DE2312942A1 - THREADED FASTENING ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING IT - Google Patents
THREADED FASTENING ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING ITInfo
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Description
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Verbindungselement mit Gewinde sowie Verfahren zu dessen HerstellungThreaded connecting element and process for its manufacture
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement mit Gewinde aus faserverstärktem starrem Kunststoff, insbesondere auf korrosionsfeste Muttern, Schrauben und Gevijadestifte.The invention relates to a threaded connecting element made of fiber-reinforced rigid plastic, in particular to corrosion-resistant nuts, screws and Gevijade pins.
Gemäß der Erfindung ist ein Verbindungselement mit Gewinde aus faserverstärktem starrem Kunststoffmaterial dadurch gekennzeichnet, daß es einen in dem Kunststoffmaterial eingeschlossenen Verstärkungsteil aus Metall von größerer Festigkeit als der des Kunststoffmaterials aufweist.According to the invention, a threaded connecting element made of fiber-reinforced rigid plastic material is characterized in that it has a reinforcing part made of metal, enclosed in the plastic material, of greater strength than that of the plastic material.
Venn das Verbindungselement ein Außengewinde aufweist (beispielsweise eine Schraube oder ein Gewindestift ist), so kann der Verstärkungsteil ein massiver Kern sein. Venn da· Verbindungselement ein Innengewinde aufweist (beispielsweise eine Mutter ist), so kann der Verstärkungsteil ein ringförmiges Glied, beispielsweise «in hehl·· RöhrchenIf the connecting element has an external thread (for example a screw or a set screw), so the reinforcement part can be a solid core. Venn Since the connecting element has an internal thread (for example is a nut), the reinforcement part can be a ring-shaped member, for example in a concave tube
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von zylindrischer Form oder eine Platte mit einem Loch sein.of cylindrical shape or a plate with a hole be.
Die Oberfläche des Verstärkung^seiles ist vorzugsweise unregelmäßig oder ist rauh, so daß der Eingriff des Kunststoffmaterials mit dem Innenteil und somit die Widerstandsfähigkeit gegen Relativbewegung des Kunststoffmaterials in bezug auf den Verstärkungsteil gefördert wird. Der Begriff "unregelmäßig11 bezeichnet u.a. die Fläche eines massiven Kernes aus Stahl von hoher Zugfestigkeit von nicht-kreisförmigem, vorzugsweise quadratischem Querschnitt, dessen eines Ende in bezug auf das andere Ende verdreht oder verwunden ist. Diese Maßnahme hat von Natur aus den Vorteil einer Verfestigung oder Verforraungshärtung des Kernes, durch die dessen Festigkeit erhöht vird.The surface of the reinforcement rope is preferably irregular or rough, so that the engagement of the plastic material with the inner part and thus the resistance to relative movement of the plastic material with respect to the reinforcement part is promoted. The term "irregular 11 denotes, inter alia, the surface of a solid core made of steel of high tensile strength of non-circular, preferably square cross-section, one end of which is twisted or twisted in relation to the other end. This measure naturally has the advantage of strengthening or deformation hardening of the core, which increases its strength.
Bei einem Schraubenbolzen oder einem Gewindestift mit einem massiven Verstärkungskern ist dieser vorzugsweise zylindrisch und mit einem Außengewinde versehen.In the case of a screw bolt or a threaded pin with a solid reinforcing core, this is preferred cylindrical and provided with an external thread.
Bei einer Kopfschraube kann der Metallverstärkungsteil in den Kopf hineinragen und innerhalb dieses Kopfes einen verbreiterten Teil aufweisen.In the case of a cap screw, the metal reinforcement part protrude into the head and have a widened part within this head.
Dieser Kopfverstärkungateil weist vorzugsweise eine An- sahl Ton axial verlaufenden Nuten auf, die eine Keilverbindung This head reinforcement part preferably has a number of axially extending grooves which have a spline connection
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mit dem Kunststoffmaterial herstellen, so daß die Neigung einer Relativdrehung des Schraubenkopfes um seinen Verstärkungeteil vermindert wird, wenn das Verbindungselement in Gebrauch genommen und auf seinen Kopf ein Drehmoment ausgeübt wird, um es in einen zugeordneten Maschinenteil oder in einer Gewindebohrung anzuziehen.with the plastic material so that the inclination of a relative rotation of the screw head around his Reinforcement part is reduced when the connecting element is taken into use and a torque is exerted on its head in order to tighten it in an associated machine part or in a threaded hole.
Vorzugsweise ist der Grund jeder Nut in bezug auf deren offene Seite in Richtung des genannten Anziehens derart verschoben, daß das den Kopfverstärkungsteil umgebende Kunststoff material beim Drehen des Kopfes des Verbindungselementes in der Anzugrichtung das Bestreben hat, in die Nuten hineingetrieben zu werden. Die Nuten können von V-förmigem Querschnitt sein.Preferably, the G r and each groove is displaced with respect to their open side in the direction of said tightening such that the plastic material surrounding the head reinforcement part tends to be driven into the grooves when the head of the connecting element is rotated in the tightening direction. The grooves can be of V-shaped cross-section.
Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Maschinenelementes mit Schraubengewinde und mit einem Metallverstärkungsteil, das darin besteht, daß ein Formhohlraum einer Spritzpreß- oder Spritzgießmaechin· derart gebildet wird, daß er die Umkehrung der Gestalt des gewünschten Schraubengewlgleelementes ist, der Metallverstärkungsteil hergestellt und in dem Formhohlraum gelagert wird, der Metallteil durch Umspritzen des faserverstärkten Kunst-Stoffmaterials umkleidet wird, das nun zum Teil fertig· V*r -bindung·element au· d«r Maschin· entnommen wird und daa Looh oder di· Löoher verschlossen werden, dl· von der AuflagerungThe invention also provides a method for producing a machine element with screw thread and with a metal reinforcement member, which consists in that a The mold cavity of a transfer molding or injection molding machine is formed in such a way that it is the reverse of the shape of the desired screw thread element, the metal reinforcement part is produced and stored in the mold cavity, the metal part is encased by overmolding the fiber-reinforced synthetic material, which is now partially finished and removed from the machine, and then Looh or di · Löoher are closed, dl · by the support
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des Metallteiles herrühren. Anstatt dessen kann die Form derart ausgebildet werden, daß ein Verbindungselement mit gewindeloser Bohrung hergestellt wird und das Gewinde dann mittels eines geeigneten Gewindeschneidwerkzeuges geschnitten wird.of the metal part. Instead, the shape can be designed in such a way that a connecting element with unthreaded bore is produced and the thread is then cut using a suitable thread cutting tool will.
Das Kunststoffraaterial kann ein beispielsweise glas- oder kohlefaserverstärktes Polyamid sein.The plastic material can be, for example, a glass or carbon fiber reinforced polyamide.
In der Zeichnung sind einige Ausfürhungsformen der Erfin dung beispielsweise dargestellt.In the drawing are some embodiments of the inventor example shown.
Fig. 1 ist ein« teilweise längsgeschnittene Ansicht eines Gewindestiftee mit einem Kern aus hoch-zugfestem Stahl)Fig. 1 is a «partially longitudinally sectioned view of a threaded pin with a core of high tensile strength Stole)
Fig. 2 ist eine teilweise längsgeschnittene Darstellung einer Mutter mit einem Verstärkungsrohr aus hochzugfestem Stahl)Fig. 2 is a partially longitudinal sectional view of a nut with a reinforcing tube made of high tensile strength Stole)
Fig. 3 ist eine teilweise'längsgeschnittene Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Mutter mit einer Platte aus hoch-zugestem Stahl)Fig. 3 is a partial longitudinal sectional view of a another embodiment of a nut with a plate made of high-quality steel)
Fig. k ist eine Draufsicht auf die Mutter gemäß Fig. 3lFIG. K is a top view of the nut according to FIG. 3l
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Fig. 5 ist eine teilweise längsgeschnittene Darstellung einer Kopfschraube mit einem Kern aus hoch-zugfest em Stahl} undFig. 5 is a partially longitudinal section a head screw with a core made of high tensile strength steel} and
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Kopf der Kopfschraube gemäß Fig. 3.FIG. 6 is a top plan view of the head of the cap screw of FIG. 3.
Fig. 1 zeigt einen Gewindestift 10 mit einem Kern 11 aua hoch-zugfestem Stahl mit Außengewinde. Der Kern ist von einer glasfaserveiatärkten Polyamidhülse 12 umgeben, die an ihrer zylindrischen Außenfläche ein Außengewinde trägt} das Außengewinde der Kunststoffhülse hat eine gröbere Steigung als das Gewinde des Kernes, jedoch sind beide Gewinde gleichsinnig, d.h. entweder beide rechtsgängig oder beide linksgängig·Fig. 1 shows a threaded pin 10 with a core 11 aua high tensile steel with external thread. The core is of one Glasfaserveiatypen surrounded by polyamide sleeve 12 on her cylindrical outer surface has an external thread} the external thread of the plastic sleeve has a coarser pitch than the thread of the core, but both threads are in the same direction, i.e. either both right-hand or both left-hand
Die Kernabmessungen sind für einen bestimmten Anwendungs— fall geeignet ausgewählt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Gewindestift mit einem 3/8*Vhltworthgewinde mit 12 Gängen je Zoll. Der Kern hat einen Außendurchmesser von 3/16".The core dimensions are for a specific application— case appropriately selected. The embodiment shown in FIG. 1 is a threaded pin with a 3/8 * Vhlworth thread with 12 turns per inch. The core has an outside diameter of 3/16 ".
Normalerweise hat ein 3/8N-Vhitworthgewinde an einem Metallelement 16 Gänge je Zoll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Herstellung des Elemente aus glasfaserverstärkten Polyamid gemäß der Erfindung die Schraubengänge des Gewindestiftes eine größere Belastung ohne Bruch aufzunehmen vermögen, wenn die Anzahl der Gänge je Zoll von 16 vermindert wird.Typically a 3/8 N -Vhitworth thread on a metal element has 16 turns per inch. However, it has been shown that when the element is made of glass fiber reinforced polyamide according to the invention, the screw threads of the threaded pin are able to absorb a greater load without breaking if the number of threads per inch is reduced from 16.
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Gute Ergebnisse wurden im Bereich von 11 bis 13 Gängen je Zoll, und das Optimum bei etwa 12 Gangen je Zoll erzielt.Good results have been in the range of 11 to 13 gears per inch, and the optimum is achieved at about 12 turns per inch.
Das Schraubengewinde des Kernes 11 bildet eine unregelmäßige Fläche für den Eingriff mit der Polyamidhülse. Dieser Eingriff widersetzt sich jeder Relativbewegung der Hülse in der Längs- oder in der Querrichtung.The screw thread of the core 11 forms an irregular surface for engagement with the polyamide sleeve. This engagement opposes any relative movement of the sleeve in the longitudinal or in the transverse direction.
Der Kern kann anstatt eines kreisförmigen einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, und die unregelmäßige Fläche kann durch Verwinden oder Verdrehen der Enden des Kernes gegeneinander gebildet werden. Auf diese Weise ändert sich die wirksame Breite eines solchen Kernes entlang seiner Länge. Der Vorteil dieses Verfahrens der Herstellung eines Kernes mit einer unregelmäßigen Oberfläche besteht darin, daß durch das Verwinden des Stahlkernes der Stahl verfestigt bzw. verformungsgehärtet wird und daher an Festigkeit gewinnt.The core can have a square or rectangular cross-section instead of a circular one, and the irregular surface can be formed by twisting or twisting the ends of the core are formed against each other. In this way the effective width of such a core changes along its length. The advantage of this process is that of making a core with an irregular surface in that the steel is solidified or deformation hardened by twisting the steel core and therefore gains in strength.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Unregelmäßigkeit der Oberfläche auf einer Oberflächenrauheit des Verstärkungsteiles, beispielsweise Wellungen, Warzen, Dellen, VoräprUngen, Rändelungen beruhen.In other embodiments, the irregularity of the surface on a surface roughness of the reinforcement part, for example corrugations, warts, dents, Projections, knurls are based.
Bin Verfahren zur Herstellung eines Gewindestiftes besteht darin, daß der Kern in der M^tte de· FormhohlraumesA method for producing a threaded pin consists in placing the core in the center of the mold cavity
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einer Spritzgieß- oder Spritzpreßmaschine zwischen Körnern aufgelagert wird} in dem Hohlraum wird zur Bildung der Hülse des GewindestiTtes eine Menge an glasfaserverstärktem Polyamid eingespritzt, und der Gewindestift wird dann aus dem Fornthohlrauin entnommen. Der Hohlraum der 'Spritzmaschine ist derart ausgebildet, daß er das geforderte Außengewinde des Gewindestifteis erzeugt} die Löcher 13 (Fig. 1), die von den Körnern oder Auflagern für den Kern an dessen Enden gebildet werden, werden dann durch Ultraschallschweißung hermetisch verschlossen. Vorzugsweise ist das Schweißwerkzeug derart geformt, daß es der Anordnung ein balliges Ende gibt (Fig. 5)» das den einleitenden Eingriff des Gewindestiftes mit einer Mutter oder einer Gewindebohrung erleichtert.an injection molding or transfer molding machine is placed between grains} in the cavity is formed A quantity of fiberglass-reinforced polyamide is injected into the sleeve of the threaded pin, and the threaded pin is then taken from the Fornthohlrauin. The cavity of the The injection molding machine is designed in such a way that it produces the required external thread of the threaded pin} the holes 13 (Fig. 1), from the grains or supports for the Core at the ends of which are formed are then hermetically sealed by ultrasonic welding. Preferably, the welding tool is shaped such that it is the Arrangement gives a convex end (Fig. 5) »that the initial engagement of the threaded pin with a nut or a threaded hole.
Statt dessen können die Löcher mit geeigneten Poly— amidpfropfen ausgefüllt werden, die beispielsweise durch Ultraschallschweißung in ihrer Stellung festgeschweißt werden.Instead, the holes can be made with suitable poly- amide plugs are filled, which are welded in place, for example by ultrasonic welding will.
Die in Fig. 2 gezeigte, zur Verwendung im Verein mit dem Gewindestift gemäß Fig. 1 bestimmte Mutter Ik weist ein zylindrisches Verstärkungsrohr 15 aus hochzugfestem Stahl auf, das von faserverstärktem Kunstetoffmaterial umgeben ist. Das Rohr 15' kann eine unglatte Innenfläche aufweisen, jedoch haben Versuche gezeigt, * The nut Ik shown in FIG. 2, intended for use in conjunction with the threaded pin according to FIG. 1, has a cylindrical reinforcing tube 15 made of high-tensile steel, which is surrounded by fiber-reinforced plastic material. The tube 15 'may have an uneven inner surface, but tests have shown *
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daß dies bei der oben beschriebenen besonderen Gewindeausbildung nicht wesentlich ist.that this is not essential in the particular thread formation described above.
Zur Bildung der Mutter lh wird das Rohr 15 mittels einer Tragstange mit einem Endabschnitt von vermindertem Durchmesser innerhalb des Formhohlraumes einer Spritzgießbzv. Spritzpreßinaschine aufgelagert. Der Endabacluiitt der Stange hat einen Durchmesser, der annähernd gleich dem In-To form the nut lh , the tube 15 is by means of a support rod with an end portion of reduced diameter within the mold cavity of an injection molding. Transfer molding machine supported. The end section of the rod has a diameter approximately equal to the inside
ist nendurchmesser des Rohres 15 ist und seine Länge'etwa der halben Länge des Rohres gleich. In den Hohlraum wird zur Bildung des äußeren Teiles der Mutter glasfaserverstärktes Polyamid eingespritzt, und die Mutter wird dann herausgenommen, und in das Rohr 15 wird dann ein getrennt geformter faserverstärkter rohrf öriniger Einsatz mit einem Flansch am einen Ende eingepreßt, und das Material des Einsatzes wird mit dem Polyamid des Hauptteiles der Mutter ultraschallwerschweißt. Das Gewinde der Mutter wird dann mittels eines Gewindeschneidwerkzeugs geschnitten.is the diameter of the pipe 15 and its length is about half the length of the pipe. Glass fiber reinforced is used in the cavity to form the outer part of the nut Polyamide is injected and the nut is then taken out and a pipe 15 is then cut off molded fiber reinforced tubular insert with a Flange pressed in at one end, and the material of the insert is ultrasonically welded to the polyamide of the main part of the nut. The thread of the nut is then cut using a thread cutting tool.
Fig. 3 und k zeigen eine Mutter eines Typs zur Verwendung im Verein mit einem U-Profil oder einer Längsnut, in die die Mutter undrehbar, aber verschiebbar eingesetzt werden kann, so daß sie entlang der Nut in die gewünschte Stellung verschoben werden kann.3 and k show a nut of a type for use in conjunction with a U-profile or a longitudinal groove in which the nut can be inserted non-rotatably but slidably so that it can be slid along the groove into the desired position.
Die aus glasfaserverstärktem Polyamid geformte rechteckig· Mutter 16 ist mit einer rechteokigen Verstärkungs-The rectangular shaped from glass fiber reinforced polyamide Nut 16 has a right-angled reinforcement
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platte 17 aus hochzupfestern Stahl versehen.Plate 17 made of high-strength steel.
Die Mutter Io wird geformt, indem die Platte im Spritzpreß- bzw. Spritzgießverfahren mit Polyamid umgeben wird. Um zu verhindern, daß sich die Platte beim Formen der Mutter verschiebt, ist in der Platte eine sechseckige oder (siehe Figur) achteckige Aussparung 18 vorgesehen, und das Auflager für die Platte in dem Formhohlraum ist entsprechend ausgebildet.The nut Io is formed by inserting the plate in the transfer molding or injection molding process is surrounded with polyamide. To prevent the plate from moving when the nut is formed moves, a hexagonal or (see figure) octagonal recess 18 is provided in the plate, and the support for the plate in the mold cavity is designed accordingly.
Wie bei der Mutter gemäß Fig. 2 verhindert die Lagerung ein vollständiges Formen der Mutter, und auch hier wird ein rohrförmiger, faserverstärkter Einsatz durch Ultraschallschweißung in eingesetzter Stellung angeschweißt. Das Gewinde der Mutter wird dann mit einem geeigneten Schneidwerkzeug geschnitten.As in the case of the nut according to FIG. 2, the storage prevents the nut from being completely formed, and here too a tubular, fiber-reinforced insert through ultrasonic welding welded on in the inserted position. The thread of the nut is then with a suitable Cutting tool cut.
Fig. 5 und 6 zeigen eine Sechskant Schraube 19 aus5 and 6 show a hexagon screw 19 from
glasfaserverstärktem Polyamid mit einem Gewindeschaft 20 und einem Kopf 21. Der Schaft ist durch einen Gewindekern 22 aus hoch-zugfestern Stahl in ähnlicher Veise wie der Gewindestift 10 verstärkt. Zur Verstärkung des Kopfes 21 ist der Kern 22 mit einem Kopf 23 von größerem Durchmesser ■it sechs axial gerichteten, im Querschnitt V-förmigen Sinkerbungen Zk versehen, die um seine zylindrische Mantelfläch· in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Glass fiber reinforced polyamide with a threaded shaft 20 and a head 21. The shaft is reinforced by a threaded core 22 made of high tensile strength steel in a manner similar to that of the threaded pin 10. To reinforce the head 21 , the core 22 is provided with a head 23 of larger diameter with six axially directed, V-shaped indentations Zk , which are arranged at regular intervals around its cylindrical outer surface.
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Die Schraube 19 hat ein rechtsgängiges Gewinde, und in diesem Falle sind die Einkerbungen im Winkel derart ausgerichtet, daß der Grund der Einkerbungen im Uhrzeigersinn, d.h. in dem Richtungssinn, in dem das Drehmoment zum Anziehen der Schraube auf den Kopf ausgeübt würde, verschoben iet. Die Einkerbungen 2k verankern das Polyamid und tragen zur Vermeidung jeglicher Verdrehung des Polyamids um den Kopf 23 des Kernes bei.The screw 19 has a right-hand thread, and in this case the notches are angularly oriented so that the bottom of the notches is shifted clockwise, that is, in the direction in which the torque to tighten the screw would be exerted on the head. The notches 2k anchor the polyamide and help prevent any twisting of the polyamide about the head 23 of the core.
Die Einkerbungen 2k sind derart angeordnet % daß die Mündung oder offene Seite jeder Einkerbung etva dem Mittelpunkt einer Schlüsselfläche des Sechskantkopfes 21 zugewendet ist. Auf diese Weise kann das Polyamid an seinen dünnsten Teilen verkeilt oder verankert werden.The notches 2k are arranged such that the mouth or% open side is turned towards each notch etva the center of a key face of the hexagonal head 21st In this way, the polyamide can be wedged or anchored at its thinnest parts.
Die Kopfschraube 19 wird gebildet, indem der Stahlkern in einem Formhohlraum aufgelagert und im Spritzgieß- bzw. Spritzpreßverfahren mit glasfaserverstärktem Polyamid umgeben wird. Der Kern kann zwischen Körnern (Zentrierspitzen) am Kopf und an den Schaftenden gelagert werden. Die von den Körnern zurückgelassenen Öffnungen werden in ähnlicher Weise wie bei dem Gewindestift 10 durch Ultraschallschweißung verschlossen. Anstatt dessen kann der Kernkopf 23 eine (nicht dargestellte) geeignet ausgebildete Aussparung aufweisen und zur einwandfreien Ausrichtung der Einkerbungen in bezug auf den Formhohlraum auf einer entsprechend aus«The head screw 19 is formed by the steel core stored in a mold cavity and in the injection molding or Transfer molding process is surrounded with glass fiber reinforced polyamide. The core can be between grains (centering points) be stored on the head and on the shaft ends. The openings left by the grains are made in a manner similar to that of the threaded pin 10 by ultrasonic welding locked. Instead, the core head 23 can have a (not shown) suitably designed recess and for the correct alignment of the notches in relation to the mold cavity on a correspondingly
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gebildeten Stütze aufgelagert werden. Die dabei entstehende Öffnung in der geformten Sechskantschraube kann, je nach Größe der Aus sparung, unter oder ο line Einsetzen eines geeigneten Polyamidstopfens durch Ultraschallschweißung verschlossen werden.formed support are supported. The resulting opening in the shaped hexagon screw can, Depending on the size of the recess, insert under or ο line a suitable polyamide stopper can be closed by ultrasonic welding.
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