WO2012097810A2 - Kraftangriff - Google Patents

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WO2012097810A2
WO2012097810A2 PCT/DE2012/200000 DE2012200000W WO2012097810A2 WO 2012097810 A2 WO2012097810 A2 WO 2012097810A2 DE 2012200000 W DE2012200000 W DE 2012200000W WO 2012097810 A2 WO2012097810 A2 WO 2012097810A2
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better
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force attack
radius
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Stephan Esper
Robert Bongartz
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Ruia Global Fasteners AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B23/00—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING, OR HOLDING
    • B25B15/00—Screwdrivers
    • B25B15/001—Screwdrivers characterised by material or shape of the tool bit
    • B25B15/004—Screwdrivers characterised by material or shape of the tool bit characterised by cross-section
    • B25B15/005—Screwdrivers characterised by material or shape of the tool bit characterised by cross-section with cross- or star-shaped cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B23/00—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool
    • F16B23/0007—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool characterised by the shape of the recess or the protrusion engaging the tool
    • F16B23/003—Specially shaped nuts or heads of bolts or screws for rotations by a tool characterised by the shape of the recess or the protrusion engaging the tool star-shaped or multi-lobular, e.g. Torx-type, twelve-point star

Definitions

  • the present invention relates to a rotationally symmetrical, star-shaped force application, preferably for rotatable connection elements such as screws and the associated actuating tools.
  • the normal force arising at the contact point that is, the force acting perpendicular to the contact surface, passes through the outwardly projecting corner, for example, of a hexagon screw, and thus acts on this corner as an undesired shearing force, which can lead to premature failure of this drive.
  • Object of the present invention is therefore to provide a force application, in particular on a connecting element such as a screw, which can be operated with all these tools, so (of course) with the fitting for the inventive force attack, in particular analogously designed tool, but also with a matching only in the size of hexagonal tool and also with only a matching in the size "Torx ®” tool, or a “Torx Plus ®” tool, and in which in particular to minimize the shear forces at the force application areas is achieved.
  • a connecting element such as a screw
  • a tool is to be created, with which one can operate corresponding force attacks of all kinds, so both hexagonal, and Torx ® and Torx Plus ® force attacks alike, without having to change the tool every time or even another
  • this aspect is not in the foreground.
  • the drive system according to the invention should be usable both as an internal force and as an external force attack, and in both cases have the compatibility described above for hexagonal, hexalobular and flattened hexalobular force attacks.
  • the force application according to the invention should at least meet, if not exceed, the existing requirements for service life, power transmission and weight reduction, as they are used to the hexalobular and flattened hexalobular drives among users, and at the same time offer the possibility of maintenance or repair to be operated without loss of durability with common tools available on the market.
  • this object is achieved by a rotationally symmetrical star-shaped force attack, in which the individual arms of the star are formed as pointed arches, and in particular the design of the radii of the pointed arches is selected so that the shear forces are minimized at the force application areas.
  • this object of the invention can be achieved by a rotationally symmetrical force attack, in which the contour of the force attack is formed of individual, merging into each other radii whose centers are equally spaced on an inner circle about the axis of rotation of the force application.
  • the pointed arches are bounded by radii whose centers lie on an inner circle about the axis of rotation of the force application.
  • the force application according to the invention has six arms, each bounded by two radii extending from six centers on an inner circle about the axis of rotation of the force application, and respectively 60 ° so that the left boundary of an arm is formed by the same radius as the right boundary of a right adjacent , in particular immediately adjacent right arm, and the right boundary of an arm is formed by the same radius as the left Limitation of a left adjacent arm.
  • the present invention may be applied to any number of force application edges, e.g. four, eight, ten or twelve Force attacks, or other rotationally symmetric force attacks are transmitted. However, these are not so common in the market.
  • a counterpart associated with the contour according to the invention has a counter-contour adapted in accordance with the invention such that the radii of the flanks of the contour and counter-contour come into contact with one another in that a planar contact surface is created.
  • the drive types common on the market offer only a linear contact surface, which leads to increased wear and thus lower service life.
  • a surface-shaped system can only be achieved by all the radii and the pitch circle diameter are specially adapted to each other.
  • the radii of the pointed arches and the inner circle are chosen such that a normal force acting on the arcing extends from each point of the arcing during an external attack of the force into the solid core of the contour radially inward of the inner transition radii, shear forces will thereby be applied to the arms avoided the star-shaped contour and increases the life.
  • the force attack can be further improved by further measures:
  • the diameter of the inner circle (14) is between 40% and 45%, better between 42% and 43%, better between 42.6% and 42.7% of the diameter of the outer circle (22),
  • the outer transition radius (R a ) is between 3.5% and 6.5%, better between 4.35% and 5.6% of the edge radius (116)
  • the diameter of the inner circle (114) is between 36% and 41%, better between 38% and 39.5%, better between 38.7% and 38.8% of the diameter of the outer circle (122),
  • the diameter of the inner circle (14) is between 36% and 42%, better between 37% and 41%, better between 37.9% and 40.0% of the diameter of the outer circle (22),
  • the outer transition radius (R a ) between 6.5% and 10.0%, more preferably between 7.5% and 9.0% of the edge radius (116)
  • the diameter of the inner circle (114) is between 40% and 45%, better between 41% and 44%, better between 42% and 43% of the diameter of the outer circle (122),
  • the force attack can be further improved by further measures in conjunction with a known inner or outer hexagon:
  • flank radius 16 is a size of 2.55 times to 2.85 times, more preferably 2.65 times to 2.75 times,
  • the inner circle 14 has a size of 4.1 times to 4.3 times, more preferably 4.15 times to 4.25 times,
  • the intermediate circuit 21 has a size of 2.15 to 2.45 times, more preferably 2.25 to 2.35 times,
  • the outer circle 22 a size of 1.65 times to 1.95 times, better of 1.75 times to 1.85 times
  • flank radius 116 has a size of 2.05-fold to 2.35-fold, more preferably 2.15-fold to 2.25-fold,
  • the inner circle 114 has a size of 3.75 to 4.05 times, more preferably 3.85 times to 3.95 times
  • the DC link 121 has a size of 1.75 times to 2.05 times, more preferably 1.85 times to 1.95 times,
  • the outer circle 122 has a size of 1.35-fold to 1.65-fold, more preferably 1.45-fold to 1.55-fold
  • Fig. 1 shows the basic form of a six-symmetrical force application according to the invention, which is suitable both as an external and as an internal force attack;
  • FIG. 2 shows the interaction of an outer contour according to the invention with a hexagonal inner contour
  • FIG. 3 shows the interaction of an outer contour according to the invention with a hexalobular inner contour
  • Fig. 5 shows the geometric construction including dimensioning of an outer contour according to the invention (for example bit);
  • Fig. 6 shows the same construction for an optimized inner contour (e.g., nut) according to the present invention.
  • Fig. 1 shows the basic principle of the drive according to the invention based on a six-axis rotationally symmetrical force application. It should be noted that the contour shown for the force attack can either serve as mecanickraftangriff (then the areas within the contour are excluded) or as an external force attack (then the contour limits the inside of the head of the connecting element).
  • Figures 2 to 4 show the interaction of an outer contour, so for example a bit or a screw head, according to the present invention, with the various conventional in the prior art inner contours, such as are commercially available as tools or fasteners.
  • the exact geometric construction for deriving the contour of FIG. 1 will be explained below with reference to the more detailed Figures 5 and 6.
  • Fig. 2 shows the interaction of an outer contour according to the invention with a solid drawn Hexagonal inner contour of the width W, so for example a normal, available in each workshop hexagon socket.
  • a screw or nut provided with an external force attack according to the invention can thus be actuated, as shown here, with a normal hexagonal tool of width W.
  • FIG. 2 shows the interaction of an inner contour according to the invention with a hexagonal outer contour of width B shown in dashed lines, that is to say, for example, a normal external hexagon screw head available in every workshop.
  • the force transmission does not occur as in the interaction of a hexagonal external force attack with a corresponding hexagonal tool only as a linear force attack on the edge of the external force attack, but according to the invention a tangential force attack over the radius, so that there is a much larger force application surface and the forces are distributed much better, whereby damage to the cooperating force attacks can be expected only at much higher forces than would be expected in the interaction of two hexagonal force attacks according to the prior art.
  • Fig. 3 shows the interaction of the same outer contour according to the invention, that is, for example, a corresponding screw head with a hexalobulcic nut, as sold for example by the applicant under the trade name "Torx ® ".
  • the force application according to the invention results in a force transmission which is tangential to radii which is too large in each case and thus in a two-dimensional force transmission.
  • FIG. 4 shows the combination of the same outer contour according to the invention with a hexalobular-flattened inner contour as sold by the Applicant under the name "Torx Plus® ".
  • Torx Plus® a hexalobular-flattened inner contour
  • FIGS. 2 to 4 it can be shown with reference to FIGS. 2 to 4, as well as in principle an outer contour according to the invention by means of all tools available on the market (inner contours), namely hexagon, hexalobular and flattened hexalobulär, can be operated.
  • Fig. 5 shows in this respect the geometric construction for an outer contour 12, that is, for example, a bit.
  • dimensions are also given here, which, of course, relate only to the example shown.
  • the solution according to the invention can also be made arbitrarily smaller or larger.
  • the construction of the contour according to the invention is carried out for e.g. an external force attack 12 on the basis of an axis of rotation 10 of the force application 12 concentric inner circle 14.
  • On the inner circle 14 are evenly spaced, that is, at intervals of 60 degrees angle, the centers of the six other circles attached, whose partial arcs form the outer contour 12.
  • the circle 16 is drawn in the upper right. Of the other circles, only the centers are indicated by crosses on the concentric inner circle 14.
  • the illustrated outer contour 12 has, due to this geometric construction, a star-shaped configuration with six arms 18 each spaced apart by 60 °. These arms 18 have an ogival shape formed by the respective outer radii 20 having two adjacent arms 18 each being formed by the circular arc portion of the same circle 16 whose center is located between the two arms 18.
  • FIG. 6 shows the counterpart 112 to the outer contour 12 of FIG. 5, that is to say an inner contour 112 according to the invention adapted to the outer contour 12 of FIG. 5, which is suitable both for driving through a bit according to FIG. 5 and for corresponding hexagonal , hexalobular or flattened - hexalobular outer contours.
  • the dimensioning is given, which results when the inner contour 112 should be optimally adapted to the outer contour 12 of FIG. 5 according to the invention.
  • inventive inner contours can be made in any size.
  • the construction of the inner contour 112 according to the invention follows the same rules and structures as in the case of the external force attack 12 according to the invention of FIG. 5.
  • an axis of rotation 110 is provided for the inner contour 112, around which a concentric inner circle 114 is pulled.
  • the centers of the six other circles 116 are mounted, whose partial arcs form the inner contour 112.
  • the inner contour 112 according to the invention shown in FIG. 6 thus likewise has a star-shaped configuration with six arms 118 each spaced apart by 60 °.
  • These arms 118 also have an ogival shape formed by the respective outer radii 120 having two adjacent arms 118 each formed by the circular arc portion of the circle 116, the center of which is located between the two arms 118.
  • the left boundary of an arm 118 is formed by the same radius 120 as the right boundary of a right adjacent arm 118 and the right boundary of an arm is formed by the same radius as the left boundary of a left adjacent arm.
  • the inner circles 14; 114 on which the centers of the circles 20, 120 are arranged, in contrast, are almost equal.
  • a universal drive is provided whose contour consists of individual, merging into each other radii, which rotate in an offset pitch circle at a distance of 60 ° about the axis of rotation of the drive.
  • the intersections of the radii are preferably rounded with a tangential adjacent radius to each other.
  • the associated counterpart 112 has a mating contour adapted in the form, so that the radii of the flanks come into contact with one another in such a way that a plane-shaped attack surface always arises.
  • the drive according to the invention is designed in its geometric shape of the radii such that all the drives provided for this purpose (hexagonal, Allen®, Torx®, Torx Plus®) are always offered the optimum attack surface. This prevents increased wear and ensures optimum power transmission. This ideal power transmission is given both when loosening and re-tightening.
  • the present invention is suitable for both external and internal drive.
  • the flanks are symmetrical to each other in the tightening and loosening directions.
  • the drive according to the invention thus has six specially designed flanks, which enable it to be driven not only with the tool provided for it, but also in case of need, in addition to all common on the market drives (Torx ® , Torx Plus ® and hexagon) and again to be screwed.
  • flank structure according to the invention since the geometric shape of the radii according to the invention provides for a low surface pressure.
  • Actuator and bit are geometrically coordinated so that it comes with application of force through the bit to a surface-shaped support surface (the classic hex drive, for example, provides only a linear support surface by its geometric shape).
  • the classic hex drive for example, provides only a linear support surface by its geometric shape.
  • flanks are designed according to the invention geometrically such that they always provide an optimal attack surface for the replacement drives (hexagonal, hexalobular and flattened-hexalobulär).
  • the force application surfaces lie flat on the radii contour.
  • the geometric design of the invention is therefore optimally adapted for all systems. The power transmission is not done by tilting the bit on the drive, as this would lead to increased wear.
  • tangents ti, ta, Ti, Ta are shown once at the innermost and once at the outermost end of the circular segment-shaped flanks of some arms.
  • the inner tangent angle ⁇ 2 or ⁇ 2 is the angle which the tangent ti, Ti applied to the innermost end of a flank occupies with a radially extending line passing through the inner meeting point of two adjacent flanks which lies on the intermediate circle 21 or 121 , includes.
  • these are the angles which result if the circular segment-shaped flanks of the arms without transition radius, that is pointed, would merge into one another.
  • the outer tangent angle ⁇ 1 or ⁇ 1 is analogously the same angle at a tangent ta, Ta applied at the extreme end of a flank.
  • the respective angles are different for an outer contour and an inner contour, and additionally different, depending on whether it is an external force attack or an internal force attack with respect to the connecting element.
  • the flank radius 16 has a size of 7.432 mm
  • the inner circle 14 has a size of 4.741 mm
  • the intermediate circuit 21 has a size of 8.706 mm
  • the outer circle 22 has a size of 11.114 mm
  • the flank radius 116 has a size of 8.405 mm
  • the inner circle 114 has a size of 3.578 mm
  • the intermediate circuit 121 has a size of 7.460 mm
  • the outer circle 122 has a size of 9.199 mm.

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Abstract

Rotationssymmetrischer Kraftangriff (12, 112) mit bei axialer Betrachtung sternförmiger Außen- oder Innen-Kontur, vorzugsweise für Verbindungselemente, wobei die einzelnen Arme (18, 118) des Sterns als Spitzbögen ausgebildet sind, deren äußere Spitzen auf einem gemeinsamen Außenkreis (22, 122) liegen, wobei ein zugehöriges Gegenstück, insbesondere Bit, Nuss oder Schraubenkopf, zur Kontur des Kraftangriffs (12,112) eine dergestalt angepasste Gegenkontur aufweist, dass die Radien (20, 120) der Flanken des Kraftangriffs (12, 112) und das Gegenstück derart aufeinander zur Anlage kommen, dass eine flächenförmige Pressfläche entsteht, für den Fall, dass insbesondere Kontur und Gegenkontur der erfindungsgemäßen Form des Kraftangriffes entsprechen, die Anpassung von Kontur und Gegenkontur dadurch bewirkt wird, dass die Radien (20) bei der Außenkontur (12) 4 % bis 12 %, besser 6 % bis 10 %, besser etwa 8% bis 10 % kleiner gewählt sind als bei der zugehörigen Innenkontur (112), während bei Kontur und Gegenkontur der Innenkreis (14; 114), auf dem die Mittelpunkte der Radien (20; 120) um die Rotationsachse (10; 110) des Kraftangriffs (12; 112) herum angeordnet sind, nahezu den gleichen Durchmesser aufweist, insbesondere bei der Außenkontur um 4% bis 6%, insbesondere um 5 % größer ist gegenüber dem Durchmesser bei der Innenkontur.

Description

Kraftangriff Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen, sternförmigen Kraftangriff, vorzugsweise für drehbare Verbindungselemente wie etwa Schrauben und die zugehörigen Betätigungs-Werkzeuge.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind solche Kraftangriffe, die auch als Antriebssysteme bezeichnet werden, bekannt.
Diese werden entweder als Außenkraftangriff oder als Innenkraftangriff ausgeführt, wobei für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung die Begriffe „Außenkraftangriff“ bzw. „Außenantrieb“ und „Innenkraftangriff“ bzw. „Innenantrieb“ immer die Art des Angriffs am Verbindungselement, also an der Schraube, bezeichnet. Damit kann der jeweilige Außenkraftangriff mit einem Werkzeug mit einem entsprechenden Innenkraftangriff betätigt werden, und umgekehrt.
Als ältester derartiger Kraftangriff ist der übliche Sechskant zu nennen, der als Außenkraftangriff schon seit Jahrhunderten bekannt ist, und als Innenkraftangriff beispielsweise unter der Marke „INBUS®“ von der Anmelderin vermarktet wird.
Die Anmelderin hat hier auch entsprechende Weiterentwicklungen geschaffen, nämlich die hexalobulären Kraftangriffe, die unter der Marke „Torx®“ auf dem Markt befindlich sind, sowie die weiter verbesserten abgeflacht-hexalobulären Kraftangriffe, die unter der Marke „Torx Plus®“ vertrieben werden.
Diese hexalobulären Kraftangriffe bieten im Gegensatz zu den herkömmlichen Antrieben, wie dem Sechskant, zwar viele Vorteile wie hohe Kraftübertragung, große Werkzeugstandzeiten und die Möglichkeit einer Low-Profil-Ausführung, also einer besonders flachen Ausführung der Kraftangriffe zum Zwecke der Gewichtseinsparung.
Gerade bei diesen modernen Kraftangriffen kommen jedoch immer wieder Probleme im Wartungs- und Reparaturfall auf, da die entsprechenden, für den jeweiligen Kraftangriff geeigneten Spezialwerkzeuge nicht in jeder Werkstatt in jeder erforderlichen Größe vorhanden sind.
Gerade bei den modernen hexalobulären Kraftangriffen gibt es nämlich zum Lösen eines solchen Verbindungselementes im Reparaturfall bisher keine Alternative, als den eigens dafür vorgesehenen Antrieb zu nutzen.
Teile der deutschen Automobilindustrie haben dieses Problem bereits erkannt und sind deshalb recht zurückhaltend im Einsatz der modernen hexalobulären Kraftangriffe, insbesondere hinsichtlich des „Torx Plus®“-Antriebes, da entsprechende Werkzeuge für dieses Antriebssystem in Europa nicht oder nur extrem schwer zu bekommen sind. Ähnlich sieht es an dem extrem stark wachsenden asiatischen Markt aus.
Des Weiteren erfolgt bei den bekannten Kraftangriffen die Kraftübertragung über sehr kleine, teilweise nur linienförmige, Pressflächen zwischen Werkzeug und Verbindungselement, was hohe Flächenbelastungen ergibt.
Hinzu kommt, dass die im Kontaktpunkt entstehende Normalkraft, also die senkrecht zur Kontaktfläche wirkende Kraft, die nach außen vorstehende Ecke zum Beispiel einer Sechskant-Schraube durchläuft und damit auf diese Ecke als unerwünschte Scherkraft einwirkt, welche zu einem frühzeitigen Versagen dieses Antriebes führen können.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kraftangriff, insbesondere an einem Verbindungselement wie einer Schraube, zu schaffen, der mit allen diesen Werkzeugen betätigt werden kann, also (natürlich) mit dem zu dem erfindungsgemäßen Kraftangriff passenden, insbesondere analog gestalteten, Werkzeug, aber auch mit einem lediglich in der Größe passenden Sechskantwerkzeug und ebenso mit einem lediglich in der Größe passenden „Torx®“-Werkzeug oder einem „Torx Plus®“-Werkzeug, und bei dem insbesondere eine Minimierung der Scherkräfte an den Kraftangriffsbereichen erreicht wird.
Gegebenenfalls soll ebenso erfindungsgemäß auch ein Werkzeug geschaffen werden, mit dem man entsprechende Kraftangriffe aller Art, also sowohl Sechskant-, als auch Torx®- sowie Torx Plus®-Kraftangriffe gleichermaßen betätigen kann, ohne jedes Mal das Werkzeug wechseln zu müssen oder sogar ein anderes Werkzeug suchen oder kaufen zu müssen, jedoch steht dieser Aspekt nicht im Vordergrund.
Dabei soll das erfindungsgemäße Antriebssystem sowohl als Innen- als auch als Außenkraftangriff verwendbar sein, und in beiden Fällen die oben beschriebene Kompatibilität zu hexagonalen, hexalobulären und abgeflacht- hexalobulären Kraftangriffen aufweisen.
Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße Kraftangriff die bisherigen Anforderungen an Standzeit, Kraftübertragung und Gewichtsreduktion, wie sie für die hexalobulären und abgeflacht-hexalobulären Antriebe bei den Benutzern gewohnt sind, zumindest erfüllen, wenn nicht übertreffen, und gleichzeitig die Möglichkeit bieten, im Wartungs- beziehungsweise Reparaturfall ohne Einbußen an die Haltbarkeit mit gängigen, am Markt erhältlichen Werkzeugen betätigt zu werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen rotationssymmetrischen sternförmigen Kraftangriff gelöst, bei dem die einzelnen Arme des Sterns als Spitzbögen ausgebildet sind, und insbesondere die Gestaltung der Radien der Spitzbögen so gewählt ist, dass die Scherkräfte an den Kraftangriffsbereichen minimiert werden.
Ebenso kann diese erfindungsgemäße Aufgabe durch einen rotationssymmetrischen Kraftangriff gelöst werden, bei dem die Kontur des Kraftangriffes aus einzelnen, ineinander übergehenden Radien gebildet ist, deren Mittelpunkte gleich beabstandet auf einem Innenkreis um die Rotationsachse des Kraftangriffes angeordnet sind.
Die optimale Anpassung auf die verschiedenen Kraftangriffe im Stand der Technik wird dadurch erreicht, dass die Spitzbögen durch Radien begrenzt sind, deren Mittelpunkte auf einem Innenkreis um die Rotationsachse des Kraftangriffes liegen.
Die Fertigung des erfindungsgemäßen Kraftangriffes wird erleichtert, wenn die einzelnen Flanken in Form von Radien jeweils mit einem sehr kleinen tangential anliegenden Übergangs-Radius an ihren Schnittpunkten ineinander übergehen.
Da üblicherweise Sechsergeometrien für solche Kraftangriffe Verwendung finden, ist es im Sinne der Kompatibilität bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Kraftangriff sechs Arme aufweist, die jeweils durch zwei Radien begrenzt sind, die von sechs Mittelpunkten auf einem Innenkreis um die Rotationsachse des Kraftangriffes ausgehen, und jeweils um 60° beabstandet sind, sodass die linke Begrenzung eines Armes durch den gleichen Radius gebildet wird, wie die rechte Begrenzung eines rechts benachbarten, insbesondere des unmittelbar rechts benachbarten, Armes, und die rechte Begrenzung eines Armes durch den gleichen Radius gebildet wird, wie die linke Begrenzung eines links benachbarten Armes.
Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch auf eine beliebige Zahl von Kraftangriffsflanken, z.B. vier, acht, zehn oder zwölf Kraftangriffe, oder andere rotationssymmetrische Kraftangriffe übertragen werden. Diese sind jedoch am Markt nicht so häufig vertreten.
Um eine optimale Kraftübertragung zwischen Innen- und Außenkontur gemäß der Erfindung sicher zu stellen, ist es besonders bevorzugt, dass ein zu der erfindungsgemäßen Kontur zugehöriges Gegenstück eine dergestalt angepasste erfindungsgemäße Gegenkontur aufweist, dass die Radien der Flanken von Kontur und Gegenkontur derart aufeinander zur Anlage kommen, dass eine flächenförmige Anlagefläche entsteht. Im Gegensatz dazu bieten die am Markt gängigen Antriebsformen nur eine linienförmige Kontaktfläche, welche zu erhöhtem Verschleiß und somit geringeren Standzeiten führt.
Eine flächenförmige Anlage kann nur dadurch erreicht werden, indem sämtliche Radien und der Teilkreisdurchmesser speziell aufeinander angepasst werden.
Der Durchmesser des Innenkreises, auf dem die Mittelpunkte der Radien um die Rotationsachse liegen, ist bei der Außenkontur um ca. 4 % bis 6%, insbesondere um 5%, grösser ausgelegt als der Innenkreis der entsprechenden Innenkontur.
Alle anderen Radien, insbesondere die Radien der Flanken, der Außenkontur fallen um 4% bis 12 %, besser 6% bis 10%, besser 8% bis 10%, kleiner aus als bei der zugehörigen Innenkontur.
Ausschließlich diese geometrische Auslegung sorgt für eine ideale Flächenanlage von Werkzeug und Schraube. Ein einfaches Skalieren um einen konstanten Faktor X würde nur zu einer linienförmigen Anlage führen, da dabei auch der Innenkreisdurchmesser vergrößert würde und nicht verkleinert wird.
Wenn die Radien der Spitzbögen und der Innenkreis so gewählt sind, dass eine auf den Spitzbogen wirkende Normalkraft von jedem Punkt des Spitzbogens aus bei einem Außenangriff der Kraft in den massiven Kern der Kontur radial innerhalb der inneren Übergangsradien hinein verläuft, werden dadurch Scherkräfte auf die Arme der sternförmigen Kontur vermieden und die Lebensdauer erhöht.
Der Kraftangriff kann durch weitere Maßnahmen zusätzlich verbessert werden:
Dabei ist zunächst der Außenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf, zu betrachten. In diesem Fall sollte dafür Sorge getragen werden, dass:
bei dem Verbindungselement
  • der innere Übergangsradius (ri) zwischen 9,0 % und 12,5 %, besser zwischen 10,0 % und 11,5 % des Flankenradius (16) beträgt,
und/oder
- der äußere Übergangsradius (ra) zwischen 6,6 % und 9,5 %, besser zwischen 7,6% und 8,6 % des Flankenradius (16) beträgt
und/oder
- der Durchmesser des Innenkreises (14) zwischen 40 % und 45 %, besser zwischen 42 % und 43 %, besser zwischen 42,6 % und 42,7 % des Durchmessers des Außenkreises (22) beträgt,
bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss,
  • der innere Übergangsradius (Ri) zwischen 5,0 % und 7,5 %, besser zwischen 5,6 % und 6,8 % des Flankenradius (116) beträgt,
und/oder
- der äußere Übergangsradius (Ra) zwischen 3,5 % und 6,5 %, besser zwischen 4,35 % und 5,6 % des Flankenradius (116) beträgt
und/oder
- der Durchmesser des Innenkreises (114) zwischen 36 % und 41 %, besser zwischen 38 % und 39,5 %, besser zwischen 38,7 % und 38,8 % des Durchmessers des Außenkreises (122) beträgt,
bei dem Verbindungselement ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (18),
  • der äußere Tangentenwinkel (α1) zwischen 70° und 73°, besser zwischen 70,5° und 72°, besser zwischen 71,0° und 71,5° beträgt
und/oder
  • der innere Tangentenwinkel (α2) zwischen 55° und 59°, besser zwischen 56° und 58°, besser zwischen 56,5° und 57,5° beträgt,
bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss, ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (118),
  • der äußere Tangentenwinkel (β1) zwischen 71° und 76°, besser zwischen 72,5° und 75,5°, besser zwischen 73,5° und 74,0° beträgt
und/oder
  • der innere Tangentenwinkel (β2) zwischen 57° und 63°, besser zwischen 58,5° und 61,5°, besser zwischen 59,5° und 60,5° beträgt.
Betrachtet man dagegen den Innenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf, so sollte dafür Sorge getragen werden, dass:
bei dem Verbindungselement
  • der innere Übergangsradius (ri) zwischen 6,0 % und 9,5 %, besser zwischen 7,0 % und 8,5 % des Flankenradius (16) beträgt,
und/oder
- der äußere Übergangsradius (ra) zwischen 13,5 % und 17,5 %, besser zwischen 14,5 % und 16,5 % des Flankenradius (16) beträgt
und/oder
- der Durchmesser des Innenkreises (14) zwischen 36 % und 42 %, besser zwischen 37 % und 41 %, besser zwischen 37,9 % und 40,0 % des Durchmessers des Außenkreises (22) beträgt,
bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss,
  • der innere Übergangsradius (Ri) zwischen 9,0 % und 12,5 %, besser zwischen 10,0 % und 11,5 % des Flankenradius (116) beträgt,
und/oder
- der äußere Übergangsradius (Ra ) zwischen 6,5 % und 10,0 %, besser zwischen 7,5 % und 9,0 % des Flankenradius (116) beträgt
und/oder
- der Durchmesser des Innenkreises (114) zwischen 40 % und 45 %, besser zwischen 41 % und 44 %, besser zwischen 42 % und 43 % des Durchmessers des Außenkreises (122) beträgt,
bei dem Verbindungselement ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (18),
  • der äußere Tangentenwinkel (α1) zwischen 72,5° und 75°, besser zwischen 73° und 74,5°, besser zwischen 73,5° und 74° beträgt
und/oder
  • der innere Tangentenwinkel (α2) zwischen 60° und 63°, besser zwischen 60,5° und 62°, besser zwischen 60,7° und 61,5° beträgt,
bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss, ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (118),
  • der äußere Tangentenwinkel (β1) zwischen 69° und 74°, besser zwischen 70° und 73°, besser zwischen 71° und 72° beträgt
und/oder
  • der innere Tangentenwinkel (β2) zwischen 54° und 59°, besser zwischen 55° und 58°, besser zwischen 56° und 57° beträgt.
Der Kraftangriff kann durch weitere Maßnahmen zusätzlich verbessert werden im Zusammenwirken mit einem bekannten Innen- oder Außen-Sechskant:
Dabei ist zunächst der Außenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf, zu betrachten. In diesem Fall sollte dafür Sorge getragen werden, dass:
bei einem Außenkraftangriff am erfindungsgemäßen Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf mit Außenkontur,
bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf mit Außenkontur,
der Flankenradius 16 eine Größe des 2,55-fachen bis 2,85-fachen, besser des 2,65 -fachen bis 2,75-fachen,
und/oder
der Innenkreis 14 eine Größe des 4,1-fachen bis 4,3 -fachen, besser des 4,15-fachen bis 4,25-fachen,
und/oder
der Zwischenkreis 21 eine Größe des 2,15-fachen bis 2,45-fachen, besser des 2,25-fachen bis 2,35 -fachen,
und/oder
der Aussenkreis 22 eine Größe des 1,65-fachen bis 1,95-fachen, besser des 1,75-fachen bis 1,85-fachen
der Weite des hierfür passenden bekannten Sechskant-Schraubenschlüssels besitzt,
Betrachtet man dagegen den Innenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf, so sollte dafür Sorge getragen werden, dass:
bei einem Innenkraftangriff am erfindungsgemäßen Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf mit Innenkontur,
bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement
der Flankenradius 116 eine Größe des 2,05-fachen bis 2,35 -fachen, besser des 2,15-fachen bis 2,25-fachen,
und/oder
der Innenkreis 114 eine Größe des 3,75-fachen bis 4,05-fachen, besser des 3,85-fachen bis 3,95-fachen
und/oder
der Zwischenkreis 121 eine Größe des 1,75-fachen bis 2,05-fachen, besser des 1,85-fachen bis 1,95-fachen,
und/oder
der Aussenkreis 122 eine Größe des 1,35-fachen bis 1,65-fachen, besser des 1,45-fachen bis 1,55-fachen
der Breite des bekannten hierfür passenden Außensechskant -Schraubenkopfes besitzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 die Grundform eines sechssymmetrischen erfindungsgemäßen Kraftangriffes, die sich sowohl als Außen- als auch als Innenkraftangriff eignet;
Fig. 2 das Zusammenwirken einer erfindungsgemäßen Außenkontur mit einer hexagonalen Innenkontur;
Fig. 3 das Zusammenwirken einer erfindungsgemäßen Außenkontur mit einer hexalobulären Innenkontur;
Fig. 4 das Zusammenwirken einer erfindungsgemäßen Außenkontur mit einer hexalobulär-abgeflachten Innenkontur;
Fig. 5 die geometrische Konstruktion einschließlich Bemaßung einer erfindungsgemäßen Außenkontur (z.B. Bit); und
Fig. 6 die gleiche Konstruktion für eine optimierte Innenkontur (z.B. Nuss) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Antriebes anhand eines sechser-rotationssymmetrischen Kraftangriffes. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die dargestellte Kontur für den Kraftangriff entweder als Innenkraftangriff dienen kann (dann sind die Bereiche innerhalb der Kontur ausgenommen) oder als Außenkraftangriff (dann begrenzt die Kontur den innerhalb befindlichen Kopf des Verbindungselementes).
Die Figuren 2 bis 4 zeigen das Zusammenwirken einer Außenkontur, also z.B. eines Bits oder eines Schraubenkopfes, gemäß der vorliegenden Erfindung, mit den verschiedenen im Stand der Technik üblichen Innenkonturen, wie sie beispielsweise als Werkzeuge oder Verbindungselemente handelsüblich sind. Die genaue geometrische Konstruktion zur Herleitung der Kontur gemäß Fig. 1 wird weiter unten anhand der detaillierteren Figuren 5 und 6 erläutert.
Fig. 2 zeigt das Zusammenwirken einer erfindungsgemäßen Außenkontur mit einer durchgezogen gezeichneten hexagonalen Innenkontur der Weite W, also beispielsweise einer normalen, in jeder Werkstatt verfügbaren Innensechskant - Nuss. Wie dargestellt, lässt sich also entweder eine mit einem erfindungsgemäßen Außenkraftangriff versehene Schraube oder Mutter wie hier dargestellt mit einem normalen Sechskantwerkzeug der Weite W betätigen.
Fig. 2 zeigt das Zusammenwirken einer erfindungsgemäßen Innenkontur mit einer gestrichelt gezeichneten hexagonalen Außenkontur der Breite B, also beispielsweise einem normalen, in jeder Werkstatt verfügbaren Außensechskant - Schraubenkopf.
Zu beachten ist dabei, dass die Kraftübertragung nicht wie beim Zusammenwirken eines Sechskant-Außenkraftangriffes mit einem entsprechenden Sechskant-Werkzeug nur als linearer Kraftangriff an der Kante des Außenkraftangriffes auftritt, sondern erfindungsgemäß ein tangentialer Kraftangriff über den Radius erfolgt, sodass eine wesentlich größere Kraftangriffsfläche vorliegt und die Kräfte erheblich besser verteilt werden, wodurch eine Beschädigung der zusammenwirkenden Kraftangriffe erst bei wesentlich höheren Kräften zu erwarten ist, als dies beim Zusammenwirken von zwei hexagonalen Kraftangriffen gemäß dem Stand der Technik zu erwarten wäre.
Fig. 3 zeigt das Zusammenwirken der gleichen erfindungsgemäßen Außenkontur, also beispielsweise eines entsprechenden Schraubenkopfes mit einer hexalobulären Nuss, wie er beispielsweise von der Anmelderin unter dem Markennamen „Torx®“ vertrieben wird.
Auch hier ist deutlich erkennbar, dass der erfindungsgemäße Kraftangriff zu einer jeweils zu großen Radien tangentialen Kraftübertragung und damit zu einer flächigen Kraftübertragung führt.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann also mit einer handelsüblichen „Torx®“-Innenkontur eine erfindungsgemäße Außenkontur angetrieben werden.
Fig. 4 zeigt schließlich die Kombination der gleichen, erfindungsgemäßen Außenkontur mit einem hexalobulär-abgeflachten Innenkontur wie er von der Anmelderin unter der Bezeichnung „Torx Plus®“ vertrieben wird. Auch hier erfolgt die Kraftübertragung tangential-flächig zwischen sehr großen Radien.
Auch in der Fig. 4 wird eine „Torx Plus®“-Innenkontur auf diese Weise durch das gleiche erfindungsgemäße Werkzeug-Bit angetrieben.
Wie man aus den Figuren 2 bis 4 ohne weiteres erkennen kann, eignet sich also eine erfindungsgemäße Außenkontur, um alle drei am Markt befindlichen Systeme (hexagonal „Inbus®“; hexalobulär „Torx®“ sowie abgeflacht- hexalobulär „Torx Plus®“) anzutreiben sowie natürlich zum Antrieb einer erfindungsgemäßen Innenkontur.
Umgekehrt kann anhand der Figuren 2 bis 4 gezeigt werden, wie prinzipiell auch eine erfindungsgemäße Außenkontur mittels aller am Markt verfügbarer Werkzeuge (Innenkonturen), nämlich Sechskant, hexalobulär und abgeflacht- hexalobulär, betätigt werden kann.
Nicht dargestellt ist, dass erfindungsgemäß auch umgekehrt mit einer Sechskant- als auch hexalobulären „Torx®“ und hexalobulär abgeflachte „Torx Plus®“ - Außenkontur eine erfindungsgemäße Innenkontur gleichermaßen betätigt werden kann.
In den folgenden Figuren 5 und 6 soll nun im Einzelnen die geometrische Konstruktion dargestellt werden, die zu der erfindungsgemäßen Kontur führt.
Fig. 5 zeigt diesbezüglich die geometrische Konstruktion für eine Außenkontur 12, das heißt ein z.B. Bit. Zum besseren Verständnis sind hier auch Bemaßungen angegeben, die sich natürlich nur auf das eine dargestellte Beispiel beziehen. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch beliebig kleiner oder größer ausgeführt sein.
Wie in Fig. 5 dargestellt, erfolgt die Konstruktion der erfindungsgemäßen Kontur für z.B. einen Außenkraftangriff 12 anhand eines zur Rotationsachse 10 des Kraftangriffes 12 konzentrischen Innenkreis 14. Auf dem Innenkreis 14 sind gleichmäßig beabstandet, das heißt im Abstand von jeweils 60 Winkelgrad die Mittelpunkte der sechs weiteren Kreise angebracht, deren Teilkreisbögen die Außenkontur 12 bilden. Um die Abbildung nicht völlig unübersichtlich werden zu lassen, ist nur der Kreis 16 oben rechts eingezeichnet. Von den anderen Kreisen sind lediglich die Mittelpunkte durch Kreuzchen auf dem konzentrischen Innenkreis 14 angegeben.
Die dargestellte erfindungsgemäße Außenkontur 12 weist aufgrund dieser geometrischen Konstruktion eine sternförmige Gestalt mit sechs jeweils um 60° beabstandeten Armen 18 auf. Diese Arme 18 besitzen eine Spitzbogenform, die dadurch gebildet wird, dass die jeweils äußeren Radien 20, die zwei benachbarte Arme 18 aufweisen, jeweils von dem Kreisbogenabschnitt des gleichen Kreises 16 gebildet werden, dessen Mittelpunkt zwischen den beiden Armen 18 angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt das Gegenstück 112 zu der Außenkontur 12 der Fig. 5, das heißt einen erfindungsgemäßen an die Außenkontur 12 der Fig. 5 angepasste Innenkontur 112, die sich sowohl zum Antreiben durch ein Bit gemäß Fig. 5 als auch durch entsprechende Sechskant-, hexalobuläre oder abgeflacht - hexalobuläre Außenkonturen eignet. Auch hier ist die Bemaßung angegeben, die sich ergibt, wenn die Innenkontur 112 möglichst optimal auf die erfindungsgemäße Außenkontur 12 der Fig. 5 angepasst sein soll.
Selbstverständlich können erfindungsgemäße Innenkonturen in allen beliebigen Größen hergestellt werden.
Wie in Fig. 6 dargestellt, folgt die Konstruktion der erfindungsgemäßen Innenkontur 112 den gleichen Regeln und Strukturen wie bei dem erfindungsgemäßen Außenkraftangriff 12 der Fig. 5.
Auch hier ist eine Rotationsachse 110 für die Innenkontur 112 vorgesehen, um die ein konzentrischer Innenkreis 114 gezogen wird. Auf dem Innenkreis 114 sind gleichmäßig beabstandet, das heißt im Abstand von jeweils 60 Winkelgrad, die Mittelpunkte der sechs weiteren Kreise 116 angebracht, deren Teilkreisbögen die Innenkontur 112 bilden. Auch hier ist im Hinblick auf die Übersichtlichkeit der Abbildung lediglich einer dieser Kreise, nämlich der Kreis 116 oben rechts dargestellt. Die in Fig. 6 dargestellte erfindungsgemäße Innenkontur 112 weist also ebenfalls eine sternförmige Gestalt mit sechs jeweils um 60° beabstandeten Armen 118 auf. Diese Arme 118 besitzen ebenfalls eine Spitzbogenform, die dadurch gebildet wird, dass die jeweils äußeren Radien 120, die zwei benachbarte Arme 118 aufweisen, jeweils von dem Kreisbogenabschnitt des Kreises 116 gebildet werden, dessen Mittelpunkt zwischen den beiden Armen 118 angeordnet ist. Auf diese Weise wird also die linke Begrenzung eines Armes 118 durch den gleichen Radius 120 gebildet, wie die rechte Begrenzung eines recht benachbarten Armes 118 und die rechte Begrenzung eines Armes wird durch den gleichen Radius gebildet wie die linke Begrenzung eines links benachbarten Armes.
Der Unterschied zwischen dem Außenkraftangriff 12 gemäß Fig. 5 und dem Innenkraftangriff 112 gemäß Fig. 6 liegt lediglich darin, dass der Durchmesser der Teilkreisbögen 120, die die Arme 118 begrenzen, bei dem Innenkraftangriff 112 um knapp 10 % größer ist, als bei dem Außenkraftangriff 12.
Die Innenkreise 14; 114 auf denen die Mittelpunkte der Kreise 20, 120 angeordnet sind, sind demgegenüber nahezu gleich groß.
Ein weiterer Unterschied besteht noch darin, dass bei der Außenkontur der Fig. 5 die jeweiligen Teilkreisbögen 20 mit etwas größeren, tangential anliegenden Übergangsradien-Radien ri, ra am äußeren und inneren Berührungspunkt der Flanken der Arme ineinander übergehen, als die Übergangsradien-Radien Ri, Ra bei der Innenkontur 112. Diese kleinen Übergangsradien sind vorzugsweise bei der Innenkontur 112 der Fig. 6 lediglich knapp halb so groß, wie bei der Außenkontur 12 der Fig. 5.
Erfindungsgemäß wird also ein universeller Antrieb geschaffen, dessen Kontur aus einzelnen, ineinander übergehenden Radien besteht, die in einem versetzten Teilkreis im Abstand von 60° um die Rotationsachse des Antriebs rotieren. Die Schnittpunkte der Radien sind dabei vorzugsweise mit einem tangential anliegenden Radius zueinander verrundet. Das zugehörige Gegenstück 112 besitzt eine in der Form angepasste Gegenkontur, sodass die Radien der Flanken derart aufeinander zur Anlage kommen, dass stets eine flächenförmige Angriffsfläche entsteht.
Der erfindungsgemäße Antrieb ist in seiner geometrischen Form der Radien derart gestaltet, dass allen dafür vorgesehenen Antrieben (hexagonal, Inbus®, Torx®, Torx Plus®) immer die optimale Angriffsfläche geboten wird. Dadurch wird ein erhöhter Verschleiß verhindert und eine optimale Kraftübertragung gewährleistet. Diese ideale Kraftübertragung ist sowohl beim Lösen als auch beim Wiederanziehen gegeben.
Wie schon oben ausgeführt, ist die vorliegende Erfindung sowohl für den Außen- als auch für den Innenantrieb geeignet. Die Flanken sind in Anzugs- sowie in Löserichtung symmetrisch zueinander.
Der erfindungsgemäße Antrieb besitzt also sechs speziell gestaltete Flanken, die es ihm ermöglichen, nicht nur mit dem dafür vorgesehenen Werkzeug angetrieben zu werden, sondern im Bedarfsfall zusätzlich von sämtlichen am Markt gängigen Antrieben (Torx®; Torx Plus® und Sechskant) gelöst und auch wieder verschraubt zu werden.
Dabei ist zusätzlich durch die erfindungsgemäße Flankengestaltung eine optimale Kraftübertragung und lange Bit-Standzeit ermöglicht, da die erfindungsgemäße geometrische Form der Radien für eine niedrige Flächenpressung sorgt.
Antrieb und Bit sind nämlich geometrisch so aufeinander abgestimmt, dass es bei Krafteinleitung durch das Bit zu einer flächenförmigen Auflagefläche kommt (der klassische Sechskantantrieb beispielsweise bietet durch seine geometrische Form nur eine linienförmige Auflagefläche). Dadurch sinkt bei der vorliegenden Erfindung die Flächenpressung je Flanke bei einer vorgegebenen Krafteinleitung gegenüber den klassischen Sechskantantrieben.
Zusätzlich sind die Flanken erfindungsgemäß derart geometrisch gestaltet, dass sie auch für die Ersatzantriebe (Sechskant, hexalobulär und abgeflacht-hexalobulär) immer eine optimale Angriffsfläche bieten. Bei allen diesen Antriebssystemen liegen die Kraftangriffsflächen flächig auf der Radienkontur. Die geometrische Gestaltung der Erfindung ist daher für alle Systeme optimal angepasst. Die Kraftübertragung erfolgt nicht über ein Verkanten des Bits auf dem Antrieb, da dies zu erhöhtem Verschleiß führen würde.
Darüber hinaus sind in den Figuren 5 und 6 Tangenten ti, ta, Ti, Ta einmal am innersten und einmal am äußersten Ende der kreissegmentförmigen Flanken einiger Arme beispielhaft eingezeichnet. Der innere Tangentenwinkel α2 bzw. β2 ist dabei der Winkel, den die am innersten Ende einer Flanke angelegte Tangente ti, Ti mit einer radial verlaufenden Linie einnimmt, die durch den inneren Treffpunkt zweier benachbarter Flanken verläuft, welcher auf dem Zwischenkreis 21 bzw. 121 liegt, einschließt. Allerdings sind dies die Winkel, die sich ergeben, wenn die kreissegmentförmigen Flanken der Arme ohne Übergangsradius, also spitz, ineinander übergehen würden.
Der äußere Tangentenwinkel α1 bzw. β1 ist analog derselbe Winkel bei einer am äußersten Ende einer Flanke angelegten Tangente ta, Ta.
Die jeweiligen Winkel sind für eine Außenkontur und eine Innenkontur unterschiedlich, und zusätzlich unterschiedlich, je nachdem, ob es sich um einen Aussenkraftangriff oder um einen Innenkraftangriff bezüglich des Verbindungselementes handelt.
So kann – als konkretes Zahlenbeispiel – einerseits mit einer bekannten Innensechskant-Kontur der Größe M10 (Weite W = ca. 10 mm) ein gemäß Figur 2 dargestellter erfindungsgemäßer Schraubenkopf mit einer Außenkontur mit sechs Armen sehr gut gelöst werden, wenn
der Flankenradius 16 eine Größe von 7,432 mm besitzt,
und/oder
der Innenkreis 14 eine Größe von 4,741 mm besitzt,
und/oder
der Zwischenkreis 21 eine Größe von 8,706 mm besitzt,
und/oder
der Aussenkreis 22 eine Größe von 11,114 mm besitzt,
und andererseits mit einer bekannten Außensechskant - Kontur (Inbus -Schlüssel) der Größe M10 (Breite B = ca. 7 mm) ein erfindungsgemäßer Schraubenkopf mit Innenkontur mit sechs Armen sehr gut gelöst werden, wenn
der Flankenradius 116 eine Größe von 8,405 mm besitzt,
und/oder
der Innenkreis 114 eine Größe von 3,578 mm besitzt,
und/oder
der Zwischenkreis 121 eine Größe von 7,460 mm besitzt,
und/oder
der Aussenkreis 122 eine Größe von 9,199 mm besitzt.
BEZUGSZEICHENLISTE
10, 110 Rotationsachse
12 Außenkraftangriff, Außenkontur
14, 114 konzentrischer Innenkreis
16, 116 Kreis, Flankenradius
18, 118 beabstandete Arme
20, 120 Radius
21, 121 Zwischenkreis
22, 122 Außenkreis
112 Innenkraftangriff, Innenkontur
ri, Ri innerer Übergangsradius
ra, Ra äußerer Übergangsradius
α1,β1 äußerer Tangentenwinkel
α2,β2 innerer Tangentenwinkel
ti, Ti innere Tangente
ta, Ta äußere Tangente
W Weite Sechskantschlüssel
B Breite Sechskantschraube

Claims (16)

  1. Rotationssymmetrischer Kraftangriff (12, 112) mit bei axialer Betrachtung sternförmiger Außen- oder Innen- Kontur, vorzugsweise für Verbindungselemente, wobei die einzelnen Arme (18, 118) des Sterns als Spitzbögen ausgebildet sind, deren äußere Spitzen auf einem gemeinsamen Außenkreis (22, 122) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass ein zugehöriges Gegenstück, insbesondere Bit, Nuss oder Schraubenkopf, zur Kontur des Kraftangriffs (12,112) eine dergestalt angepasste Gegenkontur aufweist, dass die Radien (20, 120) der Flanken des Kraftangriffs (12, 112) und das Gegenstück derart aufeinander zur Anlage kommen, dass eine flächenförmige Pressfläche entsteht, für den Fall, dass insbesondere Kontur und Gegenkontur der erfindungsgemäßen Form des Kraftangriffes entsprechen, die Anpassung von Kontur und Gegenkontur dadurch bewirkt wird, dass die Radien (20) bei der Außenkontur (12) 4 % bis 12 %, besser 6 % bis 10 %, besser etwa 8% bis 10 % kleiner gewählt sind als bei der zugehörigen Innenkontur (112), während bei Kontur und Gegenkontur der Innenkreis (14; 114), auf dem die Mittelpunkte der Radien (20; 120) um die Rotationsachse (10; 110) des Kraftangriffs (12; 112) herum angeordnet sind, nahezu den gleichen Durchmesser aufweist, insbesondere bei der Außenkontur um 4% bis 6%, insbesondere um 5 % größer ist gegenüber dem Durchmesser bei der Innenkontur.
  2. Kraftangriff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzbögen durch je zwei Radien (20, 120) begrenzt sind, deren Mittelpunkte auf einem Innenkreis (14, 114) um die Rotationsachse (10, 110) des Kraftangriffs (12, 112) liegen.
  3. Kraftangriff nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Kraftangriffs (12, 112) aus einzelnen, ineinander übergehenden Radien (20, 120) gebildet ist, deren Mittelpunkte gleich beabstandet auf einem Innenkreis (14, 114) um die Rotationsachse (10, 110) des Kraftangriffs (12, 112) angeordnet sind.
  4. Kraftangriff nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Radien (20, 120) jeweils mit einem sehr kleinen tangential anliegenden Übergangsradius, insbesondere einem inneren (ri, Ri) und einem äußeren Übergangsradius (ra, Ra), an ihren Schnittpunkten ineinander übergehen.
  5. Kraftangriff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er sechs Arme (18, 118) aufweist, die jeweils durch Radien (20, 120) begrenzt sind, die von sechs Mittelpunkten auf einem Innenkreis (14, 114) um die Rotationsachse (10, 110) des Kraftangriffs (12, 112) ausgehen, und um jeweils 60° so beabstandet sind, dass die linke Begrenzung eines Armes (18, 118) durch den gleichen Radius (20, 120) gebildet wird, wie die rechte Begrenzung eines rechts benachbarten, insbesondere des nächsten rechts benachbarten, insbesondere des nächsten rechts benachbarten, Armes (18, 118), und die rechte Begrenzung eines Armes (18, 118) durch den gleichen Radius (20, 120) gebildet wird, wie die linke Begrenzung eines links benachbarten, insbesondere des nächsten links benachbarten, Armes (18, 118).
  6. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien (20, 120) und der Innenkreis (14, 114) so gewählt sind, dass an jedem Punkt des Spitzbogens eine dort auf die Kontur wirkende Normalkraft (N) bei einer Aussenkontur in den massiven Kern der Kontur radial innerhalb der inneren Übergangsradien (ri, Ri) hinein verläuft.
  7. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Außenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Verbindungselement der innere Übergangsradius (ri) zwischen 9,0 % und 12,5 %, besser zwischen 10,0 % und 11,5 % des Flankenradius (16) beträgt, und/oder der äußere Übergangsradius (ra) zwischen 6,6 % und 9,5 %, besser zwischen 7,6 % und 8,6 % des Flankenradius (16) beträgt und/oder der Durchmesser des Innenkreises (14) zwischen 40 % und 45 %, besser zwischen 42 % und 43 %, besser zwischen 42,6 und 42,7 % des Durchmessers des Außenkreises (22) beträgt.
  8. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Außenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss, der innere Übergangsradius (Ri) zwischen 5,0 % und 7,5 %, besser zwischen 5,6% und 6,8 % des Flankenradius (116) beträgt, und/oder der äußere Übergangsradius (R) zwischen 3,5 % und 6,5%, besser zwischen 4,35 % und 5,6 % des Flankenradius (116) beträgt und/oder der Durchmesser des Innenkreises (114) zwischen 36 % und 41 %, besser zwischen 38 % und 39,5 %, besser zwischen 38,7und 38,8% des Durchmessers des Außenkreises (122) beträgt.
  9. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Außenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Verbindungselement ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (18), der äußere Tangentenwinkel (α1) zwischen 70° und 73°, besser zwischen 70,5° und 72°, besser zwischen 71,0° und 71,5° beträgt und/oder der innere Tangentenwinkel (α2) zwischen 55° und 59°, besser zwischen 56° und 58°, besser zwischen 56,5° und 57,5° beträgt.
  10. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Außenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss, ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (118), der äußere Tangentenwinkel (β1) zwischen 71° und 76°, besser zwischen 72,5° und 75,5°, besser zwischen 73,5° und 74,0° beträgt und/oder der innere Tangentenwinkel (β2) zwischen 57° und 63°, besser zwischen 58,5° und 61,5°, besser zwischen 59,5° und 60,5° beträgt.
  11. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Verbindungselement der innere Übergangsradius (ri) zwischen 6,0 % und 9,5 %, besser zwischen 7,0 % und 8,5 % des Flankenradius (16) beträgt, und/oder der äußere Übergangsradius (ra) zwischen 13,5 % und 17,5 %, besser zwischen 14,5 % und 16,5 % des Flankenradius (16) beträgt und/oder der Durchmesser des Innenkreises (14) zwischen 36 % und 42 %, besser zwischen 37 % und 41 %, besser zwischen 37,9 % und 40,0 % des Durchmessers des Außenkreises (22) beträgt.
  12. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss, der innere Übergangsradius (Ri ) zwischen 9,0 % und 12,5 %, besser zwischen 10,0 % und 11,5% des Flankenradius (116) beträgt, und/oder der äußere Übergangsradius (Ra) zwischen 6,5 % und 10,0 %, besser zwischen 7,5 % und 9,0 % des Flankenradius (116) beträgt und/oder der Durchmesser des Innenkreises (114) zwischen 40 % und 45 %, besser zwischen 41 % und 44 %, besser zwischen 42 % und 43 % des Durchmessers des Außenkreises (122) beträgt.
  13. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Verbindungselement ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (18), der äußere Tangentenwinkel (α1) zwischen 72,5° und 75°, besser zwischen 73° und 74,5°, besser zwischen 73,5° und 74° beträgt und/oder der innere Tangentenwinkel (α2) zwischen 60° und 63°, besser zwischen 60,5° und 62°, besser zwischen 60,7° und 61,5° beträgt.
  14. Kraftangriff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innenkraftangriff am Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf, bei dem Werkzeug, insbesondere der Nuss, ohne Berücksichtigung des Übergangsradius, also bei spitz ineinander übergehenden Flanken der Arme (118), der äußere Tangentenwinkel (β1) zwischen 69° und 74°, besser zwischen 70° und 73°, besser zwischen 71° und 72,0° beträgt und/oder der innere Tangentenwinkel (β2) zwischen 54° und 59°, besser zwischen 55° und 58°, besser zwischen 56° und 57° beträgt.
  15. Kraftangriff insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Außenkraftangriff am erfindungsgemäßen Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf mit Außenkontur, bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement, insbesondere einem Schraubenkopf mit Außenkontur, der Flankenradius (16) eine Größe des 2,55-fachen bis 2,85-fachen, besser des 2,65-fachen bis 2,75-fachen, und/oder der Innenkreis (14) eine Größe des 4,1-fachen bis 4,3-fachen, besser des 4,15 -fachen bis 4,25 -fachen, und/oder der Zwischenkreis (21) eine Größe des 2,15-fachen bis 2,45-fachen, besser des 2,25-fachen bis 2,35 -fachen, und/oder der Aussenkreis (22) eine Größe des 1,65-fachen bis 1,95-fachen, besser des 1,75-fachen bis 1,85-fachen der Weite (W) des hierfür passenden bekannten Sechskant-Schraubenschlüssels besitzt.
  16. Kraftangriff insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Innenkraftangriff am erfindungsgemäßen Verbindungselement, insbesondere dem Schraubenkopf mit Innenkontur, bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement der Flankenradius (116) eine Größe des 2,05-fachen bis 2,35-fachen, besser des 2,15-fachen bis 2,25-fachen, und/oder der Innenkreis (114) eine Größe des 3,75-fachen bis 4,05 -fachen, besser des 3,85-fachen bis 3,95-fachen und/oder der Zwischenkreis (121) eine Größe des 1,75-fachen bis 2,05-fachen, besser des 1,85-fachen bis 1,95-fachen, und/oder der Aussenkreis (122) eine Größe des 1,35-fachen bis1,65-fachen, besser des 1,45-fachen bis 1,55-fachen der Breite (B) des bekannten hierfür passenden Außensechskant-Schraubenkopfes besitzt.
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