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Vorliegende
Erfindung betrifft eine Schraubvorrichtung, die eine Schraube intervenieren
lässt, deren
Kopf speziell an einen Greif- und Schraubansatz eines Schraubgerätes, wie
zum Beispiel eine elektrisch angetriebene Anschraubmaschine/Schraubendreher,
angepasst ist.
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Allgemein
ist bekannt, dass die Schraubenköpfe
entsprechend der Werkzeuge ausgebildet sind, die zu deren sicheren
Verschraubung oder Abschraubung dienen und eventuell der Materialeigenschaft
entsprechen, in welche die Schraube verschraubt werden soll.
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So
beschreibt das Patent
US 3 002
414 eine Schraube mit einer Antriebsnuss mit zwei zylindrischen
Portionen gleichen Durchmessers, die durch ein koaxiales Ritzel
voneinander getrennt sind.
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Diese
Schraube wird rotierend über
eine Vorrichtung angetrieben, die mit einem Antriebsritzel, das
in den Schraubenritzel eingreift, und mit zwei doppelten Gegenstützrollen
versehen ist, die auf beiden zylindrischen Portionen liegen.
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Falls
die Verschraubung/Abschraubung über eine
mit Schraubansatz ausgestatteten Anschraubmaschine durchgeführt wird,
muss der Schraubenkopf notwendigerweise drei Ausführungen
folgender Formen umfassen:
- – Führungsformen, die mit entsprechenden
Formen des Ansatzstücks
zusammenarbeiten, um eine Zentrierung der Schraube koaxial zur Rotationsachse
des Ansatzstücks
zu sichern,
- – Formen,
die dazu geeignet sind, mit Halteelementen der Hülse zusammenzuarbeiten, um
den Schraubenkopf im Ansatzstück
eingreifen zu lassen, mit der Möglichkeit,
diesen vor und während dem
Verschraubungsvorgang herausziehen zu können,
- – Kupplungselemente,
die mit den zum Ansatzstück
gehörenden
Elementen zusammenwirken, um letzteren zu gestatten, die Schraube
rotierend anzutreiben.
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Der
Zentriervorgang wird üblicherweise
erreicht, indem Schraubenköpfe
benutzt werden, deren zylindrische, prismatische, sogar konische
Oberfläche
eine ergänzende
Portion zu mindestens einer Portion der Innenfläche des Aufsatzes ist, in welche sie
axial eingreift.
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Die
Halteelemente des Schraubenkopfes im Inneren des Ansatzes können auf
verschiedene Weisen verwirklicht sein, d.h. elastische Klemme, elastisch
verformbare O-Ringe, Dauermagnete, Greifbacken usw.
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Die
zum drehbaren Antrieb der Schraube dienenden Kupplungselemente lassen
auf Höhe
des Kopfes Hohlformen intervenieren (zum Beispiel kreuzförmige Eindrücke), konvexe
Formen (zum Beispiel Verzahnungen) oder Abflachungen (Zipfel), wobei
diese Formen dazu bestimmt sind, mit den entsprechenden Formen des
Schraubansatzes in Verbindung zu kommen, um ein Schraubmoment zu übertragen.
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So
schlägt
das Patent
US 2 676 506 einen Schraubansatz
vor, der eine rohrförmige
Tülle umfasst,
in welche ein klassischer Schraubenkopf eingreifen kann. Deren flexible,
auf diesem Aufsatz befestigte Laschen, gestatten eine sichere Blockierung des
Schraubenkopfes in der Hülse
mittels einer gleitend auf der Hülse
montierten Rohrmuffe.
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Zur
Verbesserung der Greiffunktion des Schraubenkopfes durch den Schraubansatz
schlägt das
Patent
US 6 240 811 eine
Schraube vor, die einen runden Kopf aufweist und im Rücklauf zu
den genannten Rändern
hin ein Stück
eines vieleckigen Unterkopfes, das in einen kleineren Durchmesserkreis als
der des Kopfes eingraviert ist, das jedoch größer als jener des Gewindestiftes
der Schraube ist.
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Das
Ein-/Abschrauben dieser Schraube erfolgt über einen Ansatz mit zwei Greif-
und Antriebsbacken, die axial in eine Hülse hinein und zueinander schwenkbar
beweglich sind, wobei einer den anderen einschließt nach
deren Verschiebung zur Hülse nach
innen hin, bei der Einwirkung einer konischen Form der Hülse auf
eine entsprechende Form der Backen.
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Die äußeren Enden
der Backen weisen ergänzende
Ausbildungen zu jenen des Schraubenkopfes und des Unterkopfteils
auf.
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Dank
dieser Maßnahmen
ist es möglich,
in geöffneter
Position der Backen den Schraubenkopf zwischen den besagten Ausbildungen
einzuschrauben.
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Indem
eine Verschiebung des Bausatzes Schraube/Greifbacken ins Innere
des Ansatzes hin bewirkt wird, wird das Schließen der Backen hervorgerufen.
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Der
Schraubenkopf ist dann in den Backen eingeklemmt, deren Enden auf
dem Vieleck-Unterkopf in Eingriff kommen.
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Die
Greif-, Zentrier- Kuppel-Funktionen sind hier exklusiv durch die
Backen gesichert.
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Es
erweist sich, dass diese Lösung
eine bestimmte Zahl von Nachteile aufweist.
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Da
sie dazu dienen, die Übertragung
des Antriebsdrehmoments der Schraube zu sichern, müssen die
Backen verhältnismäßig bedeutende
Dimensionen aufweisen und aus einem sehr widerstandsfähigen Material
verwirklicht sein. Außerdem
muss der den Backen zugeordnete Mechanismus so ausgebildet und ausgelegt
sein, um einen wirksamen Halt der Backen auf dem Unterkopfteil der
Schraube (auf welche das Antriebsmoment ausgeübt wird) zu sichern. Folglich
ist der Schraubansatz notwendigerweise lang und voluminös, was diesen
bei gewissen Anwendungen unbrauchbar macht.
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Außerdem kommt
das Backenteil in geschlossener Position auf dem Unterkopfteil der Schraube
auf der Außenseite
der Hülse
in Eingriff. Hierdurch gehen die Backen nach der Verschraubung die
Gefahr ein, mit den Teilen in Kontakt zu kommen, die man gerade
befestigen will, und sie zu beschädigen.
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Dieser
Nachteil resultiert ebenfalls aus der Winkelform (sozusagen verzahnt)
von dem Unterkopfteil der Schraube, die mit dem anzuschraubenden
Teil in Kontakt kommt.
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Dieses
erweist sich ganz besonders, wenn die Schraube schräg in das
anzuschraubende Teil eingreift.
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Die
Erfindung hat somit genauer das Ziel, diese Nachteile zu unterdrücken.
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Diese
schlägt
zu diesem Zweck eine Schraube vor, deren Kopf speziell so entworfen
ist, um eine Verschraubung/Abschraubung der Schraube mit Hilfe von
Verschraubungselementen zu gestatten, die einerseits eine rohrförmige Hülse umfassen,
die unter Rotation angetrieben werden kann und an einem derer Enden
einen sich an der Außenseite öffnenden koaxialen
Hohlraum aufweist, zur Aufnahme des Schraubenkopfes, wobei die Innenfläche der
Hülse, die
diesen Hohlraum abgrenzt, mindestens eine Antriebsausbildung des
Schraubenkopfes und andererseits in besagtem Hohlraum bewegliche
Greifelemente der Schraube aufweist.
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Der
Schraubenkopf ist so ausgebildet, um in besagten Hohlraum einzugreifen.
Der periphere Rand des Schraubenkopfes ist mit Ausschnitten versehen,
die dazu bestimmt sind, mit den Ausbildungen des genannten Ansatzstücks zusammenarbeiten,
um auf die Schraube ein Verschraubungsmoment auszuüben und
die Schraube umfasst ein zylindrisches Unterkopfteil, dessen Durchmesser
kleiner als jener des Kopfes ist, jedoch größer als jener des Gewindestiftes
der Schraube ist, wobei die Verbindung zwischen diesem zylindrischen
Teil mit der Peripherie des Kopfes und mit dem Ende des Stiftes
mittels eines radialen Ansatzes erfolgt, wobei die Ebenen einen
Raum abgrenzen, in dem die Greifelemente des Ansatzstücks eingreifen
können,
wenn besagter Kopf in besagtem Hohlraum eingerastet ist, wobei der
Radius des zylindrischen Teils dem Abstand zwischen dem Boden der
Ausschnitte und der Schraubenachse entspricht, um durch die vereinte
Aktion der Hülse
eine Zentrierung der Schraube und der Greifelemente zu bewirken.
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Bei
diesen Maßnahmen
ist die Antriebsfunktion unter Rotation separat von der Greiffunktion
gesichert.
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Die
Antriebsfunktion ist direkt durch die Hülse des Ansatzteils gesichert,
das in der Art eines klassischen Rohrschlüssels ausgestaltet sein kann und
entsprechend eine minimale Dicke aufweist, unter Berücksichtigung
des Drehmoments, den sie auf die Schraube ausüben muss.
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Die
Greifmittel, die keine Antriebsfunktion unter Rotation mehr haben,
können
daher verringerte Dimensionen aufweisen, ohne deshalb an Wirksamkeit
zu verlieren.
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Die
Zentrierelemente sind gleichzeitig durch die Hülse und durch die Greifelemente
gesichert: diese Vorrichtung gestattet es, Schrauben mit verhältnismäßig flachen
Köpfen
zu benutzen, die die Gefahr laufen würden, sich in einem klassischen
Schraubansatz zu verdrehen.
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In
diesem Falle bestätigt
die Aktion der Greifelemente auf das zylindrische Teil des Unterkopfes die
Zentrierung zur Einführung
der Schraube in die Hülse.
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Ein
Ausführungsmodus
der Erfindung wird im folgenden als nicht einschränkendes
Beispiel beschrieben, mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen,
in denen:
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Die 1 bis 3 sind
jeweils im axialen Schnitt, in Seitenansicht und in Draufsicht eines
erfindungsgemäßen Schraubenkopfes
gesehen.
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Die 4 und 5 sind
Perspektivansichten der veranschaulichten Schraube in den 1 bis 3.
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Die 6 und 7 sind
axiale Schnitte eines Schraubansatzes, in Schraubposition (6) und
in Einführ-/Auszieh-Position
einer Schraube (7)
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Die 8 und 9 sind
Ansichten des Endes der Anschraubmaschine, in welche die Schrauben
eingreifen, wobei diese Ansichten jeweils den in den 6 und 7 veranschaulichten
Positionen entsprechen.
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In
dem in den 1 bis 5 dargestellten Beispiel
wurde nur der Schraubenkopf mit erst nur dem Stiftansatz dargestellt,
wobei zu verstehen ist, dass sich die Erfindung nicht auf einen
klassischen Typ oder auf ein selbstbohrendes Gewinde beschränkt, das
von einer selbstschneidenden Spitze beendet wurde.
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Dieser
Schraubenkopf 1 weist eine gewölbte Oberseite 2 mit
einer Injektionsschale 3 in der Mitte auf. Der periphere
Rand 4 des Kopfes 1 ist verzahnt und umfasst hier
fünfzehn
Zähne 5,
die von Ausschnitten 6 getrennt sind, wobei ein Winkel
von etwa 117° gebildet
wird.
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Dieser
Kopf 1 ist mit einem koaxialen Stift 7 mittels
einem zylindrischen Unterkopfteil 8 verbunden, dessen Radius
wesentlich dem Abstand zwischen dem Boden der Ausschnitte und der
Schraubenachse X, X' entspricht.
In diesem Beispiel entspricht die Höhe der zylindrischen Portion 8 wesentlich
der Höhe
des Kopfes 1. Der Durchmesser des Schraubenstiftes 7 ist
auf der Höhe
dessen Verbindung mit der zylindrischen Portion 8 viel
kleiner als der des Kopfes 1 (etwa 50 %). Die Verbindung
zwischen der zylindrischen Portion 8 mit der Peripherie 4 des
Kopfes 1 und mit dem Stiftende 7 erfolgt mittels radialen
Ansätzen
R1, R2.
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Natürlich kann
diese Schraube per Hand mit Hilfe eines Werkzeuges angeschraubt
werden, das ein rohrförmiges
Ansatzstück
aufweist, dessen Innenprofil der verzahnten äußeren Form des Kopfes 1 entspricht.
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Nichtsdestoweniger
ist diese ganz besonders für
das in den 6 bis 9 veranschaulichte Schraubansatzstück zweckmäßig, das
im wesentlichen eine rohrförmige
Hülse 10 umfasst,
die von einer Seite her durch einen Boden 11 eingeschlossen ist,
der koaxial durch einen Stift 12 mit sechskantigem Schnitt
verlängert
und dazu bestimmt ist, in das Spannfutter einer Anschraubmaschine
einzugreifen.
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Diese
Hülse 10 weist
auf der dem Stift gegenüberliegenden
Seite einen koaxialen Hohlraum mit drei aufeinander folgenden Kammern 11, 14, 15 auf,
das heißt:
- – Eine
Kammer 13, die vor allem dazu bestimmt ist, den Schraubenkopf 1 aufzunehmen,
wobei diese Kammer 13 einen wesentlich ergänzenden Abschnitt
mit verzahntem Profil (Verzahnung 16) des Schraubenkopfes 1 aufweist.
- – Eine
zweite Kammer 14, in welche die Greifbacken 17 eingreifen,
wenn der Schraubenkopf 1 in die erste Kammer 13 eingerastet
ist, und
- – Eine
dritte Kammer 15, in welcher ein Antriebskern 19 der
Greifbacken 17 gleitet, wobei diese Kammer 15 mit
einer Vorrichtung (nicht dargestellt) ausgestattet ist, wodurch
es dem Antriebskern 19 ermöglicht ist, sich axial in den
Kammern 13, 14, 15 zwischen zwei stabilen
Positionen zu verschieben, die jeweils den Positionen "offen und geschlossen" der Greifbacken 17 entsprechen, wobei
man durch einen unstabilen Zustand im Intervall der zwei stabilen
Positionen übergeht.
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Die
Greifbacken 17 sind aus Stahllaschen gebildet, die je mit
einem an deren Enden (Außenseite
der Hülse)
schrägen
Rand 20 und auf der gegenüberliegenden Seite an diesem
Rand mit einem seitlichen Ausschnitt 21 versehen sind,
der von einem Profil in Form eines C abgegrenzt ist, dessen zwei parallele
Arme voneinander auf einen etwas größeren Abstand als die Dicke
des Schraubenkopfes 1 entfernt liegen.
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Dieser
Ausschnitt 21 grenzt mit dem äußersten Rand 22 der
Lasche einen Vorsprung 5 ab, der höchstens der Höhe der zylindrischen
Portion des Unterkopfes 8 der Schraube entspricht.
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Jede
Lasche umfasst außerdem
an deren dem Ausschnitt 21 gegenüberliegenden Teil, auf derselben
Seite wie letztere, einen Vorsprung 23, der dazu bestimmt
ist, auf einem Ansatz 24 des Antriebskerns einzurasten.
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Jede
Lasche rastet teilweise ein und kann axial in einer Führungsrille 25 gleiten,
die auf der inneren Oberfläche
der Hülse 10 auf
der Ebene der ersten Kammer 13 ausgebildet ist, so dass
sie axial versetzt zwei Positionen einnehmen können, das heißt:
- – Eine
eingerückte
Position, in welcher die äußersten
Ränder 22 das
vordere Ende der Hülse 10 bündig abschließen, wobei
sich die Ausschnitte 21 infolgedessen im Inneren der Hülse 10 befinden,
um den Schraubenkopf 1 festzuhalten, und
- – Eine
ausgestreckte Position, in welcher die Enden der Laschen aus der
Hülse 10 austreten
und radial nach außen
hin gerichtet sind, damit die Ausschnitte 21 genügend voneinander
beabstandet sind, um den Schraubenkopf 1 festhalten zu können.
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Um
eine solche Beabstandung erreichen zu können, erstreckt sich der Boden
der Führungsrillen 25 schräg zur Achse
der Hülse 10 hin
und geht zum Ende der letzteren über.
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Die
vorderen Enden der Laschen umfassen außerdem gegenüber den
Vorsprüngen 23 Einschnitte,
durch die ein koaxialer Federring 26 hindurchführt, dessen
Einwirkung das Festhalten von deren schrägen Teilen 20 gegen
die schrägen
Böden der
Rillen 25 bewirkt.
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Mittels
derer Anordnung in ausgestreckter Position (in 3 veranschaulicht)
wird der Schraubenkopf zwischen den Backen auf Höhe der Hohlräume 21 eingerastet,
wobei die Spitze des Kopfes 1 an den Antriebskern 19 anschlägt.
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Infolgedessen
wird auf die Schraube ein Axialdruck ausübt, der eine axiale Verschiebung
des Bausatzes Antriebskern 19 /Greifbacken 17 zum
Inneren der Hülse 10 hin
bewirkt.
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Im
Verlaufe dieser Verschiebung schließen sich wieder die Greifbacken 17 in
Anbetracht der Aktion der schrägen
Böden auf
den schrägen
Rändern 20 oder
Laschen.
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Diese
Verschiebung wird soweit verfolgt, bis sich die Greifbacken 17 in
zurückgezogener
Position (zweite stabile Position) befinden. In dieser Position befindet
sich der Schraubenkopf 1 in der Hülse 10 eingesperrt,
und zwar in der Position, in welcher:
- – das verzahnte
Profil der Hülse 10 in
den Schraubenkopf 1 eingreift, um diesem ein Verschraubungsmoment
zu übertragen,
- – Die
Vorsprünge 22 der
Laschen stehen nicht aus der Hülse 10 heraus
und können
somit nicht das anzuschraubende Teil beschädigen. Das gleiche gilt auch
für die
Einbuchtungen 16 der Hülse 10,
die mit einer Anfasung leicht nach oben zur Öffnung der Hülse 10 hin
abschließen,
- – Die
Zentrierung der Schraube ist gleichzeitig durch Eingreifen der verzahnten
Profile 16, 5 der Hülse 10 und des Schraubenkopfes 1 und
durch das Einwirken der Vorsprünge 22 gegen
die zylindrische Portion des Schrauben-Unterkopfes 8 gesichert,
- – Die
Greifbacken 17 nehmen nicht am rotierenden Antrieb teil
und erfahren somit keine bedeutenden Spannungen: deren Mechanismus
kann somit gelindert und besser an deren Greif- und Zentrierfunktionen
angepasst werden,
- – der
rotierende Antrieb der Schraube ist direkt durch die Hülse 10 gesichert.
Zu diesem Ziel benutzt man optimal die Rohrform dieser Hülse, um die Übertragung
des Verschraubungsmoments zu sichern.
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Das
Lösen der
Schraube aus der Hülse
erfolgt, indem eine Zugkraft zwischen der Schraube und der Hülse 10 ausgeübt wird.
Unter der Wirkung dieser Zugkraft ist der Bausatz Greifbacken 17 /Antriebskern 19 nach
außen
der Hülse 10 hin
angezogen und erfährt
eine Verschiebung zur ausgestreckten Position hin.
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Im
Verlaufe dieser Verschiebung werden die Laschen auf dem schrägen Boden
der Rillen 25 gehalten und voneinander beabstandet ausgestreckt.
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In
der Endstellung (ausgestreckte Position) liegen die Enden der Laschen
auf einem genügenden Abstand
voneinander entfernt, damit der Schraubenkopf 1 herausgezogen
werden kann.