Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraube nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Schrauben mit relativ scharfen Gewindegängen werden im allgemeinen als selbsteinbohrende Schrauben, beispielsweise als Holz- oder Kunststoffschrauben verwendet. Sie besitzen meist an der Stirnfläche ihres Kopfes Ansatzflächen für einen Schraubenzieher od.dgl., wie einen einfachen Schlitz, einen Kreuzschlitz oder eine Vertiefung für einen Inbusschlüssel.
Aus der DE-U 8 907 115 ist eine Einwegschraube mit einer selbstzentrierenden Kopfausbildung bekannt, wobei Schrägflächen in Ausschraubdrehrichtung rampenartig ansteigen, um ein Ausschrauben unmöglich zu machen. Die DE-C 2 560 448 zeigt eine Schraube, deren Kopf an seinem Umfange ansteigende und abfallende Rampenflächen aufweist, die der Drehmomentbegrenzung eines darauf aufgeschobenen Werkzeugkopfes dienen.
Nun wurde in der älteren Europäischen Patentanmeldung der Anmelderin ein Impulswerkzeug samt zugehöriger Schraube beschrieben, durch das eine Schlag- und Drehwirkung in Richtung der Schraubenlinie der Schraube erzielt wird, wobei die Schraube sogar für Betonwände selbsteinbohrend ist. Das Impulswerkzeug ist so ausgebildet, dass es eine Schlagwirkung nur dann entfaltet, wenn der Widerstand des Materiales, in das die Schraube eingeschraubt werden soll (Untergrundmaterial), zu gross wird. Dies bedingt allerdings eine besondere Ausgestaltung des Werkzeuges mit einem, relativ teuren, schlagauslösenden Antrieb, der im Werkzeug anzuordnen ist, so dass es schwer ist, Lager und andere heikle Teile vor Erschütterungen zu schützen. Zudem versteht es sich, dass eine Schlagwirkung nur dann ausübbar ist, wenn ein solches besonderes Werkzeug gerade zur Hand ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schraube zu schaffen, die nicht nur selbsteinbohrend ist, sondern bei der es möglich ist, mit preisgünstigerem Werkzeug zu arbeiten, ja unter Umständen sogar mit einem herkömmlichen Werkzeug, wie einem Schraubenzieher, insbesondere mit motorischem Antrieb. Der Erfindung liegt aber ebenso die Aufgabe zugrunde, ein optimal für eine solche Schraube ausgebildetes Schraubwerkzeug zu schaffen.
Die Lösung der erstgenannten Aufgabe gelingt erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Dadurch nämlich, dass die Abschrägung oder Abrundung in Einschraubdrehrichtung verläuft und dahinter die Vertiefung aufweist, gleitet das Schraubwerkzeug bei zu gross werdendem Widerstand darüber hinweg und fällt dahinter in die Vertiefung ein, wobei ein Schlag auf die Schraube unter gleichzeitiger Drehung und daher in Richtung der Schraubenlinie erfolgt.
Im Prinzip genügt es, wenn eine einzige solche Auflauffläche an der Stirnfläche des Kopfes angeordnet ist. Dies bedeutet aber, dass sich bei einer vollen Umdrehung des Werkzeuges stets nur ein einziger Schlag ergeben wird. Erwünscht sind naturgemäss möglichst viele Impulse. Anderseits kann die Zahl der Auflaufflächen nicht beliebig erhöht werden, um sie nicht zu sehr zu schwächen. Deshalb ist eine Ausbildung nach Anspruch 2 bevorzugt.
Eine optimale Schlagwirkung ergibt sich im Falle einer Ausbildung nach Anspruch 3. Allerdings bedeutet dies nicht, dass der Abfallwinkel unbedingt 90 DEG zur Stirnfläche, d.h. zu einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene, ausmachen muss, denn gerade zum neuerlichen Ausschrauben bzw. zur Anpassung der Schlagstärke an das Untergrundmaterial kann eine gewisse Anschrägung der abfallenden Fläche günstig sein.
Da die Schraube über die Auflauffläche mit Abschrägung bzw. Abrundung eingeschraubt werden soll, darf der Abschrägungswinkel nicht etwa so flach sein, wie dies bei der schon erwähnten DE-U 8 907 115 der Fall ist, sofern nicht ein übermässiger Anpressdruck für das Werkzeug am Schraubenkopf erforderlich sein soll. Deshalb sind - im Hinblick darauf, dass der Abschrägungswinkel eine Funktion des Gewindesteigungswinkels ist - die Merkmale des Anspruches 4 bevorzugt. Wenn dabei der Abschrägungswinkel an der der Stirnfläche des Kopfes zugewandten Unterseite (unter der Annahme, dass die Schraube mit dem Kopf nach oben gehalten wird) steiler als an der Oberseite der Abschrägung bzw. Abrundung ist, ist es günstig, wenn die Abschrägung bzw.
Abrundung einen senkrecht zur Stirnfläche aufsteigenden ersten Abschnitt als Anlagefläche für das Werkzeug beim Einschrauben, sowie einen flacheren oberen Abschnitt aufweist, der zur abfallenden Fläche hinleitet. Der Übergang zwischen diesen Abschnitten ist vorzugsweise bogenförmig.
Je nach Anwendungsgebiet (Holz, Kunststoff, Ziegel, Beton) wird der Schraubenkopf allenfalls etwas anders ausgebildet sein, um die ermöglichte Schlagintensität an das Material anzupassen. Um die Unterschiede der Kopfausbildung leicht erkennen zu können, ist es zweckmässig, wenn Anspruch 5 verwirklicht ist.
Ein erfindungsgemäss ausgebildetes Schraubwerkzeug weist zur Optimierung der Zusammenarbeit mit einer erfindungsgemässen Schraube die Merkmale des Anspruches 9 auf.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen die
Fig. 1 und 2 eine erfindungsgemässe Schraube mit einem Werkzeug dessen Nockenfolger sich in Fig. 1 gerade hinter einer abfallenden Fläche befindet und einen Schlag ausgeübt hat, wogegen er in Fig. 2 vor der Auflauffläche liegt;
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Stirnfläche eines Schraubkopfes, wie etwa dem der Fig. 1 und 2, gemäss einer ersten Ausfüh rungsform, wobei
Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2 ist;
Fig. 5 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform, an Hand derer die bevorzugten geometrischen Bedingungen für eine erfindungsgemäss vorgesehene Auflauffläche erläutert werden;
die
Fig. 7 bis 9 in ihren Darstellungen a) und b) jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf weitere Ausführungsformen erfindungsgemässer Schraubenköpfe; und
Fig. 10 ein anderes Ausführungsbeispiel in Perspektivansicht.
Gemäss Fig. 1 ist ein Werkzeug 1 auf den Kopf 3 eines Schraubschaftes 2 aufgesetzt. Der dem Ansatz des Werkzeuges 1 dienenden Stirnfläche 12 (Fig. 3) abgekehrt ist der Kopf 3 mit einem Umfangsflansch 4 versehen, der einerseits nach Art einer Beilagscheibe einen guten Sitz am jeweiligen Untergrundmaterial sichert, anderseits auch als Schlagfläche wirken kann, wie später noch erläutert wird.
Der Schaft 2 der Schraube weist ein relativ scharfes Gewinde 5 auf. Gegen das dem Kopf 3 abgekehrte Ende hin sind in den Schraubenschaft 2 mehr oder weniger tiefe Nuten 6 eingebracht, die die aus Fig. 4 ersichtliche Form besitzen. Diese Nuten 6 erstrecken sich annähernd in Axialrichtung (vgl. die Längsachse A), können aber, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, leicht schraubenlinienförmig verlaufen. Diese Nuten nehmen beim Einbohren feines, abgetragenes Material auf, führen diese jedoch nicht nach aussen, sondern nehmen es eben unter Verdichtung lediglich auf, so dass der Halt der Schraube verbessert ist. Die Länge dieser Nuten 6 hängt daher vom zu bohrenden Untergrundmaterial ab und kann ge gebenenfalls über den gesamten Schaft 2 reichen.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die Anzahl der Nuten 6 auf drei beschränkt, könnte allenfalls auch vier betragen, doch ist eine noch grössere Anzahl wegen der damit verbundenen Schwächung des Schaftes 2 nicht empfehlenswert, es sei denn, es handle sich um sehr grosse Schaftdurchmesser. Jede Nut besitzt eine - in Einschraubdrehrichtung - voreilende Meisselkante 7, die in das jeweilige Material einschneidet. Diese Kombination von Meisselkante und Nut ist besonders vorteilhaft, weil das abgetragene Material des Untergrundes dann gleich in die davor angeordnete Nut 6 hineinfallen und diese ausfüllen kann. Immerhin wären aber Varianten nur mit Meisselkante 7 oder nur mit Nut 6 denkbar.
Die Ausbildung kann auch so getroffen sein, dass das Gewinde 5 umfangsbereichsweise einen grösseren Radius besitzt, insbesondere im Bereich der Meisselkante 7, wogegen sich der Radius dahinter, insbesondere bis zur nächsten Nut 6, verringert, um so die Schneidwirkung zu verbessern.
Der Kopf 3 weist an seiner vorderen Stirnfläche 12 (Fig. 3) eine als Anlage für das Werkzeug 1 in Einschraubdrehrichtung dienende Auflauffläche 13 auf. Diese Auflauffläche 13 besitzt einen steileren Anfangsabschnitt 15 und einen flacheren Endabschnitt 19. Das Werkzeug 1 weist, der Stirnfläche 12 gegenüberliegend, einen dieser Nockenfläche 13 folgenden Nockenfolger 17 auf, der mit einer Steilfläche 21 (Fig. 1) während des Eindrehens der Schraube am steilen Anfangsabschnitt 15 anliegt. Bei Überlast jedoch läuft der Nockenfolger 17 an der Auflauffläche 13 auf und gleitet über den Endabschnitt 19 (Fig. 2), bis er dahinter an einer steil abfallenden Fläche 14 wieder hinunterfällt. Gegebenenfalls weist diese Fläche 14 und/oder das Werkzeug 1 (hier das letztere) eine abfallende Rundung 16 auf, die die Schlagintensität beeinflusst bzw. mildert.
Es ist zweckmässig, ein Beschriftungsfeld 20 (Fig. 3) vorzusehen, das einen Hinweis auf die Schlagintensität oder das Untergrundmaterial enthält, auf das die jeweilige Schraube in ihrer geometrischen Ausgestaltung abgestimmt ist.
Fig. 1 zeigt die Situation nach dem Abfallen des Nockenfolgers 17 über die Fläche 14. Dabei sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar: Entweder schlägt der Nockenfolger 17 selbst gegen die Stirnfläche 12 und erteilt so der Schraube einen Impuls, der sie aus ihrer festgefressenen Lage befreien soll; oder - wie bevorzugt - es ist mindestens eine Zentrierfläche 18 bzw. ein Zentrierzylinder vorgesehen, die (wie hier in Fig. 1 veranschaulicht) mit ihren Endflächen 23 einen Schlag auf den Flansch 4 ausüben, wobei der so erteilte Impuls besser auf die Achse A (Fig. 2) zentriert ist. Dabei kann zwischen der Unterfläche des Nockenfolgers 17 und der Stirnfläche 12 ein Spalt 22 verbleiben.
Es ist ersichtlich, dass eine so ausgebildete Schraube notfalls auch mit einem herkömmlichen, insbesondere motorisch betriebenen, Schraubenzieher betätigt werden kann, wenn einmal das Werkzeug 1 nicht zur Hand ist. Ausserdem kann das Werkzeug 1 leichter vor Vibrationen geschützt werden, insbesondere wenn es entsprechend der später besprochenen Fig. 6 ausgebildet ist.
Die Zentrierfläche 18 des Werkzeuges 1 umgibt den Kopf 3 ringförmig, so dass sie eine Drehung, und damit ein Gleiten des Nockenfolgers 17 an der Auflauffläche 13 zulässt. Anderseits ist sie zweckmässig so ausgebildet, dass sie, wie aus Fig. 2 ersichtlich, den grössten Durchmesser des Sechskantkopfes 3 eng umgibt. Im Prinzip kann daher auch der Kopf 3 ohne weiteres als Zylinderkopf ausgebildet sein, doch gestattet die Ausbildung als Sechskant die wahlweise Verwendung eines herkömmlichen Schraubenschlüssels zu seiner Betätigung.
An sich könnte es genügen, eine einzige Auflauffläche 13 vorzusehen, die sich über einen grossen Teil des Umfanges der Stirnfläche 12 erstreckt. Um aber pro Umdrehung mehrere Schläge ausüben zu können, sind zweckmässig mehr als eine Auflauffläche 13 vorgesehen. Fig. 3 zeigt deren zwei, an deren Ende jeweils eine abfallende Fläche 14 angeordnet ist. Der Abfall der Fläche 14 muss nicht stets 90 DEG zur Stirnfläche 12 betragen, doch wird der Abfallwinkel jedenfalls steiler sein, als der sich aus den Winkeln der Abschnitte 15 und 19 ergebende Durchschnittswinkel der Auflauffläche 13. Anderseits kann das Werkzeug 1 zur Beeinflussung der Schlagintensität selbst eine Schrägfläche 11 aufweisen.
Daraus ergibt sich, dass die einzelnen wirksamen Abschnitte der miteinander zusammenwirkenden Flächen von Werkzeug und Schraube untereinander austauschbar sind, doch wird man - im Sinne einer möglichst universellen Anwendbarkeit herkömmlicher Werkzeuge - die den Schlag beeinflussenden Flächenabschnitte eher am Schraubenkopf als am Werkzeug anbringen. Somit könnte statt der Schrägfläche 11 die abfallende Fläche 14 entsprechend schräg ausgebildet sein, obwohl dies im allgemeinen nicht bevorzugt ist. Anderseits ist es durch die besprochene Ausbildung des Werkzeuges 1 auch möglich, die Schlagintensität durch Auswahl der Schraube zu beeinflussen.
Das oben hinsichtlich der Austauschbarkeit der Flächen Gesagte gilt auch hinsichtlich der Zentrierflächen. Fig. 5 zeigt einen Kopf 103, wobei alle Teile gleicher Funktion die selben Bezugszeichen wie in den vorigen Figuren besitzen, Teile ähnlicher Funktion dieselben Bezugszeichen, jedoch unter Zusatz einer Hunderterziffer. Dementsprechend ragt hier die Zentrierfläche 118 vom Flansch 104 des Kopfes 103 auf und nehmen einen Werkzeugkopf 24 auf, der zumindest an seinem dem Kopf 103 zugewandten Teil einen (gegenüber der Darstellung der Fig. 1 und 2) verringerten, in die Zentrierfläche 118 eintauchenden Durchmesser besitzt, so dass er nach Art eines Inbusschlüssels wirkt. Die so ausgebildete Schraube mit dem Kopf 103 kann daher als versenkbare Inbusschraube angewandt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist ein Werkzeugkopf 124 vorgesehen, der zur Verringerung der auf die Antriebsmaschine wirkenden Vibrationen ein Dämpfungsglied 26 besitzt. An sich kann dieses Dämpfungsglied in beliebiger Weise ausgebildet sein, beispielsweise auch nach Art von Stossdämpfern mit einem Zylinder und einem darin verschiebbaren Kolben, doch ist es einfacher, wenn es sich dabei lediglich um eine Zwischenlage aus Gummi oder Polymer handelt.
Im Gegensatz zu den Auflaufflächen 13 der Fig. 1 bis 5 ist hier eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt, deren Anfangsabschnitt 15 etwa senkrecht zur Stirnfläche 112 verläuft und dann über einen Bogen 27 in den flacheren Endabschnitt 119 übergeht. Dieser Endabschnitt, soweit er zur Stirnfläche 112 einen Winkel einschliesst, ist relativ kurz und geht in einen zur Stirnfläche 112 parallel verlaufenden Abschnitt 119 min über, an den sich die, hier nicht gezeigte, abfallende Fläche 14 (vgl. Fig. 1 bis 5), allenfalls über eine (hier ebenfalls nicht gezeigte) ansteigende Rampenfläche, anschliesst.
Die aus diesen Abschnitten gebildete Auflauffläche 113 schliesst einen Durchschnittswinkel beta zur Ebene der Stirnfläche 112 ein. Dieser Winkel beta ist eine Funktion der für die Schraube zu erwartende Belastung, d.h. vom Untergrundmaterial, in das die Schraube eingeschraubt werden soll, und vor allem auch vom Gewindesteigungswinkel alpha. Es hat sich herausgestellt, dass der Winkel beta zweckmässig das Doppelte bis zum Sechsfachen des Winkels alpha betragen soll, um einerseits eine sichere Mitnahme durch den Nockenfolger 117 (im Normalbetrieb bei sich drehender Schraube) und anderseits eine gesicherte Schlagfunktion (bei auftretender Überlast) zu gewährleisten.
Allenfalls kann, etwa für ein weicheres Material, als dasjenige wofür die Schraube an sich gedacht ist, der Werkzeugkopf 124 selbst mit Schrägflächen 111 an seinem Nockenfolger 117 versehen sein bzw. ein solcher Werkzeugkopf unter mehreren mit verschiedener Schräge gewählt werden.
Im Falle der Fig. 7 sind zwei relativ dünn bemessene Auflaufvorsprünge 213 an einer Stirnfläche 212 vorgesehen. Derart dünn wird man die Auflaufvorsprünge 213 im allgemeinen nur wählen, wenn man mehr als zwei davon über den Umfang der Stirnfläche 212 verteilen möchte. Bei Beton oder anderen einen grossen Widerstand entgegensetzenden Materialien ist nämlich die Gefahr gegeben, dass diese Vorsprünge 213 beschädigt bzw. abgenutzt werden.
Fig. 8 veranschaulicht eine andere Ausformung mit durch einen Quersteg 28 miteinander verbundenen Auflaufflächen 313. Theoretisch könnte beispielsweise in dem Quersteg 28 ein mittiges Zentrierloch angeordnet sein, in das ein Zentrierstift des Werkzeuges eingreifen kann, doch versteht es sich, dass ein so verhältnismässig schwacher Stift im allgemeinen den Belastungen auf die Dauer nicht gewachsen sein wird, weshalb umfänglich des Kopfes angeordnete Zentrierflächen bevorzugt sind.
Allerdings müssen die Zentrierflächen nicht unbedingt ringförmig die Strinfläche des Schraubenkopfes umgeben. Fig. 9 zeigt eine Variante, bei der mehrere Zentrierfortsätze 318 von einem Flansch 204 der Schraube aufragen. Die Stirnfläche 312 weist hier vier, zweckmässig in gleichmässigen Winkelabständen angeordnete, Auflaufflächen 413 auf, die, wie am besten aus Fig. 9a) ersichtlich, einen steilen Anfangsabschnitt 15 aufweisen, der bogenförmig in einen flachen Endabschnitt 219 übergeht und dann zwar steiler, aber doch etwas geneigt mit der Fläche 114 in eine Vertiefung abfällt.
Besonders aus den Fig. 7 und 9 ist gut ersichtlich, dass die Auflauffläche 213 bzw. 413 durch die erläuterte Winkelgeometrie im allgemeinen Sägezahnprofil haben wird, obwohl auch Fälle denkbar sind, in denen ein Wellenprofil bevorzugt wird. Dabei wird der Winkel des Anfangsabschnittes 15 zwar meist etwa 90 DEG betragen, kann aber auch bloss 75 DEG ausmachen.
Im Falle der Fig. 10 ist ersichtlich, dass die Nuten 6 in manchen Fällen äusserst flach ausgebildet sein können. Der gezeigte Kopf 503 zeigt je eine abgerundete Auflauffläche 13 mit steilem Anfangsabschnitt 15 und flachem Endabschnitt 219, an dessen Ende der jeweilige Nockenfolger des Werkzeuges (vgl. Fig. 6) - falls er infolge Festfressens der Schraube im Untergrundmaterial über die bogenförmige, zur Endfläche 219 leitende Auflauffläche 13 gleitet - am Ende über eine steil mit 90 DEG zur Stirnfläche 412 abfallende Fläche 14 wieder auf die vertieft liegende Stirnfläche 412 aufschlägt bzw. ein Aufschlagen des werkzeugseitigen Zentrierzylinders am Flansch 4 gestattet.
Was die Kennzeichnungsfläche 20 betrifft, so muss diese nicht unbedingt an der Stirnfläche 12 liegen (Fig. 3). Ebenso ist es denkbar, sie am Umfange des Kopfes anzuordnen oder die Fläche des Flansches hiefür zu verwenden. Obwohl im Prinzip auch der obere Teil des Schaftes 2 in Frage käme, ist es doch bevorzugt, wenn sie am Kopf 3 selbst, und hier an einer der Stirnflächen, nämlich des Kopfes 3 oder seines Flansches 4 angebracht wird.
The invention relates to a screw according to the preamble of claim 1.
Screws with relatively sharp threads are generally used as self-tapping screws, for example as wood or plastic screws. They usually have attachment surfaces for a screwdriver or the like on the end face of their head, such as a simple slot, a cross recess or a recess for an Allen key.
From DE-U 8 907 115 a one-way screw with a self-centering head design is known, inclined surfaces rising like a ramp in the unscrewing direction to make unscrewing impossible. DE-C 2 560 448 shows a screw, the head of which has rising and falling ramp surfaces on its circumference, which serve to limit the torque of a tool head pushed thereon.
The applicant's older European patent application has now described an impulse tool including the associated screw, by means of which an impact and turning action is achieved in the direction of the screw line of the screw, the screw being self-drilling even for concrete walls. The pulse tool is designed so that it only has an impact if the resistance of the material into which the screw is to be screwed (base material) becomes too great. However, this requires a special design of the tool with a, relatively expensive, impact-triggering drive which has to be arranged in the tool, so that it is difficult to protect bearings and other delicate parts from vibrations. In addition, it goes without saying that an impact can only be exerted when such a special tool is at hand.
The invention is based on the object of creating a screw which is not only self-drilling, but in which it is possible to work with less expensive tools, in some circumstances even with a conventional tool, such as a screwdriver, in particular with a motor drive. However, the invention is also based on the object of providing an optimally designed screwing tool for such a screw.
According to the invention, the first object is achieved by the characterizing features of claim 1. Because the bevel or rounding runs in the screw-in direction of rotation and has the depression behind it, the screwing tool slides over it when the resistance becomes too great and falls into the depression behind it. where a blow to the screw occurs with simultaneous rotation and therefore in the direction of the screw line.
In principle, it is sufficient if a single such contact surface is arranged on the end face of the head. However, this means that with a full rotation of the tool there will always be only one blow. Naturally, as many impulses as possible are desired. On the other hand, the number of run-up areas cannot be increased arbitrarily in order not to weaken them too much. Therefore, an education according to claim 2 is preferred.
An optimal impact is obtained in the case of a design according to claim 3. However, this does not mean that the angle of fall is necessarily 90 ° to the end face, i.e. to a plane running perpendicular to the longitudinal axis, because a certain beveling of the sloping surface can be beneficial especially for unscrewing again or for adapting the impact strength to the substrate material.
Since the screw is to be screwed in over the run-on surface with a bevel or rounding, the bevel angle must not be approximately as flat as is the case with the aforementioned DE-U 8 907 115, unless there is excessive contact pressure for the tool on the screw head should be required. Therefore, in view of the fact that the bevel angle is a function of the thread pitch angle, the features of claim 4 are preferred. If the bevel angle on the underside facing the end face of the head (assuming that the screw is held upside down) is steeper than on the top of the bevel or rounding, it is advantageous if the bevel or
Rounding has a first section that rises perpendicularly to the end face as a contact surface for the tool when screwing in, and a flatter upper section that leads to the sloping surface. The transition between these sections is preferably arcuate.
Depending on the area of application (wood, plastic, brick, concrete), the screw head may be designed somewhat differently in order to adapt the possible impact intensity to the material. In order to be able to easily recognize the differences in head formation, it is expedient if claim 5 is realized.
A screwing tool designed according to the invention has the features of claim 9 in order to optimize cooperation with a screw according to the invention.
Further details of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments shown schematically in the drawing. They show
1 and 2 a screw according to the invention with a tool whose cam follower in FIG. 1 is just behind a sloping surface and has exerted a blow, whereas in FIG. 2 it lies in front of the run-up surface;
Fig. 3 is a plan view of the end face of a screw head, such as that of FIGS. 1 and 2, according to a first embodiment, wherein
Figure 4 is a section on the line A-A of Figure 2;
5 shows a representation similar to FIG. 1 of a second embodiment;
6 shows a third embodiment, on the basis of which the preferred geometric conditions for a ramp surface provided according to the invention are explained;
the
7 to 9 in their representations a) and b) each show a side view and a top view of further embodiments of screw heads according to the invention; and
Fig. 10 shows another embodiment in perspective view.
1, a tool 1 is placed on the head 3 of a screw shaft 2. The end face 12 (FIG. 3) which serves to attach the tool 1 is provided with the head 3 with a peripheral flange 4 which, on the one hand, ensures a good fit on the respective base material in the manner of a washer, and on the other hand can also act as a striking surface, as will be explained later becomes.
The shaft 2 of the screw has a relatively sharp thread 5. Towards the end facing away from the head 3, more or less deep grooves 6 are made in the screw shaft 2, which have the shape shown in FIG. 4. These grooves 6 extend approximately in the axial direction (cf. the longitudinal axis A), but, as in the present exemplary embodiment, can run slightly helically. These grooves take in fine, worn material when drilling in, but do not lead them to the outside, but only take it under compression, so that the hold of the screw is improved. The length of these grooves 6 therefore depends on the base material to be drilled and may extend over the entire shaft 2 if necessary.
As shown in FIG. 4, the number of grooves 6 is limited to three, but could possibly be four, but an even larger number is not recommended because of the weakening of the shaft 2 which is associated with it, unless the shaft diameter is very large . Each groove has a chisel edge 7 leading in the screwing-in direction, which cuts into the respective material. This combination of chisel edge and groove is particularly advantageous because the material removed from the substrate can then immediately fall into the groove 6 arranged in front of it and fill it. After all, variants would only be conceivable with chisel edge 7 or only with groove 6.
The design can also be such that the thread 5 has a larger radius in the peripheral region, in particular in the region of the chisel edge 7, whereas the radius behind it, in particular up to the next groove 6, is reduced in order to improve the cutting effect.
The head 3 has on its front end face 12 (FIG. 3) a run-up surface 13 serving as a contact for the tool 1 in the screwing-in direction of rotation. This run-up surface 13 has a steeper starting section 15 and a flatter end section 19. The tool 1 has, opposite the end surface 12, a cam follower 17 following this cam surface 13, which has a steep surface 21 (FIG. 1) on the steepest during the screwing in of the screw Initial section 15 is applied. In the event of an overload, however, the cam follower 17 runs on the run-up surface 13 and slides over the end section 19 (FIG. 2) until it falls down again on a steeply falling surface 14. If necessary, this surface 14 and / or the tool 1 (here the latter) has a sloping curve 16 which influences or mitigates the impact intensity.
It is expedient to provide a labeling field 20 (FIG. 3) which contains an indication of the impact intensity or the base material to which the respective screw is matched in its geometric configuration.
Fig. 1 shows the situation after the cam follower 17 has dropped over the surface 14. Various configurations are conceivable: either the cam follower 17 strikes the end face 12 itself and thus gives the screw an impulse which is intended to free it from its seized position; or - as preferred - at least one centering surface 18 or one centering cylinder is provided, which (as illustrated here in FIG. 1) exerts an impact on the flange 4 with its end surfaces 23, the impulse thus given better affecting the axis A ( Fig. 2) is centered. A gap 22 can remain between the lower surface of the cam follower 17 and the end face 12.
It can be seen that a screw designed in this way can also be actuated with a conventional, in particular motor-operated, screwdriver if the tool 1 is not at hand. In addition, the tool 1 can be more easily protected against vibrations, in particular if it is designed in accordance with FIG. 6 discussed later.
The centering surface 18 of the tool 1 surrounds the head 3 in an annular manner, so that it allows the cam follower 17 to rotate and thus slide on the run-up surface 13. On the other hand, it is expediently designed such that, as can be seen from FIG. 2, it closely surrounds the largest diameter of the hexagon head 3. In principle, the head 3 can therefore also be easily designed as a cylinder head, but the design as a hexagon permits the optional use of a conventional wrench for its actuation.
In itself, it could be sufficient to provide a single run-up surface 13 which extends over a large part of the circumference of the end surface 12. However, in order to be able to exert several impacts per revolution, more than one contact surface 13 is expediently provided. Fig. 3 shows the two, at the end of which a sloping surface 14 is arranged. The drop of the surface 14 does not always have to be 90 ° to the end face 12, but the angle of fall will in any case be steeper than the average angle of the run-up surface 13 which results from the angles of the sections 15 and 19. On the other hand, the tool 1 for influencing the impact intensity itself can have an inclined surface 11.
This means that the individual effective sections of the interacting surfaces of the tool and the screw are interchangeable, but - in the sense that conventional tools are as universal as possible - the surface sections influencing the impact will be attached to the screw head rather than to the tool. Thus, instead of the sloping surface 11, the sloping surface 14 could be formed accordingly, although this is generally not preferred. On the other hand, it is also possible, through the design of the tool 1, to influence the impact intensity by selecting the screw.
What was said above regarding the interchangeability of the surfaces also applies to the centering surfaces. FIG. 5 shows a head 103, wherein all parts with the same function have the same reference symbols as in the previous figures, parts with a similar function have the same reference symbols, but with the addition of a hundred digit. Accordingly, the centering surface 118 protrudes from the flange 104 of the head 103 and receives a tool head 24 which, at least on its part facing the head 103, has a reduced diameter (compared to the illustration in FIGS. 1 and 2) which plunges into the centering surface 118 , so that it acts like an Allen key. The screw formed in this way with the head 103 can therefore be used as a retractable Allen screw.
In the embodiment according to FIG. 6, a tool head 124 is provided, which has a damping member 26 to reduce the vibrations acting on the drive machine. As such, this damping element can be designed in any way, for example also in the manner of shock absorbers with a cylinder and a piston which can be displaced therein, but it is easier if it is merely an intermediate layer made of rubber or polymer.
In contrast to the run-up surfaces 13 of FIGS. 1 to 5, a preferred embodiment is shown here, the start section 15 of which runs approximately perpendicular to the end surface 112 and then merges into the flatter end section 119 via an arc 27. This end section, insofar as it encloses an angle with the end face 112, is relatively short and merges into a section 119 min running parallel to the end face 112, to which the sloping surface 14 (not shown here) (see FIGS. 1 to 5) , at most via an increasing ramp area (also not shown here).
The run-up surface 113 formed from these sections includes an average angle beta to the plane of the end surface 112. This angle beta is a function of the load to be expected for the screw, i.e. of the base material into which the screw is to be screwed, and above all of the thread pitch angle alpha. It has been found that the angle beta should expediently be twice to six times the angle alpha, in order to ensure, on the one hand, a safe entrainment by the cam follower 117 (in normal operation when the screw is rotating) and, on the other hand, a secure impact function (if an overload occurs) .
At most, for example for a softer material than what the screw is intended for, the tool head 124 itself can be provided with inclined surfaces 111 on its cam follower 117, or such a tool head can be selected from several with a different incline.
In the case of FIG. 7, two relatively thin overrun projections 213 are provided on an end face 212. The overhanging projections 213 will generally only be chosen so thin if more than two of them are to be distributed over the circumference of the end face 212. In the case of concrete or other materials that oppose a high resistance, there is a risk that these projections 213 will be damaged or worn.
FIG. 8 illustrates another configuration with run-up surfaces 313 connected to one another by a cross bar 28. In theory, for example, a central centering hole could be arranged in the cross bar 28, into which a centering pin of the tool can engage, but it is understood that such a relatively weak pin generally will not be able to cope with the loads in the long run, which is why centering surfaces arranged circumferentially around the head are preferred.
However, the centering surfaces do not necessarily have to surround the thread surface of the screw head in a ring. FIG. 9 shows a variant in which a plurality of centering extensions 318 protrude from a flange 204 of the screw. The end face 312 here has four ramp surfaces 413, which are expediently arranged at uniform angular intervals and which, as can best be seen from FIG. 9a), have a steep starting section 15 which merges into a flat end section 219 and is then steeper but nevertheless slopes slightly into surface with surface 114.
7 and 9 in particular that the run-up surface 213 or 413 will generally have a sawtooth profile due to the angular geometry explained, although cases are also conceivable in which a wave profile is preferred. The angle of the initial section 15 will usually be approximately 90 °, but can also only make up 75 °.
In the case of FIG. 10 it can be seen that in some cases the grooves 6 can be made extremely flat. The head 503 shown each shows a rounded run-up surface 13 with a steep starting section 15 and a flat end section 219, at the end of which the respective cam follower of the tool (cf. conductive run-up surface 13 slides - at the end via a surface 14 falling steeply to the end surface 412 at 90 °, again hits the recessed end surface 412 or allows the centering cylinder on the tool side to strike the flange 4.
As far as the marking surface 20 is concerned, it does not necessarily have to lie on the end surface 12 (FIG. 3). It is also conceivable to arrange them around the circumference of the head or to use the surface of the flange for this. Although in principle the upper part of the shaft 2 could also be used, it is preferred if it is attached to the head 3 itself, and here to one of the end faces, namely the head 3 or its flange 4.