CN112805099A - 两件式高强度螺钉 - Google Patents

Abstract

一种高强度螺钉(1)，其具有带有工具接合轮廓(4)的头(2)和带有背离头(2)的自由端(5)的柄(3)，带有螺纹(7)的螺纹区段(6)布置在柄(3)上，螺纹(7)形成为公制ISO螺纹或英制螺纹，头(2)和柄(3)被设计为材料上分离的部件，头(2)具有在径向内部布置的耦合凹部(8)，耦合凹部具有轴向力传递组成部分(9)和扭矩传递组成部分(10)，柄(3)具有在径向外部布置在其外周上的耦合组成部分(11)，耦合组成部分具有轴向力传递反组成部分(12)和扭矩传递反组成部分(13)，耦合组成部分(11)接合在耦合凹部(8)中，轴向力传递组成部分(9)和轴向力传递反组成部分(12)被设计和布置成形状配合地互锁，使得头相对于柄(3)在远离柄(3)的自由端(5)的方向上的轴向平移运动(2)被阻止、特别是不可拆分，扭矩传递组成部分(10)和扭矩传递反组成部分(13)被设计和布置成能互锁，使得头(2)相对于柄(3)在螺纹(7)的拧紧方向上的旋转运动被阻止。

Description

两件式高强度螺钉

技术领域

本发明涉及一种高强度螺钉，其具有带有工具接合轮廓的头和带有背向头的自由端的柄。带有螺纹的螺纹区段布置在柄上，螺纹被形成为公制ISO螺纹或英制螺纹。

背景技术

具有公制ISO螺纹或英制螺纹的此类螺钉用于与螺母或带有螺纹孔的组件的相应内螺纹进行螺钉连接，并且与木螺钉和其它自攻通用螺钉区分开。由于它们的高强度，它们特别用于需要这种强度的专业技术领域，例如汽车工业、航空工业和机械工程——并将与手工业、DIY和业余爱好部门区分开。

现有技术

从欧洲专利申请EP 3 358 021 A1中已知一种高强度螺钉，该螺钉具有带工具接合轮廓的头和带有背向头的自由端的柄。柄上布置有螺纹区段，所述螺纹区段具有设计为ISO公制螺纹的螺纹。

由中国专利申请CN 103 438 076 A已知一种由几个分离的部件组成的螺钉。这些部件中的第一个是螺钉的头。其具有径向布置在内部的耦合组成部分，该耦合组成部分从其头接触表面突出。耦合组成部分具有近似星形的横截面。这些部件的第二个是柄区段。在其面对头的自由端面上具有与耦合组成部分相对应的耦合凹部。耦合凹部也径向地布置在内部。为了将头与柄区段连接，将耦合组成部分***耦合凹部中。这些部件的第三个是另外的的柄区段。以这种方式，从头和不同数量的柄区段组装了不同长度的螺钉。

由中国专利申请CN 103 438 072 A已知一种类似构造的由几个分离的部件组成的螺钉。在这种情况下，耦合凹部被形成为具有内螺纹的孔，而耦合组成部分被形成为具有外螺纹螺纹区段，螺纹区段以较小的外径布置在柄的区域中。

发明内容

发明目的和解决方案

本发明的目的是提供一种可以灵活且经济地制造的高强度螺钉。

根据本发明，具有独立权利要求的特征来实现本发明的目的。在从属权利要求中可以找到根据本发明的其它优选实施例。

本发明涉及一种具有头和柄的高强度螺钉，所述头具有工具接合轮廓，并且所述柄具有背向头的自由端。带有螺纹的螺纹区段布置在柄上，其中螺纹被形成为公制ISO螺纹或英制螺纹。头和柄被形成为材料上分离的部件。头具有在径向内部布置的耦合凹部，耦合凹部具有轴向力传递组成部分和扭矩传递组成部分。柄具有在径向外部布置其外周上的耦合组成部分，耦合组成部分具有轴向力传递反组成部分和扭矩传递反组成部分。换句话说，耦合组成部分可以形成柄的在径向外部限制柄的一部分。耦合组成部分接合耦合凹部。换句话说，耦合组成部分可以是柄的位于耦合凹部中的部分。头相对于柄已处于其最终或预期位置的状态，特别是组装状态是具有决定性意义的。轴向力传递组成部分和轴向力传递反组成部分被设计和布置成形状配合地互锁，以阻止头相对于柄在远离柄的自由端的方向上的轴向平移运动。扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分被设计和布置成互锁，以阻止头相对于柄在螺纹的拧紧方向上的旋转运动。

本发明还涉及一种用于从头坯料和柄坯料机械生产高强度螺钉、特别是上面和/或下面描述的螺钉的成形方法，所述方法包括以下步骤：

在成形工具中成形头坯料，使得制成的螺钉的头具有在径向内部布置的带有轴向力传递组成部分和扭矩传递组成部分的耦合凹部，借助于耦合凹部将头拧到柄坯料上，

在成形工具中成形柄坯料的一部分，使得柄具有在径向外部布置在其外周上的耦合组成部分，耦合组成部分具有轴向力传递反组成部分和扭矩传递反组成部分，和

通过头的平移位移来结合头和柄，使得耦合组成部分接合在耦合凹部中。

这些方法步骤按指定顺序执行。但是，也可以在成形柄坯料以形成耦合组成部分的步骤之后执行将头拧到柄坯料上的步骤。在方法步骤之间还可以执行其它步骤。

定义

高强度螺钉：在本申请中，高强度螺钉应理解为抗拉强度R_m(或Rm)至少为800N/mm²的螺钉。典型的高强度螺钉属于强度等级8.8、10.9或12.9。然而，根据本发明的高强度螺钉也可以是抗拉强度R_m至少为1400N/mm²的超高强度螺钉。因此，根据本发明的“高强度”螺钉至少是高强度螺钉，但是也可以是超高强度螺钉。

工具接合轮廓：头的工具接合轮廓被理解为是位于螺钉的头上的轮廓，致动工具接合在该轮廓上以致动螺钉。该轮廓由多个功能表面形成，这些功能表面通常经由拐角或半径彼此连接。在本发明的领域中，工具接合轮廓通常被称为“驱动特征结构”。

工具接合外部轮廓：工具接合外部轮廓是径向位于螺钉的头的外部的轮廓，致动工具接合在该轮廓上以致动螺钉。该轮廓由多个功能表面形成，这些功能表面通常经由拐角或半径彼此邻接。在本发明的领域中，工具接合外部轮廓通常被称为“外部驱动特征结构”。

工具接合内部轮廓：工具接合内部轮廓是径向位于螺钉的头的内部的轮廓，致动工具接合在该轮廓上以致动螺钉。该轮廓由多个功能表面形成，这些功能表面通常经由拐角或半径彼此连接。工具接合内部轮廓在径向方向上界定了螺钉的头中的中央凹部。在本发明的领域中，工具接合内部轮廓通常被称为“内部驱动特征结构”。

多边形：在本申请中，多边形应理解为是指螺钉的头的工具接合外部轮廓和螺钉的柄的扭矩传递反组成部分(“外部多边形”)或螺钉的头的工具接合内部轮廓和螺钉的头的扭矩传递组成部分(“内部多边形”)的设计，其中，多边形的子单元的在子单元内的近似直线功能表面经由拐角以120°的角度彼此邻接。

多齿形：在本申请中，多齿形是指螺钉的头的工具接合外部轮廓和螺钉的柄的扭矩传递反组成部分(“外部多齿形”)或螺钉的头的工具接合内部轮廓和螺钉的头的扭矩传递组成部分(“内部多齿形”)的形成，其中，多齿形的子单元的在子单元内的近似直线功能表面经由拐角以90°的角度彼此邻接。

多轮形：在本申请中，多轮形被理解为螺钉的头的工具接合外部轮廓和螺钉的柄的扭矩传递反组成部分(“外部多轮形”)或螺钉的头的工具接合内部轮廓和螺钉的头的扭矩传递组成部分(“内部多轮形”)的设计，其中，滚圆的功能表面经由滚圆拐角彼此连接。

星形：在本申请中，星形应理解为螺钉的柄的扭矩传递反组成部分或螺钉的头的扭矩传递组成部分的设计，其中，星形的子单元的在子单元内的近似直线功能表面经由拐角以60°的角彼此邻接。

几何类型：在本申请中，几何类型应理解为工具接合轮廓、扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分的基本几何形状。典型的几何类型是多边形、多齿形和多轮形。外部轮廓和内部轮廓之间没有区分。例如，这意味着外部多边形和内部多边形属于相同的第一几何类型，外部多齿形和内部多齿形属于相同的第二几何类型，并且外部多轮形和内部多轮形属于相同的第三几何类型。

材料上分离的部件：螺钉的头和柄形成为材料上分离的部件。在本申请中应理解为是指它们已被制造为非粘性、非整体、分离的部件。但是，在螺钉的最终位置，头和柄结合在一起。因此，仅在它们分开制造之后才实现这种连接。

进一步描述

新的具有公制ISO螺纹或英制螺纹的高强度螺钉被设计为具有头和柄的至少两件式螺钉，它们以特定方式结合在一起。连接不是通过螺纹或可以随意松开的任何其它类型的连接进行的。而是以这样的方式进行连接，即，头和柄可以基本上仅以破坏性的方式彼此分离。螺钉可能还具有其它部件。

使用螺钉的头和柄之间的新型连接时，在拧紧螺钉连接时必须注意以下两个技术方面：

为了使螺钉连接达到所需的锁定效果，必须经由螺钉的头——确切地说是经由螺钉的头的头接触表面施加足够大的轴向预紧力(“轴向力传递”)。为了获得该预紧力，必须在螺纹的拧紧方向上将头和柄拧在一起。为此所需要的扭矩通过致动工具经由头的工具接合轮廓施加并传递到柄(“扭矩传递”)。然而，由于头和柄被设计成在材料上分离，因此这种扭矩传递要求阻止头相对于柄在远离柄的自由端的方向上的运动。

新的两件式高强度螺钉在头上具有耦合凹部，在柄上具有相应的耦合组成部分，以实现轴向力传递和扭矩传递这两个功能。耦合凹部又具有轴向力传递组成部分和扭矩传递组成部分。柄的耦合组成部分具有相应的轴向力传递反组成部分和扭矩传递反组成部分。轴向力传递组成部分和轴向力传递反组成部分配合，使得可以实现所需的预紧力。因此，当轴向力传递组成部分和轴向力传递反组成部分彼此接合时，阻止了螺钉的头在远离柄的自由端的方向上的运动。扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分配合，使得期望的扭矩可以从头传递到柄，从而可以操作螺钉。这至少在螺纹的拧紧方向上适用。

螺钉可能比较细且较长。在现有技术中，这样的具有大的长度与厚度比(L/T)的螺钉只能以相对较少的循环次数来生产。循环次数少的原因是，在多级压力机的每一级中，必须将要在多级压力机中生产的螺钉弹出并推入整个柄长度。此外，在这种螺钉的生产中还存在质量问题，因为螺钉和成形工具的抗弯刚度随着螺钉长度的增加而降低。

使用由头和柄组成的新的分离的螺钉，即使螺钉的柄相对较细且较长，也可以经济地生产高质量的高强度螺钉。螺钉的新设计也可以应用于其它螺钉几何形状。

螺钉的头是单独制造的，因此在制造螺钉时不会因大的柄长度而产生负面影响。另一方面，成形柄以形成耦合组成部分的过程可以一步完成，这也需要很少的材料进行弹塑性变形。因此，不存在现有技术中要进行成形的循环次数少和屈曲刚度太低的问题。螺钉的长度不受压力机安装空间的限制。循环次数与螺钉长度无关。高强度螺钉可以通过使用预硬化的材料来生产。这消除了随后进行淬火和回火的需要，并进一步降低了制造成本。新的两件式螺钉适合标准化，可以减少设置时间。

耦合凹部可以是阶梯状的，并且具有拥有第一内径的第一部分和拥有第二内径的第二部分。有利地，第一部分和/或第二部分由圆柱形的或圆锥形的侧向表面形成，该圆柱形的或圆锥形的侧向表面在组装状态下特别地围绕柄的延伸方向旋转对称。有利地，在第一部分和第二部分之间提供阶梯区域。第一内径大于第二内径。第二部分比第一部分更靠近柄的自由端。这允许第二部分在轴向止挡件的意义上形成轴向力传递组成部分或与其相邻地布置。有利地，轴向力传递组成部分至少部分地、优选完全地由阶梯区域形成。超过所述轴向止挡件、头在柄的自由端的方向上的移动是不可能的，或者被所述止挡件形状配合地阻止了。然而，头可以在其它方向上远离止挡件移动。但是，也可以特别是通过第一部分和/或第二部分的压配合，特别是与柄的一部分的压配合，来阻止这种运动。替代地或附加优选地，这也可以通过底切、过大尺寸、填隙或其它弹塑性变形来实现。然而，也有可能没有实现这种单独的固定，而是通过螺纹区段实现了这种固定。

耦合组成部分有利地包括至少第一区段和第二区段。有利地，第一区段和/或第二区段分别具有外部侧向表面，所述外部侧向表面在径向外部限定或限制耦合组成部分。第一区段和/或第二区段有利地围绕柄的延伸方向旋转对称地形成。换句话说，第一区段可以例如是围绕柄延伸的方向的圆锥形、圆柱形或桶形。这实现特别简单且具有成本效益的生产。柄的延伸方向特别是柄延伸的方向和/或柄的长度被测量的方向。有利地，第一区段的外径大于第二区段的外径。第一区段或第二区段的平均外径对于尺寸设计至关重要。第一区段和第二区段的这些不同的外径使得可以以特别节省空间的方式产生轴向力传递反组成部分。

有利地，第一区段接触耦合凹部的第一部分和/或第二区段接触耦合凹部的第二部分。有利地，第一区段与耦合凹部的第一部分形成压配合和/或第二区段与耦合凹部的第二部分形成压配合。压配合可在柄和头之间在第一区段和耦合凹部的第一部分之间和/或在第二驱动和耦合凹部的第二部分之间提供摩擦扭矩传递。换句话说，扭矩传递反组成部分可以由耦合组成部分的第一区段和/或第二区段形成，其中，扭矩传递特别是仅由通过该压配合产生的摩擦接合来实现。这种类型的扭矩传递特别具有成本效益，因为不需要在第一区段和耦合凹部的第一部分中和/或第二区段和耦合凹部的第二部分中形成形状配合措施。替代地，优选地，扭矩传递的一部分也可以通过形状配合措施来实现，而扭矩的另一部分通过摩擦连接来实现。

在一个有利的实施例中，在耦合组成部分的第一区段与耦合凹部的第一部分之间的压配合使得压配合在朝向柄的自由端的方向上增加。换句话说，这可能意味着由压配合在耦合组成部分的第一区段的表面和耦合凹部的第一部分的表面上引起的压力使得它们的大小朝向柄的自由端增加。以这种方式，可以实现特别强的压配合，这也可以可靠地传递高扭矩。

在一个替代的或附加的优选实施例中，在耦合组成部分的第二区段与耦合凹部的第二部分之间的压配合使得压配合在朝向柄的自由端的方向上减小。换句话说，这可能意味着由压配合在耦合组成部分第二区段的表面和耦合凹部的第二部分的表面上产生的压力使得它们的大小朝向柄的自由端减小。这可以实现在耦合组成部分的第二区段的接触部分的朝向柄的自由端的端部不出现应力峰值。例如，这可以通过使耦合组成部分的第二区段为圆锥形来实现，其中，该圆锥的直径朝向柄的自由端减小。以这种方式，可以实现特别强的压配合，这也可以可靠地传递高扭矩。

有利地，中间区段位于耦合组成部分的第一区段和第二区段之间，其中有利地，中间区段特别是完全地形成轴向力传递反组成部分。以这种方式，可以实现特别紧凑的柄。有利地，该中间区段是部分圆锥形的，因为这允许特别简单的生产。

有利地，柄的第一区段在朝向柄的自由端的方向上由中间区段的第一过渡区域限定。换句话说，这可能意味着中间区段具有最靠近第一区段的第一过渡区域。例如，该第一过渡区域是倒角或阶梯。然而，有利地，第一过渡区域通过倒圆形成，所述倒圆具有第一倒圆半径。该第一倒圆半径与第一区段的外径的比有利地在0.01至0.4的范围内、优选在0.02至0.25的范围内、并且更优选在0.04至0.15的范围内。0.01至0.4的比使得中间区段的制造特别简单。另一方面，以0.02至0.25的比，可以获得特别低的缺口效应，从而可以提高螺钉的强度。比在0.04至0.15的范围内，申请人惊奇地发现，在螺钉的抗振性，特别是在脉动载荷下，在螺钉的抗振性与螺钉的静态强度之间产生了特别有利的比。

替代地或附加地，优选地，柄的第二区段与朝向柄的自由端的方向相反地由中间区段的第二过渡区域限定。换句话说，这意味着中间区段具有最靠近第二区段的第二过渡区域。例如，该第二过渡区域是倒角或阶梯。然而，有利地，第二过渡区域通过倒圆形成，所述倒圆具有第二倒圆半径。该第二倒圆半径与第二区段的外径的比有利地在0.01至0.4的范围内、优选在0.02至0.25的范围内，并且更优选在0.04至0.15的范围内。0.01至0.4的比使得中间区段的制造特别简单。另一方面，以0.02至0.25的比，可以获得特别低的缺口效应，从而可以提高螺钉的强度。比在0.04至0.15的范围内，申请人惊奇地发现，在螺钉的抗振性，特别是在脉动载荷下，在螺钉的抗振性与螺钉的静态强度之间产生了特别有利的比。

特别有利的是，第二倒圆半径与第一倒圆半径的比在0.8至1.8的范围内，因为这使得可以特别容易地制造这些倒圆。如果第二倒圆半径与第一倒圆半径的比在1.01至1.6的范围内，则可以实现特别理想的缺口效应比。

耦合组成部分可以形成对应于轴向止挡件的轴向反止挡件，该轴向反止挡件的外径大于柄的外径并且大于耦合凹部的第二内径。反止挡件可以有利地具有圆锥形的剖面。成对的止挡件和反止挡件阻止头在柄的自由端方向上的轴向平移运动，这对于施加预紧力是要防止的。

耦合凹部的第一部分可以形成扭矩传递组成部分。然而，第二部分也可以形成扭矩传递组成部分。两个部分形成扭矩传递组成部分也是可以的。这两个部分不必彼此直接相邻。也可以在它们之间布置其它部分，这些其它部分可以实现其它功能或根本不执行其它功能。

扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分可以被设计和布置成形状配合地互锁。这种互锁特别可以以如下方式实现，即，扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分属于几何类型多边形、多齿形、多轮形或星形。然而，提供期望的互锁的其它几何设计也是可能的。示例是滚花。但是，也可以选择不同类型的扭矩传递。一种可能性是摩擦连接。这特别可以在负公差配合的意义上实现。

扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分可以被设计和布置成互锁，使得头相对于柄在螺纹的松开方向上的旋转运动也被防止。这代表了正常情况，其中螺钉可以在两个旋转方向上不受限制地均等地致动。

扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分可各自在周向上对称地形成。该对称性应理解为，扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分被形成为使得除了在一个旋转方向上拧松螺钉连接和在另一个旋转反向上拧紧螺钉连接这一事实之外，无论旋转方向如何，它们都以相同的方式起作用。

扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分也可以在周向上非对称地形成。以这种方式，可以根据旋转方向实现不同的相互作用。例如，非对称性可以被设计成不防止头相对于柄在螺纹松开方向上的旋转运动。这实现了牢固的螺钉连接，未经授权的第三方无法松开该螺钉连接，或者至少在没有附加措施的情况下不能松开该螺钉连接。

扭矩传递组成部分和扭矩传递反组成部分可以被形成为使得它们确定螺钉的最大拧紧扭矩，并且如果超过最大拧紧扭矩，则不再阻止头相对于柄在螺纹拧紧方向上的旋转运动。以这种方式，螺钉本身提供了扭矩安全功能。这样可以防止螺钉连接的拧紧超出最大拧紧扭矩。

螺钉的柄可以由高强度钢或纤维复合材料(例如CFRP)组成。螺钉的头也可以由高强度钢或纤维复合材料(例如CFRP)制成。由于螺钉的两件式设计，原则上可以想到许多不同的材料配对，只要满足高强度螺钉意义上的强度要求即可。材料的选择也可以被为头和柄赋予一定的导电或绝缘性能来影响。为此，例如金属、特别是钢也可以被绝缘的塑料护套包围。例如，螺钉的头可以是导电的，而螺钉的柄可以是不导电的。相反的设置也是可能的。

如上所述，新方法用于制造高强度螺钉。在上述任何步骤中，螺钉可进一步具有上述一个或多个特征。

在借助于耦合凹部将头拧到柄坯料上的步骤之前，可以以形成工具接合轮廓的方式在成形工具中形成头坯料。工具接合轮廓可以是工具接合外部轮廓或工具接合内部轮廓。这可以是几何类型多边形、多齿形或多轮形。

在将头结合到柄的步骤之后，可以将头固定到柄，以防止头相对于柄在柄的自由端的方向上的轴向平移运动。这种固定可以例如通过底切、过大尺寸、填隙或其它弹塑性变形来完成。然而，也有可能不实现这种单独的固定，而是通过螺纹区段实现了这种固定。

用于高强度螺钉的机械非切削生产的成形过程特别是冷成形过程。该过程借助于成形工具在成形压力机、特别是多级压力机中进行。柄坯料可以在其轴向端部区域的成形过程中通过夹爪保持在成形压力机中。柄坯料的轴向端部区域的成形可以借助于平移运动的冲头来进行。

为了获得螺钉的高强度，可以在螺钉的制造过程中对其进行热处理。热处理可以特别是贝氏体化(阶段间淬火和回火)以产生贝氏体结构。

用于制造螺纹区段的成形特别可以是轧制或铣削。特别地，它可以是冷成形。

通常将用于生产高强度螺钉的原材料称为“线材”。用于新的高强度螺钉的线材可以由可冷加工的未回火钢构成，并且碳含量为约0.2％至0.6％或约0.2％至0.5％。钢可以具有合金含量，特别是Cr、Mo、Mn、Ni、V、Nb或Ti，特别是总计超过约1.1％。

新的高强度螺钉可以具有贝氏体结构，该贝氏体结构特别是至少部分地通过贝氏体化生产。贝氏体结构导致非常高的拉伸强度以及同样非常高的延展性。这种高的延展性或韧性使贝氏体结构与马氏体结构明显区别，在现有技术中，马氏体结构以已知的方式通过硬化并随后回火来制造。在阶段间淬火和回火的情况下，硬化由在贝氏体阶段通过等温显微组织转变从奥氏体相快速冷却来实现。在此过程中，部件、特别是螺钉在等温下保留在盐浴中，直到在整个横截面上完成从奥氏体到贝氏体的结构转变为止。可以优选省略马氏体硬化所需的回火过程。这也减少了硬化畸变的趋势。

本发明的有利的另外的实施例由权利要求、描述和附图得出。在描述中提到的特征和多个特征的组合的优点仅仅是示例性的，并且可以具有替代的或累加的效果，而不必须通过根据本发明的实施例来实现优点。在不改变所附权利要求的主题的情况下，以下内容适用于原始申请文件和专利的公开内容：其它特征将从附图中获取，特别是所示出的几何形状和多个组件的彼此相对尺寸以及它们的相对布置和可操作连接。本发明的不同实施例的特征或不同专利权利要求的特征的组合也可能偏离专利权利要求的所选择的后向关系，在此提出这种组合。这也适用于在单独的附图中示出或在其描述中提及的那些特征。这些特征也可以与不同权利要求的特征组合。同样，对于本发明的其它实施例，可以省略专利权利要求中列出的特征。

在权利要求和描述中提到的特征应当以这样的方式理解它们的数量，即，恰好存在所述数量或大于所述数量的数量，而不需要明确使用副词“至少”。因此，例如，如果提到一螺纹，则这应理解为意味着恰好存在一个螺纹、两个螺纹或更多个螺纹。这些特征可以通过其它特性来补充，或者可以是相应产品组成的唯一特性。

权利要求中包含的附图标记不构成对由权利要求保护的对象的范围的限制。它们仅用于使权利要求更易于理解的目的。

附图说明

在下文中，将参考附图中所示的优选实施例进一步解释和描述本发明。

图1示出了新的高强度螺钉的第一示例性实施例的透视图。

图2示出了根据图1的螺钉的一部分的放大透视图。

图3示出了根据图2的螺钉的部分切除的透视图。

图4示出了根据图1的螺钉的一部分的剖面图。

图5示出了新螺钉的第二示例性实施例的剖面图。

图6示出了新螺钉的第三示例性实施例的剖面图。

图7示出了新螺钉的另一实施例的透视图。

图8示出了根据图7的螺钉的部分切除的透视图。

图9示出了新螺钉的柄的耦合组成部分的第一实施例的一部分的透视图。

图10示出了新螺钉的柄的耦合组成部分的第二实施例的一部分的透视图。

图11示出了新螺钉的柄的耦合组成部分的第三实施例的一部分的透视图。

图12示出了新螺钉的柄的耦合组成部分的第四实施例的一部分的透视图。

图13示出了新螺钉的柄的耦合组成部分的第五实施例的一部分的透视图。

图14示出了新螺钉的柄的耦合组成部分的第六实施例的一部分的透视图。

图15示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的第一示例性实施例的视图。

图16示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的第二示例性实施例的视图。

图17示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的第三示例性实施例的视图。

图18示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的第四示例性实施例的视图。

图19示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的第五示例性实施例的视图。

图20示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的第六示例性实施例的视图。

图21示出了新螺钉的另一示例性实施例的部分切除的透视图。

图22示出了根据图21的螺钉的另一个视图。

图23示出了新螺钉的另一示例性实施例的透视图。

图24示出了根据图23的螺钉的部分切除的透视图。

图25示出了具有耦合凹部的新螺钉的头的另一示例性实施例的透视图。

图26示出了根据图25的螺钉的头的侧向剖面图。

图27示出了根据图25的螺钉的头的另一个视图。

图28示出了属于根据图25-27的头的新螺钉的柄的示例性实施例的透视图。

图29示出了根据图28的柄的侧视图。

图30A示出了用于生产新螺钉的新方法的示例性实施例的第一步骤。

图30B示出了新方法的第二步骤。

图30C示出了新方法的第三步骤。

图30D示出了新方法的第四步骤。

图30E示出了新方法的第五步骤。

具体实施方式

图1-4示出了新的高强度螺钉1的第一示例性实施例的多种视图。螺钉1是具有至少800N/mm²的抗拉强度的高强度螺钉1、特别是具有至少1400N/mm²抗拉强度的超高强度螺钉1。这也适用于螺钉1的其它实施例。

螺钉1具有头2和柄3。将头2和柄3设计为单独的构件，这些构件首先分开制造，然后才结合在一起。

头2具有工具接合轮廓4，该工具接合轮廓4用于在拧紧或松开由螺钉1形成的螺钉连接的意义上致动头。在当前情况下，这是工具接合外部轮廓。但是，它也可以是工具接合内部轮廓。两种轮廓的组合也是可能的。在所示的示例中，工具接合轮廓的几何类型为六边形。但是，其它几何类型也是可能的。

柄3具有背离头2的自由端5。在柄3上布置有带有螺纹7的螺纹区段6。在当前情况下，它布置在自由端5的区域中。然而，它也可以替代地或附加地布置在柄3的另一位置上。在所示的示例中，螺纹7是公制ISO螺纹。但是，它也可以是英制螺纹。

螺钉1的头2和柄3被设计为材料上分离的部件。为此，头2具有带有轴向力传递组成部分9和扭矩传递组成部分10的径向内部耦合凹部8。柄3具有在径向外部布置在其外周上的相应的耦合组成部分11，所述耦合组成部分11具有轴向力传递反组成部分12和扭矩传递反组成部分13。耦合组成部分11接合在耦合凹部8中，以在头2和柄3之间建立连接。扭矩传递反组成部分13可因此包括形状配合结构措施，例如多边形、多齿形或多轮形。替代地，也可以通过与扭矩传递组成部分形成压配合来形成扭矩传递反组成部分，以便实现摩擦接合的扭矩传递。

轴向力传递组成部分9和轴向力传递反组成部分13形状配合地互锁并布置成防止头2相对于柄3在远离柄3的自由端5的方向上轴向平移运动。扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13被设计和布置成互锁，从而防止了头2相对于柄3在螺纹7的拧紧方向上的旋转运动。在这种情况下，这种互锁以形状配合的方式进行。但是，其它类型的扭矩传递——例如力传递或摩擦接合——也是可能的。

耦合凹部8是阶梯状的，并且具有带第一内径15的第一部分14和带第二内径17的第二部分16。第一内径15大于第二内径17，其中，第二部分16被布置成比第一部分14更靠近柄3的自由端5。以这种方式，所述第二部分16可以在轴向止挡件的意义上形成所述轴向传递组成部分9。然而，在图4所示的情况下，轴向传递组成部分9由与轴向力传递反组成部分12接触的阶梯区域形成，轴向力传递反组成部分12由位于耦合组成部分的第一区段14a和第二区段16a之间的中间区段形成。第一部分14接触耦合组成部分11的第一区段14a，第二部分16接触耦合组成部分11的第二区段16a。

耦合组成部分11形成对应于止挡件的轴向反止挡件，轴向反止挡件的外径大于柄3的外径并且大于耦合凹部8的第二内径17。

第一部分14形成扭矩传递组成部分10，但是扭矩传递组成部分10也可以附加地或替代地由第二部分16或另一部分形成。

在这种情况下，扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13属于几何类型多边形、特别是六边形。但是，其它几何类型也是可能的。

扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13被设计和布置成互锁，使得也防止了头2相对于柄3在螺纹7的松开方向上的旋转运动。在当前情况下，扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13分别在周向上对称地设计。因此，无论旋转方向如何，扭矩传递都以相同的方式进行。但是，也可以使扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13在周向上不对称。下面参考图25-29更详细地解释这一点。

在以下对新螺钉1的其它实施例的说明中，将不重复关于根据图1-4的螺钉1的第一示例性实施例所解释的所有内容，以避免不必要的重复。除非对实施例之间的各个不同之处进行参考，否则将全部参考这些说明。

图5示出了新螺钉1的第二示例性实施例的对应于图4的视图。此处，耦合凹部8和耦合组成部分11被不同地设计。扭矩传递组成部分10未布置在第一部分14中，而是布置在第二部分16中。扭矩传递因此发生在头2的指向柄3的自由端5的端部的部分中。

新螺钉1的第三示例性实施例在图6中示出。可以看出，头2也可以具有轴向更长的轴颈18。在这种情况下，大部分扭矩传递发生在头2的轴颈18的区域中。

图7和8示出了新螺钉1的另一示例性实施例的视图。在这种情况下，它是具有两个螺纹区段6的螺钉1。头2布置在这两个螺纹区段6之间。在其他方面，耦合组成部分11以与上述螺钉1的第一实施例相同的方式形成。

图9-14示出了柄3的耦合组成部分11的设计的各种示例。在图9中，扭矩传递反组成部分13被设计为六边形。在图10中，扭矩传递反组成部分13被设计为具有十二个功能表面的另一种设计。在图11中，扭矩传递反组成部分13被设计成十二边缘形。在图12中，扭矩传递反组成部分13被设计为十二齿形。在图13中，扭矩传递反组成部分13被设计为十二角星形。在图14中，扭矩传递反组成部分13设计为六轮形。

图15-20示出了新螺钉1的头2的不同实施例。在图15中，头2的耦合凹部8的扭矩传递组成部分10是六边形。在图16中，它是十二角星形。在图17中，它是十二齿形。在图18中，它是十二边缘形。图19示出了具有十二个功能表面的另一种设计。图20示出了六轮形。

在图21和22中示出了新螺钉1的示例性实施例，其中，扭矩传递不是通过形状配合而是通过力配合来实现。因此，与耦合凹部8相比，耦合组成部分11具有一定的加大尺寸，并且在实现负公差配合的意义上，耦合组成部分11被引入到耦合凹部8中。在所示的示例中，这种压配合既存在于第一部分14与第一区段14a之间，也存在于第二部分16与第二区段16a之间，使得扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13分别由参与这些或所述压配合的表面或形成相应的表面的表面形成。

图23和24示出了新螺钉1的另一示例性实施例。在这种情况下，螺钉1的工具接合轮廓4被设计为工具接合内部轮廓。

图25-29示出了新螺钉1以及头2和柄3的另一示例性实施例的各种视图。在这种情况下，扭矩传递组成部分10和扭矩传递反组成部分13分别在周向上非对称地形成。非对称性选择成，使得扭矩在螺纹7的拧紧方向上安全地传递，而由于扭矩传递组成部分10的斜坡，这种扭矩传递在螺纹7的松开方向上不传递。

图30A-30E示出了用于机械制造上述高强度螺钉1的示例性成形方法的简化表示。图30A示出了柄坯料19。在图30B中，借助于其耦合凹部8将头2拧到所述柄坯料19上。所述头2是先前在成形工具中由头坯料制成的。然而，头2也可以在随后的加工步骤中拧到柄坯料19或柄3上。在图30C中，柄坯料19借助于夹爪20被保持，并且借助于平移运动的冲头21在一部分中成形，使得成形出耦合组成部分11。这然后在图30D中示出。柄坯料19因此成为柄3。现在，图30E还示出了在头2和柄3被结合在一起之后通过头2在耦合组成部分的区域中的平移位移而发生的过程。

附图标记列表

1 螺钉

2 头

3 柄

4 工具接合轮廓

5 自由端

6 螺纹区段

7 螺纹

8 耦合凹部

9 轴向力传递组成部分/阶梯区域

10 扭矩传递组成部分

11 耦合组成部分

12 轴向力传递反组成部分/中间区段

13 扭矩传递反组成部分

14 第一部分

14a 第一区段

15 第一内径

16 第二部分

16a 第二区段

17 第二内径

18 轴颈

19 柄坯料

20 夹爪

21 冲头

Claims (16)

1.一种高强度螺钉(1)，其具有

头(2)，其带有工具接合轮廓(4)，

柄(3)，其带有远离头(2)的自由端(5)，

其中，带有螺纹(7)的螺纹区段(6)布置在所述柄(3)上，其中，所述螺纹(7)形成为公制ISO螺纹或英制螺纹，

其中，头(2)和柄(3)形成为材料上分离的部件，

其中，所述头(2)具有在径向内部布置的耦合凹部(8)，所述耦合凹部具有轴向力传递组成部分(9)和扭矩传递组成部分(10)，

其中，所述柄(3)具有在径向外部布置在其外周上的耦合组成部分(11)，所述耦合组成部分具有轴向力传递反组成部分(12)和扭矩传递反组成部分(13)，

其中，所述耦合组成部分(11)接合在所述耦合凹部(8)中，

其中，所述轴向力传递组成部分(9)和所述轴向力传递反组成部分(12)被设计和布置成能形状配合地互锁，使得所述头(2)相对于所述柄(3)在远离所述柄(3)的自由端(5)的方向上的轴向平移运动被阻止或会被阻止、特别是不可拆分，以及

其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)被设计和布置成能互锁，使得所述头(2)相对于所述柄(3)在螺纹(7)的拧紧方向上的旋转运动被阻止或会被阻止。

2.根据权利要求1所述的高强度螺钉(1)，其中，所述耦合凹部(8)是阶梯状的，并且具有拥有第一内径(15)的第一部分(14)和拥有第二内径(17)的第二部分(16)，所述第一内径(15)大于所述第二内径(17)，以及

其中，所述第二部分(16)比所述第一部分(14)更靠近柄(3)的自由端(5)。

3.根据权利要求2所述的高强度螺钉(1)，其中，所述第二部分(14)在轴向止挡件的意义上形成所述轴向力传递组成部分(9)。

4.根据权利要求3所述的高强度螺钉(1)，其中，所述耦合组成部分(11)形成对应于所述轴向止挡件的轴向反止挡件，所述轴向反止挡件的外径大于所述柄(1)的外径并且大于耦合凹部(8)的第二内径(17)。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述第一部分(14)形成所述扭矩传递组成部分(10)。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述第二部分(16)形成所述扭矩传递组成部分(10)。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)被设计和布置成能形状配合地互锁。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)属于几何类型多边形、多齿形、多轮形或星形。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)被设计和布置成能互锁，使得所述头(2)相对于所述柄(3)在螺纹(7)的松开旋转方向上的旋转运动也被阻止。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)分别在周向上对称地形成。

11.根据权利要求1至9中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)分别在周向上非对称地形成。

12.根据权利要求11所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)被形成并布置成使得所述头(2)相对于所述柄(3)在螺纹(7)的松开方向上的旋转运动不被阻止或不会被阻止。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述扭矩传递组成部分(10)和所述扭矩传递反组成部分(13)被形成为使得它们确定螺钉(1)的最大拧紧扭矩，并且如果超过最大拧紧扭矩，则不再阻止头(2)相对于柄(3)在螺纹(7)的拧紧方向上的旋转运动。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)，其中，所述柄(3)由高强度钢或纤维复合材料组成，所述头(2)由高强度钢或纤维复合材料组成。

15.一种用于从头坯料和柄坯料(19)机械生产高强度螺钉(1)、特别是根据前述权利要求中至少一项所述的高强度螺钉(1)的成形方法，其包括以下步骤：

-在成形工具中成形头坯料，使得制成的螺钉(1)的头(2)具有在径向内部布置的耦合凹部(8)，所述耦合凹部(8)具有轴向力传递组成部分(9)和扭矩传递组成部分(10)，

-借助于所述耦合凹部(8)将所述头(2)拧到柄坯料(19)上，

-在成形工具中成形柄坯料(19)的一部分，使得制成的柄(3)具有在径向外部布置在其外周上的耦合组成部分(11)，所述耦合组成部分具有轴向力传递反组成部分(12)和扭矩传递反组成部分(13)，和

-通过所述头(2)的平移移位来结合所述头(2)和所述柄(3)，使得耦合组成部分(11)接合在耦合凹部(8)中。

16.根据权利要求15所述的成形方法，其特征在于，所述成形方法还包括以下步骤：

-在将所述头(2)拧到柄坯料(19)上的步骤之前：在成形工具中成形头坯料，使得形成工具接合轮廓(4)，和/或

-在结合所述头(2)和所述柄(3)的步骤之后：将所述头(2)固定到所述柄(3)，以阻止所述头(2)相对于所述柄(3)在所述柄(3)的自由端(5)的方向上的轴向平移运动，和/或

-其中，成形都是冷成形，和/或

-其中，所述柄坯料(19)的一部分的成形借助于平移运动的冲头(21)进行，和/或

-其中，所述柄坯料(19)在成形期间由夹爪(20)保持。

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