WO2023099404A1 - Schraube, werkzeug und anordnung mit einer schraube und einem werkzeug - Google Patents

Schraube, werkzeug und anordnung mit einer schraube und einem werkzeug Download PDF

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WO2023099404A1
WO2023099404A1 PCT/EP2022/083482 EP2022083482W WO2023099404A1 WO 2023099404 A1 WO2023099404 A1 WO 2023099404A1 EP 2022083482 W EP2022083482 W EP 2022083482W WO 2023099404 A1 WO2023099404 A1 WO 2023099404A1
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WO
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screw
screwing
bulges
tool
longitudinal axis
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PCT/EP2022/083482
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Leb
Philip Kubinger
Original Assignee
Schmid Schrauben Hainfeld Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B23/00—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool
    • F16B23/0053—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool with a conical or prismatic recess for receiving a centering pin of the tool apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B15/00—Screwdrivers
    • B25B15/001—Screwdrivers characterised by material or shape of the tool bit
    • B25B15/004—Screwdrivers characterised by material or shape of the tool bit characterised by cross-section
    • B25B15/005—Screwdrivers characterised by material or shape of the tool bit characterised by cross-section with cross- or star-shaped cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B23/00—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool
    • F16B23/0007—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool characterised by the shape of the recess or the protrusion engaging the tool
    • F16B23/003—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool characterised by the shape of the recess or the protrusion engaging the tool star-shaped or multi-lobular, e.g. Torx-type, twelve-point star

Definitions

  • the invention relates to a screw with a shank, a thread on at least one section of the shank, the thread defining a screwing-in direction about a central longitudinal axis of the shank, and a drive formation at one end of the shank, the drive formation being a depression in a screw head or a projection at the end of the shank, the indentation or the projection each having a circular-cylindrical or frustoconical base body arranged concentrically to a central longitudinal axis of the shank and a plurality of bulges emanating from the base body, the bulges being rounded at their radially outer ends.
  • the invention also relates to a tool for screwing in and unscrewing a screw according to the invention and an arrangement with a screw according to the invention and a tool according to the invention.
  • the aim of the invention is to improve a screw, a tool and an arrangement with a screw and a tool in such a way that it is easier to process screws, in particular a reduced effort is achieved.
  • a screw for this purpose with a shank, a thread on at least one section of the shank, the thread defining a screwing-in direction around a central longitudinal axis of the shank, and a drive formation at one end of the shank, the drive formation being a depression in a screw head or a projection at the end of the shank, the indentation or the projection each having a circular-cylindrical or truncated cone-shaped base body arranged concentrically to a central longitudinal axis of the shank and a plurality of bulges emanating from the base body, the bulges being rounded at their radially outer ends which extend the bulges with a component that is radial to the central longitudinal axis and a component that is tangential and counter to the direction of screwing.
  • the bulges are arranged at an angle to the circumferential direction and are inclined counter to the screwing-in direction.
  • the drive configuration can be in the form of a depression, so that the base body and the bulges then define a coherent hollow space or empty space.
  • the drive configuration can also be designed as a projection, so that the base body and the bulges then form a common body or a coherent volume the material of the screw. It has been shown that the screw according to the invention with its drive design sits securely on a suitable tool, which then has a correspondingly shaped projection or a correspondingly shaped depression, in particular a screwdriver bit, and that less effort is required when screwing in the screw.
  • screwing in a screw according to the invention requires less electrical energy from a cordless screwdriver than screwing in a conventional screw.
  • the screwing-in force which lies in the circumferential direction, is transmitted via surfaces lying at an angle to the screwing-in force.
  • the surfaces are arranged lagging behind the direction of rotation when screwing in.
  • the driving surfaces on the tool can lie flat against the driven surfaces on the screw.
  • the driving surfaces on the tool can be curved outwards.
  • the driven surfaces on the screw can be curved to match the driving surfaces, so that there is a planar contact between the driving surfaces and the driven surfaces.
  • An essential advantage of the screw according to the invention is that it can also be processed with known tools, in particular drive bits, for example for 6-lobe or Torx. This is primarily achieved in that the indentation or the projection each have a circular-cylindrical base body arranged concentrically to a central longitudinal axis of the shank.
  • the screw according to the invention can be both screwed in and out again by means of the drive design.
  • the advantages according to the invention in particular the reduced expenditure of force compared to conventional screws, occur mainly when screwing in the screw due to the inclination of the bulges opposite to the screwing-in direction.
  • a side face of the bulges that is at the front in the screwing-in direction has a larger area than a side face of the bulges that is at the back in the screwing-in direction.
  • the boundary surfaces of the bulges are arranged parallel to the central longitudinal axis.
  • the boundary surfaces of the bulges are arranged at an angle of more than 0° and less than 10°, in particular 6°, obliquely to the central longitudinal axis.
  • the drive is designed as a depression and a cross section of the depression decreases in the direction of the tip of the screw.
  • the manufacturability of the screw according to the invention is significantly easier, since the drive formation is usually pressed into the screw head. A stamp for pressing in the drive training can then simply be pulled out again.
  • such a design of the drive design greatly facilitates the insertion of a tool, in particular a screwdriver bit.
  • the drive is designed as a depression and a closed end of the recess is designed in the shape of a cone.
  • a conical design of the closed end of the recess can ensure an even distribution of force in the material of the screw head when screwing in.
  • a greater residual thickness of the material of the screw head than with a cylindrical recess is achieved by a conical end of the recess.
  • the drive formation is designed as a projection and a cross section of the projection increases in the direction of the tip of the screw.
  • An angle at which the cross section of the projection increases in the direction of the screw tip should be more than 0° and less than 10°, in particular 6°, for example. At an angle of 6°, the tool can be easily attached to the projection of the drive formation of the screw and removed again. Nevertheless, the axial force that inevitably acts on the tool when screwing in or unscrewing the screw and forces it away from the drive formation of the screw is not great and can be easily applied and thus controlled by an operator.
  • a tangent or parallel to the lateral surface of the bulge lying at the front in the screwing-in direction closes an angle between in a radial direction which runs through the point of the bulge lying furthest to the outside in the radial direction 25° or 50°, in particular 35°.
  • a radius of curvature of the side faces lying at the front in the screwing-in direction is between twice and three times the diameter of the cylindrical or frustoconical base body.
  • the radius of curvature of the front side surfaces in the screwing-in direction is 13 mm, viewed parallel to the central longitudinal axis.
  • a diameter of the cylindrical base body or the largest diameter of the truncated cone-shaped base body is then, for example, 5.1 mm.
  • a ratio of a diameter of the cylindrical or frustoconical base body and a diameter of an imaginary circumference of the recess or the projection is at most 1:1.4, in particular 1:1.38.
  • the screw according to the invention can be easily processed with drive configurations for 6-Lobe or Torx.
  • the problem on which the invention is based is also solved by a tool for screwing and unscrewing a screw according to at least one of the preceding claims with a drive formation which is designed to match the drive formation of the screw, in which the drive formation has a projection or a depression, wherein the projection or the depression each has a circular-cylindrical or truncated cone-shaped base body arranged concentrically to a central longitudinal axis of the shank and several bulges emanating from the base body, the bulges being rounded at their radially outer ends, the bulges relative to the
  • the central longitudinal axis extends with a component that is radial to the central longitudinal axis and a component that is oriented tangentially and counter to the direction of screwing.
  • the bulges of the tool are also arranged at an angle to the circumferential direction and are inclined counter to the screwing-in direction.
  • At least the side surfaces of the bulges or the projection that are at the front in the screwing-in direction have a mean roughness value R a of at most 0.4 ⁇ m. It has been found that in this way the expenditure of force when screwing in can be reduced. It is assumed that by grinding or even polishing the front side surfaces in the screwing-in direction, an improved surface contact of the front side surfaces of the bulges of the tool in the screwing-in direction with the side surfaces of the bulges of the drive formation of the screw is achieved. It is assumed that an improved or enlarged surface contact can reduce the mechanical losses and thus the effort required when screwing in the screw.
  • the drive formation is designed as a projection and a cross section of the projection decreases in the direction of its free end, with the free end being arranged in the recess of the screw.
  • the boundary surfaces of the bulges are arranged at an angle of 0° to 10°, in particular more than 0° and less than 10°, in particular 6°, obliquely to the central longitudinal axis.
  • An angle of 6° is advantageous because at such an angle the tool or the drive bit can be easily inserted into the recess in the screw head and at the same time an axial force when screwing in, which tries to push the drive bit out of the recess of the screw, is low and can be easily applied and thus controlled by an operator. All intermediate values, in particular 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, can be used between 0° and 10°.
  • the problem on which the invention is based is also solved with an arrangement with a screw according to the invention and a tool according to the invention, wherein when a torque is applied in the screwing-in direction by means of the tool, the outwardly curved side surfaces of the drive configuration of the tool that are at the front in the screwing-in direction come into contact with those that are at the front in the screwing-in direction and outwardly curved side faces of the drive formation of the screw rest flat.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a screw according to the invention according to a first embodiment, obliquely from behind,
  • Fig. 2 is a plan view of the screw head of the screw of Fig. 1,
  • Fig. 3 is a sectional view on section plane A-A in Fig. 2,
  • Fig. 4 shows the enlarged detail B from Fig. 3,
  • FIG. 5 shows a perspective view of a drive bit, ie a tool, for screwing in and unscrewing the screw shown in FIG. 1,
  • Fig. 6 is a front view of the tool of Fig. 5;
  • Fig. 7 is a side view of the tool of Fig. 5,
  • FIG. 8 shows a front view similar to FIG. 6, with auxiliary lines being drawn in
  • Fig. 9 is a sectional view on section plane A-A in Fig. 8,
  • FIG. 10 shows a view of a sectional plane through an arrangement with the screw of FIG. 1 and the tool of FIG. 5, the sectional plane running perpendicular to the central longitudinal axis of the screw and the tool,
  • FIG. 11 shows an enlarged view of detail Z from FIG. 10,
  • FIG. 12 shows a perspective view of a screw according to the invention according to a second embodiment, obliquely from behind
  • FIG. 13 is a plan view of the screw of Fig. 1,
  • Fig. 14 is a view on section plane A-A in Fig. 13,
  • Fig. 15 shows the enlarged detail B from Fig. 14,
  • FIG. 16 shows a tool in the form of a drive bit for screwing in the screw of FIG. 12,
  • Fig. 17 is a front view of the tool of Figs. 16 and
  • Fig. 18 is a side view of the tool of Fig. 16.
  • the screw 10 has a shank 12 and threads 14 on a portion of the shank 12 .
  • the shank 12 tapers at one end and the screw 10 is provided with a screw head 16 at the end opposite the pointed end.
  • the screw head 16 is provided with a drive formation 18 which has a recess 20 .
  • the design of the drive formation 18 is decisive for the invention.
  • the design of the shank 12, the thread 14 and the screw head 16 is of only secondary importance for the invention and can be modified within the scope of the invention or also have a fundamentally different design.
  • FIG. 2 shows a plan view of the screw head 16 of the screw 10 from FIG. 1 , the design of the drive formation 18 being better discernible in the plan view and therefore being explained further with reference to FIG. 2 .
  • the recess 20 of the drive formation 18 has a base body 22 in the shape of a truncated cone.
  • the base body 22 is indicated by a dashed circular line with the diameter y in FIG. 2, the dashed circular line with the diameter y merely representing an imaginary line.
  • the truncated cone shape of the base body 22 can hardly be seen in FIG. 2, but can be seen, for example, in FIG. 5.
  • the cone angle ⁇ is 6°, for example.
  • Bulges 24 proceed from the base body 22 .
  • a total of six bulges 24 proceed from the base body 22 .
  • the bulges 24 are rounded at their radially outer ends.
  • the bulges 24 extend with a component that is radial to the central longitudinal axis 26 and at the same time with a component that is tangential to the central longitudinal axis.
  • the bulges are 24 ie arranged obliquely to the radial direction and also obliquely to the circumferential direction.
  • the screw 10 shown in Figure 2 would be screwed in clockwise.
  • the bulges 24 are therefore inclined counter to the screwing direction.
  • a side surface 28 of the bulges 24 that is at the front in the screwing-in direction is larger than a side surface 30 that is at the rear in the screwing-in direction.
  • an angle ⁇ between a radially outermost point of a bulge 24 and the radially outermost point of the adjacent bulge 24 is 60°. Since six bulges 24 are provided, each of which assumes an angle of 60°, the resulting angle is 360°. If only four bulges 24 were provided, the bulges 24 would each extend over an angle of 360° divided by four. If there were only three bulges 24, the angle ⁇ occupied by each bulge 24 would be 120°.
  • the side surfaces 28 lying at the front in the screwing-in direction are curved outwards as seen from the central axis and have a radius R2.
  • the side surfaces 30 lying at the rear in the screwing-in direction are also curved outwards as seen from the central longitudinal axis and have a radius R1.
  • a transition between a side face 28 at the front in the screwing-in direction and a side face 30 at the rear in the screwing-in direction of the same bulge 24 is curved outwards and has a radius R3.
  • a transition between the lateral surfaces 30 lying at the rear in the screwing-in direction and the lateral surface 28 of the subsequent bulge 24 lying in front in the screwing-in direction is curved inwards as seen from the central longitudinal axis 26 and has a radius R4.
  • R2 is the largest radius.
  • R3 is smaller than R2.
  • R1 is again slightly smaller than R3.
  • R4 is the smallest radius.
  • R2 is 13mm
  • R3 is 0.8mm
  • R1 is 0.7mm
  • R4 is 0.5mm.
  • the diameter y of the imaginary circular cylinder of the depression would be about 5 mm.
  • a circle around the drive formation 18 would then have a diameter of 7 mm.
  • the radius of curvature R2 of the front side surfaces 28 in the screwing-in direction can be between twice and three times the largest diameter of the frustoconical or—according to a further embodiment—circular-cylindrical base body 22 .
  • a ratio of the diameter y of the base body 22 and the diameter of the imaginary circumference of the drive formation 18 a maximum of 1:1.4, in particular 1:1.38.
  • FIG. 3 shows a view of the sectional plane A-A in FIG. 2.
  • the depression 20 of the drive formation which has a conical base, can be seen.
  • the remaining wall thickness c of the screw head is also shown in FIG. It can already be seen in FIG. 3 that the depression 20 tapers in the direction of the tip of the screw, ie downwards in FIG. 3 .
  • the angle a is drawn in, at which the recess 20 tapers in the direction of the screw tip.
  • This angle a can be measured on the side surfaces of the bulges 24, but also forms the cone angle of the frustoconical base body 22.
  • a cone angle of the conical end of the depression 20 is entered as angle ⁇ .
  • the depth of the depression 20 is indicated by t.
  • a width or the diameter of a circumference of the bulges 24 at the transition to the conical end of the recess 20 is entered as m.
  • FIG. 5 shows a tool 40 in the form of a drive bit that can be used to drive the screw 10 of FIGS. 1-4.
  • the tool 40 shows a drive formation 48 which is designed to match the drive formation 18 of the screw 10 .
  • the top view of FIG. 8 shows that the drive formation 48 has a base body 22 in the shape of a truncated cone, from which a total of six bulges 24 emanate.
  • the bulges 24 extend on the tool with a component that is radial to the central longitudinal axis 26 and a component that is oriented tangentially and counter to a screwing-in direction.
  • the screwing-in direction for the screw 10 of FIG. 1 runs counterclockwise.
  • the bulges 24 are designed as solid volumes on the tool 40, in contrast to the bulges 24 of the drive formation 18 of the screw, which are designed as empty spaces.
  • the bulges 24 are arranged at an angle to the circumferential direction and are inclined counter to the screwing-in direction .
  • the side surfaces 58 at the front in the screwing-in direction are larger than the side surfaces 60 at the rear in the screwing-in direction.
  • the bulges 24 are rounded at their outer end and transitions between two bulges 24 are also rounded.
  • the radii of individual surfaces that make up the bulges 24 are denoted in FIG. 8 with the same letters R1, R2, R3 and R4 as in FIG Screw 10 and in particular Fig. 2 has been explained.
  • FIG. 6 shows a side view of the tool 40 of FIG. 5.
  • the drive formation 48 tapers or decreases in cross-sectional area toward the free end, bottom in FIG. 7, of the tool 40.
  • FIG. This can also be seen in the sectional view on the section plane A-A in FIG.
  • the angle a, with which the drive formation 48 of the tool 40 tapers, is 6°, as in the case of the drive formation 18 of the screw, see FIG. 4, and according to the invention can be between 0° and 10°.
  • FIG. 10 shows a sectional view through an arrangement of tool 40 and screw 10, the sectional plane running perpendicular to the central longitudinal axis 26 and running through the drive formation 18 of the screw 10 and the drive formation 48 of the tool 40.
  • the direction of screwing is clockwise in FIG. It can be seen that the front side faces 58 of the drive formation 48 of the tool 40 in the screwing-in direction rest flat against the front side faces 28 of the drive formation 18 of the screw 10 in the screwing-in direction. In the area of the radially outer ends of the bulges 24, on the other hand, there is a small distance between the drive formation 48 of the tool 40 and the drive formation 18 of the screw 10.
  • the outer surfaces of the drive formation 48 of the tool 40 are advantageously polished. At least the front side surfaces 58 of the drive formation 48 of the tool 40 in the screwing-in direction have an average roughness value R a of a maximum of 0.4 pm.
  • the screwing-in force E lies parallel to the circumferential direction, which is indicated by a dashed circle to which the screwing-in force E is tangential.
  • the screwing-in force E is transmitted via side faces 58 of the drive formation 48 of the tool 40 lying obliquely to the circumferential direction and to the screwing-in force E and side faces 28 of the drive formation 18 of the screw 10 lying obliquely to the circumferential direction and to the screwing-in force E.
  • An angle a between the screwing force E and the in In the illustrated embodiment, the front side surface 58 of the drive formation 48 of the tool 40 in the screwing-in direction is approximately 35 degrees to 40 degrees.
  • this angle can be between 25 degrees and 50 degrees.
  • the angle a is also between the screwing-in force E and the front side faces 28 of the drive formation 18 of the screw 10 in the screwing-in direction, since the side faces 58 of the tool 40 rest flat against the side faces 28 of the screw 10 .
  • the angle a is not constant over the entire side surfaces 58.28 since the side surfaces 58.28 are slightly curved.
  • the radius R2 of the side surfaces 58, 28 is larger than the radius of the base body 82 of the drive formation of the screw, see Fig. 13, in particular 1.5 times to 2.5 times, in particular 2 times the radius of the base body, and larger than the radius of a circumference of the drive configuration of the screw, see FIG. 13.
  • the side surfaces 58, 28 are in flat contact with one another.
  • the screwing-in force E is thus transmitted via side faces 58, 28 that lag behind in the screwing-in direction. This is also due to the fact that viewed in the screwing-in direction, the angle a for a screw with a right-hand thread is measured clockwise when looking at the screw head and is smaller than the complementary angle, which is measured counter-clockwise.
  • Fig. 11 shows an enlarged view of detail Z from Fig. 10.
  • a bulge 24 is shown and it is easy to see in Fig. 11 that the front side face 58 of the drive formation 48 in the screwing-in direction is flat against the front side face in the screwing-in direction 28 of the drive training 18 is present.
  • a flat contact is advantageously provided over the entire length, parallel to the central longitudinal axis 26, of the side surfaces 58, 28.
  • FIG. 12 shows a screw 70 according to the invention according to a further embodiment of the invention.
  • the screw 70 is designed very similarly to the screw 10 of FIG. 1 and only the features that differ from the screw 10 will be explained.
  • the only difference is a drive configuration 78 of the screw 70.
  • the recess 80 of the drive configuration 78 is of cylindrical design.
  • An imaginary circle with the diameter m, see FIG. 15, of the drive formation 78 therefore has the same diameter m at the open end of the recess 80 as at the transition to the conical end of the recess 80.
  • the drive formation 78 of the screw 70 is of the same design like the drive formation 18 of the screw 10 of FIG. 1.
  • a base body 82 of the recess 80 is consequently circular-cylindrical with the diameter y.
  • the bulges 84 emanating from the base body 82 are also cylindrical and have the same cross section over their entire length.
  • FIG. 16 shows a perspective view of a tool 90 according to an embodiment of the invention, the tool 90 having a drive formation 98 which is designed to match the drive formation 78 of the screw 70 of FIGS. 12-15. Otherwise, the tool 90 is designed in the same way as the tool 40 in FIG. 5 and the individual features that are identical to the tool 40 are therefore not explained again.
  • the drive formation 98 of the tool 90 is cylindrical and the cross-sectional area of the drive formation 98 therefore extends in the direction of the free end of the tool 90, i.e. downwards in FIG. 18, up to the transition not changed in the frustoconical end.
  • the side surfaces of the bulges 24 are arranged parallel to the central longitudinal axis 26 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraube (10; 70) mit einem Schaft (12), einem Gewinde (14) auf wenigstens einem Abschnitt des Schafts (12), wobei das Gewinde (14) eine Einschraubrichtung um eine Mittellängsachse des Schafts (12) definiert, und einer Antriebsausbildung (18; 78) an einem Ende des Schafts (12), wobei die Antriebsausbildung (18; 78) eine Vertiefung (20; 80) in einem Schraubenkopf (16) oder einen Vorsprung am Ende des Schafts (12) aufweist, wobei die Vertiefung (20; 80) oder der Vorsprung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse (26) des Schafts (12) angeordneten kreiszylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörper (22; 82) und mehrere, von dem Grundkörper (22; 82) ausgehende Auswölbungen (24; 84) aufweist, wobei die Auswölbungen (24; 84) an ihren radial außenliegenden Enden abgerundet ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auswölbungen (24; 84) mit einer zur Mittellängsachse (26) radialen Komponente und einer tangential und entgegen der Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente erstrecken.

Description

Schraube, Werkzeug und Anordnung mit einer Schraube und einem Werkzeug
Die Erfindung betrifft eine Schraube mit einem Schaft, einem Gewinde auf wenigstens einem Abschnitt des Schafts, wobei das Gewinde eine Einschraubrichtung um eine Mittellängsachse des Schafts definiert, und einer Antriebsausbildung an einem Ende des Schafts, wobei die Antriebsausbildung eine Vertiefung in einem Schraubenkopf oder einen Vorsprung am Ende des Schafts aufweist, wobei die Vertiefung oder der Vorsprung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse des Schafts angeordneten kreiszylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörper und mehrere, von dem Grundkörper ausgehende Auswölbungen aufweist, wobei die Auswölbungen an ihren radial außen liegenden Enden abgerundet ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Werkzeug zum Ein- und Ausschrauben einer erfindungsgemäßen Schraube sowie eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schraube und einem erfindungsgemäßen Werkzeug.
Mit der Erfindung sollen eine Schraube, ein Werkzeug und eine Anordnung mit einer Schraube und einem Werkzeug dahingehend verbessert werden, dass eine einfachere Verarbeitung von Schrauben, insbesondere ein verringerter Kraftaufwand, erzielt wird.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Schraube mit einem Schaft, einem Gewinde auf wenigstens einem Abschnitt des Schafts, wobei das Gewinde eine Einschraubrichtung um eine Mittellängsachse des Schafts definiert, und einer Antriebsausbildung an einem Ende des Schafts vorgesehen, wobei die Antriebsausbildung eine Vertiefung in einem Schraubenkopf oder einen Vorsprung am Ende des Schafts aufweist, wobei die Vertiefung oder der Vorsprung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse des Schafts angeordneten kreiszylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörper und mehrere, von dem Grundkörper ausgehende Auswölbungen aufweist, wobei die Auswölbungen an ihren radial außen liegenden Enden abgerundet ausgebildet sind, bei der sich die Auswölbungen mit einer zur Mittellängsachse radialen Komponente und einer tangential und entgegen der Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente erstrecken.
Mit anderen Worten sind die Auswölbungen also schräg zur Umfangsrichtung angeordnet und entgegen der Einschraubrichtung geneigt. Die Antriebsausbildung kann erfindungsgemäß als Vertiefung ausgebildet sein, so dass der Grundkörper und die Auswölbungen dann einen zusammenhängenden Hohlraum oder Leerraum definieren. Die Antriebsausbildung kann erfindungsgemäß auch als Vorsprung ausgebildet sein, so dass der Grundkörper und die Auswölbungen dann einen gemeinsamen Körper oder ein zusammenhängendes Volumen aus dem Material der Schraube bilden. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Schraube mit ihrer Antriebsausbildung sicher auf einem passenden Werkzeug, das dann einen entsprechend geformten Vorsprung beziehungsweise eine entsprechend geformte Vertiefung aufweist, insbesondere einem Schrauberbit, aufsitzt und dass beim Eindrehen der Schraube ein geringerer Kraftaufwand erforderlich ist. Durch statistische Auswertung wurde insbesondere festgestellt, dass zum Eindrehen einer erfindungsgemäßen Schraube weniger elektrische Energie eines Akkuschraubers benötigt wird als zum Eindrehen einer konventionellen Schraube. Bei der erfindungsgemäßen Schraube wird die Einschraubkraft, die in Umfangsrichtung liegt, über schräg zur Einschraubkraft liegende Flächen übertragen. Die Flächen sind nacheilend zur Drehrichtung beim Einschrauben angeordnet. Die antreibenden Flächen am Werkzeug können flächig an den angetriebenen Flächen an der Schraube anliegen Die antreibenden Flächen am Werkzeug können nach außen gewölbt sein. Die angetriebenen Flächen an der Schraube können passend zu den antreibenden Flächen gewölbt sein, so dass sich eine flächige Anlage der antreibenden Flächen an den angetriebenen Flächen ergibt. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schraube ist, dass sie auch mit bekannten Werkzeugen, insbesondere Antriebsbits, für beispielsweise 6-Lobe, oder auch Torx verarbeitet werden kann. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass die Vertiefung oder der Vorsprung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse des Schafts angeordneten kreiszylindrischen Grundkörper aufweisen. Die erfindungsgemäße Schraube kann mittels der Antriebsausbildung sowohl eingeschraubt als auch wieder ausgeschraubt werden. Die erfindungsgemäßen Vorteile, insbesondere der verringerte Kraftaufwand gegenüber herkömmlichen Schrauben, treten aber durch die Neigung der Auswölbungen entgegen der Einschraubrichtung hauptsächlich beim Einschrauben der Schraube auf.
In Weiterbildung der Erfindung weist eine Seitenfläche der Auswölbungen, die in Einschraubrichtung vorne liegt, eine größere Fläche auf als eine Seitenfläche der Auswölbungen, die in Einschraubrichtung hinten liegt.
Dadurch wird mit der gegenüber konventionellen Schrauben größeren Seitenfläche eine verbesserte und flächige Auflage der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenfläche der Auswölbungen an den passenden Seitenflächen des Werkzeugs erzielt. Es wird angenommen, dass durch diese flächige Anlage der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen kleinere mechanische Verluste beim Einschrauben einer erfindungsgemäßen Schraube auftreten als beim Einschrauben einer konventionellen Schraube. Das Ausschrauben erfolgt selbstverständlich in umgekehrter Richtung. Beim Ausschrauben treten üblicherweise kleinere Drehmomente auf, so dass die gegenüber konventionellen Schrauben kleinere Seitenfläche der Auswölbungen, die in Einschraubrichtung hinten liegt, unkritisch ist. ln Weiterbildung der Erfindung sind zwischen drei und sechs Auswölbungen vorgesehen.
Zwischen drei und sechs Auswölbungen, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs Auswölbungen, haben sich bezüglich der Herstellbarkeit, eines sicheren Sitzes und bezüglich einer verbesserten Kraftübertragung beim Einschrauben bewährt.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Begrenzungsflächen der Auswölbungen parallel zur Mittellängsachse angeordnet.
Auf diese Weise wird beim Einschrauben eine auf das Werkzeug wirkende axiale Kraft, die das Werkzeug aus der Vertiefung der Antriebsausbildung der Schraube heraus oder von dem Vorsprung der Antriebsausbildung der Schraube wegtreibt, vermieden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Begrenzungsflächen der Auswölbungen in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 10°, insbesondere 6°, schräg zur Mittellängsachse angeordnet.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Winkel von 6° vorteilhaft ist. Eine beim Einschrauben dadurch entstehende Axialkraft, die das Werkzeug aus der Ausnehmung der Antriebsausbildung beim Einschrauben herausdrückt oder von einem Vorsprung wegdrückt, ist dann gering und ohne weiteres von einem Bediener beherrschbar. Alle Zwischenwinkel zwischen 0° und 10°, insbesondere 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8° und 9°, sind hiermit ausdrücklich offenbart.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebsausbildung als Vertiefung ausgebildet und ein Querschnitt der Vertiefung verringert sich in Richtung auf die Schraubenspitze zu.
Auf diese Weise ist die Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Schraube deutlich erleichtert, da die Antriebsausbildung üblicherweise in den Schraubenkopf eingepresst wird. Ein Stempel zum Einpressen der Antriebsausbildung kann dann einfach wieder herausgezogen werden. Darüber hinaus erleichtert eine solche Ausbildung der Antriebsausbildung das Einführen eines Werkzeugs, insbesondere eines Schrauberbits, sehr.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebsausbildung als Vertiefung ausgebildet und ein geschlossenes Ende der Ausnehmung ist kegelförmig ausgebildet. Eine kegelförmige Ausbildung des geschlossenen Endes der Ausnehmung kann für eine gleichmäßige Kraftverteilung im Material des Schraubenkopfs beim Einschrauben sorgen. Insbesondere wird durch ein kegelförmiges Ende der Ausnehmung eine größere Restdicke des Materials des Schraubenkopfs als bei einer zylindrischen Ausnehmung erreicht.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebsausbildung als Vorsprung ausgebildet und ein Querschnitt des Vorsprungs vergrößert sich in Richtung auf die Schraubenspitze zu.
Auf diese Weise kann ein Werkzeug sehr einfach auf den Vorsprung der Antriebsausbildung an der Schraube aufgesteckt und auch wieder abgenommen werden. Ein Winkel, in dem sich der Querschnitt des Vorsprungs in Richtung auf die Schraubenspitze zu vergrößert, sollte beispielsweise mehr als 0° und weniger als 10°, insbesondere 6°, betragen. Bei einem Winkel von 6° lässt sich das Werkzeug in einfacher Weise auf den Vorsprung der Antriebsausbildung der Schraube aufstecken und auch wieder abnehmen. Dennoch ist die Axialkraft, die beim Einschrauben oder Ausschrauben der Schraube zwangsläufig auf das Werkzeug wirkt und dieses von der Antriebsausbildung der Schraube wegdrängt, nicht groß und kann von einem Bediener problemlos aufgebracht und damit beherrscht werden.
In Weiterbildung der Erfindung schließt, parallel zur Mittellängsachse gesehen, bei allen Auswölbungen eine Tangente oder Parallele an die, in Einschraubrichtung vorne liegende Seitenfläche der Auswölbung mit einer Radialrichtung, die durch den in radialer Richtung am weitesten außen liegenden Punkt der Auswölbung verläuft, einen Winkel zwischen 25° oder 50°, insbesondere 35°, ein.
Alle Zwischenwinkel zwischen 25° und 50° sind hiermit ausdrücklich offenbart. Ein Winkel zwischen 25° und 50°, insbesondere 35°, um den die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen zur Radialrichtung geneigt sind, trägt zu den vorteilhaften Effekten der erfindungsgemäßen Schraube bei.
In Weiterbildung der Erfindung sind in einem Querschnitt senkrecht zur Mittellängsachse gesehen die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen der Auswölbungen nach außen gekrümmt.
Die nach außen gekrümmten Seitenflächen, die in Einschraubrichtung vorne liegen, sorgen beim Einschrauben der Schraube für eine Selbstzentrierung des passenden Werkzeugs in der Antriebsausbildung der Schraube. In Weiterbildung der Erfindung liegt ein Krümmungsradius der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen zwischen dem Doppelten und dem Dreifachen eines Durchmessers des zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörpers.
Beispielsweise beträgt der Krümmungsradius der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen, gesehen parallel zur Mittellängsachse, 13 mm. Ein Durchmesser des zylindrischen Grundkörpers oder der größte Durchmesser des kegelstumpfförmigen Grundkörpers beträgt dann beispielsweise 5,1 mm.
In Weiterbildung der Erfindung beträgt ein Verhältnis eines Durchmessers des zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörpers und eines Durchmessers eines gedachten Umkreises der Ausnehmung oder des Vorsprungs maximal 1:1,4, insbesondere 1:1 ,38.
Bei einer solchen Bemessung des Verhältnisses des Durchmessers des zylindrischen Grundkörpers oder des größten Durchmessers des kegelstumpfförmigen Grundkörpers und des Durchmessers eines gedachten Umkreises der Ausnehmung oder des Vorsprungs lässt sich die erfindungsgemäße Schraube problemlos mit Antriebsausbildungen für 6-Lobe, oder auch Torx verarbeiten.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch ein Werkzeug zum Ein- und Ausschrauben einer Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Antriebsausbildung gelöst, die passend zur Antriebsausbildung der Schraube ausgebildet ist, bei dem die Antriebsausbildung einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweist, wobei der Vorsprung oder die Vertiefung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse des Schafts angeordneten kreiszylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörper und mehrere, sich ausgehend von dem Grundkörper ausgehende Auswölbungen aufweist, wobei die Auswölbungen an ihren radial außen liegenden Enden abgerundet ausgebildet sind, wobei sich die Auswölbungen bezogen auf die Mittellängsachse mit einer zur Mittellängsachse radialen Komponente und einer tangential und entgegen der Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente erstrecken.
Mit anderen Worten sind die Auswölbungen auch des Werkzeugs also schräg zur Umfangsrichtung angeordnet und entgegen der Einschraubrichtung geneigt.
In Weiterbildung der Erfindung weisen wenigstens die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen der Auswölbungen oder des Vorsprungs einen Mitten rauwert Ra von maximal 0,4 pm auf. Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise der Kraftaufwand beim Einschrauben verringert werden kann. Es wird angenommen, dass durch das Bearbeiten der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen mittels Schleifen oder gar Polieren eine verbesserte flächige Anlage der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen der Auswölbungen des Werkzeugs an den Seitenflächen der Auswölbungen der Antriebsausbildung der Schraube erreicht wird. Es wird vermutet, dass eine verbesserte bzw. vergrößerte flächige Anlage die mechanischen Verluste und damit den Kraftaufwand beim Eindrehen der Schraube verringern kann.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebsausbildung als Vorsprung ausgebildet und ein Querschnitt des Vorsprungs verringert sich in Richtung auf sein freies Ende zu, wobei das freie Ende in der Vertiefung der Schraube angeordnet wird.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Begrenzungsflächen der Auswölbungen in einem Winkel von 0° bis 10°, insbesondere mehr als 0° und weniger als 10°, insbesondere 6°, schräg zur Mittellängsachse angeordnet.
Ein Winkel von 6° ist dabei vorteilhaft, da sich bei einem solchen Winkel das Werkzeug bzw. das Antriebsbit leicht in die Vertiefung im Schraubenkopf einführen lässt und gleichzeitig eine Axialkraft beim Einschrauben, die versucht, das Antriebsbit aus der Vertiefung der Schraube herauszudrücken, gering ist und von einem Bediener problemlos aufgebracht und damit beherrscht werden kann. Zwischen 0° und 10° können alle Zwischenwerte, insbesondere 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9° eingesetzt werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch mit einer Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Schraube und einem erfindungsgemäßen Werkzeug gelöst, wobei beim Aufbringen eines Drehmoments in Einschraubrichtung mittels des Werkzeugs die in Einschraubrichtung vorne liegenden nach außen gekrümmten Seitenflächen der Antriebsausbildung des Werkzeugs an den in Einschraubrichtung vorne liegenden und nach außen gekrümmten Seitenflächen der Antriebsausbildung der Schraube flächig anliegen.
In Weiterbildung der Erfindung liegen, in Richtung der Mittellängsachse von Werkzeug und Schraube gesehen, die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen des Werkzeugs über ihre gesamte Länge an den in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen der Schraube flächig an. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten und/oder beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Dies gilt auch für die Kombination von Einzelmerkmalen ohne weitere Einzelmerkmale, mit denen sie im Zusammenhang offenbart sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraube gemäß einer ersten Ausführungsform von schräg hinten,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schraubenkopf der Schraube der Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 2,
Fig. 4 die vergrößerte Einzelheit B aus Fig. 3,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsbits, also eines Werkzeugs, zum Einschrauben und Ausschrauben der in Fig. 1 gezeigten Schraube,
Fig. 6 eine Vorderansicht des Werkzeugs der Fig. 5,
Fig. 7 eine Seitenansicht des Werkzeugs der Fig. 5,
Fig. 8 eine Vorderansicht ähnlich Fig. 6, wobei Hilfslinien eingezeichnet sind,
Fig. 9 eine Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 8,
Fig. 10 eine Ansicht auf eine Schnittebene durch eine Anordnung mit der Schraube der Fig. 1 und dem Werkzeug der Fig. 5, wobei die Schnittebene senkrecht zur Mittellängsachse der Schraube und des Werkzeugs verläuft,
Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus Fig. 10,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraube gemäß einer zweiten Ausführungsform von schräg hinten, Fig. 13 eine Draufsicht auf die Schraube der Fig. 1 ,
Fig. 14 eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 13,
Fig. 15 die vergrößerte Einzelheit B aus Fig. 14,
Fig. 16 ein Werkzeug in Form eines Antriebsbits zum Einschrauben der Schraube der Fig. 12,
Fig. 17 eine Vorderansicht des Werkzeugs der Fig. 16 und
Fig. 18 eine Seitenansicht des Werkzeugs der Fig. 16.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schraube 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Schraube 10 weist einen Schaft 12 und ein Gewinde 14 auf einem Abschnitt des Schafts 12 auf. Der Schaft 12 läuft an einem Ende spitz zu und an dem, dem spitz zulaufenden Ende gegenüberliegenden Ende ist die Schraube 10 mit einem Schraubenkopf 16 versehen. Der Schraubenkopf 16 ist mit einer Antriebsausbildung 18 versehen, die eine Vertiefung 20 aufweist. Entscheidend für die Erfindung ist die Gestaltung der Antriebsausbildung 18. Die Gestaltung des Schafts 12, des Gewindes 14 und des Schraubenkopfs 16 ist für die Erfindung von lediglich untergeordneter Bedeutung und kann im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden oder auch grundlegend anders ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Schraubenkopf 16 der Schraube 10 der Fig. 1 , wobei in der Draufsicht die Gestaltung der Antriebsausbildung 18 besser zu erkennen ist und daher anhand der Fig. 2 weiter erläutert wird.
Es ist in Fig. 2 zu erkennen, dass die Vertiefung 20 der Antriebsausbildung 18 einen kegelstumpfförmigen Grundkörper 22 aufweist. Der Grundkörper 22 ist mit einer gestrichelten Kreislinie mit dem Durchmesser y in Fig. 2 angedeutet, wobei die gestrichelte Kreislinie mit dem Durchmesser y lediglich eine gedachte Linie darstellt. Die Kegelstumpfform des Grundkörpers 22 ist in Fig. 2 kaum zu erkennen, ergibt sich aber beispielsweise aus Fig. 5. Der Kegelwinkel a beträgt beispielsweise 6°. Von dem Grundkörper 22 gehen Auswölbungen 24 aus. Insgesamt gehen von dem Grundkörper 22 sechs Auswölbungen 24 aus. Die Auswölbungen 24 sind an ihren radial außen liegenden Enden abgerundet ausgebildet. Die Auswölbungen 24 erstrecken sich mit einer zur Mittellängsachse 26 radialen Komponente und gleichzeitig mit einer zur Mittellängsachse tangentialen Komponente. Mit anderen Worten sind die Auswölbungen 24 also schräg zur Radialrichtung und auch schräg zur Umfangsrichtung angeordnet. Die in Fig. 2 dargestellte Schraube 10 würde im Uhrzeigersinn eingeschraubt werden. Die Auswölbungen 24 sind also entgegen der Einschraubrichtung geneigt. Dadurch ist eine in Einschraubrichtung vorne liegende Seitenfläche 28 der Auswölbungen 24 größer als eine in Einschraubrichtung hinten liegende Seitenfläche 30.
Zwischen einem radial am weitesten außen liegenden Punkt einer Auswölbung 24 und dem in radialer Richtung am weitesten außen liegenden Punkt der benachbarten Auswölbung 24 liegt ein Winkel y. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt dieser Winkel 60°. Da sechs Auswölbungen 24 vorgesehen sind, die jeweils einen Winkel von 60° einnehmen, ergibt sich insgesamt der Winkel von 360°. Wären lediglich vier Auswölbungen 24 vorgesehen, würden sich die Auswölbungen 24 jeweils über einen Winkel von 360°geteilt durch vier erstrecken. Bei lediglich drei Auswölbungen 24 würde der Winkel y, den jede Auswölbung 24 einnimmt, 120° betragen.
In Fig. 2 sind Hilfslinien eingezeichnet, um die geometrische Ausbildung der Auswölbungen 24 genauer zu beschreiben. Die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 28 sind von der Mittelachse aus gesehen nach außen gekrümmt und weisen einen Radius R2 auf. Die in Einschraubrichtung hinten liegenden Seitenflächen 30 sind ebenfalls von der Mittellängsachse aus gesehen nach außen gekrümmt und weisen einen Radius R1 auf. Ein Übergang zwischen einer in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenfläche 28 und einer in Einschraubrichtung hinten liegenden Seitenfläche 30 derselben Auswölbung 24 ist nach außen gekrümmt und weist einen Radius R3 auf. Ein Übergang zwischen den in Einschraubrichtung hinten liegenden Seitenflächen 30 zu der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenfläche 28 der nachfolgenden Auswölbung 24 ist gesehen von der Mittellängsachse 26 aus nach innen gekrümmt und weist einen Radius R4 auf. R2 ist der größte Radius. R3 ist kleiner als R2. R1 ist wiederum etwas kleiner als R3. R4 ist der kleinste Radius. Beispielsweise beträgt R2 13 mm, R3 0,8 mm, R1 0,7 mm und R4 0,5 mm. Bei solchen Abmessungen würde der Durchmesser y des gedachten Kreiszylinders der Vertiefung etwa 5 mm betragen. Ein Umkreis um die Antriebsausbildung 18 hätte dann einen Durchmesser von 7 mm.
Der Krümmungsradius R2 der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 28 kann im Rahmen der Erfindung zwischen dem Doppelten und dem Dreifachen des größten Durchmessers des kegelstumpfförmigen oder - gemäß einer weiteren Ausführungsform - kreiszylindrischen Grundkörpers 22 liegen. Parallel zur Mittellängsachse 26 gesehen, also in der Ansicht der Fig. 2, kann im Rahmen der Erfindung ein Verhältnis des Durchmessers y des Grundkörpers 22 und des Durchmessers des gedachten Umkreises der Antriebsausbildung 18 maximal 1 :1 ,4, insbesondere 1:1 ,38, betragen. Durch eine sich in Richtung auf die Schraubenspitze zu verjüngende Ausbildung der Vertiefung 20 der Antriebsausbildung 18, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, kann sich dieses Verhältnis im Verlauf der Vertiefung geringfügig ändern, je nachdem, in welcher Höhenposition das Verhältnis bestimmt wird.
Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 2. Zu erkennen ist die Vertiefung 20 der Antriebsausbildung, die einen kegelförmigen Grund aufweist. Weiter ist in Fig. 3 die Restwanddicke c des Schraubenkopfs eingezeichnet. Es ist in Fig. 3 bereits zu erkennen, dass die Vertiefung 20 sich in Richtung auf die Schraubenspitze zu, in Fig. 3 also nach unten, verjüngt.
In der vergrößerten Darstellung der Einzelheit B in Fig. 4 ist der Winkel a eingezeichnet, in dem sich die Vertiefung 20 in Richtung auf die Schraubenspitze zu verjüngt. Dieser Winkel a kann an den Seitenflächen der Auswölbungen 24 gemessen werden, bildet aber auch den Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Grundkörpers 22. Ein Kegelwinkel des kegelförmigen Endes der Vertiefung 20 ist als Winkel ß eingetragen. Die Tiefe der Vertiefung 20 ist mit t angegeben. Eine Breite oder der Durchmesser eines Umkreises der Auswölbungen 24 am Übergang zu dem kegelförmigen Ende der Vertiefung 20 ist mit m eingetragen.
Fig. 5 zeigt ein Werkzeug 40 in Form eines Antriebsbits, das zum Einschrauben der Schraube 10 der Fig. 1 bis 4 verwendet werden kann. Das Werkzeug 40 zeigt eine Antriebsausbildung 48, die passend zu der Antriebsausbildung 18 der Schraube 10 ausgebildet ist.
Anhand der Draufsicht der Fig. 8 ist zu erkennen, dass die Antriebsausbildung 48 einen kegelstumpfförmigen Grundkörper 22 aufweist, von dem insgesamt sechs Auswölbungen 24 ausgehen. Die Auswölbungen 24 erstrecken sich am Werkzeug mit einer zur Mittellängsachse 26 radialen Komponente und einer tangential und entgegen einer Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente. In der Ansicht der Fig. 8 verläuft die Einschraubrichtung für die Schraube 10 der Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Auswölbungen 24 sind, wie Fig. 5 zu entnehmen ist, am Werkzeug 40 als massive Volumen ausgebildet im Unterschied zu den Auswölbungen 24 der Antriebsausbildung 18 der Schraube, die als Leerräume ausgebildet sind Die Auswölbungen 24 sind schräg zur Umfangsrichtung angeordnet und entgegen der Einschraubrichtung geneigt. Die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 58 sind größer als die in Einschraubrichtung hinten liegenden Seitenflächen 60. Die Auswölbungen 24 sind an ihrem außen liegenden Ende abgerundet und auch Übergänge zwischen zwei Auswölbungen 24 sind abgerundet ausgebildet. Die Radien der einzelnen Flächen, aus denen sich die Auswölbungen 24 zusammensetzen, sind in Fig. 8 mit den gleichen Buchstaben R1, R2, R3 und R4 bezeichnet wie in Fig. 2. Die Verhältnisse der Radien R1 , R2, R3 und R4 sind gleich wie anhand der Schraube 10 und insbesondere Fig. 2 erläutert wurde.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Werkzeugs 40 der Fig. 5. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass die Antriebsausbildung 48 sich in Richtung auf das freie Ende, in Fig. 7 unten, des Werkzeugs 40 verjüngt oder die Querschnittsfläche verringert. Dies ist auch in der Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 9 zu erkennen. Der Winkel a, mit dem sich die Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 verjüngt, beträgt wie bei der Antriebsausbildung 18 der Schraube, siehe Fig. 4, 6° und kann erfindungsgemäß zwischen 0° und 10° liegen.
Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht durch eine Anordnung aus Werkzeug 40 und Schraube 10, wobei die Schnittebene senkrecht zur Mittellängsachse 26 verläuft und durch die Antriebsausbildung 18 der Schraube 10 und die Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 verläuft. Die Einschraubrichtung verläuft in Fig. 10 im Uhrzeigersinn. Es ist zu erkennen, dass die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 58 der Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 flächig an den in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 28 der Antriebsausbildung 18 der Schraube 10 anliegen. Im Bereich der radial äußeren Enden der Auswölbungen 24 liegt dahingegen ein kleiner Abstand zwischen der Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 und der Antriebsausbildung 18 der Schraube 10. Durch diese flächige Anlage der jeweiligen in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 58, 28 werden mechanische Verluste beim Eindrehen der Schraube 10 vermieden und die erfindungsgemäße Schraube 10 kann mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug 40 mit geringerem Energieaufwand als eine konventionelle Schraube eingeschraubt werden.
Die Außenflächen der Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 sind vorteilhafterweise poliert. Zumindest die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 58 der Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 weisen einen Mittenrauwert Ra von maximal 0,4pm auf.
In Fig. 10 ist eine Einschraubkraft E eingezeichnet, die vom Werkzeug 40 auf die Schraube 10 übertragen wird. Die Einschraubkraft E liegt parallel zur Umfangsrichtung, die mittels eines gestrichelten Kreises angedeutet ist, zu dem die Einschraubkraft E tangential ist. Die Einschraubkraft E wird über schräg zur Umfangsrichtung und schräg zur Einschraubkraft E liegende Seitenflächen 58 der Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 und schräg zur Umfangsrichtung und zur Einschraubkraft E liegende Seitenflächen 28 der Antriebsausbildung 18 der Schraube 10 übertragen. Ein Winkel a zwischen der Einschraubkraft E und der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenfläche 58 der Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 liegt bei der dargestellten Ausführungsform bei etwa 35 Grad bis 40 Grad. Erfindungsgemäß kann dieser Winkel zwischen 25 Grad und 50 Grad liegen. Der Winkel a liegt auch zwischen der Einschraubkraft E und den in Einschraubrichtung vorn liegenden Seitenflächen 28 der Antriebsausbildung 18 der Schraube 10, da die Seitenflächen 58 des Werkzeugs 40 flächig an den Seitenflächen 28 der Schraube 10 anliegen. Der Winkel a ist nicht über die gesamten Seitenflächen 58,28 konstant, da die Seitenflächen 58,28 leicht gewölbt sind. Der Radius R2 der Seitenflächen 58, 28 ist größer als der Radius des Grundkörpers 82 der Antriebsausbildung der Schraube, siehe Fig. 13, insbesondere 1 ,5 mal bis 2,5 mal, insbesondere 2 mal so groß wie der Radius des Grundkörpers, und auch größer als der Radius eines Umkreises der Antriebsausbildung der Schraube, siehe Fig. 13. Die Seitenflächen 58, 28 liegen flächig aneinander an.
Die Einschraubkraft E wird also über in Einschraubrichtung nacheilende Seitenflächen 58, 28 übertragen. Dies ergibt sich auch daraus, dass in Einschraubrichtung gesehen der Winkel a bei einer Schraube mit Rechtsgewinde bei Draufsicht auf den Schraubenkopf im Uhrzeigersinn gemessen wird und kleiner ist als der Komplementärwinkel, der entgegen dem Uhrzeigersinn gemessen wird.
Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus Fig. 10. Dargestellt ist eine Auswölbung 24 und es ist in Fig. 11 gut zu erkennen, dass die in Einschraubrichtung vorne liegende Seitenfläche 58 der Antriebsausbildung 48 flächig an der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenfläche 28 der Antriebsausbildung 18 anliegt. Eine flächige Anlage ist vorteilhafterweise über die gesamte Länge, parallel zur Mittellängsachse 26, der Seitenflächen 58, 28 gegeben. Indem lediglich die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen 58, 28 aneinander anliegen, im Bereich der übrigen Flächen der Antriebsausbildungen 48, 18 aber ein kleiner Zwischenraum zwischen den jeweiligen Begrenzungsflächen der Antriebsausbildungen 48, 18 liegt, lässt sich das Werkzeug 40 leicht und mit sehr geringem Kraftaufwand in die Antriebsausbildung 18 der Schraube 10 einführen und dennoch werden die positiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht. Die Einschraubkraft E und der Winkel a sind ebenfalls eingezeichnet.
Fig. 12 zeigt eine erfindungsgemäße Schraube 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Schraube 70 ist sehr ähnlich zu der Schraube 10 der Fig. 1 ausgebildet und es werden lediglich die zur Schraube 10 unterschiedlichen Merkmale erläutert. Unterschiedlich ist lediglich eine Antriebsausbildung 78 der Schraube 70. Wie in Fig. 13, besser aber in Fig. 14 und Fig. 15 erkennbar ist, ist die Vertiefung 80 der Antriebsausbildung 78 zylindrisch ausgeführt. Ein gedachter Umkreis mit dem Durchmesser m, siehe Fig. 15, der Antriebsausbildung 78 hat daher am offenen Ende der Vertiefung 80 den gleichen Durchmesser m wie am Übergang zu dem kegelförmigen Ende der Vertiefung 80. Im Übrigen ist die Antriebsausbildung 78 der Schraube 70 gleich ausgebildet wie die Antriebsausbildung 18 der Schraube 10 der Fig. 1. Die einzelnen Merkmale werden daher nicht erneut erläutert. Ein Grundkörper 82 der Vertiefung 80 ist infolgedessen kreiszylindrisch mit dem Durchmesser y.
Auch die von dem Grundkörper 82 ausgehenden Auswölbungen 84 sind zylindrisch und weisen über ihre gesamte Länge den gleichen Querschnitt auf.
Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs 90 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei das Werkzeug 90 eine Antriebsausbildung 98 aufweist, die passend zur Antriebsausbildung 78 der Schraube 70 der Fig. 12 bis 15 ausgebildet ist. Im Übrigen ist das Werkzeug 90 gleich ausgebildet wie das Werkzeug 40 der Fig. 5 und die einzelnen, zum Werkzeug 40 identischen Merkmale werden daher nicht erneut erläutert.
Fig. 17 und Fig. 18 lassen erkennen, dass die Antriebsausbildung 98 des Werkzeugs 90 zylindrisch ausgebildet ist und sich die Querschnittsfläche der Antriebsausbildung 98 also in Richtung auf das freie Ende des Werkzeugs 90 zu, in Fig. 18 also nach unten, bis zum Übergang in das kegelstumpfförmige Ende nicht verändert. Speziell sind die Seitenflächen der Auswölbungen 24 parallel zur Mittellängsachse 26 angeordnet.
Eine Anordnung mit der Schraube 70 der Fig. 12 und dem Werkzeug 90 der Fig. 16 hat dahingehend Vorteile, dass beim Einschrauben der Schraube 70 keine axiale Kraft entsteht, die die Antriebsausbildung 98 des Werkzeugs 90 aus der Antriebsausbildung 78 der Schraube 70 herausdrückt. Bei sehr großen Schrauben oder Schrauben, die mit einem hohen Einschraubmoment eingedreht werden müssen, hat eine Anordnung aus dem Werkzeug 90 und der Schraube 70 daher große Vorteile.

Claims

Patentansprüche Schraube (10; 70) mit einem Schaft (12), einem Gewinde (14) auf wenigstens einem Abschnitt des Schafts (12), wobei das Gewinde (14) eine Einschraubrichtung um eine Mittel längsachse des Schafts (12) definiert, und einer Antriebsausbildung (18; 78) an einem Ende des Schafts (12), wobei die Antriebsausbildung (18; 78) eine Vertiefung (20; 80) in einem Schraubenkopf (16) oder einen Vorsprung am Ende des Schafts (12) aufweist, wobei die Vertiefung (20; 80) oder der Vorsprung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse (26) des Schafts (12) angeordneten kreiszylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörper (22; 82) und mehrere, von dem Grundkörper (22; 82) ausgehende Auswölbungen (24) 84) aufweist, wobei die Auswölbungen (24; 84) an ihren radial außenliegenden Enden abgerundet ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auswölbungen (24; 84) mit einer zur Mittellängsachse (26) radialen Komponente und einer tangential und entgegen der Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente erstrecken. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenfläche (28) der Auswölbungen (24; 84), die in Einschraubrichtung vorne liegt, eine größere Fläche aufweist als eine Seitenfläche der Auswölbungen (24; 84), die in Einschraubrichtung hinten liegt. Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen drei und sechs Auswölbungen (24; 84) vorgesehen sind. Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen der Auswölbungen (84) parallel zur Mittellängsachse angeordnet sind. Schraube nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen der Auswölbungen (24) in einem Winkel von Null Grad bis zehn Grad, insbesondere mehr als Null Grad und weniger als zehn Grad, insbesondere sechs Grad, schräg zur Mittellängsachse (26) angeordnet sind. Schraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsausbildung (18) als Vertiefung (20) ausgebildet ist und sich ein Querschnitt der Vertiefung in Richtung auf die Schraubenspitze zu verringert. Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsausbildung (18; 78) als Vertiefung ausgebildet ist und ein geschlossenes Ende der Ausnehmung (20; 80) kegelförmig ausgebildet ist. Schraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsausbildung als Vorsprung ausgebildet ist und sich ein Querschnitt des Vorsprungs in Richtung auf die Schraubenspitze zu vergrößert. Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, parallel zur Mittel längsachse (26) gesehen, bei allen Auswölbungen (24; 84) eine Tangente oder Parallele an die in Einschraubrichtung vorne liegende Seitenfläche (28; 58) der Auswölbung (24; 84) mit einer Radialrichtung, die durch den in radialer Richtung am weitesten außen liegenden Punkt der Auswölbung (24; 84) verläuft, einen Winkel (ö) zwischen 25 Grad und 50 Grad, insbesondere 35 Grad, einschließt. Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, in einem Querschnitt senkrecht zur Mittellängsachse (26) gesehen, die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (28; 58) der Auswölbungen (24; 84) nach außen gekrümmt sind. Schraube nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmungsradius der in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (28; 58) zwischen dem Doppelten und dem Dreifachen eines Durchmessers des Grundkörpers (22; 82) liegt. Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, parallel zur Mittellängsachse (26) gesehen, ein Verhältnis eines Durchmessers des Grundkörpers (22; 82) und eines Durchmessers eines gedachten Umkreises der Ausnehmung oder des Vorsprungs maximal 1:1,4, insbesondere 1: 1,38, beträgt. Werkzeug (40; 90) zum Ein- und Ausschrauben einer Schraube nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Antriebsausbildung (48; 98), die passend zur Antriebsausbildung (18; 78) der Schraube ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsausbildung (48; 98) eine Vertiefung oder einen Vorsprung aufweist, wobei die Vertiefung oder der Vorsprung jeweils einen konzentrisch zu einer Mittellängsachse (26) des Werkzeugs (40; 90) angeordneten kreiszylindrischen oder kegelstumpfförmigen Grundkörper und mehrere, von dem Grundkörper (22) ausgehende Auswölbungen (24) aufweist, wobei die Auswölbungen (24) an ihren radial außenliegenden Enden abgerundet - 16 - ausgebildet sind, wobei sich die Auswölbungen (24) bezogen auf die Mittellängsachse (26) mit einer zur Mittellängsachse (26) radialen Komponente und einer tangential und entgegen der Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente erstrecken Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (58) der Auswölbungen (24) oder des Vorsprungs einen Mittenrauwert Ra von maximal 0,4pm aufweisen. Werkzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsausbildung (48; 98) als Vorsprung ausgebildet ist und sich ein Querschnitt des Vorsprungs in Richtung auf sein freies Ende zu, das in der Vertiefung der Schraube angeordnet wird, verringert. Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflächen der Auswölbungen (24) in einem Winkel (a) von Null Grad bis zehn Grad, insbesondere mehr als Null Grad und weniger als zehn Grad, insbesondere sechs Grad, schräg zur Mittellängsachse (26) angeordnet sind. Anordnung mit einer Schraube (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und einem Werkzeug (40) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei beim Aufbringen eines Drehmoments in Einschraubrichtung mittels des Werkzeugs (40) die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (58) des Werkzeugs (40) an den in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (28) der Schraube (10) flächig anliegen. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschraubkraft (E) in Umfangsrichtung an den Seitenflächen (58,28) angreift und dass ein Winkel (a) zwischen der Einschraubkraft (E) und den Seitenflächen zwischen 25 Grad und 50 Grad liegt. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (58) des Werkzeugs (40) nach außen gekrümmt sind und die Seitenflächen (28) der Schraube (10) nach innen gekrümmt sind. Anordnung nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass, in Richtung der Mittellängsachse (26) von Werkzeug (40) und Schraube (10) gesehen, die in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (58) des Werkzeugs (40) über ihre - 17 - gesamte Länge an den in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (28) der Schraube (10) flächig anliegen.
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