EP0336136A1 - Schraubendrehereinsatz - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a screwdriver insert according to the preamble of claim 1.
- the twistable zone serves as a predetermined breaking point.
- the intermediate section breaks when a target torque is reached.
- These screwdriver bits should not be able to transmit excessive torque peaks when used in machine screw chucks.
- the insert is a disposable item for tightening screws. It can only be used to a limited extent.
- the object of the invention is based on the object of designing a generic screwdriver insert in a technically simple manner so that torque peaks acting on the screwdriver insert do not lead to any deformation of the screwdriver tip section, the service life is increased and working with machine screwdrivers is considerably facilitated.
- the intermediate section between the drive end section and the output end section allows an elastic twisting lung / torsion.
- the intermediate section is an elastically flexible element with a corresponding resilience after the load peak has been overcome. It can withstand larger moments, even with repeated loading. It takes up deformation work and partially stores it in the form of potential energy and returns it when the load is released.
- the intermediate section acts as a damper so that torque peaks are not directly proportional to the screwdriver tip section. This is reflected in the particularly long service life of the screwdriver insert and the screw.
- the intermediate section twists.
- the length and cross section of the intermediate section can be designed in such a way that any energy peaks are always absorbed under load. It is advantageous if the ratio (in the case of normal steel as a material for DIN-standardized use) of diameter to length of the intermediate section is in the range between 0.5 and 0.2 or the length of intermediate section 10 corresponds approximately to 3 times the diameter.
- a further possibility of varying the torsional moment of resistance of the intermediate section is to provide an axial cavity in the intermediate section, which starts from the polygonal section.
- the axial cavity can be selected to have a different size and a different length to change / adapt the torsional resistance moment of the intermediate section. This makes it possible, for example, to produce externally identical screwdriver bits with different intermediate sections, with regard to its torsional resistance moment.
- the intermediate section is preferably a round section stepped in relation to the polygonal section. Require screwdriver bits for the transmission of low torques a correspondingly smaller intermediate section.
- the number 1 denotes a screwdriver bit in DIN standard (size 2).
- a Phillips screw 2 illustrated in FIG. 1 can be rotated with this.
- the latter is composed of a screw shaft 4 having a thread 3 and a countersunk head 5 which contains the cross recess 6.
- the screwdriver tip 7 is designed in accordance with the cross recess 6 and the associated DIN standard. This has four in the same circumferential distribution arranged driving ribs 8 and thus forms the output end region 9 (screwdriver tip section).
- This is followed by an intermediate section 10 which is circular in cross section and which connects the aforementioned screwdriver tip section 9 and the drive end region 11 to one another.
- the length of the polygonal section 11 corresponds approximately to that of the intermediate section 10.
- Steel with resilient properties for example chromium-nickel steel, is used to produce the screwdriver insert. It is made by cold forming.
- This protruding apex 8 ' also bring freedom of adjustment with respect to the intermediate section diameter with the same insertion connection conditions for the screw.
- the force-transmitting depth of penetration into the screw generally only extends to a maximum of about half of the section Ab and is in any case DIN-standardized for the test torques.
- At the conical step 12 from the circular cross section of the intermediate section 10 to the polygonal section 11 rests on the elastic ring 16, arranged in an inner groove 15 of the machine chuck 13, and thereby pulls the screwdriver insert 1 into the machine chuck 13 until the brush surface 17 lies against the bottom of the machine chuck 13.
- This holder can compensate for considerable tolerances due to the pulling-in torque, which in turn accommodates the production of the insert 1 as a whole by way of the cold deformation (which is never so absolutely precise).
- the total length of the screwdriver bit 1 shown is 25 mm in accordance with the DIN standard.
- the one minus the polygonal section is about 17 mm.
- the intermediate section 10 (including section S) and output end section thus take up approximately 70% of the total length of the insert 1.
- the length of the zone S is approximately half the length of the section Ab and approximately just the length of the output end section which can be immersed in the screw; the remaining length of the intermediate section 10 from the roots 8 ⁇ to the step 16 is slightly more than twice the length of this output end section Ab or slightly more than four times the length of the zone S.
- the length of the intermediate section 10 plus zone S is therefore approximately 11 mm, the one plus output end section 9 thus 17 mm, the one up to the level of the normal screw-in depth approx. 14 mm.
- the diameter of the central section is approximately 4 mm.
- the ratio of diameter to length, which is jointly responsible for the torsional stiffness of the intermediate section 10, which is made of appropriate (common tool steel) material, is accordingly 0.3.
- This ratio creates a torsional property which brings considerable improvements for the power transmission from a machine screwdriver to a screw in that load peaks are cushioned.
- the achievement of the torque leading to plastic deformation or the breaking torque of such screwdriver bits is preceded by a considerable elastic torsion, which turns out to be
- the restoring torque has a flattening effect via considerable rotation angle energy peaks and can be demonstrated by the size of the return rotation angle when the deformation torque or the breaking torque is reached. In known applications, this reverse rotation angle is 2 degrees; in the solutions designed according to the invention, however, at 3.5-8 degrees.
- the torsion in use also prevents deformation of the screw engagement surfaces of the ribs 8.
- the screwdriver bit 1 is set in such a way that its screwdriver tip 7 positively engages in the Phillips screw 6 of the Phillips screw. If larger energy peaks occur during the screwing in of the Phillips screw, caused e.g. due to a rapid increase in counterforce on the screw, this leads to a torsion of the intermediate section 10 that remains in the elastic range, primarily on its range T. Its torsional section modulus is also smaller than the section modulus against deformation in the screwdriver tip section 9 Energy peaks are accordingly eliminated, so that the screwdriver tip 7 is protected from excessive stress combined with an increased service life.
- the second embodiment of the screwdriver insert 18 illustrated in FIG. 3 largely corresponds to the configuration described above.
- the same components are therefore included provided with the same reference numbers.
- an axial cavity 19 extends from the polygonal section 11, which extends over the intermediate section 10 and ends before the tip section 9 or the zone S.
- a variation in such an embodiment can be obtained by choosing axial cavities of different sizes in diameter.
- the torsional section modulus of the intermediate section can be determined by its shape and cross-sectional size 6. It is therefore possible to optimally adapt to the most varied of conditions.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schraubendrehereinsatz gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
- Bei den bekannten Schraubendrehereinsätzen dieser Art (DE-OS 22 31 949) dient die tordierbare Zone als Sollbruchstelle. Der Zwischenabschnitt bricht bei einem erreichten Soll-Drehmoment. Mit diesen Schraubendrehereinsätzen sollen bei Verwendung in Maschinenschrauber-Futtern keine zu großen Drehmoment-Spitzen übertragbar sein. Der Einsatz ist ein Einwegartikel zum Festziehen von Schrauben. Er ist nur begrenzt einsetzbar.
- Dem Gegenstand der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Schraubendrehereinsatz in herstellungstechnisch einfacher Weise so auszugestalten, daß auf den Schraubendrehereinsatz wirkende Drehmomentspitzen zu keiner Verformung des Schraubendreherspitzen-Abschnittes führen, die Lebensdauer erhöht und das Arbeiten mit Maschinenschraubern erheblich erleichtert ist.
- Gelöst wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Schraubendrehereinsatz durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
- Zufolge derartiger Ausgestaltung ist ein gattungsgemäßer Schraubendrehereinsatz von erhöhtem Gebrauchswert angegeben. Werden am Schraubendrehereinsatz höhere Drehmomentspitzen wirksam, beispielsweise hervorgerufen durch schlagartig einsetzende Antriebs-Kraftspitzen oder durch unterschiedliche Beschaffenheit des die Schraube aufnehmenden Materials, so erlaubt der Zwischenabschnitt zwischen Antriebsendabschnitt und Abtriebsendabschnitt eine elastische Verdril lung/Torsion. Der Zwischenabschnitt stellt ein elastisch nachgiebiges Element mit entsprechendem Rückstellvermögen nach Überwindung der Belastungsspitze dar. Er erträgt größere Momente, und zwar auch bei wiederholter Belastung. Er nimmt dabei Verformungsarbeit auf und speichert sie teilweise in Form potentieller Energie und gibt diese bei Entlastung wieder zurück. Der Zwischenabschnitt wirkt als Dämpfer, so daß Drehmomentspitzen nicht direkt proportional am Schraubendreherspitzen-Abschnitt wirksam werden. Dies macht sich in einer besonders hohen Lebensdauer des Schraubendrehereinsatzes und der Schraube bemerkbar. Zusätzlich sind die Auswurfkräfte reduziert. Bevor der Schraubendreherspitzen-Abschnitt sich verformt oder seinen Einstecksitz zur Schraube verliert, tordiert der Zwischenabschnitt. Je nach Beschaffenheit der Schraubendreherspitze kann der Zwischenabschnitt in seiner Länge und in seinem Querschnitt so gestaltet werden, daß stets etwaige Energiespitzen bei Belastung aufgefangen werden. Günstig ist dabei, wenn das Verhältnis (bei normalem Stahl als Material für den DIN-genormten Einsatz) von Durchmesser zu Länge des Zwischenabschnitts im Bereich zwischen 0.5 und 0.2 liegt oder die Länge des Zwischenabschnitts 10 etwa dem 3-fachen Durchmesser entspricht. Eine weitergehende Möglichkeit, das Torsions-Widerstandsmoment des Zwischenabschnittes zu variieren, besteht darin, eine Axialhöhlung im Zwischenabschnitt vorzusehen, die von dem Mehrkantabschnitt ausgeht. Die Axialhöhlung kann zur Änderung/Anpassung des Torsions-Widerstandsmoments des Zwischenabschnitts im Durchmesser unterschiedlich groß gewählt werden und auch unterschiedlich lang. Dies erlaubt es z.B., vom Äußeren her gleichgestaltete Schraubendrehereinsätze mit unterschiedlichen Zwischenabschnitten zu erzeugen, und zwar im Hinblick auf dessen Torsions-Widerstandsmoment. Der Zwischenabschnitt ist vorzugsweise ein gegenüber dem Mehrkantabschnitt stufenförmig abgesetzter Rundabschnitt. Schraubendrehereinsätze zur Übertragung geringer Drehmomente erfordern einen entsprechend durchmesserkleineren Zwischenabschnitt. Diese vielen vorgenannten Variationen gestatten eine optimale Anpassung an nach der Norm bestimmungsgemäßen Einschraubverhältnisse. Auch werden zufolge des Abschneidens der Energiespitzen die Schlitze bzw. Kreuzschlitze in den Schrauben geschont, so daß sie beispielsweise auch bei Bedarf gut herausdrehbar sind.
- Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren 1-3 erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1 teils in Ansicht, teils im Schnitt eine Kreuzschlitzschraube mit davor angeordnetem Schraubendrehereinsatz im Maßstab 1:1 in DIN-Norm und dahinter dargestellten Maschinenschrauber-Futter für den Einsatz,
- Fig. 2 in stark vergrößerter Darstellung (5-fach) den in das Maschinenschrauber-Futter eingesteckten Schraubendrehereinsatz gemäß der ersten Ausführungsform und
- Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, betreffend die zweite Aiusführungsform, wobei der Schraubendrehereinsatz eine bis zum Zwischenabschnitt reichende Axialhöhlung besitzt.
- Mit der Ziffer 1 ist ein Schraubendrehereinsatz in DIN-Norm (Größe 2) bezeichnet. Mit diesem kann eine in Fig. 1 veranschaulichte Kreuzschlitzschraube 2 gedreht werden. Letztere setzt sich zusammen aus einem ein Gewinde 3 aufweisenden Schraubenschaft 4 und einem Senkkopf 5, welcher den Kreuzschlitz 6 enthält. Entsprechend dem Kreuzschlitz 6 und der zugehörigen DIN-Norm ist die Schraubendreherspitze 7 gestaltet. Diese besitzt vier in gleicher Umfangsverteilung ange ordnete Mitnahmerippen 8 und bildet damit den Abtriebsendbereich 9 (Schraubendreherspitzen-Abschnitt). An diesen schließt sich ein im Querschnitt kreisförmiger Zwischenabschnitt 10 an, welcher den vorgenannten Schraubendreherspitzen-Abschnitt 9 und den Antriebsendbereich 11 miteinander verbindet. Bezüglich desselben handelt es sich um einen Außensechskant-Abschnitt (ebenfalls entsprechend der zugehörigen DIN-Norm), welcher über eine konische Stufe 12 in den Zwischenabschnitt 10 übergeht. Beim Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Mehrkantabschnittes 11 etwa derjenigen des Zwischenabschnitts 10. Zur Herstellung des Schraubendrehereinsatzes wird Stahl mit federnden Eigenschaften verwendet, beispielsweise Chromnickelstahl. Hergestellt ist er im Wege der Kaltverformung.
- Letzeres erlaubt, anders als bei durch reines Abdrehen geformten Einsätzen, die Gestalt, daß die Mitnahmerippen 8 radial weiter nach außen ragen als der Querschnitt (Mantelfläche) des Zwischenabschnitts 10. Sie fallen von einer die äußersten Scheitel 8′ verbindenden Umfangslinie wieder ab bis auf die Wurzelpunkte 8˝, die auf der Mantelfläche des Zwischenabschnitts 10 liegen. Jenseits der die Scheitel 8′ verbindenden Umfangslinie, erstreckt sich dadurch eine kurze Zone S, die durch die in den Kernquerschnitt des Zwischenabschnitts 10 reichenden Rinnen zwischen den Mitnahmerippen 8 zwar geschwächt, aber dennoch durch die radial ausladenden Rippenbereiche eine Stabilisierung erfahren haben. Diese vorstehenden Scheitel 8′ bringen auch eine Anpassungsfreiheit bezüglich des Zwischenabschnitt-Durchmessers bei gleichen Einsteck-Verbindungsbedingungen zur Schraube. Die kraftübertragende Eindringtiefe in die Schraube reicht im allgemeinen nur etwa maximal über die Hälfte des Abschnitts Ab und ist auch jedenfalls für die Prüfdrehmomente DIN-genormt. An der konischen Stufe 12 vom kreisrunden Querschnitt des Zwischenabschnitts 10 zum Mehrkantabschnitt 11 liegt der elastische Ring 16, angeordnet in einer Innennut 15 des Maschinenfutters 13, an und zieht dadurch den Schraubendrehereinsatz 1 in das Maschinenfutter 13 hinein, bis die Strinfläche 17 am Boden des Maschinenfutters 13 anliegt. Diese Halterung kann wegen des einziehenden Moments erhebliche Toleranzen ausgleichen, was wiederum der Produktion des Einsatzes 1 insgesamt im Wege der (nie so absolut genau durchzuführenden) Kaltverformung entgegen kommt.
- Die Gesamt-Länge des dargestellten Schraubendrehereinsatzes 1 beträgt entsprechend der DIN-Norm 25 mm. Diejenige abzüglich des Mehrkantabschnittes etwa 17 mm. Der Zwischenabschnitt 10 (einschließlich des Abschnitts S) und Abtriebsendabschnitt nehmen also ca. 70% der Gesamtlänge des Einsatzes 1 ein. Die Länge der Zone S beträgt dabei ca. die Hälfte der Länge des Abschnitts Ab und etwa gerade die Länge des in die Schraube eintauchbaren Abtriebsendabschnittes; die restliche Länge des Zwischenabschnitts 10 von den Wurzeln 8˝ bis zur Stufe 16 etwas mehr als das Zweifache der Länge dieses Abtriebsendabschnittes Ab bzw. etwas mehr als das Vierfache der Länge der Zone S. Die Länge des Zwischenabschnitts 10 plus Zone S beträgt also ca. 11 mm, diejenige plus Abtriebsendabschnitt 9 also 17 mm, diejenige bis zur Ebene der normalen Schraub-Einstecktiefe ca. 14 mm. Der Durchmesser des Mittelabschnitts beträgt etwa 4 mm. Das für die Torsionssteifigkeit des aus entsprechendem (üblicher Werkzeugstahl) Material bestehenden Zwischenabschnitts 10 mitverantwortliche Verhältnis von Durchmesser zu Länge ist demgemäß 0,3. Dieses Verhältnis schafft eine Torsionseigenschaft, die für die Kraftübertragung von einem Maschinenschrauber auf eine Schraube erhebliche Verbesserungen bringt dadurch, daß Belastungsspitzen abgefedert werden. Dem Erreichen des zur plastischen Verformung führenden Drehmomentes bzw. des Bruchdrehmomentes solcher Schraubendrehereinsätze geht dadurch eine erhebliche elastische Torsion voraus, die sich als Rückstellmoment über erhebliche Drehwinkel-Energiespitzen abflachend auswirkt und nachweisbar ist über die Größe des Rückdrehwinkels bei Erreichen des Verformungs-Drehmomentes bzw. des Bruch-Drehmomentes. Dieser Rückdrehwinkel liegt bei bekannten Einsätzen bei 2 Grad; bei den erfindsgemäß gestalteten Lösungen hingegen bei 3,5-8 Grad. Die Gebrauchstorsion bewirkt auch, daß eine Verformung der Schrauben-Eingriffsflächen der Rippen 8 unterbunden ist.
- Jedes Verhältnis Durchmesser zu Länge des Zwischenabschnitts 10, welches kleiner als 0,5 und größer als 0,2 ist, bringt diese erhebliche Verbesserung der abgefederten Belastungsspitzen. Es ergeben sich auch optimale Verhältnisse in Relation zur Zone S, in welcher der Schraubendrehereinsatz abschert, wenn seine Materialbelastungsgrenze, insbesondere bei zu großer schlagartiger Torsion, überschritten wird.
- Zum Eindrehen der Kreuzschlitzschraube 2 wird der Schraubendrehereinsatz 1 derart angesetzt, daß seine Schraubendreherspitze 7 formschlüssig in den Kreuzschlitz 6 der Kreuzschlitzschraube eingreift. Treten während des Einschraubens der Kreuzschlitzschraube größere Energiespitzen auf, hervorgerufen z.B. durch einen schnellen Gegen-Kraftanstieg an der Schraube, so führt dieses zu einer noch im elastischen Bereich bleibenden Torsion des Zwischenabschnittes 10, vornehmlich auf dessen Bereich T. Dessen Torsions-Widerstandsmoment ist auch kleiner als das Widerstandsmoment gegen Verformung im Schraubendreherspitzen-Abschnitt 9. Große Energiespitzen werden demgemäß eliminiert, so daß die Schraubendreherspitze 7 vor zu großer Belastung geschont bleibt verbunden mit einer erhöhten Lebensdauer.
- Die in Fig. 3 veranschaulichte zweite Ausführungsform des Schraubendrehereinsatzes 18 entspricht weitgehend der vorbeschriebenen Ausgestaltung. Gleiche Bauteile sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Abweichend von der ersten Ausführungsform geht nun vom Mehrkantabschnitt 11 eine Axialhöhlung 19 aus, die sich über den Zwischenabschnitt 10 erstreckt und vor dem Spitzenabschnitt 9 bzw. der Zone S endet. Auf diese Weise erhält man eine Änderung bzw. Anpassungsmöglichkeit für das Torsions-Widerstandsmoment des Zwischenabschnitts 10, so daß eine Torsion desselben eventuell schon bei sehr geringer Belastung auftritt. Eine Variation kann man bei einer solchen Ausführungsform dadurch erhalten, daß im Durchmesser unterschiedlich große Axialhöhlungen gewählt werden.
- Weiterhin läßt sich das Torsions-Widerstandmoment des Zwischenabschnitts durch seine Form und Querschnittsgröße 6 bestimmen. Es ist daher eine optimale Anpassung an die unterschiedlichsten Gegebenheiten möglich.
- Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.
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