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Abstract
Selbstfurchendes Fügeelement (10, 30, 60, 70) aufweisend ein Gewinde zur Verbindung mit wenigstens einem Bauteil, umfassend wenigstens ein Verstärkungselement (14, 34, 40, 62, 72) und ein gewindetragendes Hüllelement (12, 32, 46, 64a, 64b, 74a, 74b), wobei das Verstärkungselement (14, 34, 40, 62, 72) und das Hüllelement (12, 32, 46, 64a, 64b, 74a, 74b) aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllelement (12, 32, 46, 64a, 64b, 74a, 74b) einen Haltebereich (20) aus Keramik umfasst.A self-tapping joining element (10, 30, 60, 70) having a thread for connection to at least one component, comprising at least one reinforcing element (14, 34, 40, 62, 72) and a thread-carrying enveloping element (12, 32, 46, 64a, 64b , 74a, 74b), wherein the reinforcing element (14, 34, 40, 62, 72) and the sheath element (12, 32, 46, 64a, 64b, 74a, 74b) are formed from different materials, characterized in that the sheath element (12, 32, 46, 64a, 64b, 74a, 74b) comprises a holding region (20) made of ceramic.
Description
Die Erfindung betrifft ein selbstfurchendes Fügeelement zum Fügen von Bauteilen, insbesondere von faserverstärkten Kunststoffbauteilen oder Hybridwerkstoffen. The invention relates to a self-tapping joining element for joining components, in particular fiber-reinforced plastic components or hybrid materials.
Die
Die Schraube weist einen Kopfbereich, über welchen die Schraube antreibbar ist, sowie einen Halteabschnitt auf. Die Komposit-Schraube weist wenigstens in ihrem Rückhaltebereich eine Komposit-Hülle auf, wobei der Kern aus Metall ausgebildet sein kann. The screw has a head portion over which the screw is driven, and a holding portion. The composite screw has at least in its retention area a composite shell, wherein the core may be formed of metal.
Auf diese Weise können für eine mechanisch schwach belastbare Hülle durch einen metallverstärkten Kern verbesserte mechanische Eigenschaften bereitgestellt werden. In this way, improved mechanical properties can be provided for a mechanically weakly resilient shell by a metal-reinforced core.
Diese Schrauben haben den Nachteil, dass eine selbstfurchende Einbringung in harte Werkstoffe, wie insbesondere Hybridwerkstoffe schwer möglich ist. Hybridwerkstoffe sind in der Regel zusammengesetzte Werkstoffe, welche sowohl aus einer bettenden Polymermatrix und den darin gelagerten Fasern oder aber aus unterschiedlich zusammengesetzten Werkstoffen, bzw. Werkstoffschichten bestehen können. Hybridwerkstoffe umfassen mindestens eine faserverstärkte Kunststofflage und eine Metalllage, insbesondere eine Leichtmetalllage. These screws have the disadvantage that a self-tapping introduction into hard materials, such as in particular hybrid materials is difficult. Hybrid materials are usually composite materials, which may consist of both a bedding polymer matrix and the fibers stored therein or of differently composed materials, or material layers. Hybrid materials comprise at least one fiber-reinforced plastic layer and a metal layer, in particular a light metal layer.
Es ist die Aufgabe eine Hülle bereitzustellen, die eine galvanische Korrosion verhindert, aber eine Verschraubung insbesondere für faserverstärkte duro- und thermoplastische Kunststoffe bzw. andere Hybridwerkstoffe ermöglicht. It is the object to provide a shell that prevents galvanic corrosion, but allows a screw especially for fiber-reinforced duroplastic and thermoplastic materials or other hybrid materials.
In bekannter Weise umfasst ein selbstfurchendes Fügeelement, aufweisend ein Gewinde zur Verbindung mit wenigstens einem Bauteil, wenigstens ein Verstärkungselement und wenigstens ein gewindetragendes Hüllelement, wobei Verstärkungselement und Hüllelement aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. In a known manner, a self-tapping joining element, comprising a thread for connection to at least one component, comprises at least one reinforcing element and at least one thread-bearing enveloping element, reinforcing element and enveloping element being formed from different materials.
Erfindungsgemäß umfasst das Hüllelement einen Halteabschnitt aus Keramik. Durch die Keramikhülle wird eine ausreichende Härte für den Vorgang des Gewindefurchens auch in härteren Materialien zur Verfügung gestellt, ohne dass die Gefahr einer galvanischen Korrosion besteht. Die Nachteile der mangelnden Zugfestigkeit aufgrund der Sprödigkeit der Keramik, werden durch das eingesetzte Verstärkungselement ausgeglichen. According to the invention, the enveloping element comprises a holding section made of ceramic. By the ceramic shell sufficient hardness for the process of threading is made available even in harder materials, without the risk of galvanic corrosion. The disadvantages of the lack of tensile strength due to the brittleness of the ceramic, are compensated by the reinforcing element used.
Zur Übertragung der axialen Kräfte können die Hülle und das Verstärkungselement über einen, in axialer Richtung, wirkenden Formschluss verbunden sein, wobei sich das Verstärkungselement in axialer Richtung erstreckt. In order to transmit the axial forces, the sheath and the reinforcing element can be connected by means of a positive connection acting in the axial direction, the reinforcing element extending in the axial direction.
Eine Übertragung der während des Einschraubvorgangs entstehenden Kräfte, können insbesondere, wenn diese direkt auf das Verstärkungselement eingebracht werden, über in Drehrichtung wirkende Formschlussstrukturen gewährleistet werden. A transmission of the forces arising during the screwing process, in particular, if they are introduced directly onto the reinforcing element, can be ensured by means of positively locking structures acting in the direction of rotation.
Das Verstärkungselement kann massiv, als Hohlteil, als Fasermatte, in Form von Langfasern, Kurzfasern, Multifilamentfasern und / oder sogenannten Wisker gebildet sein. Durch die Ausbildung als Hohlteil oder Fasermatte kann gegenüber einer massiven Ausgestaltung Gewicht eingespart werden, zudem kann bei Hohlteilen mit durchbrochener Wandung oder bei Fasermatten ein verbessertes Ineinandergreifen der beiden unterschiedlichen Materialien von Hülle und Verstärkungselement gewährleistet werden. Das Verstärkungselement kann als Netz-Einlage, die in Form eines Hohlzylinders gestaltet ist, ausgebildet sein. Das Verstärkungselement kann aus Kohlefaser, Glasfaser oder anderen Verstärkungsfasern gebildet sein. The reinforcing element may be formed solid, as a hollow part, as a fiber mat, in the form of long fibers, short fibers, multifilament fibers and / or so-called Wisker. By training as a hollow part or fiber mat weight can be saved compared to a solid design, also can be ensured in hollow parts with openwork wall or fiber mats improved meshing of the two different materials of shell and reinforcing element. The reinforcing element may be formed as a mesh insert, which is designed in the form of a hollow cylinder. The reinforcing element may be formed of carbon fiber, glass fiber or other reinforcing fibers.
Insbesondere weist das Kernelement eine in Radialrichtung erheblich verbreiterte Schulter auf, die von der Keramik in Axialrichtung umschlossen wird. In particular, the core element has a considerably widened shoulder in the radial direction, which is enclosed by the ceramic in the axial direction.
In Drehrichtung wirkende Formschlussstrukturen können als Verzahnung oder periphere Profilierung ausgebildet, oder durch ein Mehrkantprofil gebildet sein. Form-fitting structures acting in the direction of rotation can be formed as toothing or peripheral profiling, or formed by a polygonal profile.
Bevorzugt ist die Schulter, die im Umfang wenigstens teilweise von dem keramischen Hüllelement umgriffen wird, in Form eines Mehrkantprofils ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass eine breite Angriffsfläche für die Übertragung des Drehmoments zur Verfügung steht. So kann ein „Ausbrechen“ des keramischen Hüllelements beim Einschraubvorgang effektiv verhindert werden. Preferably, the shoulder, which is encompassed in the circumference at least partially by the ceramic enveloping element, be formed in the form of a polygonal profile. This has the advantage that a broad attack surface for the transmission of torque is available. Thus, a "breaking out" of the ceramic Hüllelements can be effectively prevented during screwing.
Alternativ kann das Verstärkungselement derart ausgestaltet sein, dass dieses das Hüllelement in Axialrichtung durchsetzt und das Hüllelement zwischen zwei axial beabstandeten Schultern in Axialrichtung formschlüssig festlegt. Alternatively, the reinforcing element may be configured such that it penetrates the enveloping element in the axial direction and defines the enveloping element in a form-fitting manner between two axially spaced shoulders in the axial direction.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Verbindungselement eine lochbildende Spitze aufweisen. Die lochbildende Spitze kann bevorzugt aus Keramik gebildet sein und kann zur spanenden oder fließlochformenden Lochbildung ausgestaltet sein. Die lochbildende Spitze kann eine Ansatzspitze umfassen, wobei die Ansatzspitze durch das Verstärkungselement gebildet sein kann. According to a further preferred embodiment, the connecting element may have a hole-forming tip. The hole-forming tip may preferably be formed of ceramic and may be designed for cutting or flow-hole-forming hole formation. The hole-forming tip can include a nosepiece, wherein the nosepiece may be formed by the reinforcing member.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines vorgenannten selbstfurchenden Fügelements. In a further aspect, the invention relates to a method for producing an aforementioned self-lubricating pad.
Ein vorzugsweise aus Metall hergestelltes Verstärkungselement wird in eine gesinterte Keramik eingebettet. A preferably made of metal reinforcing element is embedded in a sintered ceramic.
Das Verstärkungselement kann in einer ersten Ausführungsform mit einem Grünling in einem Urformverfahren, insbesondere Spritzgussverfahren umgeben werden. Anschließend wird das zusammengefügte Element einem Sintervorgang unterzogen. The reinforcing element can be surrounded in a first embodiment with a green body in a primary molding process, in particular injection molding. Subsequently, the joined element is subjected to a sintering process.
Insbesondere für den Fall, dass die Verbindung von Verstärkungselement und Hüllelement einen gemeinsamen Sintervorgang nicht standhält, ist vorgesehen, das Hüllelement durch Schalenelemente zu bilden und diese aufweisend einen gewindetragenden Halteabschnitt zu sintern. Die Schalenelemente werden anschließend mit dem Verstärkungselement verbunden. In particular, in the event that the combination of reinforcing element and sheath element does not withstand a common sintering process, it is provided to form the sheath element by shell elements and to have these having a thread-carrying holding section. The shell elements are then connected to the reinforcing element.
Dies hat den Vorteil, dass das Verstärkungselement durch den Sintervorgang, bei welchem üblicherweise hohe Temperaturen auftreten, nicht beeinträchtigt wird. This has the advantage that the reinforcing element is not affected by the sintering process, in which usually high temperatures occur.
Die Verbindung der wenigstens zwei Hüllelemente erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig. Dies kann durch verkleben oder durch verlöten erfolgen. The connection of the at least two Hüllelemente preferably takes place cohesively. This can be done by gluing or by soldering.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments illustrated in the drawings.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet: In the description, the claims, and the drawing, the terms and associated reference numerals used in the list of reference numerals below are used. In the drawing:
Die Keramikhülle
Bevorzugt können diese Schrauben gemäß
Zudem ist dargestellt, dass auch eine Einschnürung und eine Aufweitung vorgesehen sind, die eine in axialer Richtung wirkende formschlüssige Rückhaltegeometrie
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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