DE1728574B1 - Kopf- und schluesselausbildung fuer eine schraube - Google Patents
Kopf- und schluesselausbildung fuer eine schraubeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kopf- und Schlüsselausbildung für eine Schraube, bestehend aus einer im Kopfteil
der Schraube angeordneten zentrischen Ausnehmung mit kraftübertragenden Wandflächen, die von gleichmäßig
am Umfang der Ausnehmung verteilten, abwechselnd konkaven und konvexen sowie glatt tangential
ineinander übergehenden Zylinderteilflächen gebildet sind, wobei jeweils der Treibwinkel zwischen jeder
Übergangstangente und dem Radius der Ausnehmung durch einen benachbarten Punkt maximalen Wandflächenabstands
höchstens etwa 20° beträgt, und aus einem am Schlüssel angeordneten Einsteckteil, der eine
der Ausnehmung komplementäre Querschnittsform aufweist.
Eine solche aus der US-PS 20 83 092 bekannte QuerschnittsausbÜdung der Schraubenkopf-Ausnehmung
sowie des komplementären Schlüsseleinsteckteils weist gegenüber üblichen Innenmehrkantschrauben den
Vorteil geringer Treibwinkel auf, wodurch die Radialkomponenten der Schraubkräfte verringert wurde. Auf
diese Weise wurde einem der wesentlichen Nachteile der Mehrkantausbildung der kraftübertragenden
Schraubenkopf- und Schlüsselausbildungen begegnet, welchen man um anderer — allgemein bekannter —
Vorteile dieser Ausbildung willen in Kauf nahm, obgleich man sich stets der Tatsache bewußt war, daß
ein kleiner Treibwinkel, beispielsweise ein solcher von 0° bei den kraftübertragenden Flächen der seit alters
her bekannten Längsschlitz- und Kreuzschlitz-Ausbildüngen,
vorteilhaft ist.
Trotzdem konnte die aus der US-PS 20 83 092 bekannte Ausbildung der kraftübertragenden Flächen
bei einer Schraubenkopf- und Schlüsseleinsteckteil-Anordnung
der eingangs geschilderten Art nicht befriedigen. Ihre konkaven und konvexen Zylinderteilflächen
haben gleiche Krümmungsradien, was in Verbindung mit der Forderung nach vorteilhaft empfundenen
»flachen Einbuchtungen«, also konkaven Zylinderteilflächen von geringer radialer Tiefe, zu der Lehre führte, <
>5 mindestens sieben oder auch mehr, üblicherweise acht konkave und ebensoviel konvexe Zylinderteilflächen am
Umfang der Ausnehmung und des Einsteckteils vorzusehen. Es ergab sich mithin eine abgerundete
Version der für Treibwellen allgemein üblichen Vielkeilausbildung kraftübertragender Flächen, wie sie
in der Anwendung auf einen Schraubenkopf mit außen liegenden kraftübertragenden Flächen und einem den
Kopf übergreifenden Steckschlüssel (mit einem Treibwinkel von 0°) aus der GB-PS 10 32 144 bekanntgeworden
ist. Da entgegen den in der US-PS 20 83 092 angestellten Überlegungen wegen mangelnder Fertigungsgenauigkeit
keineswegs davon ausgegangen werden kann, daß alle kraftübertragenden Flächen am
Umfang der Schraubenkopfausnehmung einerseits sowie des Schlüsseleinsteckteils andererseits im Betrieb
zur Anlage aneinander kommen und tatsächlich an der Kraftübertragung beteiligt werden, wirkt sich die
Anordnung (möglichst) vieler Vorsprünge mit geringer radialer Erstreckung ungünstig auf die angestrebte
beschädigungslose Übertragung des Drehmoments aus. Die radiale »Überlappung« der konvex berandeten
Vorsprünge an der Schraubenkopfausnehmung einerseits und dem Schlüsseleinsteckteil andererseits läßt
nämlich radiale Verschiebungen der jeweiligen Kraftan- griffspunkte aufgrund notwendiger und unvermeidbarer ^
Toleranzen stark in Erscheinung treten, weil schon geringe radiale Verschiebungen zu starken Größenveränderungen
der sich in Kraftrichtung erstreckenden Scherflächen führen; auch ist die Gefahr von Verquetschungen
groß. Überdies läßt sich erfahrungsgemäß ein Werkzeug oder Werkstück mit großer »Zähnezahl« in
enger Anordnung und mit »sinusartiger« Ausbildung schwierig mit einem konzentrischen, komplementär
entsprechenden Gegenstück in Eingriff bringen; die Handhabung einer solchen Kopf- und Schlüsselausbildung
für eine Schraube ist also gegenüber einer solchen mit einer geringerzahligen Umfangssymmetrie erschwert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der mit der Ausbildung der
kraftübertragenden Flächen gemäß der US-PS 20 83 092 gegenüber herkömmlichen Innenmehrkantschrauben
erzielten Vorteile die Widerstandfähigkeit der Kopfausnehmung-Einsteckteil-Paarung, namentlich
die Widerstandfähigkeit des Schraubenkopfes, zu erhöhen und die Handhabung von Schraubenkopf und Λ
Schraubenschlüssel zu erleichtern.
Ausgehend von der eingangs geschilderten Kopf- und Schlüsselausbildung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß je sechs konkave und konvexe Zylinderteilflächen vorgesehen sind und daß die
konvexen Zylinderteilfächen der Ausnehmung einen mindestens doppelt so großen Krümmungsradius wie
die konkaven Zylinderteilfächen haben. Auf diese Weise ergibt sich ein größerer radialer Überlappungsbereich
der konvexen Vorsprünge der Ausnehmung einerseits und des Einsteckteils andererseits, wodurch die
Empfindlichkeit der kraftübertragenden Flächen-Paarung gegenüber Fertigungs- und Abnutzungstoleranzen
wesentlich verringert wird und die zur Verfügung stehenden kraftübertragenden Flächen vergrößert
werden. Ferner führt die Unterschiedlichkeit und besondere Relation der Krümmungsradien der konkaven
und konvexen Wandflächen der Ausnehmung dazu, daß der üblicherweise aus einem Werkstoff geringerer
Scherfestigkeit hergestellte Schraubenkopf größere auf Scherung beanspruchte Flächen aufweist als der
Schlüsseleinsteckteil, der aber in üblicher Weise aus einem scherfesteren Werkstoff besteht. Schließlich
erleichtert die Rückkehr zu einer sechszahligen
Umfangssymmetrie bei der neuen komplementären Querschnittsform, ohne dabei den Vorteil eines kleinen
Treibwinkels aufgeben zu müssen, die Handhabung der erfindungsgemäßen Kopf- und Schlüsselausbildung, was
angesichts des hohen Arbeitszeitanteils bei der Verarbeitung von Schrauben von erheblicher Bedeutung ist.
Demgegenüber wurde bei der aus der US-PS 29 69 250 bekannten komplementären Paarung von
Schraubenkopfausnehmung und Schlüsseleinsteckteil mit jeweils sechs unstetig aneinander anschließenden
konvexen und konkaven Zylinderteilflächen von im wesentlichen gleichen Krümmungsradien der radiale
Überlappungsbereich der herkömmlichen Innensechskantausbildung beibehalten und lediglich eine andere
Verteilung der Scherflächen zwischen Ausnehmung und Einsteckteil vorgenommen, die entgegen dem Erfindungsvorschlag einander angeglichen sind. Darhit
bleiben auch die Nachteile der herkömmlichen Innensechskantausbildung (großer Treibwinkel und große
Empfindlichkeit gegenüber ungenauer Paarung) im wesentlichen erhalten.
Die FR-PS 87 328 (Zusatz zur FR-PS 12 71 525) zeigt
zwar eine Schraubenkopfausnehmung, die im Querschnitt der erfindungsgemäßen ähnlich ist, weil sie bei
sechszahliger Symmetrie Wandflächen in Form abwechselnd konkaver und konvexer Zylinderteilflächen
besitzt, von denen die konkaven einen größeren Krümmungsradius als die konvexen Zylinderteilflächen
haben. Jedoch hat der Gegenstand der FR-ZusatzPS 78 328 mit der Erfindung ebensowenig zu tun wie der
aus der JA-GbmS 38-15 996 bekannte Schraubenschlüssel, dessen zeichnerisch dargestellter Einsteckteil im
Querschnitt ähnlich dem erfindungsgemäßen Schlüssel-Einsteckteil ist. In beiden Fällen handelt es sich aber um
eine Ausnehmung bzw. einen Einsteckteil, die jeweils mit einem herkömmlichen Innensechskantschlüssel bzw.
einer herkömmlichen Innensechskantschraube zum Einsatz gelangen. Es geht in diesen wie in anderen
verleichbaren Fällen (z. B. US-PSen 25 50 010,31 25 910 und 32 73 430 sowie FR-PS 12 73 228) nämlich allein
darum, der bekannten Gefahr der Beschädigung der hochbelasteten Ecken von Sechskantschrauben und
-schlüsseln dadurch zu begegnen, daß die Angriffspunkte des Schlüssels an der Schraube von den Ecken weg
verlegt werden, wo der Kraftangriffsradius zwar geringer, die Widerstand bietenden Scherflächen aber
größer sind. Demgemäß enthalten die Beschreibungen der FR-ZusatzPS 78 328 und der JA-GbmS 38-15 996
nicht nur keine Lehre, die kraftübertragenden Flächen in der erfindungsgemäßen Weise auszubilden und mit
einem komplementären Werkzeug bzw. mit einer komplementären Schraubenkopfausnehmung zu beaufschlagen, sondern weisen vielmehr darauf hin, daß die
jeweilige Querschnittsform mit einem Sechskantquerschnitt in Eingriff zu bringen ist, wodurch Vorteile
hinsichtlich Handhabung und beschädigungsfreier Standzeit erzielt werden sollen. Eine Anregung, die aus
der US-PS 20 83 092 bekannte Kopf- und Schlüsselausbildung im Sinne der zeichnerischen Darstellungen der
FR-ZusatzPs 78 328 oder der JA-GbmS 38-15 996 abzuwandeln, ist diesen Druckschriften daher nicht zu
entnehmen, zumal der erfindungsemäß bedeutsame Treibwinkel dort nicht erwähnt ist und es dort nur
darauf ankommt, das Einsteckteil leichter in die Ausnehmung einzuführen.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung, und zwar zeigt
benkopf im Querschnitt,
Fig.2 die Draufsicht auf den Schraubenkopf nach
F i g. 3 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Eins steckteil eines im übrigen abgebrochen dargestellten
Schlüssels in Seitenansicht und
F i g. 4 eine Darstellung der geometrischen Verhältnisse der erfindungsgemäßen Kopf- und Schlüsselausbildung.
ίο Die in Fi g. 1 im Schnitt dargestellte Schraube 10 hat
einen Kopf 88 und einen Gewindeschaft 89. Im Kopf 88 ist zentrisch und koaxial zum Gewindeschaft 89 eine
Ausnehmung 90 vorgesehen, deren Wandflächenausbildung der Fig.2 zu entnehmen. Sechs konkave
Zylinderteilflächen 18 mit kleinem Krümmungsradius wechseln jeweils mit insgesamt sechs konvexen
Zylinderteilflächen 22 mit gegenüber dem Krümmungsradius der konkaven Zylinderteilflächen mindestens
doppelt so großem Krümmungsradius ab. Die auf diese
Weise von den konvexen Zylinderteilflächen 22
gebildeten, in die Ausnehmung 90 ragenden Vorsprünge sind an der Oberseite des Schraubenkopfes 88 bei 97
abgeschrägt, um das Einführen des Schlüssel-Einsteckteils zu erleichtern.
Fig.3 zeigt einen solchen, der Ausnehmung 90 komplementär entsprechend geformten Einsteckteil
102 eines Schlüssels, dessen Schaft 100 abgebrochen gezeichnet ist. Der komplementären Ausbildung wegen
sind beim Einsteckteil 102 die Wandflächen 18a mit
kleinerem Krümmungsradius konvexe Zylinderteilflächen, während entsprechend die Wandflächen 22a mit
demgegenüber mindestens doppelt so großem Krümmungsradius konkave Zylinderteilflächen sind. Demgemäß stellen sich die von den konvexen Wandflächen 18a
vs berandeten Abschnitte des Einsteckteils 102 als
Vorsprünge dar, welche bei 101 an der freien Stirnfläche des Einsteckteils 102 abgerundet sein können, um
ebenfalls das Einführen des Einsteckteils 102 in die Ausnehmung 90 zu erleichtern. Schräge Schultern 58,
welche von einem zwischen dem Schaft 100 und dem Einsteckteil 102 ausgebildeten Kragen 103 ausgehen,
erstrecken sich in die von den konkaven Zylinderteilflächen 22a berandeten Einbuchtungen des Einsteckteils
102 hinein und tragen zu dessen Versteifung bei.
F i g. 4 zeigt, daß die (bei der Ausnehmung) konkaven Zylinderteilflächen 18 mit kleinem Krümmungsradius 23
glatt tangential in die konvexen Zylinderteilflächen 22 mit mindestens doppelt so großem Krümmungsradius
27 übergehen; die Punkte 20 und 24 markieren die
Mittelpunkte, von denen die Krümmungsradien 23 bzw.
27 ausgehen. Jede Übergangstangente 85 schließ dabei mit dem vom Zentrum 19 der Ausnehmung ausgehenden Radius 86 durch einen benachbarten Punkt
maximalen Wandflächenabstandes vom Zentrum 19
einen Treibwinkel 87 ein, der höchstens 20° beträgt.
Dennoch ist wegen der Relation der Krümmungsradien 23 und 27 sowie der sechszahligen Symmetrie der
Ausnehmung die Differenz zwischen dem größtem Durchmesser 25 und dem kleinsten Durchmesser 26 der
Ausnehmung bzw. des Einsteckteils beträchtlich. Da diese Differenz die »Überlappung« zwischen den
treibenden Vorsprüngen des Schlüssel-Einsteckteils und den getriebenen Vorsprüngen der Kopfausnehmung
repräsentiert, können erhebliche Drehmomente über-
<>.s tragen werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß
die Scherflächen der von den konvexen Zylinderteilflächen 18a berandeten Vorsprüngen des Schlüssel-Einsteckteils 102 deutlich kleiner sind als die Scherflächen
der von den konvexen Zylinderteilflächen 22 berande- widerstandsfähigem Material hergestellte Schraube
ten Vorsprünge der Schraubenkopf-Ausnehmung 90: spezifisch weniger belastet als der Einsteckteil, dessen
Wenn beim Anziehen oder Lösen der Schraube beide üblicherweise höherwertiges Material der höheren
Scherflächen (-serien) denselben Scherkräften unter- spezifischen Scherbelastung ohne weiteres widerstehen
worfen werden, so wird die naturgemäß aus weniger -i kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Kopf- und Schlüsselausbildung für eine Schraube, bestehend aus einer im Kopfteil der Schraube angeordneten zentrischen Ausnehmung mit kraftübertragenden Wandflächen, die von gleichmäßig am Umfang der Ausnehmung verteilten, abwechselnd konkaven und konvexen sowie glatt tangential ineinander übergehenden Zylinderteilflächen gebildet sind, wobei jeweils der Treibwinkel zwischen jeder Übergangstangente und dem Radius der Ausnehmung durch einen benachbarten Punkt maximalen Wandflächenabstands höchstens etwa 20° beträgt, und aus einem am Schlüssel angeordneten Einsteckteil, der eine der Ausnehmung komplementäre Querschnittsform aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß je sechs konkave und konvexe Zylinderteilflächen (18, 22a; 22, i8a) vorgesehen sind und daß die konvexen Zylinderteilflächen (22) der Ausnehmung (90) einen mindestens doppelt so großen Krümmungsradius (27) wie die konkaven Zylinderteilflächen (18) haben.
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