DE102021213643A1

DE102021213643A1 - Schraube, Werkzeug und Anordnung mit einer Schraube und einem Werkzeug

Info

Publication number: DE102021213643A1
Application number: DE102021213643.5A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Leb; Philip Kubinger
Original assignee: Schmid Schrauben Hainfeld GmbH
Current assignee: Schmid Schrauben Hainfeld GmbH
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023099404A1; CA3239847A1

Abstract

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, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auswölbungen mit einer zur Mittelängsachse radialen Komponente und einer tangential und entgegen der Einschraubrichtung ausgerichteten Komponente erstrecken.

Description

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. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schraube ist, dass sie auch mit bekannten Werkzeugen, insbesondere Antriebsbits, für beispielsweise 6-Lobe, Torx, oder auch AW-Antrieb 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.
In 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, Torx, oder auch AW-Antrieb 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 Mittenrauwert R_a von maximal 0,4 µm 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 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.
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:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraube gemäß einer ersten Ausführungsform von schräg hinten,
2 eine Draufsicht auf den Schraubenkopf der Schraube der 1,
3 eine Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in 2,
4 die vergrößerte Einzelheit B aus 3,
5 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsbits, also eines Werkzeugs, zum Einschrauben und Ausschrauben der in 1 gezeigten Schraube,
6 eine Vorderansicht des Werkzeugs der 5,
7 eine Seitenansicht des Werkzeugs der 5,
8 eine Vorderansicht ähnlich 6, wobei Hilfslinien eingezeichnet sind,
9 eine Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in 8,
10 eine Ansicht auf eine Schnittebene durch eine Anordnung mit der Schraube der 1 und dem Werkzeug der 5, wobei die Schnittebene senkrecht zur Mittellängsachse der Schraube und des Werkzeugs verläuft,
11 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus 10,
12 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraube gemäß einer zweiten Ausführungsform von schräg hinten,
13 eine Draufsicht auf die Schraube der 1,
14 eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in 13,
15 die vergrößerte Einzelheit B aus 14,
16 ein Werkzeug in Form eines Antriebsbits zum Einschrauben der Schraube der 12,
17 eine Vorderansicht des Werkzeugs der 16 und
18 eine Seitenansicht des Werkzeugs der 16.

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.
2 zeigt eine Draufsicht auf den Schraubenkopf 16 der Schraube 10 der 1, wobei in der Draufsicht die Gestaltung der Antriebsausbildung 18 besser zu erkennen ist und daher anhand der 2 weiter erläutert wird.
Es ist in 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 2 angedeutet, wobei die gestrichelte Kreislinie mit dem Durchmesser y lediglich eine gedachte Linie darstellt. Die Kegelstumpfform des Grundkörpers 22 ist in 2 kaum zu erkennen, ergibt sich aber beispielsweise aus 5. Der Kegelwinkel α 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 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 γ. 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 γ, den jede Auswölbung 24 einnimmt, 120° betragen.
In 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 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 2 dargestellt ist, kann sich dieses Verhältnis im Verlauf der Vertiefung geringfügig ändern, je nachdem, in welcher Höhenposition das Verhältnis bestimmt wird.
3 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in 2. Zu erkennen ist die Vertiefung 20 der Antriebsausbildung, die einen kegelförmigen Grund aufweist. Weiter ist in 3 die Restwanddicke c des Schraubenkopfs eingezeichnet. Es ist in 3 bereits zu erkennen, dass die Vertiefung 20 sich in Richtung auf die Schraubenspitze zu, in 3 also nach unten, verjüngt.
In der vergrößerten Darstellung der Einzelheit B in 4 ist der Winkel α eingezeichnet, in dem sich die Vertiefung 20 in Richtung auf die Schraubenspitze zu verjüngt. Dieser Winkel α 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 β 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.
5 zeigt ein Werkzeug 40 in Form eines Antriebsbits, das zum Einschrauben der Schraube 10 der 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 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 8 verläuft die Einschraubrichtung für die Schraube 10 der 1 entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Auswölbungen 24 sind, wie 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 8 mit den gleichen Buchstaben R1, R2, R3 und R4 bezeichnet wie in 2. Die Verhältnisse der Radien R1, R2, R3 und R4 sind gleich wie anhand der Schraube 10 und insbesondere 2 erläutert wurde.
6 zeigt eine Seitenansicht des Werkzeugs 40 der 5. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass die Antriebsausbildung 48 sich in Richtung auf das freie Ende, in 7 unten, des Werkzeugs 40 verjüngt oder die Querschnittsfläche verringert. Dies ist auch in der Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in 9 zu erkennen. Der Winkel α, mit dem sich die Antriebsausbildung 48 des Werkzeugs 40 verjüngt, beträgt wie bei der Antriebsausbildung 18 der Schraube, siehe 4, 6° und kann erfindungsgemäß zwischen 0° und 10° liegen.
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 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 R_a von maximal 0,4µm auf.
11 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit Z aus 10. Dargestellt ist eine Auswölbung 24 und es ist in 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.
12 zeigt eine erfindungsgemäße Schraube 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Schraube 70 ist sehr ähnlich zu der Schraube 10 der 1 ausgebildet und es werden lediglich die zur Schraube 10 unterschiedlichen Merkmale erläutert.
Unterschiedlich ist lediglich eine Antriebsausbildung 78 der Schraube 70. Wie in 13, besser aber in 14 und 15 erkennbar ist, ist die Vertiefung 80 der Antriebsausbildung 78 zylindrisch ausgeführt. Ein gedachter Umkreis mit dem Durchmesser m, siehe 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 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.
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 12 bis 15 ausgebildet ist. Im Übrigen ist das Werkzeug 90 gleich ausgebildet wie das Werkzeug 40 der 5 und die einzelnen, zum Werkzeug 40 identischen Merkmale werden daher nicht erneut erläutert.
17 und 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 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 12 und dem Werkzeug 90 der 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

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.
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 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 Mittellängsachse (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 (δ) 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 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 R_a von maximal 0,4µm 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 (α) von 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 nach außen gekrümmten Seitenflächen (58) des Werkzeugs (40) an den in Einschraubrichtung vorne liegenden und nach außen gekrümmten Seitenflächen (28) der Schraube (10) flächig anliegen.
Anordnung nach Anspruch 17, 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 gesamte Länge an den in Einschraubrichtung vorne liegenden Seitenflächen (28) der Schraube (10) flächig anliegen.