DE69212605T2

DE69212605T2 - Schraubenkopf, mit schrägen rippen versehen und stempel zur herstellung von solchen schrauben köpfen

Info

Publication number: DE69212605T2
Application number: DE69212605T
Authority: DE
Inventors: John Grady
Original assignee: Phillips Screw Co
Current assignee: Phillips Screw Co
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2012-05-29
Also published as: US5203742A; BR9206311A; HU9400210D0; HU216698B; WO1993003284A1; EP0595830B1; MX9203193A; KR0145364B1; ES2091474T3; IE922050A1; EP0595830A1; CN1069322A; TW228484B; CA2113085A1; AU2146492A; JPH06511303A; HUT69217A; CZ16294A3; JP2535726B2; CZ282184B6

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schraubenköpfe des Typs, der in der US-Patentschrift 4 084 478 vom 18. April 1978 beschrieben und dort allgemein in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Solche Schraubenköpfe sind an einigen Flächen des Kopfes, an denen ein Antriebsmittel angreifen kann, mit Rippen zur Verriegelung mit einer Kante des Antriebsmittels versehen, um das Bestreben des Antriebsmittels, während des Eintreibens und des Entfernens außer Eingriff mit dem Schraubenkopf zu gleiten, zu reduzieren.
Bei der Herstellung solcher Rippen mit einem Metallstempel neigt das Metall des Schraubenkopfes dazu, von der Schraubenachse nach außen sowie axial zu fließen, und kann demnach die Rippe während der Kopfformoperation nicht völlig ausfüllen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist dieses Problem der unvollständigen Füllung der Rippe dadurch verbessert, daß die Rippenachse gegenüber der Schraubenachse in der Richtung des Metallflusses in einem Rippenwinkel A bezüglich einer zur Schraubenachse parallelen Ebene nach außen geneigt ist, wobei der Rippenwinkel A zwischen etwa 10 und 100 liegt, wobei die Rippe einen Öffnungswinkel am Scheitel des Dreiecks hat, der ausreichend groß ist, damit ein vertikaler Abschnitt an der geneigten Rippe einen Basiswinkel D für die Rippenfläche bildet, der gleich oder kleiner als der vertikale Flügelwinkel B ist, wobei der Öffnungswinkel in einer zur Rippenkante normalen Ebene gemessen wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf die folgende nicht einschränkende, detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen; darin sind:
Fig. 1, 2 und 3 aus der US-Patentschrift Nr. 4 084 478 entnommen;
Fig. 3A eine Ansicht ähnlich Fig. 3, die die Abschrägung zeigt, die nach der vorliegenden Erfindung auf die Rippe aufgebracht ist;
Fig. 3B eine Ansicht wie Fig. 3 aus der '478, die den Flügelwinkel B zeigt, der den Winkel angibt, um den die Seitenwand von der Mittenlinienebene des Flügels sowie vom Ort der Schnittlinie c---c abweicht;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie c-c in Fig. 3B, um den Winkel D zu zeigen, der als Basiswinkel bezeichnet ist;
Fig. 5 eine Endansicht eines Stempels, der zur Bildung der in Fig. 3A und 3B gezeigten Rippe verwendet werden kann; und
Fig. 6 eine seitliche Aufrißansicht des in Fig. 5 gezeigten Stempels.
Zur besseren Einschätzung der vorliegenden Erfindung sei Bezug genommen auf die frühere Patentschrift 4 084 478 vom 18. April 1978, deren Inhaber der Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung ist. Wie oben erwähnt, stammen Fig. 1, 2 und 3 direkt aus dieser '478-Patentschrift, um eine unnötige Wiederholung der Lehre dieser Schrift zu vermeiden. Die gesamte Offenbarung des '478-Patents ist für die vorliegende Erfindung einschlägig.
Unter Bezug auf Fig. 3A stellt diese eine Ansicht ähnlich von Fig. 3 dar, abgesehen davon, daß sie den Abschrägungswinkel A zeigt, um den der Scheitel der Rippe von einer Linie parallel zu der Schraubenkopfachse abweicht. Dieser Winkel A ist in Fig. 3A zur Veranschaulichung übertrieben groß dargestellt. In der Praxis muß er tatsächlich zwischen 1º und 10º, bevorzugt etwa zwischen 10 und 60 liegen, um zum Flußwinkel des Metalls zu passen. Der genaue Winkel läßt sich leicht experimentell bestimmen und wird eine Funktion der Größe der Flügelschlitze, der Tiefe des Schraubenkopfes, der Fließeigenschaften des Metalls, der Formtemperatur usw. sein.
Da der Stempel, der diese abgeschrägte Rippe formt, von der geformten Schraube in zu der Schraubenachse paralleler Richtung abgezogen werden muß, darf die geformte Rippe nicht mit dem Abziehen des Stempels in Konflikt geraten. Dazu ist die Rippe mit einem Öffnungswinkel versehen, der sehr groß, bevorzugt mehr als 90º ist.
Um diese Beziehung einzuschätzen, sei auf Fig. 4 Bezug genommen, wo die Fläche der Rippe aus der Sicht einer Schnittlinie c---c, die parallel zur Achse liegt, bezüglich des vertikalen Flügelwinkels einen Basiswinkel D aufweist. Dieser Basiswinkel D muß gleich oder kleiner als der vertikale Flügelwinkel B sein. Jede Formstempelfläche, die an der Fläche der Rippe angreift, kann also ohne Konflikt in vertikaler Richtung über diesen Querschnitt laufen.
Der Winkel D ist in dieser Beschreibung zweckmäßigerweise als Basiswinkel bezeichnet, und der Winkel B wird als Flügelwinkel bezeichnet. Aus der Prüfung von Fig. 38 und 4 ist zu ersehen, daß eine zu der Achse parallele Schnittebene durch die Rippe einen größeren Winkel D zeigt und der Stempel nach dem Formen des Schraubenkopfes nicht freigegeben werden kann, wenn der Öffnungswinkel klein ist.
Bei den meisten handelsüblichen Schrauben liegt der Flügelwinkel in der Größenordnung von 4º bis 5º. Bei einem Rippenabschrägungswinkel von 10 bis 60 ergibt ein Öffnungswinkel von 90º oder mehr einen Basiswinkel D, der kleiner als der Flügelwinkel ist. Liegt der Öffnungswinkel in der Größenordnung von 70º und der Abschrägungswinkel bei 12º, dann beträgt der Basiswinkel 16º, also mehr als der Flügelwinkel. In diesem Fall könnte der Stempel nicht abgezogen werden. Demnach ist es dem Fachmann klar, daß der Erfindung mehrere kritische Punkte innewohnen.
Der Rippenabschrägungswinkel sollte zwischen 10 und 100, bevorzugt zwischen etwa 1º bis 6º liegen, damit er zu dem Flußwinkel des Metalls paßt. Der Öffnungswinkel der Rippe sollte nach der Messung senkrecht zur Rippe ausreichend groß sein, bevorzugt größer als etwa 95º in Abhängigkeit von dem vertikalen Flügelwinkel B der Fläche, an der das Antriebsmittel angreifen kann. Wird der Flügelwinkel B größer, dann kann der Öffnungswinkel kleiner werden. Wird der Flügelwinkel kleiner, dann muß der Öffnungwinkel größer sein. Auf jeden Fall muß der Basiswinkel D, der durch einen Abschnitt an der Rippenfläche erzeugt und zur vertikalen Flügelfläche gemessen ist, kleiner als der vertikale Flügelwinkel sein.
Oben wurde zwar eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die Grundprinzipien lassen sich jedoch auf alle Rippen (einschließlich verjüngter Rippen) in dem in dem '478- Patent gezeigten Schraubenkopf anwenden, außer wenn der Flügelwinkel 0º beträgt (z.B. Fig. 39 des '478-Patents). In diesem Zusammenhang sei auf Fig. 38 verwiesen, die offensichtlich eine leichte Abweichung der Rippe 76 zeigt. Allerdings liegt diese Rippe innerhalb einer im wesentlichen vertikalen Ebene. Diese Rippe 76 ist keine abgeschrägte Rippe nach der Definition der vorliegenden Erfindung. Die Rippenkante der vorliegenden Erfindung ist bezüglich der Schraubenachse abgeschrägt und liegt dementsprechend in einer Ebene, die nicht zur Schraubenachse parallel ist.
Die oben beschriebene Rippenausgestaltung läßt sich durch herkömmliche Techniken in kommerziell verwendeten Stauchmaschinen ausbilden. Fig. 5 und 6 veranschaulichen einen Stempel, der zum Formen der in Fig. 3A und 3B gezeigten Rippe geeignet ist. Diese Figuren 5 und 6 ähneln Fig. 58 und 59 der US-Patentschrift 4 151 621, wurden aber zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung verändert. Der allgemein mit der Bezugsziffer 150 bezeichnete Stempel kann nach herkömmlichen Stempelformtechniken geformt, aber derart modifiziert sein, daß er die vorliegende Erfindung umfaßt. Der Stempel 150 umfaßt einen Rumpfteil 152 mit einer Stirnseite 154 und einer angeformten Spitze 156, die von der Stirnseite 154 vorsteht. Die Spitze 156 ist das Komplement zur Form der Ausnehmung, und die Stirnseite 154 des Stempels weist eine zu dem gewünschten Schraubenkopf komplementäre Form auf; er ist hier zur Veranschaulichung als Flachkopf beschrieben. Die Spitze 156 umfaßt einen zentralen Kern 158 und mehrere Blätter 160, die sich allgemein radial und von dem Kern nach außen erstrecken. Jedes der Blätter 160 weist zwei Seitenflächen 162, 164 sowie eine Endfläche 166 auf, die nach oben und von dem Außenbereich des Kerns 158 nach außen geneigt ist. Die Blätter 160 münden zur Bildung einer integralen Struktur an ihrem oberen Ende in die Stirnseite 154 des Stempels. Eine Anzahl der Flächen 162 und/oder 164 der Blätter sind mit Rillen 168 versehen, die durch Rillenseitenwände 170 begrenzt sind. Die Rillen bilden eine Querschnittsfläche und eine Ausgestaltung, die im wesentlichen identisch mit derjenigen der Rippe 26 ist, die an der Seitenwand der Ausnehmungsrille geformt werden soll. Die Tiefe der Rillen 168 liegt also in der Größenordnung von einigen tausendstel Inch oder weniger, und ihre Relativabmessungen sind in den Zeichnungen zur Verdeutlichung übertrieben. Die Rillen 168 können nach Wunsch an einer oder mehreren der Flächen 162 oder sowohl an der Fläche 162 als auch an der Fläche 164 gebildet sein. Bei dem veranschaulichten Stempel sind die Nuten 168 an den Flächen 162 von mehreren Blättern 160 geformt, die die Treibwände bilden werden. Die Rillen 168 erstrecken sich von der Unterkante 172 der jeweiligen Blattseitenwand 160 und/oder 162, wo die Seitenwände auf die Endflächen 166 treffen, und erstrecken sich im gewünschten Maße nach oben. Je nach der herzustellenden Rippenausgestaltung können sich die Rillen ganz zum Oberteil der Blätter 160 erstrecken, wo sie die Stirnseite 154 des Stempels treffen, oder unter der Verbindung des Blattes 160 mit der Stirnfläche 154 enden. Jede Rille ist derart geformt, daß sie einen dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei der Scheitel des Dreiecks die Rippenkante bildet, an der die Kante des Antriebsmittels angreifen kann. Die Achse der Nut 168 ist nach oben und von der Stempelachse nach außen in Richtung des Metallflusses bezüglich einer zu der Stempelachse parallelen Ebene um einen Winkel A geneigt. Dieser Winkel A (vgl. Fig. 3A und 6) liegt etwa zwischen 1º und 10º. Die zugehörige Seitenwand 162 des Stempels ist gegenüber der Stempelachse nach außen um einen kleinen vertikalen Flügelwinkel B zwischen 1º und 10º abgeschrägt (vgl. Fig. 3A und 6). Die Rille 168 besitzt einen Öffnungswinkel, der ausreichend groß ist, damit ein vertikaler Abschnitt an der Rille (und der geformten Rippe) einen Basiswinkel D (vgl. Fig. 4) für die Rille (und die Rippenfläche) bildet, der gleich oder kleiner als der vertikale Flügelwinkel B ist, wobei dieser Öffnungswinkel in einer zu dem Rillenscheitel normalen Ebene gemessen wird.
Da der Stempel eine Fläche aufweist, die zu dem endgültigen Schraubenkopf komplementär ist, sind die bevorzugten Bereiche für den Abschrägungswinkel A und den Flügelwinkel B die gleichen wie für den Schraubenkopf.

Claims

1. Ein Schraubenkopf, der mit einer geraden Rippe (26) an einer Fläche versehen ist, an der ein Antriebsmittel angreifen kann, umfaßt eine Seitenwand (22), wobei die Seitenwand (22) gegenüber der Schraubenachse in einem kleinen vertikalen Flügelwinkel B zwischen 10 und 100 nach außen abgeschrägt ist; wobei die Rippe (26) eine Fläche hat, die eine dreieckige Fläche bildet, welche zu einem Scheitel verläuft, welcher eine Rippenkante bildet, die von einer Kante des Antriebsrnittels erfaßbar ist, um das Bestreben des Antriebsmittels, aus dem Angriff an der Seitenwand zu gleiten, zu reduzieren, wobei der Schraubenkopf durch einen metallverformenden Stempel geformt wird, um einen Metallfluß in einer vorbestimmten Richtung hervorzurufen;

wobei die Rippenachse gegenüber der Schraubenachse nach außen in der Richtung des Metallflusses in einem Rippenwinkel (A) bezüglich einer zur Schraubenachse parallelen Ebenen geneigt ist, wobei der Rippenwinkel (A) zwischen etwa 10 und 100 liegt, wobei die Rippe (26) einen Öffnungswinkel am Scheitel des Dreiecks hat, der ausreichend groß ist, damit ein vertikaler Abschnitt an der geneigten Rippe einen Basiswinkel (D) für die Rippenfläche bildet, der gleich oder kleiner als der vertikale Flügelwinkel (B) ist, wobei der Öffnungswinkel in einer zur Rippenkante normalen Ebene gemessen wird.

2. Schraubenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenwinkel A zwischen etwa 1º und 6º liegt.

3. Schraubenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenwinkel A etwa 3º ist.

4. Schraubenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenwinkel A etwa 5º ist.

5. Schraubenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenwinkel A zwischen etwa 3º und 6º liegt.

6. Stoßwerkzeug zum Formen von Flächen, an die ein Antriebsmittel angreifen kann, an einem Ende eines drehbaren Schraubenverbinders, von dem Typ, der mit einer geraden Rippe (26) an der Fläche, an der das Antriebsmittel angreifen kann, versehen ist und eine Seitenwand (22) hat, wobei die Seitenwand (22) gegenüber der Schraubenachse in einem kleinen vertikalen Flügelwinkel B zwischen 1º und 10º nach außen abgeschrägt ist; wobei die Rippe (26) eine Fläche hat, die eine dreieckige Fläche bildet, die zu einem Scheitel verläuft, der eine Rippenkante bildet, welche von einer Kante des Antriebsmittels erfaßbar ist, um das Bestreben des Antriebsmittels, aus dem Angriff an der Seitenwand zu gleiten, zu reduzieren, wobei der Schraubenkopf durch einen metallverformenden Stempel geformt wird, um einen Metallfluß in einer vorbestimmten Richtung hervorzurufen; wobei das Stoßwerkzeug umfaßt:

einen Rumpfteil, der eine Achse und einen Endbereich, welcher längs der Achse liegt, hat, wobei der Endbereich primäre Flächen hat, die eine primäre geometrische Form festlegen, welche im wesentlichen der der primären, zu formenden Flächen, an die das Antriebsmittel angreifen kann, entspricht; und

eine Einrichtung, die wenigstens eine Längsrille mit relativ kleinen Querschnittsabmessungen in wenigstens einer der primären Flächen des Endbereichs bildet, wobei sich die Rille insgesamt längs der Achse erstreckt, wodurch, wenn der Endbereich des Werkzeugs in das Material des drehbaren Befestigers gestoßen wird, die primären Flächen des Endbereichs die geometrisch geformten primären Flächen formen werden, an der das Antriebsmittel angreifen kann, und wobei die Längsrille einen Vorsprung mit relativ kleinen Querschnittsabmessungen formen wird, der sich von der wenigstens einen primären Fläche, an die das Antriebsmittel angreifen kann, aus erstreckt;

dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrille (168) einen dreieckigen Querschnitt hat, der Scheitel des Dreiecks eine Rippenkante bildet, die von der Kante des Antriebsmittels erfaßbar ist, die Rillenachse nach oben und nach außen gegenüber der Stempelachse in Richtung des Metallflusses in einem Winkel A bezüglich einer zur Stempelachse parallelen Ebene geneigt ist, wobei der Winkel A zwischen etwa 10 und 10º liegt, die zugeordnete Seitenwand des Stempels gegenüber der Stempelachse in einem kleinen vertikalen Flügelwinkel B zwischen 1º und 10º nach außen abgeschrägt ist, die Rille einen öffnungswinkel hat, welcher ausreichend groß ist, damit ein vertikaler Abschnitt der geschaffenen Rippe (26) einen Basiswinkel (D) für die Rippenfläche erzeugt, der gleich oder kleiner als der vertikale Flügelwinkel (B) ist, wobei der Öffnungswinkel in einer zur Rille normalen Ebene gemessen wird.

7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel A zwischen etwa 1º und 6º liegt.

8. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel A etwa 3º ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel A etwa 5º ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel A zwischen etwa 3º und 6º liegt.