befestigungsele ment in ein zweiteiliges Werkzeug 108, 110 eingesetzt. Das Preßwerkzeug 100 ist innerhalb des oberen Werkzeug teils 108 angeordnet und dient dazu mittels Kaltverfor mung die Aussparung bzw. Muffe 28 in dem Antriebskopf 26 des Befestigungselementes 20 herzustellen. Während dieses Vorganges wird der Antriebskopf 26 des Befestigungsele mentes ebenso durch entsprechende Flächen des Werkzeuges 108, 100 in die endgültige Form gebracht.

Fig. 12 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem extern profilierten Antriebskopf eines Befestigungselementes. Das Befestigungselement ist mit dem Bezugszeichen 20 versehen und weist einen Schaft 22 mit einem Gewinde 24 auf. Der Antriebskopf 26 ist nicht wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mit einer Aussparung bzw. Muffe 28 versehen, sondern hat eine ex tern ausgebildete Profilierung 112, wie aus der Endan sicht nach Fig. 13 zu sehen. Die Antriebsflächen der Profilierung 112 werden durch eine Reihe von radial angeordneten, externen und ellip tisch gekrümmten Vorsprüngen 114 gebildet, die sich mit entgegengesetzt gerichteten, elliptisch gekrümmten Aus kehlungen 116 abwechseln. Wie bereits erwähnt, werden bei den Ausführungsformen nach den Fig. 12 und 13 sowie nach den Fig. 14 und 15 die elliptisch gekrümmten Vorsprünge 114 und Auskehlungen 116 aus Ellipsen abgeleitet, die etwa die gleichen Maße aufweisen. Zwischen den Vorsprüngen 114 und etwa inner halb der Auskehlungen 116 sind geneigte Schultern 118 vorgesehen. Diese Schultern erstrecken sich von dem äuße ren Umfang der Profilierung 112 etwa axial nach oben und radial nach innen und dienen zur Verstärkung oder Unter stützung der Vorsprünge 114. Die Ausdehnung der Schultern 118 beträgt etwas weniger als die Hälfte des Axialmaßes der Vorsprünge 114.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Mutter 120 zu sehen, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer externen Pro filierung versehen ist. Die Mutter 120 enthält eine in terne Bohrung 122, die mit einem Innengewinde 124 versehen ist. Die Mutter 120 enthält einen konisch geformten Kragen 126, an den eine externe Profilierung 112 ähn lich den Fig. 12 und 13 anschließt. Die Profilierung 112 enthält eine Serie von sich abwechselnden Vorsprüngen 114 und Auskehlungen 116, die elliptisch gekrümmt sind entsprechend dem Prinzip der vorliegenden Erfindung. Die Vorsprünge und Auskehlungen sind aus Ellipsen abgeleitet, die etwa gleiche Maße aufweisen.

Fig. 16 ist eine Schnittansicht und zeigt den Eingriff eines Muffengliedes 130 als Antriebswerkzeug in die externe Profilierung 112 des Befestigungselementes nach den Fig. 12 oder 14. Das Muffenglied 130 enthält eine entsprechend geformte Innen fläche gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Das heißt, daß die Innenfläche der Muffe 130 durch sich abwechselnde, elliptisch gekrümmte Vorsprünge 132 und Auskehlungen 134 gebildet sind, die für den Angriff an elliptisch gekrümmten Vorsprüngen 114 und Auskehlungen 116 der externen Profilierung 112 des Befestigungselementes geformt sind, das heißt, mit angepaßten Maßen. Wie bereits vorher beschrieben, sind die Vorsprünge 132 und die Auskehlungen 134 so geformt, daß sie einen entspre chenden Eingriff zulassen. Das heißt, die nach innen gerichteten, elliptisch gekrümmten Vorsprünge 132 müssen geringfügig kleiner als die externen elliptisch gekrümm ten Auskehlungen 116 sein, und dementsprechend sind die internen Auskehlungen 134 geringfügig größer als die externen Vorsprünge 114. Während die Auskehlungen und Vorsprünge 114, 116 der externen Profilierung 112 aus etwa gleichen elliptischen Konfigurationen entstanden sind, entsprechen die Vorsprünge und Auskehlungen 132, 134 der Innenfläche der Muffe 130 Ellipsen mit verschie denen Maßen. Die Anordnung ist in Fig. 19 gezeigt.

In der Fig. 19 sind die internen Vorsprünge 132 und die anschließenden internen Auskehlungen 134 durch ausgezoge ne Linien dargestellt. Die Ellipsen, von denen die ellip tisch gekrümmten Flächen der Vorsprünge 132 und Auskeh lungen 134 abgeleitet sind, sind mit den Bezugszeichen 72b und 70b versehen. Diese Ellipsen 70b und 72b entspre chen etwa den Ellipsen, die in Fig. 5 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Es ist zu sehen, daß die größere Achse 72b" der Ellipse, die die Auskehlung 134 erzeugt, größer als die größere Achse 70b" der Ellipse ist, aus der die nach innen gerichteten, elliptisch gekrümmten Vorsprünge 132 abgeleitet werden. Wie bereits erwähnt, sind diese Maßabweichungen erforderlich, um ein einen Eingriff der Muffe 130 in die externe Profilierung 112 zu ermöglichen, bei der Vorsprünge und Auskehlungen von gleichen Ellipsen abgeleitet sind.

Fig. 17 zeigt ein Preßwerkzeug 140, mit dem die externe Profilierung 112 des Befestigungselementes nach Fig. 12 oder die Mutter nach Fig. 14 hergestellt werden kann. Hierzu ist das Preßwerkzeug 140 mit einer inneren Profi lierung versehen, die aus einer Serie von sich abwech selnden Auskehlungen und Vorsprüngen besteht. Die Innen fläche des Preßwerkzeuges 140 weist eine Serie von radial angeordneten, nach innen zeigenden, elliptisch gekrümmten Vorsprüngen 142 auf sowie eine sich damit abwechselnde Serie von Auskehlungen 144, die dazu dienen, die entspre chenden Vorsprünge und Auskehlungen 114, 116 der Profi lierung 112 herzustellen. Damit die Auskehlungen und Vor sprünge 142, 144 die gewünschte Form der Vorsprünge und Auskehlungen 114, 116 herstellen können, müssen diese aus Ellipsen von gleicher Konfiguration abgeleitet sein. Der Fachmann wird leicht erkennen, daß in dem Fall, daß Preß werkzeug 140 zur Herstellung eines Antriebswerkzeuges ähnlich dem wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, verwendet werden soll, die Vorsprünge und Auskehlungen 142, 144 noch verändert werden müßten, um die gewünschte endgülti ge Form für die Antriebsspitze 32 zu erhalten. Im vorlie genden Fall würden die Vorsprünge und Auskehlungen 142, 144 nicht von gleichen Ellipsen abgeleitet werden, son dern etwa von Ellipsenformen, wie sie allgemein in Fig. 7 gezeigt sind.

In Fig. 18 ist ein Befestigungselement ähnlich dem Befe stigungselement 20 der Fig. 12 gezeigt, das durch ein Antriebswerkzeug 30' über einen Adapter 150 angetrieben wird. Das Antriebswerkzeug 30' hat einen Endabschnitt 32', der mit Auskehlungen und Vorsprüngen versehen ist, die vorzugsweise von ungleichen Ellipsen in einer Art und Weise abgeleitet sind, wie dies in Bezug auf das An triebswerkzeug 30 der Fig. 2 der Fall ist. Die externe Profilierung 112 des Antriebskopfes ist vorzugsweise in der Art ausgebildet, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 12 beschrieben wurde, wobei die Vorsprünge und Aus kehlungen von gleichen Ellipsen abgeleitet wurden. Der Adapter 150 kann zur Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebswerkzeug 30' zu dem Befestigungselement 20 verwendet werden, obwohl die Antriebsspitze 32' extern profiliert ist, ebenso wie die Profilierung 112 an dem Befestigungselement 20. Der Adapter ist mit einander gegenüberliegenden Muffenenden 152 und 154 versehen. Jedes Muffenende ist intern profiliert in einer Weise ähnlich der Muffe 130 und weist nach innen gerichtete Auskehlungen und Vorsprünge zum Eingriff in die Auskeh lungen und Vorsprünge der externen Profilierung der An triebsspitze 32 bzw. des Antriebskopfes 112 auf.

Nachfolgend wird Bezug genommen auf die Fig. 20 und 21, in denen eine alternative Form eines Antriebswerkzeuges 30' gezeigt ist. Dieses Antriebswerkzeug weicht von dem Antriebswerkzeug 30 darin ab, daß die elliptisch gekrümmten Vorsprünge 38 und Auskehlungen 40 nicht etwa paral lel zur Antriebsachse des Antriebswerkzeuges und relativ gerade verlaufen, sondern das Antriebswerkzeug 30' hat eine am Befestigungselement angreifende Antriebsspitze 32', die kugelförmig ist. Kugelförmige Antriebswerkzeuge sind an sich bekannt und erlauben einen Antrieb eines Befestigungselementes oder dergleichen ohne die Notwen digkeit der axialen Ausrichtung zwischen Antriebswerkzeug und Befestigungselement. Das kugelförmige Antriebswerk zeug 30' gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Reihe von elliptisch gekrümmten Vorsprüngen 38' und Aus kehlungen 40', die auf der Außenseite des Antriebskopfes bzw. der Antriebsspitze 32' angeordnet sind. Die Vor sprünge und Auskehlungen 38', 40' sind im wesentlichen aus derselben Geometrie wie das Antriebswerkzeug 30 abge leitet, indem die Auskehlungen 40' und Vorsprünge 38' aus ungleichen Ellipsen in der Weise entstanden sind, wie in Bezug auf das Antriebswerkzeug 30 (Fig. 3 und 7) be schrieben wurde. Zusätzlich sind die Vorsprünge 38' und Auskehlungen 40' in axialer Richtung bogenförmig ge krümmt, um zu der äußeren Oberfläche des Endab schnittes 32' zu passen.

Fig. 22 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Ausführungsform nach Fig. 22 weicht von der nach Fig. 4 in der Weise ab, indem die Ellipsen 70 und 72, die zur Darstellung der elliptisch gekrümmten Vorsprünge 34 und Auskehlungen 36 dienen, zwar gleich sind, die entspre chenden Radien 82 und 80 zu den Mittelpunkten der Ellip sen sind jedoch nicht gleich, sondern liegen auf unterschiedlichen Kreisen 79" und 79'. Der Tangentialpunkt 42 ist bei dieser Aus führungsform geringfügig radial nach außen entlang der Ellipsen 70 und 72 gewandert. Demgemäß bildet eine Tan gentiallinie 50" einen Antriebswinkel α₄ mit der Radiallinie 56 zum Tangentialpunkt 42. Der Antriebswinkel α₄ liegt im Bereich von 15° ± 5°. Die erfindungsgemäße Ausführungsform nach Fig. 22 ist bezüglich Antriebs zwar nicht so wirksam wie die Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7, sie hat jedoch immer noch einen Antriebswinkel, der genauso wirk sam ist wie beim Stand der Technik, hat jedoch eine er höhte Festigkeit des Antriebswerkzeuges aufgrund des vergrößerten Querschnittsbereiches der Antriebsvorsprün ge.

Es wird weiter bemerkt, daß die Verlagerung des Kontakt punktes 42 entlang der Ellipsen 70, 72 den Antriebswinkel stark beeinflußt. Diese Tatsache unterstreicht die Wich tigkeit der vorliegenden Erfindung, woraus folgt, daß Toleranzvariationen sich nicht in einer wesentlichen Änderung des Kontakt punktes und des Antriebswinkels auswirken.

Während die Ausführungsform nach Fig. 22 gleiche Ellipsen hat, so können abwechselnd ungleiche Ellipsen, wie in Fig. 5 gestrichelt gezeichnet, ebenfalls eingesetzt werden. Die Ellipsen 70 und 72 aller Ausführungsformen sind derart dargestellt, daß die kleineren Achsen 72' und 70' radial angeordnet sind.

Das Antriebssystem der vorliegenden Erfindung wurde all gemein und im Konzept in Verbindung mit den Ausführungs formen beschrieben. Außerdem wurden Werkzeuge zum Formen der extern und intern profilierten Flächen des Systems anhand der Fig. 9 bis 11 und 17 beschrieben. Modifizierte Ausführungsformen der Erfindung wurden in Verbindung mit den Fig. 12 bis 16 beschrieben, wonach das Befestigungselement mit einem extern profilier ten Antriebskopf versehen ist, der durch ein intern pro filiertes Muffenglied angetrieben wird. Der Fachmann wird erkennen, daß das Konzept der vorliegenden Erfindung auch in Form vieler Modifikationen realisiert werden kann. In dieser Hinsicht wird weiter bemerkt, daß das Prinzip anhand einer Idealform beschrieben wurde, bei der die Ellipsen, die die ver schiedenen elliptisch gekrümmten Flächen für die Auskeh lungen und Vorsprünge bilden, und zwar extern oder intern profiliert, auf einem gemeinsamen Kreis liegen. Das heißt in Bezug auf Fig. 4, daß die Radien 80 und 82 für die Mittelpunkte der verschiedenen Ellipsen gleich sind. Aus Fig. 22 geht jedoch hervor, daß das Konzept der vorliegenden Erfindung auch auf den Fall anwendbar ist, wo die Radien 80 und 82 ungleich sind. Dies bedeutet, daß die Mittel punkte der einen Serie von Ellipsen radial weiter nach außen liegen als die Mittelpunkte der entsprechenden Serie von Ellipsen. Während die Erfindung in Verbindung mit sechseckigen Anordnungen beschrieben wurde, so können auch mehr oder weniger Ecken bzw. Vorsprünge vorgesehen sein, soweit sie eine elliptisch gekrümmte Form haben.

Claims

1. Formkörper eines Antriebssystems oder Formwerkzeug zur Herstellung solcher Formkörper, mit einem Abschnitt, der eine Anzahl von um eine Mittelachse (74) gleichmäßig über einen Umfang von 360° verteilte, abwechselnd radial nach innen oder radial nach außen gekrümmte, ineinander übergehende erste und zweite Flächen aufweist, die Serien von Vorsprüngen oder Auskehlungen mit jeweils etwa gleichem Abstand von der Mittelachse (74) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten und zweiten gekrümmten Flächen (34, 36; 38, 40) elliptisch ausgebildet sind, wobei die kleinere Ellipsenachse (70', 72') im wesentlichen radial zur Mittel achse (74) des Formkörpers oder Formwerkzeuges verläuft,
daß die Maße der Ellipsen für die Vorsprünge untereinander gleich und die Maße der Ellipsen für die Auskehlungen untereinander gleich sind, und
daß die zugrundegelegten Ellipsen (70) der ersten Flächen (34; 38) von Mittel punkten (76) aus entwickelt sind, die auf einem ersten Kreis (79") um die Mittel achse (74) liegen, während die zugrundegelegten Ellipsen (72) der zweiten Flächen (36; 40) von Mittelpunkten (78) aus entwickelt sind, die auf einem zweiten Kreis (79') um die Mittelachse (74) liegen, wobei die ersten und zweiten Kreise (79", 79') unterschiedliche Radien (82, 80) aufweisen.

2. Formkörper oder Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ellipsen (70, 72), aus denen die ersten und zweiten, elliptisch gekrümmten Flächen (34, 38; 36, 40) abgeleitet sind, die gleichen Maße aufweisen.

3. Formkörper oder Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ellipsen (70, 72), aus denen die ersten und zweiten, elliptisch gekrümmten Flächen (34, 38; 36, 40) abgeleitet sind, gering fügig voneinander abweichende Maße aufweisen.

4. Formkörper oder Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten, elliptisch gekrümmten Flächen (34, 36) auf der Innenseite einer Muffe (28) ausgebildet sind.

5. Formkörper oder Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten, elliptisch gekrümmten Flächen (38, 40) auf der Außenseite des Formkörpers oder Formwerkzeuges ausgebildet sind.

6. Formkörper oder Formwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten, elliptisch gekrümmten Flächen (34, 36) an einem Antriebskopf (26) eines Befestigungselementes (20) angeordnet sind.

7. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er als Antriebswerkzeug (30, 30', 150) zum An greifen an einem entsprechend geformten Formkörper ausgebildet ist (Fig. 2 und 18).

8. Formkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebswerkzeug (30', 150) einen Adapter (150) mit endseitigen Muffen umfaßt, deren Innenflächen (152, 154) die ersten und zweiten, elliptisch gekrümmten Flächen aufweisen.

9. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ellipsen-Mittelpunkte (76) der ersten elliptisch gekrümmten Flächen (34; 38) und die Mittelpunkte (78) der zweiten elliptisch gekrümmten Flächen (36; 40) etwa an den Ecken von regelmäßigen Sechsecken (84, 86) liegen.

10. Formkörper, Formwerkzeug, Befestigungselement oder Antriebswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der kleineren Ellipsen-Achse (70', 72') zur größeren Ellipsen-Achse (70", 72") etwa 0,5 beträgt.