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Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Ringschluessel, dessen Schluesselkopf, nachdem dieser mit dem Kopf einer Schraube in Verbindung gebracht wurde, die Moeglichkeit eroeffnet, Einschraube-, Spann- oder Loesevorgaenge durchzufuehren.
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Ringschluessel dieser Art weisen im Inneren des Ringkoerpers ein Profil auf, z.B. ein polygonales Profil, um somit ein Verbinden mittels Formschluss mit dem Kopf einer Schraube oder einer Mutter zu ermoeglichen.
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Bekannte Werkzeuge weisen einen Kopf auf, der im wesentlichen Kreisform hat und einstueckig mit dem Schluesselstiel ausgebildet ist, um ueber den Stiel ein Betaetigen des Schluessels zu ermoeglichen. Die bekannten Schluessel weisen einen Ring zur Bildung des Schluesselkopfes auf, der gleichmaessige Dicke aufweist; der Koerper des Schluessel- ringes vereint sich ueber einen Absatz oder eine Stufe mit dem Werkzeugstiel, der ueblicherweise geringere Dicke als der Schluesselkopf aufweist.
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Bei bekannten Ringschluesseln dieser Art kann festgestellt werden, dass aufgrund der erheblichen Laenge des Betaetigungs- oder Werkzeugstieles, bei Einsatz des Werkzeuges hohe Kraefte entstehen, die zu sehr hohen Zug- und Druckkraeften im Inneren des ringfoermigen Koerpers des Schluesselkopfes fuehren und diesen, besonders in der Naehe der Verbindungsstelle zwischen Schluesselring und Betaetigungsstiel, hohen Belastungen aussetzen.
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Diese Kraefte, besonders die auftretenden Zugkraefte, die bei dem Einsatz des Werkzeuges frei werden, koennen derartige Werte annehmen, dass ein Bruch oder ein Reissen des ringfoermigen Schluesselkoerpers eintritt, Beschaedigung, die meistens in der Naehe der Verbindungsstelle zwischen Ring und Betaetigungsstiel auftritt.
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Es ist Aufgabe der vorstehenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen mit einem geschlossenen Ring versehenen Schluessel vorzuschlagen, in dem die haeufig auftretende Beschaedigungsgefahr des Werkzeuges aufgrund einer starken Belastung im Inneren des Ringkoerpers, besonders in der Naehe der Verbindungsstelle zwischen Ringkoerper und Stiel des Schluessels, gebannt wird.
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Diese Aufgabe wird mit einem Ringschluessel geloest, der sich dadurch kennzeichnet, dass der Ringkoerper, der die Angriffsflaeche des Werkzeuges auf der Seite des Betaetigungsstieles begrenzt, ovalen Verlauf aufweist und der Scheitelpunkt der Kurve zum Betaetigungsstiel hin gerichtet ist, dass der Querschnitt des Betaetigungsstieles von konvex gewoelbte Flaechen begrenzt wird, die miteinander ueber bogenfoermig verlaufende Verbindungsflaechen vereint sind und dass der Betaetigungsstiel allmaehlich ueber konkav gewoelbte Flaechen mit dem ovalen Umfang des Schluesselkopfes in Verbindung tritt.
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Durch den nicht runden sondern ovalen Verlauf des Schluesselkopfes, der zum Betaetigungsstiel hin gerichtet ist, sowie die Verbindung zwischen Schluesselkopf und Betaetigungsstiel ueber gewoelbte Flaechen, wird in ueberraschender Weise eine wesentliche Verbesserung des Kraftflusses gegenueber bekannten Ringschluesseln erzielt.
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Es wird ferner moeglich, einen weiteren vom Stand der Technik her bekannten Nachteil fuer Ringschluessel zu beseitigen, und zwar den Nachteil, dass aufgrund der Form der bekannten Ringschluessel, bei Beanspruchung des Schluesselkopfes sehr hohe Zugkraefte im Koerper des vieleckig ausgebildeten Schluesselkopfes, besonders in unmittelbarer Naehe der Verbindungsstelle zwischen Betaetigungsstiel und Schluesselkopf auftreten.
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Das Auftreten hoher Zugkraefte, die sowohl im Ringkoerper als auch im Verbindungsstueck zum Betaetigungsstiel auftreten, hat in der Vergangenheit zu sehr starker Belastung sowohl im Werkzeugkopf als auch im Verbindungsstueck zum Stiel gefuehrt, Tatsache, die haeufig zum Reissen des Schluesselringes an dieser Stelle gefuehrt hat.
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Der Erfindungsgegenstand wird nun genauer anhand eines Ausfuehrungsbeispieles beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 in Draufsicht einen Ringschluessel bekannter Bauart;
- Fig. 2 eine Vorderansicht eines Ringschluessels bekannter Bauart;
- Fig. 3 eine Draufsicht eines Ringschluessels nach der vorstehenden Erfindung;
- Fig. 4 eine Vorderansicht des Schluessels nach Fig. 3;
- Fig. 5 ein Detail des Schluessels im Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 3;
- Fig. 6 ein Detail des Schluessels im Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 4;
- Fig. 7 die Kraftverteilung in einem herkoemmlichen Schluessel, dargestellt in einem Diagramm bestehend aus endlichen Elementen; und
- Fig. 8 die Verteilung der Kraefte in einem erfindungsgemaessen Schluessel, dargestellt mit einem Diagramm, bestehend aus endlichen Elementen.
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Der Fig. 1 kann ein Ringschluessel entnommen werden, der vom Stand der Technik her bekannt ist.
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Der Schluessel besteht aus einem Betaetigungsstiel 1, der an jedem Ende einen Ring 2 aufnimmt, der aus einem Ringkoerper 3 gebildet ist, der im Inneren ein Profil 4 aufweist, z.B. ein vieleckiges Profil. Dadurch kann der Ring 2 mit dem Kopf 5, z.B. einem Sechskantkopf, einer Schraube oder einer Mutter in Wirkverbindung gebracht werden.
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Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist der Ringkoerper 3 eines bekannten Werkzeuges auf seinem gesamten Umfang konstante Materialbreite (S) auf. Der Fig. 2 kann entnommen werden, dass der Koerper des Kopfes 2 dicker ausgefuehrt ist, als der Stiel 1 des Werkzeuges. Dadurch erfolgt in nachteiliger Weise die Verbindung zwischen Kopf 2 und Stiel 1 des Werkzeuges ueber eine Stufe 6, die nicht allmaehlich sondern abrupt in den Stiel uebergeht.
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Wird der Ring 3 durch eine Kraft (Pfeil F) waehrend der Verwendung des Schluessels betaetigt, so wird der Werkzeugring von einer besonders hohen Zugkraft im Punkt P beeinflusst, wie dieses in Fig. 1 mit Strichpunktlinien dargestellt ist.
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Die Zugkraft P erreicht maximal Werte in jenem Punkt, an dem sich auch die Stufe 6 der Verbindung zwischen dem Kopf 2 und dem Betaetigungsstiel 1 befindet. Ferner treten an dieser Stelle auch maxiale Beanspruchungen im Werkzeugstiel 1 auf.
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Es konnte festgestellt werden, dass fuer Ringschluessel, die nach dem Stand der Technik ausgebildet waren, die maximale mechanische Beanspruchung an einer Stelle des Werkzeuges auftritt, die von der geometrischen Gestalt fuer hohe Beanspruchungen nicht gerade vorteilhaft ist (besonders was den Kraftfluss anbetrifft). Dies ist ein Grund dafuer, dass haeufig Beschaedigungen des Ringschluessels an der durch Strichpunktlinien (P) gekennzeichneten Stelle auftreten.
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Obwohl Ringschluessel seit langer Zeit Einsatz in der Technik finden, wurden durch den Benuetzer sowie den Hersteller bekannter Ringschluessel bisher das Auftreten von Rissen und Bruechen des Ringkoerpers am Werkzeugkopf vernachlaessigt, da solche Beschaedigungen nicht bei allen Schluesseln, sondern von Zeit zu Zeit in Abhaengigkeit von der Belastung des Werkzeuges auftraten. Heute, sei es aufgrund der Einfuehrung neuer Formen fuer Schraubenkoepfe, die fuer hochtechnische Aufgaben zum Einsatz gelangen, Formen, die bei vergleichbarem Schraubendurchmesser den Einsatz wesentlich kleinerer Schraubenkoepfe erlauben, sei es aufgrund der verbesserten Qualitaet des Schraubenmaterials selbst, die ein Anspannen der Schraube mit wesentlich hoeheren Kraftmomenten gegenueber frueheren Ausfuehrungsformen erlauben, tritt das Phaenomen einer Beschaedigung der Werkzeuge bekannter Bauart immer mehr in Augenschein und ist daher zu loesen.
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Der Ringschluessel (Fig. 3 bis 6), der nach der Erfindung vorgeschlagen wird, weist einen Kopf 2 auf, von dem lediglich das vordere Teil 3 den Verlauf eines Kreisbogens hat. Ungefaehr ab der Mittellinie Y wird der Kopf 2 des neuen Ringschluessels von einem ovalen Koerper oder einem Koerper mit pseudo-elliptischen Verlauf, wie in der Zeichnung mit der Linie 20 gezeigt ist, begrenzt. Demzufolge nimmt die Breite (S, 21) des Schluesselkopfes ungefaehr ab der Mittellinie Y bis zum Stiel 1 staendig zu. Die Dicke (S, 21) erreicht ihren Maximalwert im Schnitt mit der Laengsachse X.
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In Fig. 3 ist die bekannte und herkoemmliche Form eines Ringschluessels noch einmal unter Zuhilfenahme einer Strichpunktlinie dargestellt, um einen Vergleich zwischen einem herkoemmlichen und einem neuen Werkzeug zu erlauben. Der Zeichnung kann entnommen werden, dass die parallelen Seitenflaechen 24 des Stieles 1 ueber einen Abschnitt 30, 31, der bogenfoermig-konkaven Verlauf hat, in den Aussenumfang des Ringes 2 uebergehen.
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Der Fig. 4 sowie der Fig. 5 kann entnommen werden, dass die Vereinigung zwischen dem Stiel 1 des Werkzeuges und dem ringfoermigen Kopf 2 nicht abrupt erfolgt (z.B. ueber eine Stufe), sondern die Verbindung erfolgt sehr allmaehlich ueber eine Verbindungsflaeche 22, die bogenfoermigen, konkaven Verlauf hat.
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Die Erfindung lehrt aber noch mehr.
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Wie der Fig. 6 zu entnehmen ist, sind die Seitenflaechen 23 und 24, die den Koerper des Stieles 1 begrenzen, besonders in unmittelbarer Naehe des Kopfes 2 gewoelbt ausgebildet und ueber eine Bogenflaeche (Radius r) miteinander verbunden.
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Durch diese Massnahme kann ein allmaehlicher, ruhiger Kraftfluss vom Schluesselkopf 2 in den Betaetigungsstiel des Werkzeuges ohne abrupte Richtungsaenderung und somit steil ansteigende Belastungsmomente erfolgen.
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Versuche haben gezeigt, dass bei Belasten eines Ringes mit einer vorbestimmten Kraft F, die in einem herkoemmlichen Schluessel hervorgerufenen Kraftlinien (Fig. 7), die durch einen Rechner (unter Zuhilfenahme des Verfahrens der finiten Elemente) dargestellt wurden, einen Maximalwert an der angegebenen Stelle P erreichen.
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Bei dem Versuch nahm die Kraft P einen Einheitswert gleich 11,8 Messeinheiten an.
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Ferner kann der Fig. 7 entnommen werden, dass in unmittelbarer Naehe des Kopfes 2, im Werkzeugstiel 1 eine weitere Kraft P' zu messen ist, die einem Einheitswert von 11,9 entsprach.
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Daraus kann in einfacher Weise geschlossen werden, dass die sehr hohe Zugkraft P, die sich im Ring 2 aufbaut, und die zusaetzliche Kraft P', die sich im Verbindungsteil zwischen Stiel 1 und Schluesselkopf 2 einstellt, eine solche Beanspruchung fuer den Ring 2 und das Verbindungsstueck darstellt, dass ein Brechen oder Reissen des Schluessels P nicht auszuschliessen ist.
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Die Versuche wurden mit der Annahme gefahren, dass die Dicke des Werkzeugkopfes gleich der Dicke des Werkzeugstieles war, um somit die Beeinflussung aufgrund verschieden dicker Verbindungsstellen zwischen den beiden Teilen zu vermeiden.
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Prueft man hingegen die Darstellung gemaess Fig. 8, die den Kraftfluss in einem Schluessel nach der vorstehenden Erfindung darstellt, wobei der Schluessel mit einer Kraft F belastet wurde, die identisch mit der Kraft des vorangegangenen Versuches war, so konnte festgestellt werden, dass im kritischen Punkt P die Zugkraft auf einen Einheitswert von 8,1 sank. Ferner war festzustellen, dass die Stelle des Werkzeugstieles, an der sich ein steiler Anstieg der Belastung aufgrund der Zugkraft P' einstellte, wesentlich von der Verbindungsstelle zwischen Ring 2 und Stiel 1 abgerueckt war. Dadurch wurde ein Summeneffekt der auftretenden Kraefte vermieden.
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Ferner konnte festgestellt werden, dass die Kraft P' auf einen Einheitswert von 9,6 absank.
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Ohne Zweifel sind die verminderten spezifischen Belastungswerte des Ringes 2 des Ringschluessels 1 auf die ausgewaehlte, besondere Formgebung des Werkzeuges nach der Erfindung zurueckzufuehren.
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Eine besondere Bedeutung kommt dem ovalen Teilstueck 21 des Ringes 2 auf der zum Werkzeugstiel gerichteten Seite zu. Auch ist den konvex gewoelbten Flaechen 23 und 24 des Stiels, sowie der Verbindung ueber ein bogenfoermig-konkaves Teilstueck zwischen Ring 2 und dem Stiel 1 in Uebereinstimmung mit der Verbindungsstelle 22 grosse Bedeutung zuzumessen.
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Diese Ergebnisse werden in der Praxis aufgrund des besonderen bogenfoermig-konvexen Ueberganges zwischen dem Ring und dem Stiel des Werkzeuges weiter verbessert.
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In den Figuren 7 und 8 weisen die Bezugszeichen "C" auf das Vorhandensein einer Druckkraft und die Bezugszeichen "T" auf das Vorhandensein einer Zugkraft hin.
