DE10321284A1

DE10321284A1 - Schraube mit einem gelappten Mehrkantkopf und Werkzeug zum Betätigen einer Schraube mit einem gelappten Mehrkantkopf

Info

Publication number: DE10321284A1
Application number: DE2003121284
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Thomala
Original assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Richard Bergner Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Bei der Schraube mit gelapptem Mehrkantkopf sind die Lappen (10) des Schraubenkopfes (2) an Seitenflächen (14) einer Werkzeugaufnahme (4) angeordnet. Die Werkzeugaufnahme (4) hat eine mehreckige, insbesondere hexagonale Basisfläche (8) und ist geeignet zur Aufnahme eines herkömmlichen Innensechskantschlüssels (24). Durch die Geometrie mit der Anordnung der Lappen (10) an den Seitenflächen (14) ist ein Verstoßen der Eckbereiche (28) der Lappen (10) bei einem Betrieb mit einem herkömmlichen Innensechskantschlüssel (24) vermieden. Gleichzeitig bleibt der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (14) hoch, so dass eine wirksame Drehmomentübertragung auch mit dem Innensechskantschlüssel (24) gewährleistet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraube mit einem gelappten Mehrkantkopf, der im Querschnitt senkrecht zu einer Schraubenlängsachse gesehen eine vieleckige Basisfläche mit Lappen aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Werkzeug zum Betätigen einer solchen Schraube.

Derartig gelappte Mehrkantschrauben sind beispielsweise aus der EP 0 670 431 B1 oder der DE 100 48 918 C1 zu entnehmen. In beiden Dokumenten wird eine gelappte Innenmehrkantschraube beschrieben, die eine Werkzeugaufnahme aufweist, welche eine vieleckige, insbesondere sechseckige Basisfläche aufweist. An den Eckpunkten der Basisfläche sind jeweils die Lappen radial nach außen angeordnet. Diese Spezialschrauben sind für eine Betätigung, mit einem Spezialschlüssel ausgelegt, dessen Geometrie zu der Werkzeugaufnahme des Schraubenkopfes korrespondiert, also ebenfalls eine mehreckige Basisfläche mit angeformten Lappen der Noppen aufweist. Aufgrund der Anordnung der Lappen ist die Übertragung eines hohen Drehmoments möglich, da im Bereich der Lappen ein rechtwinkliger und damit optimaler Kraftangriff zwischen dem Werkzeug und der Schraube erfolgt.

Die Basisfläche der bekannten Schrauben ist insbesondere von hexagonaler Grundform, so dass die Schrauben auch für die Aufnahme eines herkömmlichen Mehrkant-, insbesondere Sechstkantschlüssels geeignet sind. Die jeweilige Schraube kann daher in einem sogenannten „Notbetrieb" auch mit einem herkömmlichen Innensechskantschlüssel betätigt werden. Aufgrund eines notwendigen und zwangsläufigen Toleranzspielraums zwischen der Werkzeugaufnahme des Schraubenkopfes und dem Werkzeug (Sechskantschlüssel) erfolgt beim Anziehen oder Lösen ein leichtes Verdrehen des Schlüssels relativ zum Schraubenkopf, so dass eine flächige Anlage zwischen dem Schlüssel und den zugeordne ten Gegenwirkungsflächen der Schraube nicht oder nur unzureichend erfolgt. Vielmehr ist lediglich mit einer linienförmigen Kraftübertragung zu rechnen.

Besonders kritisch und hoch belastet sind dabei die Eckbereiche zwischen den einzelnen Lappen und der jeweiligen anschließenden Gegenwirkungsfläche, da an dieser Stelle aufgrund der Toleranzeffekte der Kraftangriff erfolgt. Dies kann zu einem Verstoßen der Eckbereiche führen, so dass die Schraube selbst mit einem gelappten Spezialschlüssel möglicherweise nicht mehr betätigt werden kann.

Um die Kraftübertragung bei der Betätigung mit einem Sechskantschlüssel zu verbessern, ist in der EP 0 670 431 B1 vorgeschlagen, die zwischen zwei Lappen angeordnete Gegenwirkungsfläche in zwei geradlinige Teilflächen zu unterteilen, die nach innen in Richtung zur Schraubenmitte geneigt sind und zwischen sich einen Winkel einschließen. Beim Anziehen oder Lösen kommt dann jeweils die eine bzw. die andere Teilfläche in Kontakt mit dem Sechskantschlüssel. Doch auch hier findet aufgrund der notwendigen Toleranzen keine vollkommen flächige Kraftübertragung statt. Diese Ausgestaltung bedingt vielmehr, dass durch die nach innen geneigte Gegenwirkungsfläche die lichte Weite der Werkzeugaufnahme, also der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Gegenwirkungsflächen, im Vergleich zu einer Ausgestaltung mit geradlinig verlaufenden Gegenwirkungsflächen verringert ist. Dies bedeutet, dass der zugehörige Innensechskantschlüssel auch entsprechend kleiner ausgeführt sein muss. Der zur Verfügung stehende Radius ist also verringert und damit ist das übertragbare Drehmoment geringer.

Die DE 100 48 918 C1 befasst sich mit der gleichen Problemstellung sieht jedoch anstelle der nach innen geneigten Gegenwirkungsfläche zwischen zwei benachbarten Lappen eine nach innen gekrümmte Gegenwirkungsfläche vor. Auch hier besteht das Problem, dass die lichte Weite der Werkzeugaufnahme verringert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Kraftangriff bei einer gelappten Mehrkantschraube auch bei einem (Not-) Betrieb mit einem herkömmlichen Werkzeug zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Schraube mit einem gelappten Mehrkantkopf, der im Querschnitt senkrecht zu einer Schraubenlängsachse gesehen eine vieleckige Basisfläche mit Lappen aufweist, wobei die Lappen des Mehrkantkopfes an den Seitenlinien zwischen zwei zueinander benachbarten Eckpunkten der vieleckigen Basisfläche angeordnet sind.

Im Unterschied zu den bekannten Ausführungsformen sind die Lappen also nicht mehr in den Ecken der Basisfläche sondern vielmehr an den die Ecken verbindenden Seiten- oder Gegenwirkungsflächen angeordnet. Dies hat im Vergleich zu den bekannten Ausführungsformen zwei entscheidende Vorteile. Zum einen ist ein Verstoßen der Eckbereiche zwischen den Lappen und den Gegenwirkungsflächen bei einem Betrieb mit einem herkömmlichen Mehrkantschlüssel ausgeschlossen, da dieser in den Ecken der Basisfläche und nicht an den Eckbereichen der Lappen angreift. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist darin zu sehen, dass die lichte Weite der Werkzeugaufnahme nicht durch nach innen geneigte Gegenwirkungsflächen reduziert ist. Somit ist also auch bei Verwendung eines herkömmlichen Mehrkantschlüssels ein vergleichsweise hohes Drehmoment übertragbar. Als dritter Vorteil ist noch anzuführen, dass die Wirkungsweise beim Betrieb mit dem Spezialschlüssel durch die Verlagerung der Lappen von den Ecken in die Seitenflächen nicht beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäße Schraubengeometrie ist vorzugsweise für Innenmehrkantschrauben vorgesehen, bei denen also ein Mehrkantschlüssel in den Schraubenkopf hineingesteckt wird und die Kraft oder das Drehmoment über einen Innenangriff übertragen wird.

Die Geometrie ist jedoch gleichermaßen auch übertragbar auf Außenmehrkantschrauben, bei denen ein Schraubenschlüssel außen am Schraubenkopf angreift, bei der also die Kraft oder das Drehmoment über einen sogenannten Außenangriff erfolgt. Um bei beiden Ausführungsvarianten eine Betätigung mit einem herkömmlichen Mehrkantschlüssel bzw. mit einem herkömmlichen Schraubenschlüs sel zu ermöglichen, sind bei der Innenmehrkantschraube die Lappen radial nach außen gerichtet und bilden einen Aufnahmeraum für entsprechende Lappen des zugehörigen Spezial-Innenmehrkantschlüssels. Beim Außenangriff sind demgegenüber die als Ausnehmungen ausgebildeten Lappen der Schraube nach innen in Richtung zur Schraubenmitte gerichtet, um einen Außenangriff mit einem herkömmlichen Schraubenschlüssel zu ermöglichen. Alternativ hierzu sind die Lappen beim Außenangriff als nach außen gerichtete Noppen ausgebildet. In dieser alternativen Ausgestaltung ist die Schraube nur mit einem entsprechenden Spezialschlüssel zu betätigen.

Die Lappen des Mehrkantkopfes weisen jeweils eine Begrenzungsfläche auf, die gebildet ist durch eine im Wesentlichen im Umfangsrichtung orientierte Tangentialfläche und zwei seitliche in etwa radial ausgerichtete Radialflächen. Über diese Radialflächen findet die Kraftübertragung bei der Betätigung mit dem Spezialschlüssel statt. Die Seitenflächen sowohl der Werkzeugaufnahme beim Innenmehrkant- als auch die Seitenflächen des gelappten Schraubenkopfes beim Außenmehrkant erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Schraubenlängsachse in die Tiefe bzw. Höhe. D.h. die Seitenflächen konvergieren nicht in Richtung der Schraubenlängsachse. Gleichwohl können neben herstellungs- und toleranzbedingten Konvergenzwinkeln auch geringe Konvergenzwinkel beispielsweise im Bereich von 3° bis 10° vorgesehen sein, um beispielsweise ein einfaches Einführen eines Werkzeugs in die Werkzeugaufnahme zu ermöglichen.

Der gelappte Mehrkantkopf und damit die Basisfläche ist insgesamt rotationssymmetrisch und punktsymmetrisch bezüglich der Schraubenmittenachse ausgebildet.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist die Schraube für die Betätigung mit einem herkömmlichen Mehrkantschlüssel bzw. Schraubenschlüssel ausgebildet. Hierzu ist die vieleckige Basisfläche an die von dem herkömmlichen Innenmehrkantschlüssel bzw. dem herkömmlichen Schraubenschlüssel aufgespannten Fläche angepasst. Insbesondere ist die vieleckige Grundfläche hierbei für die Auf nahme eines Sechskantschlüssels ausgebildet. Die Basisfläche korrespondiert daher zu der Querschnittsfläche eines herkömmlichen Schlüssels, der für die Betätigung einer ungelappten Schraube vorgesehen ist.

Vorzugsweise sind die Lappen in etwa mittig der Seitenlinie der Basisfläche und damit mittig der Seiten- oder Gegenwirkungsflächen angeordnet, um auch bei einer Betätigung mit einem herkömmlichen Werkzeug ein Verstoßen der Eckbereiche zwischen den Lappen und den Seitenflächen zu vermeiden.

Zweckdienlicherweise sind die Radialflächen der Lappen derart ausgebildet, dass ein rechtwinkliger Kraftangriff beim Betrieb mit dem Spezialschlüssel erfolgt. Damit ist eine optimale Kraftübertragung ermöglicht. Hierzu verlaufen die Radialflächen parallel zu einer Mittensenkrechten der jeweiligen Seitenlinie. Die Radialflächen verlaufen daher in Richtung zur Schraubenmitte parallel zueinander. Zusätzlich verlaufen die Radialflächen auch in Schraubenlängsachse parallel zueinander.

Um eine möglichst hohe Stabilität und eine gute Kraftübertragung zu ermöglichen, beträgt die lichte Weite der Lappen etwa 0,3 bis 0,5 und insbesondere 0,4 der Länge der beiden Linien.

Um die Betätigung mit einem herkömmlichen Sechskantschlüssel zu ermöglichen ist in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass zwei benachbarte Seitenlinien jeweils einen Winkel von 120° einschließen. Die Basisfläche ist daher ein Hexagon.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Werkzeug oder einen Spezialschlüssel zum Betätigen der Schraube mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7. Der Spezialschlüssel ist hierbei korrespondierend zu der Schraube mit dem Lappen an den Seitenflächen ausgebildet. Im Unterschied zu der Schraube sind hier die Lappen jedoch nicht durch Aufnahmen oder Freiräume sondern durch Fortsätze oder Noppen gebildet.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt in einer grob vereinfachten Darstellung eine Aufsicht auf eine gelappte Innenmehrkantschraube.
In einem Schraubenkopf 2 der Schraube ist eine Werkzeugaufnahme 4 eingearbeitet. Diese Werkzeugaufnahme 4 ist bezüglich einer sich in die Papierebene hinein erstreckenden Schraubenlängsachse 6 rotations- und punktsymmetrisch ausgebildet. In einem Schnitt senkrecht zu dieser Schraubenlängsachse 6 ist die Werkzeugaufnahme 4 gebildet durch eine hexagonale Basisfläche 8 mit daran angeformten Lappen 10. Die Basisfläche 8 ist begrenzt von Eckpunkten 12 und diese verbindende Seitenlinien 14. Die Seitenlinien 14 schließen zueinander jeweils einen Winkel α von 120° ein. In der Mitte der jeweiligen Seitenlinie 14 sind jeweils die Lappen 10 angeordnet. Diese Lappen 10 sind begrenzt jeweils durch eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung orientierte Tangentiallinie 16 und zwei seitlichen Radiallinien 18. Die Lappen 10 sind jeweils achssymmetrisch zu einer Mittensenkrechten 20 der Seitenlinien 14 ausgebildet. Diese Mittensenkrechte 20 ist zugleich die Radiale durch die Schraubenlängsachse 6. Die Radiallinien 18 verlaufen zu dieser Mittensenkrechten 20 parallel. Die Lappen 10 weisen eine lichte Weite L auf, die bevorzugt etwa 0,4 der Länge S der Seitenlinien 14, also des Abstands zwischen zwei benachbarten Eckpunkten 12, beträgt.
Die Werkzeugaufnahme 4 erstreckt sich in Richtung der Schraubenlängsachse 6 in den Schraubenkopf 2 hinein. In dreidimensionaler Hinsicht ist die Werkzeugaufnahme daher begrenzt durch die den jeweiligen Linien 14, 16, 18 zugeordneten Flächen. Dies sind demnach die die Lappen 8 begrenzenden Radial- und Tangentialflächen sowie zwischen den Lappen angeordnete Gegenwirkungs-oder Seitenflächen. Alle diese Flächen erstrecken sich vorzugsweise parallel zu der Schraubenlängsachse 6 in den Schraubenkopf 2 hinein.
Für den Normalbetrieb ist ein komplementär zur Werkzeugaufnahme 4 ausgebildeter gelappter Innenmehrkantschlüssel 22 vorgesehen. Dieser weist ebenfalls eine hexagonale Basisfläche 8A sowie zu den Lappen 10 korrespondierende und nach Art von Noppen ausgebildete Lappen 10A auf. Die Lappen 10A greifen in die Lappen 10 der Werkzeugaufnahme 4 ein. Die Lappen 10A sind hier ebenfalls – im Querschnitt gesehen – mittig an den Seitenlinien 14a zwischen zwei benachbarten Eckpunkten 12A der Basisfläche 8A angeordnet.
In der Figur ist weiterhin durch die gestrichelte Linie im Bereich der Lappen 10 die Querschnittsfläche eines herkömmlichen ungelappten Innensechskantschlüssels 24 angedeutet. Die Werkzeugaufnahme 4 ist also auch zur Aufnahme eines herkömmlichen Innensechskantschlüssels 24 ausgebildet und demnach kann die Schraube auch mit dem Innensechskantschlüssel 24 betätigt werden. Beim Anziehen oder Lösen der Schraube verdreht sich der Innensechskantschlüssel 24 aufgrund der notwendigen Toleranzen relativ zu der Schraube. Aufgrund dieses Verdrehens findet im Wesentlichen lediglich ein Linienkontakt zwischen den Ecklinien 26 des Innenkantschlüssels 24 und der den Seitenlinien 14 zugeordneten Seitenflächen statt. Dieser Linienkontakt findet jedoch weit entfernt von Eckbereichen 28 statt, in denen die Radialflächen der Lappen 10 an die Seitenflächen anschließen. Die Eckbereiche 28 können daher nicht verstoßen werden. Selbst wenn im Bereich der Eckpunkte 12 aufgrund einer Betätigung mit dem Innensechskantschlüssel 24 eine erhebliche Beschädigung und ein Verquetschen der Werkzeugaufnahme 4 erfolgt, wird die Geometrie im Bereich der Lappen im Wesentlichen nicht gestört, so dass weiterhin auch die Aufnahme eines Spezialwerkzeugs möglich ist. Zudem ist aufgrund der geradlinig verlaufenden Seitenlinien 14 die lichte Weite der Werkzeugaufnahme 4, also der Abstand A zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenlinien 14 nicht verringert, so dass bei Betätigung mit dem Innensechskantschlüssel 24 ein hohes Drehmoment übertragbar ist.
Die Schraube kann daher problemlos sowohl mit dem Spezialschlüssel 22 als auch mit einem herkömmlichen Schlüssel 24 mit hohem Wirkungsgrad betätigt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass nach einem fehlerhaften Einsatz eines herkömmlichen Schlüssels 24 der Spezialschlüssel 22 nicht mehr eingesetzt werden kann.

2: Schraubenkopf
4: Werkzeugaufnahme
6: Schraubenlängsachse
8,8A: Basisfläche
10,10A: Lappen
12,12A: Eckpunkte
14: Seitenlinien
16: Tangentiallinie
18: Radiallinie
20: Mittensenkrechte
22: gelappter Innenmehrkantschlüssel
24: Innensechskantschlüssel
26: Ecklinie
28: Eckbereich
A: Abstand
L: lichte Weite
S: Länge der Seitenlinie
α: Winkel

Claims

Schraube mit einem gelappten Mehrkantkopf, der im Querschnitt senkrecht zu einer Schraubenlängsachse (6) gesehen eine vieleckige Basisfläche (8) mit Lappen (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (10) des Mehrkantkopfes an den Seitenlinien (14) zwischen zwei benachbarten Eckpunkten (12) der Basisfläche (8) angeordnet sind.
Schraube, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfläche (8) der Querschnittsfläche einer herkömmlichen ungelappten Mehrkantschraube (24) angepasst ist.
Schraube, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (10) etwa mittig der Seitenlinien (14) angeordnet sind.
Schraube, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (10) jeweils zwei seitliche über eine Tangentiallinie (16) miteinander verbundene Radiallinien (18) aufweisen, die parallel zu einer Mittensenkrechten (20) der jeweiligen Seitenlinie (14) verlaufen.
Schraube, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite (L) der Lappen (10) etwa 0,3–0,5 insbesondere 0,4 der Länge (S) der Seitenlinien (14) entspricht.
Schraube, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Seitenlinien (14) jeweils einen Winkel (α) von 120° einschließen.
Werkzeug (22) zum Betätigen einer Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, das Angriffsflächen aufweist, die im Querschnitt senkrecht zu einer Schraubenlängsachse (6) gesehen eine vieleckige Basisfläche (8A)) mit Lappen (10A) aufspannen dadurch gekennzeichnet, dass die Lappen (10A) an den Seitenlinien (14A) zwischen zwei benachbarten Eckpunkten (12A) der Basisfläche (8A) des Vielecks angeordnet sind.