WO1994014576A1

WO1994014576A1 - Werkzeug, insbesondere schraubendrehereinsatz

Info

Publication number: WO1994014576A1
Application number: PCT/EP1993/003657
Authority: WO
Inventors: Martin Strauch; Robert Hoy
Original assignee: Wera Werk
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1994-07-07
Also published as: AU5815194A; EP0675783A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbesondere Schraubendrehereinsatz. Um ein Werkzeug mit einer optimal an den Einsatzzweck angepaßten Arbeitsfläche zu schaffen ist vorgesehen, daß es entweder als pulvermetallgesintertes Formteil gestaltet ist, derart, daß die aus der Korngröße des Metallpulvers resultierende Rauhigkeit die zur Drehmomentübertragung optimal strukturierte Arbeitsfläche bildet oder eine Oberfläche mit aufgewalzten Noppen aufweist.

Description

00001 Werkzeug, insbesondere Schraubendrehereinsatz

00002

00003 Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit strukturierten,

00004 durch Anlage an einem Werkstück drehmomentübertragenden

00005 Arbeitsflächen, insbesondere einen Schraubendreherein-

00006 satz. 00007

00008 Es ist bei Schraubendrehern bekannt, die Arbeitsflächen

00009 des Schraubendrehers mit einer Schleifmittelbeschichtung

00010 zu versehen, welche insbesondere Diamantstaub enthält

00011 (DE-Gm 85 19 877). Bei Schraubendrehereinsätzen (Bits)

00012 ist zudem bekannt, zusätzlich zu der Grundstruktur der

00013 Rippen Feinstrukturen vorzusehen, die ebenfalls das

00014 Risiko vermindern sollen, daß die Arbeitsflächen bei

00015 Übertragung größerer Drehmomente aus dem formschlüssigen

00016 Eingriff zur Vertiefung der Schraube oder dergleichen

00017 austritt. Alle diese Lösungen zur Erzielung einer ent-

00018 sprechend und optimal strukturierten Arbeitsfläche sind

00019 relativ aufwendig; sie bedürfen vor allem in nahezu

00020 allen Fällen einer gesonderten Nachbearbeitung des schon

00021 weitgehendst fertigen und gehärteten Arbeitsendeε des

00022 Werkzeuges, z.B. des Schraubendrehers. 00023

00024 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermei-

00025 düng dieser Nachteile ein hinsichtlich der Arbeitsflä-

00026 chenstruktur optimal an den Einsatzzweck angepaßtes

00027 gattungsgemäßes Werkzeug zu schaffen. 00028

00029 Dies ist erreicht durch die im Hauptanspruch angegebene

00030 Erfindung. Der Unteranspruch stellt eine vortej.l .f-.*.

00031 Weiterbildung dar. 00032

00033 Zufolge dieser Ausgestaltung ist erreicht, daß d__e ano -

00034 strebte Feinstruktur der Arbeitsfläche als eine aus der

00035 Korngröße des verwendeten Pulvermetalles resultierende 00036 Rauhigkeit auftritt. Ein nachfolgender Arbeitsgang zur

00037 Erzielung einer entsprechenden Rauhigkeit, z.B. eine

00038 entsprechende Diamantbeschiσhtung oder dergleichen, kann

00039 entfallen. Es wurde nicht nur gefunden, daß die Festig-

00040 keits- und Torsionseigenschaften entsprechender gesinter-

00041 ter Pulvermetalle einschlägiger Korngröße vollauf den

00042 übrigen Ansprüchen gerecht wird, die an solche drehmo- 00043 mentübertragenden Werkzeuge gestellt werden, sondern daß

00044 die gerade bei Schraubendrehereinsätzen auftretenden,

00045 meist sechseckigen Schaftabschnitte zum Einspannen sol-

00046 eher Schraubendrehereinsätze im Spannfutter ohne Nach-

00047 teil auch in dieser Rauhigkeitsstruktur erstellt sein

00048 können. Es ergibt sich vielmehr gerade bei Schraubendre-

00049 her-Bits bei bestimmten Spannfuttern, z.B. solchen mit

00050 Magnethalterung oder mit quergerichteten Spannkugeln,

00051 ein weiterer Vorteil hinsichtlich des verbesserten Haft-

00052 sitzes des Schraubendreher-Bits in dem Futter. Wählt man

00053 gemäß der Erfindung für das zu sinternde Pulvermetall

00054 die Korngröße von 10 bis 20 μ, so erreicht man - wie

00055 gefunden wurde - Verbundsitz-Verhältnisse des Arbeitsen-

00056 des in der Schraube, die denjenigen einer optimalen

00057 Diamantbeschichtung entsprechen, mit nur teilweiser

00058 Einbettung der Diamantsplitter in einer Einfassungs-

00059 schicht, z.B. entsprechend DE-Al-41 21 839.6. Es wurde

00060 gefunden, daß man die Rauhigkeit der Arbeitsflächen-

00061 Struktur - alles in den angegebenen und mit einer

00062 Schleifmittelbeschichtung gleichen Rauhigkeitswerten 00063 (RMS) - auch aus der Rauhigkeit der Formwand des Sinter-

00064 Werkzeuges erzeugen kann, gegebenenfalls in Abstimmung

00065 mit der Korngröße des Pulvermetalles . 00066

00067 Aus der DE-PS 112475 ist es bekannt, die Arbeits läche

00068 eines Schraubwerkzeuges durch eine Rifferlung aufzurau-

00069 hen. Dabei wird die Seitenfläche der Spitze beispielswei- 00070 se auch über Kreuz geriffelt, so daß rautenförmige Pla-

00071 teaus bestehen bleiben. 00072

00073 Gemäß einer eigenständigen erfindungsgemäßen Weiterbil-

00074 düng des Standes der Technik ist vorgesehen, daß die

00075 Rauhung der Oberfläche nicht durch die Formgebung der

00076 Innenwand eines Sinterwerkzeuges bestimmt wird, sondern

00077 durch die Formgebung eines Präge-, Walz- oder ähnlichen 00078 Umformwerkzeuges. Dabei kann es sich auch um eine Presse

00079 oder dergleichen handeln. Mittels dieses Werkzeuges

00080 sollen auf der Werkzeugspitze, genauer auf dem Arbeitsbe-

00081 reich, Noppen ausgebildet werden, welche über die Grund-

00082 fläche des Werkzeuges herausragen. Die Noppen sollen

00083 dabei bevorzugt die Form einer Kuppe oder die Form einer

00084 Linse ausbilden. Sie können vorzugsweise auf den Eckpunk-

00085 ten eines rechteckigen Gitters angeordnet sein, welches

00086 bevorzugt quadratisch ist. Der Abstand der Noppen soll

00087 kleiner oder nur unwesentlich größer sein als der Durch-

00088 messer der Noppen auf der Grundfläche. Die Grundfläche

00089 der Noppen kann dabei bevorzugt rund sein. Es ist aber

00090 auch vorgesehen, daß dieser runden Grundfläche ein qua-

00091 dratisches oder rechteckiges Plateau zugeordnet ist,

00092 welches eine Seitenlänge aufweist, die dem Durchmesser

00093 der Noppen entspricht. Die Höhe der Noppen, also der

00094 Betrag, um den die Noppen aus der Grundfläche herausra-

00095 gen, soll weniger als der Radius eines Noppens betragen-

00096 Die Noppen haben gegenüber einer Riffeiung den Vorteil,

00097 daß sie aus der Oberfläche herausragen, während die

00098 Riffelung durch Einschnitte in die Oberfläche ausgebil-

00099 det wird. Bei der Herstellung wird eine Schraubendreher-

00100 spitze mit einem Walz-, Präge- oder sonstigem Verfor-

00101 mungswerkzeug in die gewünschte Gestalt verformt- Die

00102 Innenwandung des Verformungswerkzeuges kann dabei so

00103 ausgebildet sein, daß zufolge des Druckes Material aus

00104 dem Oberflächenbereich in entsprechende Aussparungen 00105 hineinfließt und so die Noppen ausbildet. Die Noppen

00106 stehen dann also über die Oberfläche des Werkzeuges

00107 hervor und bewirken so einen sicheren, reibungsgleichen

00108 Eingriff in eine entsprechende Gegenöffnung der Schraube

00109 oder dergleichen. 00110

00111 Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung bei-

00112 spielsweise dargestellt. Es zeigen: 00113

00114 Figur 1 eine Frontansicht gegen die Spitze eines

00115 Schraubendrehereinsatzes, 00116

00117 Figur 2 eine Ansicht desselben, 00118

00119 Figur 3 eine Ansicht gegen das sechseckige Schaftende

00120 zur Befestigung des Schraubendrehereinsatzes

00121 in einem Spannfutter,

00122 Figur 4 eine vergrößerte Teildarstellung auf den vor-

00123 dersten Abschnitt der Arbeitsflächen in über-

00124 trieben dargestellter Wiedergabe der aus der 00125

00126 Körnerstruktur des gesinterten Pulvermetalles

00127 resultierenden Rauhigkeit der dortigen Oberflä-

00128 chen, 00129

00130 Figur 5 eine Schraubendreherklinge mit genoppter Spit-

00131 ze, 00132

00133 Figur 6 eine vergrößerte Darstellung der Spitze gemäß

00134 Fig. 4, 00135

00136 Figur 7 einen Schnitt gemäß der Linie VII-VII

00137 6, 00138 00139 Fig. 8 eine Ausschnittsvergrößerung der genoppten

00140 Arbeitsfläche des ersten Ausführungsbeispiels, 00141

00142 Fig. 9 eine Darstellung gemäß Fig. 8 eines zweiten

00143 Ausführungsbeispiels, 00144

00145 Fig.10 eine Darstellung gemäß Fig. 9 eines dritten

00146 Ausführungsbeispiels und 00147

00148 Fig.11 einen Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. 10. 00149

00150 Der Bit besteht aus dem sechskantigen Schaftabεchnitt 1,

00151 dem (im allgemeinen tordierbar gestalteten) Abschnitt 2

00152 und dem vorderen Arbeitsende 3. Dieses Arbeitsende 3

00153 weist die einzelnen Rippen 4 auf. Zwischen denen befin-

00154 den sich die nutenartigen Rinnen 5. Die Seitenflanken

00155 und der Grund der Rinnen 5 und die Stirnflächen der

00156 Rippen 4 bilden insgesamt die Arbeitsflächen des Schrau-

00157 bendrehereinsatzes. 00158

00159 Der gesamte Schraubendrehereinsatz ist als Formteil 00160 gestaltet, und zwar aus gesintertem Pulvermetall. Die

00161 Korngröße des Pulvermetalles liegt etwa zwischen 10 bis

00162 20 μ. Das ergibt eine Rauhigkeitsstruktur an der Oberflä-

00163 ehe. Diese führt insbesondere im Bereich der an der

00164 Spitze 3 vorgesehenen Arbeitsflächen zu einer solchen

00165 Rauhigkeit, daß ein erheblicher Verbundeingriff zwischen

00166 Vertiefung der Schraube oder dergleichen und diesen

00167 Arbeitsflächen auftritt, dies insbesondere, wenn die

00168 ersten Drehmomente aufgewendet wurden, z.B. um eine

00169 Schraube einzuziehen. Die Rauhigkeit ist sogar so, daß

00170 bei steigendem Drehmoment - meist bedingt durch das

00171 steigende Widerstandsmoment der sich immer fester :ιehen-

00172 den Schraube, die Körnerspitzes sich - allerdinσs beschä- 00173 digungsfrei - in das Material des Werkstückes, meist

00174 Schraube, eingraben. 00175

00176 Die Fertigung des Werkzeuges, insbesondere eines Schrau-

00177 bendrehereinsatzes, kann auch nach einem Verfahren erfol-

00178 gen, wie es in der Patentschrift 39 07 022 beschrieben

00179 ist. 00180

00181 Es kann ein Metallpulver-Spritzgußverfahren verwendet

00182 werden, welches sich zur pulvermetallurgischen Herstel-

00183 lung von Kleinteilen bewährt hat. Ein solches Verfahren

00184 leitet sich aus dem bekannten Kunststoffspritzen ab,

00185 wobei dem Kunststoff 50 bis 70 Volumenprozent Metallpul-

00186 ver zugemischt werden. Die dabei entstehende fließfähige

00187 Masse wird zu sogenannten Grünlingen verpreßt. Vor dem

00188 Spritzgießprozeß werden Metallpulver und Binder, der

00189 eine Kunststoff-Komponente aufweist, in einem bestimmten

00190 Volumenverhältnis, von z.B. 70 zu 30 bei reduziertem

00191 Inertgasdruck und ca. 150 bis 180^°C miteinander ver-

00192 mischt. Die Masse kann bei einer Temperatur von 150 bis

00193 200^°C in der Spritzgießmaschine verspritzt werden. Die

00194 Binderentfernung kann in zwei Stufen geschehen. Zunächst

00195 können die Grünlinge in ein Lösungsmittel getaucht wer-

00196 den, wobei ein Teil des Binders so entfernt wird, daß

00197 eine schwammartige offene Porosität entsteht, welche das

00198 ganze Bauteil durchzieht. In einem Sinterofen findet der

00199 zweite Teil der Entbindung statt. Im Ofen kann ein erhöh-

00200 ter Druck aus einem Gemisch von Argon und Wasserstoff

00201 herrschen und eine Temperatur von 800°C, so daß die

00202 Pulverteilchen miteinander versintert werden, üech einer

00203 gewissen Zeit kann die Temperatur auf die Sintertempera-

00204 tur von rund 1200^°C erhöht werden, wobei auch der Ofen

00205 evakuiert werden kann. Die anfänglich offene Porosität

00206 wird bei Druckbeaufschlagung vollständig geschlossen.

00207 Der Druck im Ofen kann dann auf 100 bar erhöht v/erden. 00208 Durch diese Maßnahme findet eine Verdichtung des Werk-

00209 Stoffes statt. 00210

00211 Die Fig. 5 - 11 zeigen einen Schraubendreher, bei dem

00212 die Spitze 13 mit aufgewalzten oder aufgeprägten Noppen

00213 10 versehen ist. Die Noppen 10 haben eine im wesentli-

00214 chen kreisrunde Grundfläche und ragen um den Betrag H

00215 aus der Oberfläche 11 der Arbeitsspitze 13 heraus. Die

00216 Form der Noppen kann linsenförmig oder kuppeiförmig sein. 00217

00218 Der Abstand A, um den die Noppenwände beabstandet sind,

00219 liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,1 - 0,3 mm. Sie

00220 kann aber auch in einem Bereich von 0,15 - 0,3 mm lie-

00221 gen. Bevorzugt sind Noppenabstände A von 0,17 oder 0,28

00222 mm vorgesehen. Die Noppenbreite kann zwischen 0,2 und

00223 0,4 mm variieren und variiert bevorzugt in einem Bereich

00224 von 0,25 und 0,3 mm. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.

00225 8 beträgt die Noppenhöhe ca. 0,07 mm. Der Abstand der

00226 Noppen, also der Zwischenraum zwischen den kreisrunden

00227 Grundflächen der Noppen 10 beträgt dort 0,26 mm. Der

00228 Durchmesser D der Noppen ist hier 0,25 mm. Die Noppen

00229 weisen eine Kugelform auf. Die Noppen 10 können darüber

00230 hinaus auf einem quadratischen Plateau liegen, dessen

00231 Seitenwände dem Durchmesser D der Noppengrundfläche

00232 entspricht. Die Höhe des Plateaus 12 beträgt weniger als

00233 1/10 der Noppenhöhe. Bei dem in Fig. 9 dargestellten

00234 Ausführungsbeispiel sind die Noppen nicht auf Plateaus

00235 angeordnet, sondern ragen direkt aus der Grundfläche 11

00236 der Spitze 13 heraus. 00237

00238 Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 beträgt der Durch-

00239 messer D der Noppen 0,33 - 0,35 mm. Der Abstand A zweier

00240 Noppen beträgt hier 0,17 mm. Auch hier haben die Noppen

00241 eine kreisrunde Grundfläche und sind gitterför ig auf

00242 der Oberfläche angeordnet. Beim Gitter handelt es sich 00243 um ein Gitter mit quadratischer Netzform, wobei die

00244 Noppen auf den Eckpunkten des Gitters angeordnet sind-

00245 Das Gitter ist gegenüber der Basislinie bzw. der senk-

00246 recht dazu stehenden Erstreckungsrichtung des Werkzeuges

00247 um 45^° verschwenkt. Auch hier beträgt die Höhe H der

00248 Noppen 10 0,07 mm. In Erstreckungsrichtung des Schraub-

00249 Werkzeuges ist die Spitze 13 über einen 2,8 mm langen

00250 Bereich beidseitig genoppt. 00251

00252 Es ist auch vorgesehen, daß die Noppen eine andere Form

00253 aufweisen als beispielsweise eine Kuppelform. Sie können

00254 insbesondere linsenförmig ausgebildet sein, also eine

00255 elliptische oder ovale Grundfläche aufweisen. Ebenso

00256 kann vorgesehen sein, daß die Noppen spitzenförmig aus

00257 der Grundfläche 11 herausragen. 00258

00259 Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und

00260 den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können

00261 sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für

00262 die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.

00263 Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In

00264 die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der

00265 Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori-

00266 tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt-

00267 lieh mit einbezogen.

Claims

00268 Ansprüche 00269

00270 1. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00271 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00272 sondere Schraubendrehereinsatz, dadurch gekennzeichnet,

00273 daß es als pulver etallgesintertes Formteil gestaltet

00274 ist, derart, daß die aus der Korngröße des Metallpulvers

00275 resultierende Rauhigkeit die zur Drehmometübertragung

00276 optimal strukturierte Arbeitsfläche bildet. 00277

00278 2. Schraubendreher-Bit nach Anspruch 1 oder insbesondere

00279 danach, dadurch gekennzeichnet, daß er als Formteil aus

00280 gesintertem Pulvermetall der Korngröße 10 bis 20 μ ge-

00281 staltet ist. 00282

00283 3. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00284 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00285 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00286 dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit der Arbeitε-

00287 flächen-Struktur aus der Abbildung der Rauhigkeit der 00288 Formwand eines Formwerkzeuges resultiert.

00289

00290 4. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00291 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00292 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher nach

00293 Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug

00294 eine Sinterform ist. 00295

00296 5. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00297 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächer. insbe-

00298 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher nach

00299 Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werl.ze'j. ein

00300 Präge-, Walz- oder ähnliches Werkzeug ist. 00301 00302 6. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00303 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00304 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00305 dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit durch gitter-

00306 förmig auf der Arbeitsfläche 11 angeordnete und aus

00307 dieser herausragende Noppen 10 ausgebildet wird. 00308

00309 7. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00310 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00311 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00312 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00313 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00314 die im wesentlichen kuppen- oder linsenförmigen Noppen

00315 10 auf den Eckpunkten eines Gitters sitzen, welches

00316 bevorzugt eine rechteckige oder quadratische Netzstruk-

00317 tur aufweist. 00318

00319 8. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00320 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00321 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00322 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00323 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00324 der Abstand A der Noppen 10 kleiner oder nur unwesent-

00325 lieh größer ist als der Durchmesser D der Noppen 10. 00326

00327 9. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00328 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00329 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00330 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00331 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00332 die Noppen 10 eine runde Grundfläche aufweisen. 00333

00334 10. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00335 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00336 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher, 00337 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00338 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00339 die Noppen 10 um weniger als den Noppenradius aus der

00340 Grundfläche 11 herausragen. 00341

00342 11. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00343 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00344 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00345 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00346 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00347 der Noppendurchmesser zwischen 0,2 und 0,4 mm liegt,

00348 bevorzugt 0,26 oder 0,33 - 0,35 mm beträgt. 00349

00350 12. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00351 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00352 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00353 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00354 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00355 der Noppenabstand im Bereich von 0,15 - 0,2 mm liegt,

00356 bevorzugt 0,17 oder 0,28 mm beträgt. 00357

00358 13. Werkzeug mit strukturierten, durch Anlage an einem

00359 Werkstück drehmomentübertragenden Arbeitsflächen, insbe-

00360 sondere Schraubendrehereinsatz oder Schraubendreher,

00361 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00362 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00363 die Noppenhöhe im Bereich von 0,05 - 0,1 mm liegt, bevor-

00364 zugt 0,07 mm beträgt.