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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf drehbar antreibbare Gewindebefestigungselemente
(Gewindeschrauben) und Schraubendreher dafür ebenso wie Vorrichtungen
und Verfahren für
ihre Herstellung (siehe z. B. DE-A-2538139, entsprechend US-A-4187892).
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung von angetriebenen Werkzeugen, um Gewindeschrauben bei
hoher Geschwindigkeit und hohen Drehmomentlasten anzutreiben, führt zu hohen
Kräften,
die durch den Schraubendreher auf die Schrauben angewendet werden.
Obwohl viele Antriebssysteme für
Gewindeschrauben, insbesondere jene mit einer mit einem Schraubendreher
in Eingriff bringbaren Ausnehmung in dem Schraubenkopf, gestaltet
sind, Flächen
zu haben, in die durch entsprechende Flächen an dem Schraubendreher eingegriffen
wird, ist ein derartiger idealer Eingriff von Fläche zu Fläche in der Praxis bestenfalls
schwierig zu erreichen. An Stelle eines Eingriffs von Fläche zu Fläche zwischen
dem Schraubendreher und der Schraube, durch den die Antriebslast über einen
breiten Flächenbereich
verteilt werden kann, konzentriert sich der Schraubendreher-Ausnehmungs-Eingriff häufig auf
kleine Bereiche oder Punkte. Dies kann aus einer Reihe von Faktoren
herrühren,
wie etwa Inkonsistenzen in der Herstellung der Schraube oder des
Schraubendrehers, ebenso wie Schwierigkeiten, auf die im Arbeitsbereich
getroffen wird. In dem Arbeitsbereich angetroffene Schwierigkeiten
können
z. B. inkludieren eine Fehlausrichtung des Schraubendrehers und
der Schraube oder das Unvermögen, den
Schraubendreher in der Ausnehmung wegen Farbe oder anderer Ablagerung,
die sich in der Ausnehmung angesammelt haben können, vollständig einzusetzen.
Selbst eine geringe Fehlausrichtung zwischen dem Schraubendreher
und der Schraube oder eine Abweichung der Schraube oder des Schraubendrehers
von Gestaltungsangaben können zu
einer wesentlichen Verringerung der Kontaktfläche zwischen dem Schraubendreher
und der Schraube führen,
was in vielen Fällen
zu einem nahe punktartigen Kontakt von mehreren Abschnitten des Schraubendrehers
und der Schraube führt.
Eine Anwendung eines hohen Drehmoments unter derartigen Umständen führt notwendigerweise
zu konzentrierten Belastungen in den Materialien des Schraubendrehers
und der Ausnehmung, was wiederum zu einem Fehler des Materials führen kann,
entweder durch plastische Verformung oder Bruch. Selbst eine geringe
plastische Verformung der Eingriffsflächen der Ausnehmung und des
Schraubendrehers kann ein Systemleistungsverhalten widrig beeinflussen. Falls
sich die Ausnehmung verformt, um rampenartige Flächen zu definieren, die von
der Vertikalen geneigt sind, kann der Schraubendreher aus der Ausnehmung
unter dem Einfluss der angelegten Last "auskurven". Eine derartige Auskurvung ist unerwünscht, nicht
nur weil sie zu vorzeitiger oder nicht steuerbarer Entkopplung des
Schraubendrehers und der Ausnehmung führt, sondern auch weil der
plötzlich
ausgerückte
Schraubendreher auf das Werkstück
rutschen und es beschädigen
kann. Außerdem kann
eine übermäßige Belastung
der Schraubendreherklinge, während
die Schraube angetrieben wird, bewirken, dass sich die Klinge auf
eine Art und Weise verformt, die den Flächenbereichskontakt mit der Schraube
reduziert und die Kontaktregion effektiv radial nach innen verlagert,
wodurch die Effektivität
des Schraubendreher-Ausnehmungs-Eingriffs reduziert und das Risiko
eines Fehlers erhöht
werden. Selbst wenn die Seitenwände
des Schraubendrehers und der Ausnehmungsflügel in einem breiten Kontakt
von Fläche
zu Fläche
eingreifen, ist der Punkt, in dem die resultierende Kraft, die durch
den Schraubendreher auf die Ausnehmungsseitenwand angewendet wird, typischerweise
in einem Einsatzzentrum, das sich im Allgemeinen in der mittleren
Region der Seitenwand befindet. Folglich wird die resultierende
Kraft auf eine Stelle angewendet, die sich im Wesentlichen radial nach
innen von der äußersten
Extremität
der Seitenwand befindet. Die vorangehenden Schwierigkeiten können angetroffen
werden, wenn die Schraube in einer Installations- oder einer Entfernungsrichtung
angetrieben wird. In vielen Anwendungen ist die Fähigkeit,
die Schraube schnell und effektiv zu entfernen, mindestens genauso,
wenn nicht kritischer als ihre Installation.
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Es
wurde eine Reihe von Eingriffssystemen für Ausnehmung und Schraubendreher
entwickelt, um die Effizienz des Antriebssystems zu steigern, das
Risiko einer Auskurvung zu verringern ebenso wie andere Aspekte
des Antriebssystems zu verbessern. Ein derartiges System, das in
Flugzeuganwendungen Verwendung gefunden hat, wird im US-Patent Re.24,878
(Smith et al.) beschrieben. Die Ausnehmungen werden durch drei oder
vier Flügel
definiert, die sich radial von dem Mittelabschnitt der Ausnehmung
erstrecken. Jeder Flügel
definiert eine Installationswand und eine Entfernungswand, von denen
beide gestaltet sind, im Wesentlichen vertikal zu sein, d. h. in
einer Ebene zu liegen, die der zentralen Achse der Schraube parallel
ist. Der Schraubendreher hat eine komplementäre Konfiguration. Das System
ist gedacht, eine axiale Ausrichtung des Schraubendrehers und der
Schraube zu befördern,
indem die Tendenz für
den Schraubendreher beseitigt wird, in der Ausnehmung "zu schaukeln" ebenso wie einer Auskurvung
zu widerstehen. Eine axiale Ausrichtung und eine vollständige Aufnahme
des Schraubendrehers innerhalb der Ausnehmung sind wesentlich, um den
Nutzen der vertikal ausgerichteten Antriebs- und Entfernungswände zu erhalten.
Selbst bei diesem System kann eine Anwendung von hohen Drehmomentlasten
eine gewisse Verformung der Flügel
des Schraubendrehers auf eine Art und Weise bewirken, die dazu tendiert,
den Bereich der Kontaktregion zwischen den Schraubendreherklingen
und den Wänden
der Ausnehmungsflügel
zu reduzieren ebenso wie die Kontaktregion radial nach innen zu
verschieben. Dies wiederum erhöht
das Risiko von plastischer Verformung der Ausnehmung, die zu einer
progressiven Verschlechterung des Schraubendreher-Ausnehmungs-Eingriffs
mit resultierenden widrigen Konsequenzen führen kann.
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Ein
anderes Schraubendreher-Ausnehmungs-Eingriffssystem wird im US-Patent Nr. 3,237,506
(Muenchinger) beschrieben, das in Schrauben einbezogen wurde, die
für eine
kommerzielle Anwendung unter der Handelsbezeichnung Pozidriv® kommerziell
entwickelt werden. Zu den Charakteristika des Systems Pozidriv® gehört, dass
die Seitenwände
von jedem der Flügel
der Ausnehmung gestaltet sind, in einer Ebene zu liegen, die im
Wesentlichen vertikal ist. Eine Ausbildung derartiger im Wesentlichen
vertikaler Seitenwände
durch die konventionelle Technik zum Kaltanstauchen von Köpfen (cold
header technique), in der eine Zweischlag-Anstauchmaschine auf das
Ende des Drahtes oder eines anderen Materials, aus dem die Schraube
hergestellt wird, auftrifft, während
der Draht in einer Modellform der Anstauchmaschine gestützt wird,
geschieht zuerst mit einem Stempel, der eine Blüte (ein teilweise ausgebildeter
Kopf) in dem Ende des Schraubenformlings bildet, und dann mit einem
abschließenden Stempel,
der den Kopf fertig bearbeitet und die mit einem Schraubendreher
in Eingriff bringbare Ausnehmung bildet. Die Operation wird automatisch
und bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt. Die Stempel schlagen gegen
das Kopfende des Schraubenformlings auf und werden von ihm zurückgezogen
entlang der Längsachse
des Schraubenformlings. Zu den Beschränkungen, die dem Anstauchprozess
inhärent sind,
gehört,
dass die Ausnehmungsgestaltung frei von unterschnittenen Regionen
sein sollte, d. h. Regionen, die, obwohl sie ausbildbar sind, wenn
der Stempel auf den Schraubenkopf auftrifft, ausgelöscht würden, wenn
der Stempel zurückgezogen wird.
Das Muenchinger-Patent beschreibt eine Ausnehmung und eine Stempelkonfiguration,
die gedacht sind, den Effekt eines "Wegfallens von Metall" zu reduzieren oder
zu beseitigen, der tendiert aufzutreten, wenn eine Ausnehmung in
einen Schraubenkopf gestoßen wird.
Das Ergebnis der Erscheinung eines Wegfallens von Metall ist, dass
die Ausnehmung nicht präzise
der Konfiguration des Stempels zum Bilden einer Ausnehmung entspricht.
Das Fehlen einer genauen Übereinstimmung
führt zu
einer Ausnehmung, die eine erhöhte
Auskurvung aufweisen wird und die Schraubendreherstabilität reduzieren
wird, was zu einer losen wackligen Passform zwischen dem Schraubendreher
und der Ausnehmung führt.
Diese Schwierigkeiten führen
zu einer verringerten Drehmomentfähigkeit der gepaarten Schraube
und Schraubendreher.
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Die
US-Patente Nr. 4,187,892 (Simmons) und 5,120,173 (Grady) beschreiben
ein Antriebssystem für
Gewindeschrauben, in denen absichtlich verformbare Rippen an zwei
oder mehr der mit einem Schraubendreher in Eingriff bringbaren Seitenwände von
einem oder beiden der Ausnehmung und des Schraubendrehers vorgesehen
sind. Die Rippen ragen leicht von den Seitenwänden hervor und sind gestaltet,
die Rippen zu verformen oder eine Verformung von ihnen zu bewirken,
in die sie auf eine Art und Weise eingreifen, die einen verriegelnden
Eingriff vorsieht. Der verriegelnde Eingriff der Rippen widersteht
einer Auskurvung. Derartige Anti-Auskurvungsrippen
können
in Ausnehmungen einbezogen werden, die im Wesentlichen vertikale
Antriebswände
haben, ebenso wie jene Ausnehmungen, in denen die Seitenwände wesentlich
von der Vertikalen geneigt sind. Die Rippen werden während des
Kaltanstauchprozesses gebildet, in dem der Schraubenkopf mit Ausnehmung
in einer Zweischlag-Anstauchmaschine gebildet wird.
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Obwohl
die Einbeziehung von Anti-Auskurvungsrippen in den Kreuzschlitzschrauben
das Antriebsleistungsverhalten der Schrauben wesentlich verbessert,
können
einige Typen von Kreuzschlitzschrauben Kompromisse in der Gestaltung
erfordern, um die Vorteile der Anti-Auskurvungsrippen zu inkludieren. Die
Anti-Auskurvungsrippen können
nicht auf eine Art und Weise gebildet werden, die einen Unterschnitt
hinterlassen würde,
was dazu führen
würde, dass
die Rippe herausgerissen wird, während
der Stempel, der die Ausnehmung bildet, herausgezogen wird. In Ausnehmungen
mit im Wesentlichen vertikalen Seitenwänden muss die Anti-Auskurvungsrippe auch
im Wesentlichen vertikal und parallel zu der Schraubenachse sein.
Obwohl es wünschenswert wäre, derartige
Rippen in einem maximalen radialen Abstand von der zentralen Achse
der Schraube anzuordnen, d. h. in den radialeren außenliegenden
Regionen der Ausnehmungsseitenwände,
verringert sich die Höhe
der Ausnehmungsseitenwände
progressiv in einer Höhe
zu ihren radialen Extremitäten. Folglich
ist die vertikale Höhe
der Rippe notwendigerweise zu den radialen Extremitäten sehr
kurz. In eine derartige Rippe kann nur durch eine gerippte Schraubendreherklinge
nahe dem oberen Ende der Ausnehmung benachbart zu der oberen Fläche des
Schraubenkopfes eingegriffen werden. Eine kurze Rippe, die so angeordnet
ist, stellt ein größeres Risiko
eines ungeeigneten Eingriffs oder Nicht-Eingriffs durch den gerippten
Schraubendreher dar. Folglich wurde eine Anti-Auskurvungsrippe,
insbesondere in einer Ausnehmung mit vertikalen oder nahezu vertikalen
Antriebswänden,
typischerweise radialer nach innen entlang der Seitenwand angeordnet.
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Zu
den Kompromissen, die zu betrachten sind, wenn eine gerippte Ausnehmung
eingesetzt wird, gehört
auch, dass der Vorsprung der Rippe in die Hülle des Ausnehmungsflügels notwendigerweise
erfordert, dass entweder die Breite des Flügels erhöht wird oder dass die Breite
der sich paarenden Schraubendreherklinge reduziert wird, um diesen Vorsprung
unterzubringen. Dies erfordert wiederum eine Reduzierung der Masse
von Material des Schraubenkopfes oder der Schraubendreherklingen oder
von beiden, damit die Schraubendreherklinge richtig in die Ausnehmung
eingeführt
werden kann. Dieser Gestaltungskompromiss kann insbesondere in jenen
Anwendungen ausgeprägt
sein, wo es wünschenswert
ist, eine Anti-Auskurvungsrippe in sowohl den Installations- als
auch den Entfernungsseitenwänden
der Ausnehmungsflügel
vorzusehen. Zusätzliche
Komplikationen resultieren aus der Wunschvorstellung, dass derartige
Ausnehmungen mit existierenden Schraubendrehern kompatibel sein sollten.
In vielen Fällen
kann die Einbeziehung von Anti-Auskurvungsrippen in der Ausnehmung
das Ausmaß beschränken, zu
dem ein existierender Schraubendreher in die Ausnehmung eindringen kann,
wobei möglicherweise
ein Eindringen in voller Tiefe verhindert wird, was folglich die
Effektivität
einer Drehmomentübertragung
reduziert.
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Die
Anti-Auskurvungsrippen, die in Kreuzschlitzschraubensysteme einbezogen
wurden, hatten typischerweise ein V-geformtes Querschnittsprofil,
das einen relativ scharfen Scheitel entlang der Länge der
Rippe definiert. Wenn eine derartige Schraube zur Verwendung in
einer Umgebung gedacht ist, wo ein Überzug ihre Funktion verbessern wird
(z. B. ein Antikorrosionsüberzug),
kann erwartet werden, dass der sehr kleine Be reich einer Überschneidung
des Schraubendrehers und der Ausnehmungsrippen zu hohen Belastungen
führt,
die ausreichend sind, den Überzug
zu brechen, insbesondere, wenn der Schraubendreher auch Rippen an
seinen Klingen hat.
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Es
wäre wünschenswert,
Verbesserungen in Kreuzschlitzschrauben und Schraubendrehern vorzusehen,
durch die die vorangehenden und andere Schwierigkeiten reduziert
oder beseitigt werden.
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In
einem Aspekt wird eine Gewindeschraube mit einer mit einem Schraubendreher
in Eingriff bringbaren Ausnehmung, die an einem Ende von ihr ausgebildet
ist, vorgesehen, wobei die Ausnehmung umfasst einen zentralen Abschnitt;
eine Vielzahl von Flügeln,
die von dem zentralen Abschnitt nach außen gehen, wobei die Flügel jeder
durch ein Paar von Seitenwänden
und eine sich an die Seitenwände
anschließende
Endwand definiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
eine der Seitenwände
eine ausgesparte Region hat, die radial einwärts ihrer zugehörigen Endwand
definiert ist, um eine relativ erhöhte Drehmomentauflage (Drehmomentübertragungsfläche) zwischen
der Endwand und dem zentralen Abschnitt der Ausnehmung zu definieren, wobei
die Drehmomentauflage lang gezogen ist und sich in Längsrichtung
entlang der Verbindung der Endwand und der mindestens einen Seitenwand
erstreckt.
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In
einem anderen Aspekt wird ein Schraubendreher für einen Eingriff mit einer
Ausnehmung in dem Ende einer Gewindeschraube vorgesehen, umfassend
einen Schaftabschnitt und einen Ausnehmungseingriffsabschnitt, der
an einem Ende des Schaftabschnitts ausgebildet ist, wobei der Ausnehmungseingriffsabschnitt
einen zentralen Kern und eine Vielzahl von Klingen aufweist, die
von dem Kern nach außen
gehen, wobei jede Klinge mindestens eine Antriebswand und eine äußere Wand
aufweist; mindestens einer Rippe, die in mindestens einer Seitenwand
von mindestens einer der Klingen ausgebildet ist, gekennzeichnet
dadurch, dass die mindestens eine Rippe eine sich verringernde Querschnittsfläche in einer
radial nach innen gehenden Richtung derart hat, dass die radial äußersten
Enden der Rippen den breitesten Abschnitt der Schraubendreherklinge
definieren.
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In
noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Stempel zum Ausbilden
eines Kopfes einer Gewindekreuzschlitzschraube vorgesehen, umfassend
einen Stempelkörper
mit einer Fläche
und einer ganzheitlichen Nase, die aus der Fläche hervorragt, wobei die Nase
das Gegenstück
der Form der Schraubenausnehmung ist und die Fläche eine Gegenform zu der des
gewünschten
Schraubenkopfes ist; die Nase einen zentralen Kern und eine Vielzahl von
Klingen inkludiert, die sich radial und nach außen gehend von dem Kern erstrecken,
wobei jede der Klingen ein Paar von Seitenwänden und eine Endwand hat,
die Endwand aufwärts
und nach außen von
der äußeren Region
des Kerns geneigt ist; die Klingen an ihren oberen Enden in die
Fläche
des Stempels übergehen,
um einen ganzheitlichen Aufbau zu definieren, gekennzeichnet dadurch,
dass mindestens eine der Seitenwände
von einer der Klingen konfiguriert ist, eine erhöhte Region zu definieren, die
sich von der Endfläche
des Stempels nach unten zu der Endwand der Klinge erstreckt, die
erhöhte
Region durch mindestens eine Setzstufe definiert ist, die sich entlang
der Verbindung der erhöhten und
nicht erhöhten
Abschnitte der Klingenseitenwand erstreckt, jede von der erhöhten Fläche und den
Setzstufen einen positiven Zugwinkel haben, wobei die erhöhte Region
eine entsprechende Ausnehmung oder ausgesparte Region in der Schraube
bilden kann.
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In
einem zusätzlichen
Aspekt wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Ausnehmung in dem Kopf
einer Gewindeschraube vorgesehen, umfassend: Aufprallenlassen der
Fläche
eines Stempels gegen das Ende der Schraube, wobei das Ende des Stempels
einen solchen Umriss aufweist, um mindestens einen Teil der äußeren Form
des Schraubenkopfes auszubilden; Bewirken, dass während des Aufprallens
Metall in dem Kopfende der Schraube fließt, um eine Ausnehmung mit
einem zentralen Abschnitt und einer Vielzahl von Flügeln, die
von dem zentralen Abschnitt nach außen gehen, auszubilden, wobei
jeder der Flügel
ein Paar von Seitenwänden und
eine Endwand hat, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Bildung der Flügel ein
Abschnitt des Kopfes, der die Seitenwand definiert, veranlasst wird
zu fließen,
um eine ausgesparte Region entlang der Seitenwand auszubilden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist zur Verwendung in einer Schraubenausnehmung mit
einem zentralen Abschnitt und einer Vielzahl von Flügeln, die
von dem zentralen Abschnitt nach außen gehen, angepasst. Die Flügel werden
durch ein Paar von Seitenwänden
und eine Endwand definiert. Zwei oder mehr der Seitenwände der
Flügel
inkludieren eine ausgesparte Region, die sich von der oberen Kante
der Seitenwand nach unten zu dem Boden der Seitenwand erstreckt.
Die Breite der ausgesparten Region, gemessen radial entlang der
Seitenwand, kann sich progressiv von dem Oberteil zu dem Boden der
Seitenwand verringern. Die ausgesparte Region ist konfiguriert,
einen verlängerten
Streifen zu hinterlassen, der hierin als eine "Drehmomentauflage" bezeichnet wird, die sich entlang des äußeren Randes der
Seitenwand erstreckt. Die Drehmomentauflage ist angepasst, durch
den radial äußeren Rand
der Schraubendreherklinge eingegriffen zu werden, während die
ausgesparte Region leicht von der Schraubendreherklinge beabstandet
verbleibt. Wenn der Schraubendreher mit der Ausnehmung gepaart ist, werden
die äußeren Ränder der
Schraubendreherklingen gegen die Drehmomentauflagen drücken, während die
mehr radial nach innen aufgestellten Abschnitte der Klingen von
der Seitenwand in der ausgesparten Region leicht beabstandet verbleiben
werden, wobei sie nicht in der Lage sind, eine Kraft zu der ausgesparten
Region zu übertragen.
Das Drehmoment, das durch den Schraubendreher entwickelt wird, wird
somit auf den Schraubenkopf entlang der Drehmomentauflagen angewendet,
wobei dadurch sichergestellt wird, dass die Antriebskraft in den
am meisten radial äußeren Regionen
der Ausnehmungsseitenwände
angewendet wird. Durch eine derartige Maximierung des Hebelarms
der Kraft, die durch die Schraubendreherklingen angewendet wird,
kann ein maximales Drehmoment auf die Schraube ohne Anwenden übermäßiger Kräfte auf
die Ausnehmungsseitenwand übertragen
werden. Folglich wird das Risiko einer nachteiligen plastischen
Verformung der Ausnehmung reduziert.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann die Ausnehmung ausgebildet werden, eine zusätzliche nicht ausgesparte Rippe
zu hinterlassen, die sich entlang des inneren Randes der Antriebswände erstreckt.
Eine derartige innere Rippe kann dazu dienen, in die innersten Regionen
der Schraubendreherklinge einzugreifen, nahe der Wurzel der Klinge,
um eine zusätzliche
Stabilisierung für
den gepaarten Schraubendreher vorzusehen. Durch Vorsehen sowohl
der Drehmomentauflagen an dem äußeren Rand
der Flügelseitenwände als
auch stabilisierender Rippen an dem inneren Rand wird das Risiko
der Fehlausrichtung des Schraubendrehers mit der Ausnehmung reduziert.
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Eine
weitere Ausführungsform
bezieht sich auf die Konfiguration des Kopfstempels, durch den die
Ausnehmung ausgebildet werden kann. Der Stempel ist mit erhöhten Flächen an
einer oder beiden der Antriebswände
der Stempelflügel
versehen, wobei die erhöhten
Flächen
angepasst sind, die ausgesparten Regionen in der Seitenwand der
entsprechenden Ausnehmung auszubilden. Keine der Flächen, die
eine erhöhte
Region definieren, ist in einer Art und Weise ausgerichtet, um unterschnittene
Flächen
in der resultierenden Ausnehmung zu bilden. Alle Flächen der
erhöhten
Region sind ausgerichtet, einen positiven Zugwinkel vorzusehen.
Wenn der Stempel die Ausnehmung bildet, kann er folglich zurückgezogen
werden, ohne etwas von den ausgebildeten Flächen zu beschädigen oder
herauszureißen. Die
Geometrie der erhöhten
Region kann auf eine Art und Weise ausgewählt werden, um die Geometrie und
die Abmessungen der resultierenden Drehmomentauflage und Stabilisierungsrippe
der resultierenden Ausnehmung zu definieren, um gewünschte Ausnehmungscharakteristika
vorzusehen. Die Konfiguration des Stempels ist derart, dass sie
die Ausbildung einer Drehmomentauflage in einer im Wesentlichen
vertikalen oder nicht-vertikalen Ausnehmungsseitenwand gestattet,
in der die Drehmomentauflage in einem beträchtlichen Winkel zu der Längsachse der
Schraube geneigt ist.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
ist ein sich paarender Schraubendreher vorgesehen und inkludiert
eine oder mehr Rippen, die aus den Seitenwänden des Schraubendrehers hervorragen. Die
Breite des Ausnehmungsflügels
wird zwischen den nicht ausgesparten Flächen der Antriebswände definiert,
kann betrachtet werden, eine Ausnehmungshülle zu definieren, die die
Hülle eines
Schraubendreherbits aufnimmt, wobei die Hüllen dimensioniert sind, sich
eng miteinander innerhalb der Grenzen von praktischen Toleranzen
zu paaren. Die Hülle, die
durch einen Schraubendreher definiert wird, inkludierend die Schraubendreherrippen,
wird ausgewählt,
der Hülle
zu entsprechen, die durch eine nicht ausgesparte Ausnehmung definiert
wird. Dies ermöglicht
dem Schraubendreher, richtig mit der Ausnehmung ineinanderzugreifen,
ob die Ausnehmung eine konventionelle kommerziell verfügbare Ausnehmung
ist oder in Übereinstimmung
mit Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die oben zusammengefasst sind, modifiziert
ist. Die verlängerten Schraubendreherrippen
sind ausgerichtet, sich allgemein senkrecht zu der äußeren Flügelwand
der Schraubendreherklinge zu erstrecken, sodass wenn mit einer Ausnehmung
gepaart, die in Übereinstimmung
mit Ausführungsformen
der Erfindung ausgebildet ist, sich die Schraubendreherrippen im
Allgemeinen senkrecht zu der Ausrichtung ihrer zugehörigen Drehmomentauflage
erstrecken werden. Die Rippen können
ausreichend in die Drehmomentauflage eingreifen und sich eingraben,
um den Widerstand gegen Auskurvung zu verbessern, während dies
mit wesentlich geringerer Verformung geschieht, als sie aus einem
Eingriff von Schraubendreherrippen mit einer konventionellen Anti-Auskurvungsrippe in
der Flügelwand
resultiert. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind
die Rippen des Schraubendrehers ausgebildet, in einer radial nach
innen gehenden Richtung auszulaufen, wobei dadurch dem transversalen
Querschnitt der Schraubendreherrippen gestattet wird, sich in einer
radial nach außen
gehenden Richtung zu vergrößern, aber
ohne Vergrößerung der
Abmessungen der Schraubendreherhülle über jene
der Ausnehmungshülle
hinaus.
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Zu
den Zielen der Erfindung gehört,
ein verbessertes Antriebssystem für eine Gewindekreuzschlitzschraube
vorzusehen.
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In
einer Ausführungsform
ist es möglich,
eine Gewindekreuzschlitzschraube vorzusehen, in der die Antriebskraft
durch einen sich paarenden Schraubendreher auf die radial äußeren Regionen
der Antriebswand (Antriebswände)
der Ausnehmung angewendet wird, um den Hebelarm der Antriebskräfte zu maximieren,
die auf die Schraube angewendet werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist es möglich,
eine verbesserte Gewindekreuzschlitzschraube vorzusehen, in der
ein ausgewählter
Grad eines Drehmoments entwickelt werden kann, während ein reduzierter Grad
einer Belastung auf die Schraube im Vergleich zu der Belastung angewendet wird,
die anderenfalls in Abwesenheit einer zu beschreibenden Ausführungsform
der Erfindung angewendet würde.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es möglich,
einen verbesserten gerippten Schraubendreher vorzusehen, der für eine Verwendung
mit einer Ausnehmung angepasst ist, die in Übereinstimmung mit einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung hergestellt wird, kompatibel dennoch auch mit konventionellen
Ausnehmungen.
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Eine
Ausführungsform
richtet sich auf eine Kreuzschlitzschraube, die eine Ausnehmung
des beschriebenen Typs hat, in der die Ausnehmung zu konventionellen
Schraubendrehern ebenso wie dem verbesserten Schraubendreher einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kompatibel ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht einen Schraubendreher mit Rippen vor, die angeordnet und ausgerichtet
sind, eine maximale Drehmomentübertragung
zu bewirken, während
der Schaden für
die Ausnehmung reduziert wird.
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Eine
andere Ausführungsform
sieht einen Schraubendreher für
eine Kreuzschlitzschraube vor, die Rippen inkludiert, die allgemein
senkrecht zu der Endwand der Klingen des Schraubendrehers ausgerichtet
sind.
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Noch
eine weitere Ausführungsform
sieht einen Schraubendreher des beschriebenen Typs vor, in dem die
Rippen an den Schraubendreherklingen angepasst sind, in eine Drehmomentauflage
in einer Ausnehmung einzugreifen, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der Erfindung ausgebildet ist.
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Noch
eine weitere Ausführungsform
sieht eine Ausnehmung für
eine Gewindeschraube vor, in der die angewendete Kraft des Schraubendrehers auf
die Ausnehmung in den radial äußersten
Regionen der Flügel
der Ausnehmung ist und in der eine stabilisierende Rippe in den
radial nach innen gehenden Regionen der Flügel vorgesehen ist, um den Schraubendreher
in Bezug auf die Ausnehmung zu stabilisieren.
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Eine
zusätzliche
Ausführungsform
sieht einen Kopfstempel zum Herstellen von Kreuzschlitzschrauben
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung vor.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht ein Verfahren zum Herstellen derartiger Kreuzschlitzschrauben
vor.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorangehenden und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden
aus der folgenden weiteren Beschreibung davon mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen vollständiger
erkannt, worin:
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1 ein Aufriss einer gepaarten
Schraube und einem Schraubendreher ist, in der die Kreuzausnehmung
in dem Schraubenkopf modifiziert wurde, um die Erfindung einzubeziehen;
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2 eine Draufsicht einer
Schraube mit Kreuzausnehmung ist, die eine Ausnehmung mit Flügeln mit
im Wesentlichen vertikalen Seitenwänden und modifiziert in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung einsetzt;
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3 eine Schnittdarstellung
einer Ausnehmung in der vorliegenden Erfindung ist, wie entlang der
Linie 3-3 von 2 gesehen;
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4 eine zerlegte isometrische
Veranschaulichung einer Ausnehmung ist, die die vorliegende Erfindung
verkörpert;
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5 eine vergrößerte Draufsicht
einer Ausnehmung und eines gepaarten gerippten Schraubendrehers
der vorliegenden Erfindung ist, wie in einem Schnitt entlang der
Linie 5-5 in 1 gesehen;
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6 eine vergrößerte Draufsicht ähnlich zu der
von 5 ist, in der die
Ausnehmung mit einem konventionellen nicht-gerippten Schraubendreher gepaart
ist;
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7A eine schematische Veranschaulichung
einer Flügelseitenwand
einer nicht-gerippten konventionellen Ausnehmung und des Standorts
des Einsatzzentrums in der Seitenwand ist;
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7B eine schematische Veranschaulichung
einer Flügelseitenwand,
die die vorliegende Erfindung verkörpert, und des Standorts des
Einsatzzentrums in der Drehmomentauflage der Seitenwand ist;
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8 eine Endansicht eines
gerippten Schraubendrehers der vorliegenden Erfindung ist;
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9 eine Seitenansicht eines
gerippten Schraubendrehers der vorliegenden Erfindung ist;
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9A eine Schnittdarstellung
des Schraubendreherflügels
ist, wie entlang der Linie 9A-9A von 9 gesehen;
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9B eine vergrößerte Schnittdarstellung ist,
die quer durch die äußere Region
einer Schraubendreherrippe genommen wird, wie entlang der Linie
9B-9B 9 gesehen;
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9C eine querlaufende Schnittdarstellung ist,
genommen durch eine Schraubendreherrippe in einem radialer nach
innen verlaufenden Standort als dem von 9B und wie entlang der Linie 9C-9C von 9 gesehen;
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10 eine Seitenansicht eines
Kopfstempels ist, der konfiguriert ist, die Ausnehmung der vorliegenden
Erfindung in einer Flachkopfschraube auszubilden;
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11 eine Endansicht des formenden Stempels
von 10 ist; und
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12 eine Perspektivansicht
des formenden Stempels ist, der in 10 und 11 gezeigt wird.
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Beschreibung der veranschaulichenden
Ausführungsformen
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1 zeigt kombinierte Kreuzschlitzschraube 10 und
einen Schraubendreher 12, wobei der Schraubendreher in
die Ausnehmung in axialer Ausrichtung mit der Schraube vollständig eingesetzt
ist. Während
die Erfindung veranschaulicht wird, als in die Ausnehmungs- und
Schraubendreherkonfiguration des Typs einbezogen zu sein, der im
US-Patent 3,237,506 (Muenchinger) beschrieben wird, können die
Prinzipien der Erfindung mit anderen Typen von Konfigurationen einer
Kreuzschlitzschraube eingesetzt werden. 2–4 veranschaulichen die Erfindung
als in eine Muenchinger-Ausnehmung in einer Flachkopfschraube einbezogen.
Die mit einem Schraubendreher in Eingriff bringbare Ausnehmung hat
eine vieleckige Form, die im Grundriss als allgemein kreuzförmig definiert
werden kann. Die Ausnehmung inkludiert einen mittleren Abschnitt 14 und
eine Vielzahl von Flügeln 16,
die von dem mittleren Abschnitt 14 strahlenförmig wegführen. Die
Flügel 16 sind
durch nach unten und nach innen geneigte Zwischenwände 18 voneinander
getrennt. Die Bodenregionen der Flügel 16 und Zwischenwände 18 vereinigen
sich in einen allgemein konkaven Ausnehmungsboden 20. In
der veranschaulichenden Ausführungsform
wird jeder der Flügel 16 durch
ein Paar von dreieckigen Seitenwänden 22, 22' und eine Endwand 24 definiert,
die nach unten und nach innen von dem Oberteil des Schraubenkopfes
zu der Bodenwand 20 der Ausnehmung geneigt ist. In der
folgenden Beschreibung der Erfindung wird die Schraube als rechtsdrehend
betrachtet, in der die Seitenwand 22 als die Antriebswand
dient, wenn die Schraube installiert wird, und in der die entgegenliegende
Seitenwand 22' als
die Antriebswand dient, wenn die Schraube entfernt wird. In der
folgenden Beschreibung ist die Einbeziehung einer Strichmarkierung
zu einem Bezugszeichen gedacht, eine Struktur oder ein Element zu
bezeichnen, die/das mit einer Entfernung der Schraube in Verbindung
steht. Aus der folgenden Beschreibung sollte verstanden werden, dass
zur Vereinfachung Verweise auf Komponenten oder Elemente einer Seitenwand
auch auf eine Seitenwand im entgegenliegenden Sinn angewendet werden
können,
je nachdem ob die Bezugszeichen mit einer Strichmarkierung in Verbindung
stehen oder nicht.
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Die
veranschaulichende Ausnehmung, die in kommerziell verfügbaren Schrauben
unter der Bezeichnung Pozidriv®-Schrauben einbezogen
ist, wird durch im Wesentlichen vertikale Antriebswänden 22, 22' gekennzeichnet,
d. h. Antriebswände,
die in einer Ebene liegen, die sich im Wesentlichen parallel zu der
mittleren Achse 26 der Schraube erstrecken. Die Zwischenwände 18 werden
gebildet, um Mulden 19 zu bilden, die sich nach unten in
die Ausnehmung erstrecken. Die obere Fläche 28 des Schraubenkopfes kann
auch mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Vertiefungen 30 ausgebildet
sein, die sich mit den oberen Enden der Mulden 19 vereinigen.
Die muldenförmigen
Zwischenwände 18 und
Vertiefungen 30 werden während des Anstauchens der Schraube
ausgebildet und helfen, den Metallfluss zu verschieben und zu lenken,
um den Grad von Metallabfall zu reduzieren, sodass die resultierenden
Seitenwände 22, 22' so eng wie
möglich
der Vertikalen entsprechen zu können.
Es wird auf das Muenchinger-Patent 3,237,506 für eine weitere Beschreibung dieser
Ausnehmung verwiesen, dessen Offenlegung hierin in seiner Gesamtheit
durch Bezugnahme einbezogen wird.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung kann die Konfiguration von einer oder beiden Seitenwänden 22, 22' mit einer ausgesparten
Region 32, 32' versehen
sein, die sich von der oberen Kante 34, 34' der Seitenwand
nach unten zu dem Boden der Seitenwand 22, 22' erstreckt.
Die ausgesparten Regionen 32, 32' werden während des Anstauchprozesses ausgebildet,
wobei der Kopfstempel konfiguriert ist, die ausgesparten Regionen 32, 32' auszubilden,
wie weiter nachstehend detailliert beschrieben wird. Die ausgesparten
Regionen 32, 32' werden
ausgebildet, sodass der nichtausgesparte Abschnitt ihrer jeweiligen
Seitenwand 22, 22' eine
Drehmomentauflage in der Form eines relativ erhöhten verlängerten Streifens, angezeigt
allgemein in 36, 36', definiert, der sich entlang des äußeren Randes
seiner zugehörigen
Seitenwand erstreckt, d. h. wo sich die Seitenwand mit der Endwand 24 des
Flügel 16 trifft.
Die Drehmomentauflage 36, 36' ist gedacht, durch die am meisten
radial außenliegenden
Regionen der Klingen des sich paarenden Schraubendrehers eingegriffen
zu werden um sicherzustellen, dass das Antriebsdrehmoment auf die
Ausnehmungsantriebswände
in dem am meisten radial außenliegenden Standort
der Ausnehmungsantriebswände
angewendet wird. Die ausgesparte Region 32, 32' ist gestaltet und
konfiguriert, sodass die Schraubendreherklinge nicht in jene Abschnitte
der Seitenwand eingreifen wird, die durch die ausgesparte Region 32, 32' definiert wird.
Durch Aufrechterhalten eines Eingriffs der Schraubendreherklingen
mit den äußersten
Regionen der Seitenwände
wird der Hebelarm des angewendeten Drehmoments maximiert, wobei
dadurch die Kraft reduziert wird, die notwendig ist, um den gewünschten
Grad vom Drehmoment zu entwickeln, und folglich das Risiko einer
unerwünschten
Verformung der Ausnehmung reduziert wird.
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Die
ausgesparte Region 32, 32' kann auch konfiguriert sein, eine
sich in die Höhe
erstreckende stabilisierende Rippe 38 zu definieren, die
sich entlang des inneren Randes ihrer zugehörigen Antriebswand erstreckt.
Die stabilisierende Rippe 38 kann die gleiche Höhe wie die
Drehmomentauflage haben. Die stabilisierende Rippe 38 kann
dazu dienen, den Schraubendreher in die Ausnehmung zu lenken, um den
Schraubendreher und die Schraube in axialer Ausrichtung zu erhalten,
wobei dadurch der gesteuerte und richtige Sitz des Schraubendrehers
in der Region befördert
wird. Die ausgesparten Regionen können auch dazu dienen, Ablagerung,
Farbe etc. zu sammeln, was anderenfalls einen vollständigen richtigen
Sitz des Schraubendrehers in der Ausnehmung stören kann.
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Die
Erfindung kann in existierende kommerziell verfügbare Schrauben einbezogen
werden, nur z. B. jene, die unter anderem unter den Handelsbezeichnungen
Pozidriv®,
Torq-Set®,
Tri-Wing® verfügbar sind.
Derartige kommerziell verfügbare
Schrauben werden hergestellt, um standardisierten vordefinierten
Spezifikationen und Toleranzen zu entsprechen, in denen die Abmessungen,
Winkel und Umrisse der Köpfe
und Ausnehmungen standardisiert wurden. Standardisierte vordefinierte
Spezifikationen und Toleranzen für
jene Schrauben, die unter der Handelsbezeichnung Pozidriv®,
Torq-Set® und Tri-Wing® verfügbar sind,
sind einem Durchschnittsfachmann bekannt und sind von Phillips Screw
Company of Wakefield, Massachusetts verfügbar. Derart vordefinierte
Abmessungen und Spezifikationen sind wesentlich, falls Schrauben
und Schraubendreher, die durch unterschiedliche Hersteller gefertigt
werden, miteinander konsistent und kompatibel sein sollen. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht
es, eine Ausnehmung zu modifizieren, um die Vorteile der Erfindung
ohne Beeinflussung der Kompatibilität der Ausnehmung zu existierenden
Schraubendrehern zu beeinflussen, während auch die weiteren Vorteile
ermöglicht
werden, die mit der Ausnehmung erreichbar sind, wenn in Verbindung
mit einem verbesserten Schraubendreher verwendet, wie nachstehend
beschrieben wird. Genauer kann eine konventionelle Ausnehmung (d.
h. eine Ausnehmung mit einer vordefinierten Spezifikation, die nicht
die Erfindung einbezieht) betrachtet werden, als eine Hülle zu definieren,
die den vordefinierten Spezifikationen entspricht, die mit dieser
Ausnehmung in Verbindung stehen. Die Ausnehmungshülle ist
für eine
allgemein komplementäre
Hülle des
Schraubendrehers aufnahmebereit, der gedacht ist, sich mit der Ausnehmung
zu vereinigen. In Übereinstimmung
mit dieser Erfindung werden die ausgesparten Regionen in den Seitenwänden ausgebildet,
außerhalb
der konventionellen Ausnehmungshülle
zu sein, sodass kein Abschnitt des Schraubenkopfmaterials, das die
modifizierte Ausnehmung definiert, in diese Hülle herausragt. Folglich ist
eine Ausnehmung, die in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt wird, zu konventionellen Schraubendrehern,
die für
die bestimmte Größe und den
Typ einer Ausnehmung angepasst sind, ebenso wie verbesserten Schraubendrehern der
Erfindung kompatibel.
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Die
ausgesparte Region 32 wird durch Flächen definiert, die eine ausgesparte
Fläche 40,
eine äußere Setzstufe 42 und,
falls eine stabilisierende Rippe 38 einbezogen ist, eine
innere Setzstufe 44 inkludieren. Alle Flächen 40, 42, 44 sind
angeordnet, entlang Ebenen zu liegen, die im Wesentlichen vertikal
oder in einem positiven Winkel zu der Vertikalen sind, sodass die
ausgesparte Region 32 als Teil der Ausnehmung durch den
zweiten Stoß einer
Zweischlag-Anstauchmaschine gebildet werden kann. Die Konfiguration
der ausgesparten Region 32 kann wie gewünscht variiert werden, solange
wie sie nicht die Bildung von Unterschnitten erfordert, die mit
konventionellen Anstauchtechniken und Stempeln nicht effizient hergestellt
werden können.
Somit kann die Form der ausgesparten Region durch Modifizieren der
Form und Ausrichtung von jeder der ausgesparten Flächen 40, 42, 44 modifiziert
werden. Dies wiederum ermöglicht,
Modifikationen an der Form der Drehmomentauflage 36 und
der stabilisierenden Rippe 38 vorzunehmen. In der veranschaulichenden Ausführungsform
wird die Drehmomentauflage 36 veranschaulicht, in ihrer
oberen Kante 46 weiter als in ihrem unteren Abschnitt zu
sein, sodass die Auflage somit etwa ein schlankes Trapez bildet.
Die Form und Ausrichtung der äußeren Setzstufe 42 kann
variiert werden, um die radial gemessene Weite der Drehmomentauflage 36 entlang
der Länge
der Drehmomentauflage zu variieren. Die Abmessungen und die Form
der resultierenden Drehmomentauflage 36 können variiert
werden, um die Anforderungen einer bestimmten Anwendung zu erfüllen oder Änderungen
in dem Material unterzubringen, aus dem die Schraube gebildet wird.
Durch ein Abmessungsbeispiel wird betrachtet, dass für die meisten
Ausnehmungskonfigurationen und Größen die Tiefe der ausgesparten
Region 32 zwischen 0,08 bis 0,020 Zoll sein kann um sicherzustellen,
dass der Schraubendreher diese Region der Seitenwand nicht berührt und
ein Drehmoment entlang der Drehmomentauflage in dem radial nach
außen
gehenden Rand der Seitenwand übertragen
wird. Nur als ein Beispiel kann für eine Schraube mit einer Ausnehmung
wie die, die in 2 gezeigt
wird, mit vorbestimmten Spezifikationen und Konfiguration und aus
Stahl gebildet, die Drehmomentauflage in dem veranschaulichenden Beispiel
in der Größenordnung
von ungefähr
0,007 Zoll in ihrem unteren Ende weit und ungefähr 0,019 Zoll in der Spitze
sein. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Konfiguration
der Drehmomentauflagen und die Tiefe der ausgesparten Regionen 32 variiert
werden können,
wie gewünscht
werden kann, um unterschiedliche Anwendungen oder Schraubenmaterialien
unterzubringen. Z. B. können
sich die Form und Abmessungen, die mit den Drehmomentauflagen und
ausgesparten Regionen in Verbindung stehen, für eine Schraube unterscheiden,
die aus einem Material gebildet wird, das weicher als Stahl ist, wie
etwa Aluminium oder Messing. Außerdem
sollte vermerkt werden, dass obwohl die Erfindung hauptsächlich in
dem Kontext einer Schraube beschrieben wurde, die in einer Zweischlag-Anstauchmaschine gebildet
wird, die Erfindung auch in Polymerschrauben (z. B. Nylon) einbezogen
werden kann, wobei die Schraube ebenso wie der Kopf und die Ausnehmung geformt
wird, wie etwa durch Spritzguss.
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7A und 7B veranschaulichen schematisch die Art
und Weise, auf der die vorliegende Erfindung zu der Übertragung
eines gewünschten
Maßes vom
Drehmoment führt,
während
auf die Flügelseitenwand
eine Kraft angewendet wird, die kleiner als die Kraft ist, die erwartet
würde,
um in Abwesenheit der Erfindung angewendet zu werden. 7A veranschaulicht die Seitenwand
einer konventionellen Ausnehmung im Vergleich zu 7B, die eine Seitenwand einer Ausnehmung
zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert. Wenn in die konventionelle Ausnehmung
(7A) eingegriffen wird,
wie durch ihren Schraubendreher gedacht ist, kann der im Wesentlichen
Fläche-zu-Fläche-Kontakt
des Schraubendrehers und der Ausnehmungsseitenwand betrachtet werden,
als eine resultierende Kraft in einem Punkt zu übertragen, der als das Einsatzzentrum (center
of effort, CE) bezeichnet wird. Das Einsatzzentrum CE kann betrachtet
werden, als sich in der geometrischen Mitte der Seitenwand zu befinden.
In einer Ausnehmung, die die Erfindung nicht einbezieht, kann das
Einsatzzentrum CE betrachtet werden, als sich in einem Radius R1 von der mittleren Achse 26 der
Schraube zu befinden. Wie in 7B mit
der vorliegenden Erfindung gezeigt, befindet sich das Einsatzzentrum
CE in der Drehmomentauflage 36 in einem Radius R2 von der mittleren Achse, der größer als
der Radius R1 des identischen Ausnehmungsflügels ist,
der die ausgesparte Region 32 nicht hat. Der größere Hebelarm
R2, der mit der vorliegenden Erfindung erreicht
wird, ermöglicht
Anwendung und Übertragung
von identischen Graden eines Drehmoments, aber mit weniger Kraft,
die in dem Einsatzzentrum angewendet wird. Folglich wird das Risiko
von plastischer Verformung reduziert.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das Drehmoment zu den Drehmomentauflagen
sogar unter höheren
Lasten übertragen
werden kann, als erwartet werden könnte, um die Schraubendreherklingen
zu veranlassen, sich zu einer etwas gebogenen Konfiguration zu biegen.
In einer konventionellen Ausnehmung führt eine Schraubendreherklingenverformung,
selbst wenn der Schraubendreher und die Ausnehmung richtig ausgerichtet
sind, zu einer Verschiebung in der Linie oder Region eines Eingriffs
der Klinge mit der Flügelseitenwand,
was wiederum dazu tendiert, den radialen Standort und Hebelarm des
Einsatzzentrums CE zu reduzieren. Mit der vorliegenden Erfindung
ist die Tiefe der ausgesparten Region 32 derart, dass Biegen
oder andere Verformung unter hoher Last der Schraubendreherklinge
nicht beträchtlich,
falls überhaupt,
das Einsatzzentrum radial nach innen verschieben kann, da die Schraubendreherklinge
außerhalb
einer Berührung mit
der ausgesparten Region der Seitenwand bleibt.
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Die
stabilisierenden Rippen 38 sind hauptsächlich vorgesehen, um das Schraubendreherbit
in die Ausnehmung entlang einer progressiv axial ausgerichteten
Haltung zu lenken, sodass der Schraubendreher vollständig in
der Ausnehmung sitzen wird und mit der Schraube in axialer Ausrichtung
sein wird. Wenn ein Antriebsdrehmoment angewendet wird, wird der
Schraubendreher folglich in einer stabilen vollständig eingesetzten
Position in Bereitschaft sein, das Drehmoment zu den Drehmomentauflagen vollständig und
richtig anzulegen. Die stabilisierenden Rippen greifen in die radial
nach innen gehenden Regionen der Schraubendreherklingen ein, die
mit dem Schraubendreher zusammenarbeiten, um eine Einführung des
Schraubendrehers in einer Haltung beträchtlich außerhalb eines Winkels zu verhindern. Um
den Schraubendreher einzuführen,
muss der Benutzer den Schraubendreher mit der Achse der Schraube
enger ausrichten. Die stabilisierenden Rippen dienen dazu, die Stabilität der Schraubendreher-Ausnehmungs-Verbindung
während
eines Antriebs ebenso wie während
einer Paarung aufrechtzuerhalten.
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Es
sollte verstanden werden, dass die Ausnehmungskonfiguration variiert
werden kann, um Drehmomentauflagen in allen Flügelseitenwänden oder in weniger als allen
Seitenwänden
und in verschiedenen Mustern vorzusehen. Somit können Drehmomentauflagen entsprechend
ausgesparten Regionen nur in jenen Seitenwänden ausgebildet werden, die
angepasst sind, ein Drehmoment in den gleichen Rotationssets zu übertragen,
d. h. im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn. Andere Modifikationen
können
eine Bildung von Drehmomentauflagen in den Seitenwänden mit
gleichem rotatorischen Sinn von entgegenliegenden Flügeln inkludieren,
wobei die Zwischenflügel
(in einer Kreuzausnehmung) Drehmomentauflagen haben, die in den
Seitenwänden
mit einem entgegenliegenden rotatorischen Sinn ausgebildet sind.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein verbesserter Schraubendreher
ausgebildet, Rippen zu inkludieren, wie in 8 und 9 gezeigt.
Die Hülle
des gerippten Schraubendrehers ist angepasst, sich mit der Hülle einer
konventionellen Ausnehmung des gleichen allgemeinen Typs zu paaren,
obwohl der Schraubendreher in Verbindung mit einer Schraube mit
Ausnehmungen, die in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt werden, mit besonderem Vorteil verwendet
werden kann. Der Schraubendreher hat einen Schaft mit der Schraubendrehernase 50,
die an dem Ende des Schaftes ausgebildet ist. Die Nase 50 inkludiert
in der veranschaulichenden Ausführungsform
vier Klingen 52, die von einem zentralen Kern 54 nach
außen
gehen. Der Kern 54 und Klingen 52 sind angeordnet,
sich mit der Ausnehmung zu paaren, wie in 2 veranschaulicht wird. Die Region des
Kerns 54 zwischen jedem Paar von benachbarten Klingen 52 kann
mit einem verlängerten
Kamm 56 versehen sein, der sich nach unten zu dem Ende
des Kerns erstreckt. Die Kämme 56 können mit
den unteren Regionen der Mulden, die in den Zwischenwänden 18 der
Ausnehmung ausgebildet sind, eingreifen, wie in dem zuvor erwähnten Muenchinger-Patent
vollständiger
beschrieben wird. Die Spitze 58 des Schraubendrehers kann
in einer konischen Konfiguration ausgebildet sein, wie gezeigt,
oder in einer anderen Konfiguration, wie gewünscht. Typischerweise entsprechen
die Spitze 58 des Schraubendrehers und die Bodenwand 20 der
Ausnehmung einander nicht genau, um einen gewissen Zwischenraum
zwischen der Schraubendreherspitze 58 und dem Boden der
Ausnehmung zu belassen. Ein derartiger Zwischenraum sieht Raum für Ablagerung
oder überschüssige Farbe
vor, um ohne nachteilige Beeinflussung der Fähigkeit des Schraubendrehers,
vollständig
in die Ausnehmung eingeführt
zu werden, gesammelt zu werden.
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Die
Klingen 52 sind mit mindestens einer und vorzugsweise einer
Vielzahl von Rippen 60 versehen, die von der Klingenfläche 69 erhöht sind.
Die Rippen sind in einem Querschnitt vorzugsweise dreieckig mit
einem verlängerten
Kamm 62, der angepasst ist, in die Drehmomentauflagen 36 der
Ausnehmung einzugreifen und sich einzugraben. Jede der Rippen 60 hat
eine sich progressiv verringernde Querschnittsfläche und Höhe in einer radial nach innen
gehenden Richtung. Folglich verringert sich die Höhe von jeder
Rippe 60, wie von der Fläche 64 der Klinge
gemessen, progressiv in einer nach innen gehenden radialen Richtung.
Wenn in einem Ausschnitt (9A)
gesehen, können
die Kämme 62 der
Rippen 60 betrachtet werden, als die Hülle für die Klingen zu definieren,
von wo gesehen werden kann, dass sich die Klingenhülle von
ihrer maximalen Weite nahe der Endwand 66 der Klinge radial
nach innen verjüngt.
In der veranschaulichenden Ausführungsform
wird betrachtet, dass der Winkel A, der durch die Kämme 62 definiert
wird, der auch die Klingenhülle definiert,
in der Größenordnung
von ungefähr
1° bis zu
ungefähr
5° sein
kann. Durch Vorsehen der Rippen derart, dass ihre maximale Höhe in oder
benachbart zu der Endwand 66 ist, wird sichergestellt,
dass die Rippen 60 mit den Drehmomentauflagen 36 der Ausnehmung
vollständig
eingreifen werden. Außerdem
erstrecken sich die Rippen 60 entlang einer Richtung, die
im Wesentlichen senkrecht zu der Endwand 66 ist, und werden
folglich in die Fläche
der verlängerten
Drehmomentauflage eingreifen, die allgemein quer der längsgerichteten
Abmessung der Drehmomentauflage ist, wobei ermöglicht wird, dass eine Vielzahl
von Rippen 60 in die Drehmomentauflage eingreift. Anders
als der Rippeneingriff, der in dem zuvor erwähnten Simmons-Patent beschrieben
wird, in dem sich die scharfen Rippen in dem Schraubendreher kreuzen
und in ähnlich
schlanke scharfe Rippen in den Schraubenseitenwänden eingreifen, ermöglicht die
vorliegende Erfindung, dass die Rippen in die Drehmomentauflage über eine
Vielzahl von definierten Längen
entsprechend der Breite der Drehmomentauflage eingreifen. Mit der
gekreuzten Rippenanordnung, die in dem Simmons-Patent beschrieben
wird, tritt der Kontakt zwischen dem Schraubendreher und Ausnehmungsrippen über eine
sehr kleiner punktartige Region auf. Die Belastungen können sehr
hoch sein, was zu einer beträchtlichen
Verformung der Schraubenrippen führt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird, obwohl die Rippen in die Drehmomentauflagenfläche eingreifen
und sie deformieren, ausreichend, um eine Auskurvung zu verhindern,
die Kraft über
eine Vielzahl von Kontaktregionen entlang der Drehmomentauflage
gebreitet und wird derart verteilt, um wesentlich weniger konzentriert
zu sein. Jede der Drehmomentübertragungsregionen
erstreckt sich über
eine Länge
entsprechend der Breite der Drehmomentauflagen. Folglich ist das
Ausmaß einer
Verformung, obwohl ausreichend, eine Auskurvung des Schraubendrehers
zu verhindern, nicht ausreichend, um irgend einen Teil der Ausnehmung
beträchtlich
zu beschädigen.
Unter den Vorteilen dieses Aspekts der Erfindung ist, dass der Schaden
für eine
Auflage in der Ausnehmung reduziert werden kann, während ein hoher
Grad an Widerstand gegen Auskurvung aufrechterhalten wird.
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Die
Hülle,
die durch die Schraubendreherklingen definiert wird, ist nahe der
Endwand 66 der Schraubendreherklingen am breitesten. Die
Schraubendreherhülle
passt innerhalb der Hülle
einer konventionellen Ausnehmung ebenso wie einer Ausnehmung der
vorliegenden Erfindung. Wenn mit einer konventionellen Ausnehmung
verwendet, wird das breitere Profil in den äußeren Regionen der Klinge einen
Eingriff der Schraubendreherklinge mit den radial nach außen gehenden
Regionen der Seitenwände befördern, um
einen maximalen Hebelarm für
eine effiziente Drehmomentabgabe vorzusehen. Die Hülle und
das beabstandete Muster der Vielzahl der Rippen dienen dazu zu verhindern,
dass die Rippen übermäßig in den
Schraubenkopf eindringen, um übermäßige Verformung
zu bewirken.
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Das
Schraubendreherbit kann unter Verwendung konventioneller Techniken
ausgebildet werden, in denen die Klingen 54 durch eine
Einsenkdruckplatte gebildet werden können. Die Klingen 52 können gebildet
werden, eine Breite zu haben, die etwas kleiner als die Klingen
eines konventionellen Gegenpartschraubendrehers ist. Die Rippen 60 werden
dann in den Klingenflächen
durch einen Prägeprozess
gebildet, in dem das Material in den Klingen fließt, um die Prägedruckplattenhöhlung zu
füllen.
Die Prägedruckplatten
sind konfiguriert, die resultierende gerippte Konfiguration vorzusehen,
wie oben beschrieben.
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Es
sollte verstanden werden, dass Klingenkontakt mit den stabilisierenden
Rippen nicht ein beträchtlicher
Faktor ist, wenn die Schraube angetrieben wird. Die Schraubendreher
drehen typischerweise leicht innerhalb der Ausnehmung, um den kleinen Betrag
eines ein-gestalteten Zwischenraums aufzunehmen, der für Einführung und
Rücknahme
des Schraubendrehers notwendig ist. Die maximale Verschiebung entlang
der Klinge für
einen beliebigen gegebenen Betrag einer Drehmomentlast in dem Schraubendreher
wird in dem Punkt auftreten, der am weitesten von dem Rotationszentrum
entfernt ist. Deshalb drehen die Klingenflächen nahe der äußeren Kanten
in eine maximale Eingriffskraft gegen die Drehmomentauflagen, bevor
irgendeine beträchtliche
Eingriffskraft in den stabilisierenden Rippen auftreten kann.
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Die
Erfindung inkludiert auch die Bereitstellung von Anstauchstempeln,
die angepasst sind, den Kopf der Schraube mit der Ausnehmung auszubilden.
Die Ausnehmung kann in konventionellen Anstauchtechniken in einem
Zweischlagkopf gebildet werden. 10, 11 und 12 veranschaulichen einen Stempel 70,
der konfiguriert ist, eine vereinfachte Kreuzausnehmung auszubilden.
Der Stempel inkludiert einen Körperabschnitt 72 mit
einer Fläche 74 und
einer ganzheitlichen Nase 76, die aus der Fläche herausragt.
Die Nase 76 ist das Gegenstück der Form der Ausnehmung
und die Fläche
des Stempels hat eine komplementäre
Form zu der des beabsichtigten Schraubenkopfes, hier als ein Flachkopf
gezeigt. Die Nase 76 inkludiert einen zentralen Kern 78 und
eine Vielzahl von Klingen 80, die sich allgemein radial
und nach außen
gehend von den Kern 78 erstrecken. Jede Klinge 80 hat
ein Paar von Seitenwänden 82, 82' und eine Endwand 84,
wobei die Endwand von dem äußeren Ende 86 des
Kerns nach außen
geneigt ist. Die Seitenwände
der Stempelklingen sind mit Vorsprüngen 88 versehen,
die eine Kreuzquerschnittsfläche
und eine Konfiguration definieren, die der der ausgenommenen Regionen 32 im
Wesentlichen identisch ist, um an der Seitenwand des Ausnehmungsflügels ausgebildet
zu werden. Die Vorsprünge 88 können an
einer oder beiden Flächen von
jeder Klinge ausgebildet werden, abhängig von der gewünschten
Ausnehmungskonfiguration. Alle Flächen in dem Stempel haben einen
positiven Zugwinkel ohne Unterschnitt, wobei dadurch ermöglicht wird,
dass der Stempel von dem Formkopf und der Ausnehmung ohne Schaden
für die
Schraube zurückgezogen
wird.
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Aus
dem Vorangehenden wird erkannt, dass die Erfindung ein Antriebssystem
für eine
Kreuzschlitzschraube vorsieht, durch das ein Drehmoment an die Schraube
mit einem verringerten Grad von plastischer Verformung der Ausnehmung,
aber mit ausreichendem Eingriff der Ausnehmung angewendet werden
kann, um Auskurvung zu reduzieren und eine stabile Übertragung
vom Drehmoment vorzusehen. Die Ausnehmungen können mit existierenden kommerziell
verfügbaren
Schraubendrehern verwendet werden, und die Schraubendreher der Erfindung können mit
kommerziell verfügbaren
Ausnehmungen verwendet werden. Wenn Schraubendreher und Ausnehmungen
der vorliegenden Erfindung gemeinsam verwendet werden, wird eine
Drehmomentübertragungseffizienz
verbessert, während
auch eine Auskurvung gebremst wird.
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Es
sollte verstanden werden, dass die vorangehende Beschreibung der
Erfindung lediglich gedacht ist, veranschaulichend zu sein, und
dass andere Modifikationen, Ausführungsformen
und Entsprechungen einem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein
können.