DE69501092T2

DE69501092T2 - Schraube und Schraubwerkzeug dafür

Info

Publication number: DE69501092T2
Application number: DE69501092T
Authority: DE
Inventors: Carlo Sala
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: PL177541B1; ES2111981T3; CA2145962A1; ZA952721B; EP0677667B1; IL113223A0; EP0677667A1; ITMI940710A1; DE69501092D1; JP3271868B2; IT1269314B; IL113223A; CA2145962C; US5641258A; BR9501564A; ITMI940710A0; JPH07293533A; RU2150032C1; RU95105452A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraube und auf ein Werkzeug für das Hineinschrauben und Herausschrauben dieser Schraube, wobei die Schraube von dem Typ ist, der mit einer koaxialen Aussparung in ihrem Kopf versehen ist, um mit der Spitze des Werkzeuges zusammenzupassen, welches der Einfachheit halber im Nachstehenden als das Schraubwerkzeug bezeichnet wird.
Schrauben des vorstehend angeführten Typs sind schon seit einiger Zeit bekannt, wie beispielsweise die als "Philips"- oder "Pozidrive"-Schrauben bekannten Schrauben mit einem Kreuzschlitz und jene, die als "Torx" oder "Tips" bekannt sind. Wenn sie auf modernen Maschinen mit einer hohen Produktionsrate (bis zu 800 Schrauben pro Minute) hergestellt werden, dann geben insbesondere Philips-und Pozidrive-Schrauben, die seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, Veranlassung zu einer Reihe von Problemen als Folge der Leichtigkeit, mit welcher die verwendete Ausrüstung (Stempel) zur Bildung der Aussparung in dem Kopf bricht, wobei dies zu einer beträchtlichen Produktions-Ausfallzeit führt.
Nach einer Menge an Untersuchungen und Versuchen ist geschlußfolgert worden, daß dieser Nachteil besonders die Folge der Tatsache ist, daß der Stempel aus ziemlich dünnen Teilen besteht, welche leicht brechen, wenn der Stempel einer beträchtlichen Anzahl von Stößen pro Zeiteinheit ausgesetzt wird, wie dies bei den gegenwärtigen hochproduktiven Maschinen erforderlich ist. Aus ähnlichen Gründen unterliegt die Spitze des entsprechenden Schraubendrehers oder Schraubwerkzeugs einem schnellen Verschleiß mit der wahrscheinlichen Möglichkeit des Brechens einiger dieser Teile.
Diese bekannten Schrauben leiden auch unter dem nicht unbeträchtlichen Nachteil, daß ein bedeutender axialer Druck durch den entsprechenden Schraubendreher oder das motorisierte Schraubwerkzeug ausgeübt werden muß, wenn geschraubt wird, um zu verhüten, daß die entsprechende Spitze aus dem Schlitz in der Schraube entweicht. Der axiale Druck für das Schrauben kann einen solchen Wert erreichen, daß die Teile deformiert werden, in welche die Schraube eingeführt wird, wenn diese nicht ausreichend stabil sind (zum Beispiel im Fall von Laminaten).
Die Torx- oder Tips- Schrauben leiden nicht unter dem Nachteil des Entweichens der Spitze aus dem Schraubenschlitz. In dieser Hinsicht wird bei solchen Schrauben - deren Schlitz eine gewellte Sternform im Grundriß hat - die Seitenwand ihres Schlitzes durch eine zylindrische Fläche gebildet, deren Leitlinie Sternform hat und deren Erzeugende parallel zur Schraubenachse liegt. Zusätzlich ist die Gestaltung des Schlitzes - und demzufolge auch des Stempels, der benutzt wird, um den Schlitz zu bilden und der Spitze des entsprechenden Schraubwerkzeuges für die spezielle Schraube - ziemlich stabil und demzufolge in der Lage, den hohen Bearbeitungsraten gegenwärtig zur Verfügung stehender Maschinen standzuhalten. Jedoch ist der entsprechende Stempel in der Herstellung wegen seiner speziellen Gestaltung mit gekrümmter Oberfläche ziemlich teuer. Zusätzlich kompliziert die Tatsache, daß der Schlitz nicht konisch zulaufend ist, die Kaltformung des Schlitzes, wodurch die Anzahl der Schrauben, die man pro Zeiteinheit erhalten kann, im Vergleich zu der maximal theoretisch erreichbaren wesentlich reduziert wird. Dies führt dazu, daß die Kosten für solche Schrauben beträchtlich höher als Schrauben mit einem traditionellen Schlitz sind.
Eine Schraube entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist z.B. aus US-A-3,295,572 und EP-A-0 430 563 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die angeführten Nachteile der bekannten Schlitzschrauben dadurch zu beseitigen, daß für eine Schraube gesorgt wird, welche, obwohl sie nur eine kleine Kraft zum Schrauben erfordert, mit einer Rate pro Zeiteinheit hergestellt werden kann, die gleich der maximal durch moderne Maschinen für kaltgeformte Schrauben erreichbar ist und deren Schlitz so gestaltet ist, daß weder der Stempel für die Kaltformung des Schlitzes, noch die Spitze des entsprechenden Schraubwerkzeuges einem Brechen ausgesetzt wird und beide eine beträchtliche Verschleißbeständigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird mit der Schlitzschraube und dem entsprechenden Werkzeug für das Hineinschrauben und Herausschrauben der Schraube entsprechend der vorliegenden Erfindung erreicht.
Speziell haben diese Schrauben eine koaxiale Aussparung, welcher in der Draufsicht eine Anordnung in der Gesamtgestalt eines Sterns mit sechs angefasten Spitzen hat, wobei die Seitenwand der Aussparung nach außen konisch erweitert ist und welche dadurch gekennzeichnet sind, daß die Flächen, die die Seitenwand der Aussparung bilden, zur Schraubenachse hin mit einem Winkel zwischen 7 und 15 Grad geneigt sind, die Seiten der angefasten Spitzen ebene Flächen haben, von denen Paare an der Seitenwand der Aussparung sechs entsprechende Rippen mit dem Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks bilden, wobei der Winkel am Scheitelpunkt der gleichschenkligen Dreiecke im wesentlichen 90 Grad ist und die Höhe des Dreiecks im wesentlichen gleich der Hälfte der Länge der Basis des gleichschenkligen Dreiecks ist.
Ein konisch zulaufender Aussparungswinkel zwischen 7 und 15 Grad gestattet eine hohe Schrauben-Stanzrate (wobei der Stempel leicht aus der gebildeten Aussparung zurückgezogen werden kann) und ermoglicht auch, daß die Schraube ohne Ausübung einer bedeutenden Axialkraft auf das Schraubwerkzeug geschraubt werden kann.
Das Schraubwerkzeug entsprechend dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Spitze hat, die mit der Seitenwand der vorstehend angeführten Schraube zusammenpaßt.
Um das Zentrieren der Spitze des Schraubwerkzeugs innerhalb der Schraubenaussparung zu erleichtern, ist die Endfläche der Spitze als mit der Spitze koaxiale konische Fläche ausgebildet. Aus diesem Grund liegt die äußere Endfläche der Rippen mit dreieckförmigem Querschnitt, die auf der Innenwand der Aussparung vorhanden sind, auf derselben mit der Schraube koaxialen konischen Fläche, wobei ihr Scheitel zur Schraubenspitze hin zeigt, wobei der Öffnungswinkel dieser konischen Fläche größer als der oder gleich dem der konischen Fläche des Endes des Schraubwerkzeugs ist. Die Basis der Aussparung ist als konische Fläche mit ihrer Mitte auf der Schraubenachse gestaltet und in der Lage, das konische Ende des Schraubwerkzeugs aufzunehmen.
Um eine Schraube zu bilden, zu welcher kein unbefugter Zugriff erfolgen kann oder aus anderen Sicherheitsgründen kann ein koaxialer Stift oder Zapfen am Grunde der Aussparung vorgesehen werden.
Auf diese Weise ist es, wenn die Spitze des Schraubwerkzeuges an seiner Endfläche nicht mit einer koaxialen öffnung versehen ist, um diesen Stift aufzunehmen, nicht möglich, dieses Werkzeug für das Herausschrauben dieser Schrauben zu verwenden.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen einer Schraube entsprechend der Erfindung und auch eines Schraubwerkzeuges, ebenfalls entsprechend der Erfindung, besser offenkundig. Bei dieser Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, bei welchen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Schraube ist;
Fig. 2 ein teilweiser axialer Längsschnitt durch dieselbe entlang der Linie 2 - 2 von Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform ist, bei welcher der Schraubenkopf auch mit einem Schlitz oder Zapfen des Typs versehen ist, der für traditionelle Schraubendreher geeignet ist;
Fig. 4 ein teilweiser axialer Längsschnitt durch dieselbe entlang der Linie 4 - 4 von Fig. 3 ist;
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform ist, bei welcher der Schutzstift gegen unbefugtes Benutzen oder Sicherheitsstift vorgesehen ist;
Fig. 6 ein teilweiser axialer Längsschnitt durch dieselbe entlang der Linie 6 - 6 von Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine Seitenansicht der Spitze des Schraubwerkzeuges entsprechend der Erfindung ist; und
Fig. 8 eine Ansicht desselben in der Richtung des Pfeils 8 von Fig. 7 ist.
Wie man aus Fig. 1 und 2 erkennen kann, hat die Schraube 10 einen insgesamt zylindrischen Kopf 12, in dessen Oberseite 14 eine Aussparung 16 vorgesehen ist. Es sollte beachtet werden, daß die Schraube 10 (von welcher nur der anfängliche Teil des Schaftes 26 in Fig. 2 zu sehen ist) sich von konventionellen Schrauben nur in der Form der Aussparung 16 unterscheidet. Diese letztere hat, wenn man sie im Grundriß sieht, insgesamt die Gestalt eines sechszackigen Sterns, wobei die Spitzen angefast und abgerundet sind, die Anfasungen auf einer konischen Fläche mit ihrem Scheitelpunkt auf der Achse der Schraube 10 liegen und in diesem speziellen Fall einen öffnungswinkel A von 20 Grad haben, welcher aber aus Gründen, welche im Nachstehenden offensichtlich werden, nicht kleiner als 14 Grad sein darf und ein Maximum von 30 Grad haben kann. Die restlichen ebenen Flächen 20 der Seitenwand der Aussparung 16 - von denen Paare Rippen mit dreieckigem Querschnitt bilden, die in die Aussparung 16 hinein vorspringen - sind ebenfalls um 10 Grad zur Achse 22 der Schraube 10 geneigt. Die Basis der Aussparung 16 ist eine konische Fläche 24, welche einen öffnungswinkel von 150 Grad hat.
Um sicherzustellen, daß der (nicht gezeigte) Stempel, mit welchem die Aussparung 16 hergestellt wird und die Spitze des Schraubwerkzeuges beide ausreichend robust sind, wird eine Sternform mit sechs angefasten Spitzen für die Aussparung 16 gewählt, wobei die Seiden 20 der Sternspitzen ebene Flächen sind, von denen Paare auf der Seitenwand der Aussparung 16 sechs winklig in gleichem Abstand voneinander angeordnete Rippen mit dem Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks bilden, wobei die zwei gleichen Seiten des Dreiecks durch die Seitenflächen 20 gebildet werden. Der Winkel C zwischen jedem Paar Seitenflächen 20 beträgt 90 Grad, und die Höhe D des Dreiecks ist gleich der Hälfte der Länge der Basis E des Dreiecks. Dieser Winkel könnte auch geringfügig von 90 Grad verschieden sein, doch würde dies zu Komplikationen bei der Bearbeitung führen, welche in der Praxis die Verwendung von 90 Grad erzwingt.
Um ein Selbstzentrieren der Spitze des Schraubwerkzeuges zu erreichen (siehe die folgende Beschreibung dieser Spitze), liegt das obere Ende 28 der durch die Paare ebener Seitenflächen 20 gebildeten dreieckigen Rippen auf derselben konischen Fläche koaxial zu der Schraube 10, wobei diese Fläche einen Öffnungswinkel B (Fig. 2) von 150 Grad hat.
Um eine solche Schraube (10) zu erhalten, wie sie gezeigt wird, muß die Maschine für die Herstellung derselben durch Kaltverformung mit einem Stempel versehen sein, welcher im Anschluß an den Zusammenstoß mit dem Schraubenkopf darin die Aussparung (den Schlitz) 16 erzeugt. Die Aussparung ist folglich grundsätzlich der Eindruck, welcher von dem Stempel zurückgelassen wird. Damit eine solche Maschine in der Lage ist, mit ihrem vollen Leistungsvermögen zu arbeiten, ist es wesentlich, daß der Öffnungswinkel A nicht kleiner als 14 Grad ist, weil anderenfalls die Produktionsrate wegen einer gewissen Schwierigkeit beim Herausziehen des Stempels verlangsamt wird.
Andererseits darf der Öffnungswinkel A nicht größer als 30 Grad sein, weil anderenfalls eine bedeutende Axialkraft auf den Schraubendreher für das Einschrauben der Schraube aufgebracht werden muß, wobei es (wie angegeben) dies ist, was die vorliegende Erfindung vermeiden will.
Fig. 7 und 8 zeigen einen Teil der Spitze eines Schraubwerkzeuges 30. Diese Spitze 32, insgesamt von zylindrischer Gestalt, hat ein männliches freies Ende 34, das so geformt ist, daß es mit der Seitenwand der Aussparung 16 der Schraube 10 zusammenpaßt. Was das Schraubwerkzeug 30 angeht, so ist es nicht notwendig, irgendeine weitere Beschreibung hinzuzufügen, ausgenommen, anzugeben, daß die Fläche 36 des freien Endes seiner Spitze 32 konisch ist, koaxial zu der Spitze liegt und einen Öffnungswinkel hat, der konventionellerweise gleich dem der konischen Fläche 24 der Basis der Aussparung 16 der Schraube 10 oder in jedem Fall nicht kleiner als jener ist.
Es ist offensichtlich, daß neben der Tatsache, daß sie einen Teil eines Schraubendrehers bildet, dessen restlicher Teil von konventionellem Typ ist, die Spitze das auswechselbare Bit eines motorgetriebenen Schraubendrehers oder einer elektrischen Bohrmaschine, die auch als Schraubendreher arbeitet, sein kann.
Der einzige Unterschied zwischen der in Fig. 3 und 4 gezeigten Schraube 50 und der Schraube 10 von Fig. 1 und 2 ist das Vorhandensein von zwei diametral angeordneten Schlitzen 51 von geeigneter Breite, welche in der Oberseite 54 des Kopfes 52 vorgesehen sind. Dies ermöglicht es, daß die Schraube 50 mit einem konventionellen Schraubendreher hinein- und herausgeschraubt werden kann, wenn das Schraubwerkzeug der vorliegenden Erfindung nicht verfügbar ist.
Wenn es, als Maßnahme der Sicherheit oder zum Schutz gegen einen unbefugten Zugriff erforderlich ist, zu verhüten, daß die Schraube von einer Person herausgeschraubt wird, welche nicht mit einem speziellen Schraubwerkzeug versehen ist, dann kann die in Fig. 5 und 6 gezeigte und mit 70 bezeichnete Ausführungsform verwendet werden.
Wie man sehen kann, ist der einzige Unterschied zwischen der Schraube 70 und der Schraube 10, daß sich ein koaxialer Stift oder Zapfen 73 von der Basis 84 ihrer Aussparung 76 aus nach oben erstreckt. Folglich kann eine Person die Schraube 70 nicht herausschrauben, sofern sie nicht mit einem Schraubwerkzeug versehen ist, welches zusätzlich zu der Tatsache, daß es wie mit 30 in Fig. 7 und 8 gezeigt ist, auch noch in der Mitte der Endfläche 36 seiner Spitze 32 eine (nicht gezeigte) koaxiale Bohrung hat, die den Stift oder Zapfen 73 aufnehmen kann. Der Zapfen 73 kann offensichtlich unterschiedliche Durchmesser oder unterschiedliche Querschnitte haben, um so zwischen beispielsweise Schrauben, die für verschiedene Zwecke verwendet werden, zu unterscheiden, was es ermöglicht, daß diese letzteren nur durch einen Schraubendreher oder ein geeignetes Werkzeug herausgeschraubt werden können, welches nicht generell zur Verfügung steht.

Claims

1. Schraube (10, 50, 70), die in ihrem Kopf (12, 52, 72) mit einer koaxialen Aussparung (16, 56, 76) versehen ist, um mit der Spitze eines Werkzeugs (30) zusammenzupassen, um die Schraube einzuschrauben oder herauszuschrauben, wobei die Aussparung (16, 56, 76) in Draufsicht eine Anordnung in der Gesamtgestalt eines Sterns mit sechs abgekanteten Spitzen hat, wobei die Seitenwand der Aussparung nach außen konisch erweitert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (18, 20), die die Seitenwand der Aussparung (16, 56, 76) bilden, zur Schraubenachse (22) hin mit einem Winkel zwischen 7 und 15 Grad geneigt sind, die Seiten des Sterns ebene Flächen (20) haben, von denen Paare an der Seitenwand der Aussparung sechs entsprechende Rippen mit dem Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks bilden, wobei der Winkel (C) an dem Scheitelpunkt des gleichschenkligen Dreiecks im wesentlichen 90 Grad beträgt und die Höhe (D) des Dreiecks im wesentlichen gleich der Hälfte der Länge der Basis (E) des gleichschenkligen Dreiecks ist.

2. Schraube nach Anspruch 1, bei der die äußeren Endflächen (28) der sechs Rippen auf der gleichen konischen Fläche liegen, die koaxial zu der Schraube verläuft, und deren Scheitelpunkte der Spitze der Schraube zugewandt sind.

3. Schraube nach Anspruch 2, bei der der Öffnungswinkel (B) der konischen Flächen 150 Grad beträgt.

4. Schraube nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Basis der Aussparung als eine konische Fläche (24, 84) geformt ist, die koaxial zu der Schraube verläuft und deren Scheitelpunkt der Spitze der Schraube zugewandt ist.

5. Schraube nach Anspruch 4, bei der der Öffnungswinkel der konischen Fläche (24) 150 Grad beträgt.

6. Schraube (70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der an der Basis (84) der Aussparung (76) der Schraube ein koaxialer Stift (73) vorgesehen ist.

7. Schraube (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in der Fläche des Schraubenkopfes (52), in der die Aussparung (56) vorgesehen ist, zwei diametral angeordnete Schlitze (51) vorgesehen sind, um mit einem herkömmlichen Schraubendreherwerkzeug einzugreifen.

8. Werkzeug (30) zum Einschrauben und Herausschrauben einer Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daran eine Spitze (32) vorgesehen ist, die mit der Seitenwand der Schraubenaussparung zusammenpaßt.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, bei dem die Endfläche (36) der Werkzeugspitze (32) eine konische Form hat, die zu der Achse der Spitze koaxial ist und deren Scheitelpunkt nach außen zeigt, wobei der Öffnungswinkel dieser konischen Fläche größer oder gleich dem der konischen Basisfläche (24) der Schraubenaussparung ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, bei dem in der Endfläche der Spitze eine koaxiale Vertiefung vorgesehen ist, um einen möglichen koaxialen Stift (73) aufzunehmen, der sich von der Basisfläche (84) der Schraubenaussparung (76) erstreckt.