WO2009109397A1 - Werkzeug aus einem glasfaserverstärkten polyamid - Google Patents

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WO2009109397A1 PCT/EP2009/001621 EP2009001621W WO2009109397A1 WO 2009109397 A1 WO2009109397 A1 WO 2009109397A1 EP 2009001621 W EP2009001621 W EP 2009001621W WO 2009109397 A1 WO2009109397 A1 WO 2009109397A1
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Dieter Baumann
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Richard Abr. Herder Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a tool which consists essentially of a glass fiber reinforced, partially crystalline polyamide.
  • tools such as hammers, screwdriving tools such as ring spanners, open end wrenches or wrench spanners, and precision tools such as torque wrenches have heretofore been made essentially of metal alloys, particularly tool steels.
  • Such tools are characterized by a high dimensional stability and high strength.
  • a disadvantage of these tools is the susceptibility to corrosion, the relatively high weight and the high market price due to high commodity price for tool steels.
  • a tool which essentially consists of an injection-moldable, glass-fiber-reinforced, partially crystalline polyamide.
  • glass fiber reinforced, partially crystalline polyamides have a high strength and high dimensional stability, making them suitable for the production of tools.
  • the tools according to the invention are manufactured, in particular, from an injection-moldable, glass-fiber-reinforced, partially crystalline polyamide which has a partial aromatic content.
  • the glass fiber content in the injection-moldable, glass-fiber-reinforced, partially crystalline polyamide according to the invention is between 40% by weight and 80% by weight, preferably about 70% by weight.
  • the polyamides used for the production of the tools according to the invention exhibit, in the dry state, a tensile modulus of elasticity at 1 mm / min of at least 27000 MPa, preferably of at least 29000 MPa.
  • the breaking stress of the polyamides used for the production of tools according to the invention is about 310 MPa in the dry state at 5 mm / min, the elongation at break in the dry state at 5 mm / min about 1, 7%.
  • the polyamides used to prepare the tools according to the invention also show an impact strength according to Charpy at 23 ° C in the dry state of at least 65 kJ / m 2 , and a Charpy impact strength at 23 ° C in the dry Condition of at least 16 kJ / m 2 .
  • the tools according to the invention are characterized by high strength and high dimensional stability.
  • the density of the polyamides used to produce the tools according to the invention is about 1.85 g / cm 3 in the dry state.
  • the polyamides used for the production of tools according to the invention show a water absorption according to ISO 62 at 23 ° C of not more than 2.9%, and a moisture absorption ISO 62 at 23 ° C and a relative humidity of 50% of a maximum of 1%.
  • the maximum volatile fraction of the polyamides MVR used according to the invention for producing the tools according to ISO 11133 in the dry state with a sample weight of 21, 6 kg and a temperature of 275 ° C is 40 to 80 cm 3 at an exposure time of 10 min.
  • the melting point of the polyamides used for producing the tools according to the invention is 255 ° C.
  • the dimensional stability HDT / A according to ISO 75 at 1.8 MPa is 249 ° C
  • the dimensional stability HDT / C according to ISO 75 at 8 MPa is 219 ° C.
  • the tools according to the invention can be both manual and machine tools, with hand tools being preferred, since the low specific weight of the tools has a positive effect on hand tools in particular.
  • the tools according to the invention are screwing tools such as ring spanners, open-end wrenches, wrench spanners or ratchets.
  • a particularly preferred embodiment of a tool according to the invention is a torque wrench.
  • the following exemplary embodiment shows a torque wrench essentially made of an injection-moldable, glass-fiber-reinforced, partially crystalline polyamide with partial aromatic fractions.
  • Fig. 1 shows a plan view of an inventively designed torque wrench
  • Fig. 2 shows a side view of a torque wrench according to the invention.
  • the torque wrench 1 has a lever tube 2, which is made entirely from an injection-moldable, glass fiber reinforced, semi-crystalline polyamide.
  • the lever tube 2 is tapered at one end, whereby a handle 3 is formed. In the region of the handle grip elements 8 may be arranged.
  • the lever tube 2 receives the torque mechanism of the torque wrench 1.
  • an adjustment 4 for adjusting the torque to be transmitted by the torque wrench is arranged.
  • the respectively set torque value can be read off on a display 5 embedded in the lever tube 2.
  • the display 5 may be formed in the form of a viewing window, through which a number role or otherwise formed suitable display readable.
  • a tool holder 7 is arranged, which can receive a screwing tool.
  • a suitable tool holder is in this case for example, an external square which is typically formed as VA "or ⁇ A" square for receiving screwdrivers.
  • the tool holder 7 may have a spring element 9 for securing the male screwing tool.
  • the lever tube 2 transmits the initiated by the user on the handle 2 force on the tool holder 7.
  • the handle elements 8 may be formed in the form of elastic plastic pads. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere ein Schraubwerkzeug wie einen Ringschlüssel, einen Gabelschlüssel, einen Gabelringschlüssel, eine Ratsche oder einen Drehmomentschlüssel, welcher im Wesentlichen aus einem glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid besteht und sich durch hohe Formbeständigkeit und Festigkeit auszeichnet.

Description

Werkzeug aus einem glasfaserverstärkten Polyamid
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, welches im Wesentlichen aus einem glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid besteht.
Typischerweise werden Werkzeuge, wie beispielsweise Hämmer, Schraubwerkzeuge wie Ringschlüssel, Gabelschlüssel oder Gabelringschlüssel und Präzisionswerkzeuge wie beispielsweise Drehmomentschlüssel bisher im Wesentlichen aus Metalllegierungen, insbesondere Werkzeugstählen gefertigt. Solche Werkzeuge zeichnen sich durch eine hohe Maßhaltigkeit sowie hohe Festigkeit aus.
Nachteilig ist bei diesen Werkzeugen jedoch die Anfälligkeit gegenüber Korrosion, das relativ hohe Gewicht sowie der durch große Marktnachfrage bedingte hohe Rohstoffpreis für Werkzeugstähle.
Zwar ist es bekannt, Werkzeuge zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit aus korrosionsbeständigen SpezialStählen zu fertigen, jedoch sind diese korrosionsbeständigen Stahllegierungen zum einen sehr hochpreisig, zum anderen weisen diese Legierungen vielfach für die Anwendung im Bereich der Werkzeugherstellung nicht hinreichende mechanische Eigenschaften auf. Des Weiteren ist es bekannt, Werkzeuge aus Werkzeugstahl zum Schutz vor Korrosion oberflächentechnisch zu behandeln, beispielsweise durch galvanische Vernickelung, Verchromung oder Brünierung. Eine weitere bekannte Alternative ist die Lackierung der Werkzeuge.
Hierdurch werden jedoch nicht die genannten Nachteile hinsichtlich des hohen Rohstoffpreises sowie des relativ hohen spezifischen Gewichtes überwunden.
Dies berücksichtigen ist es die A u f g a b e der vorliegenden Erfindung, Werkzeuge anzugeben, welche die oben genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden vermögen.
G e l ö s t wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug, welches im Wesentlichen aus einem spritzgussfähigen, glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid besteht.
Es wurde festgestellt, dass glasfaserverstärkte, teilkristalline Polyamide eine hohe Festigkeit und hohe Maßhaltigkeit aufweisen, wodurch sich diese zur Fertigung von Werkzeugen eignen.
Die erfindungsgemäßen Werkzeuge werden insbesondere aus einem spritzgussfähigen, glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid gefertigt, welches einen partiellen aromatischen Anteil aufweist. Der Glasfaseranteil in dem spritzgussfähigen, glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid beträgt erfindungsgemäß zwischen 40 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt ca. 70 Gew.-%.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge genutzten Polyamide zeigen im trockenen Zustand einen Zug-E-Modul bei 1 mm/min von wenigstens 27000 MPa, bevorzugt von wenigstens 29000 MPa. Die Bruchspannung der zur Fertigung der erfindungsgemäßen Werkzeuge eingesetzten Polyamide beträgt im trockenen Zustand bei 5 mm/min ca. 310 MPa, die Bruchdehnung im trockenen Zustand bei 5 mm/min ca. 1 ,7 %.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge eingesetzten Polyamide zeigen darüber hinaus eine Schlagzähigkeit nach Charpy bei 23° C im trockenen Zustand von wenigstens 65 kJ/m2, sowie eine Kerbschlagzähigkeit nach Charpy bei 23° C im trockenen Zustand von wenigstens 16 kJ/m2.
Hierdurch zeichnen sich die erfindungsgemäßen Werkzeuge durch eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Maßhaltigkeit aus.
Die Dichte der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge eingesetzten Polyamide beträgt ca. 1 ,85 g/cm3 im trockenen Zustand.
Hierdurch wird gewährleistet, dass die erfindungsgemäßen Werkzeuge gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten, aus Werkzeugstahl gefertigten Werkzeugen ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen, bei gleichzeitiger hoher Festigkeit und Maßhaltigkeit.
Um eine hinreichende Festigkeit und Maßhaltigkeit auch unter extremen Einsatzbedingungen gewährleisten zu können, zeigen die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge eingesetzten Polyamide eine Wasseraufnahme nach ISO 62 bei 23° C von maximal 2,9 %, sowie eine Feuchtigkeitsaufnahme nach ISO 62 bei 23° C und einer relativen Feuchtigkeit von 50 % von maximal 1 %. Der maximal flüchtige Anteil der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge eingesetzten Polyamide MVR nach ISO 11133 im trockenen Zustand bei einem Probengewicht von 21 ,6 kg und einer Temperatur von 275° C beträgt 40 bis 80 cm3 bei einer Expositionszeit von 10 min.
Der Schmelzpunkt der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Werkzeuge eingesetzten Polyamide beträgt 255° C. Die Formbeständigkeit HDT/A nach ISO 75 bei 1,8 MPa beträgt 249° C, die Formbeständigkeit HDT/C nach ISO 75 bei 8 MPa beträgt 219° C.
Die erfindungsgemäßen Werkzeuge können sowohl Hand- als auch Maschinenwerkzeuge sein, wobei Handwerkzeuge bevorzugt sind, da sich bei Handwerkzeugen insbesondere das geringe spezifische Gewicht der Werkzeuge positiv auswirkt.
Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Werkzeuge Schraubwerkzeuge wie Ringschlüssel, Gabelschlüssel, Gabelringschlüssel oder Ratschen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Werkzeuges ist ein Drehmomentschlüssel. Das nachfolgende Ausführungsbeispiel zeigt als Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeuges einen im Wesentlichen aus einem spritzgussfähigen, glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid mit partiellen aromatischen Anteilen gefertigten Drehmomentschlüssel.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drehmomentschlüssels;
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Drehmomentschlüssels.
Der Drehmomentschlüssel 1 weist ein Hebelrohr 2 auf, welches vollständig aus einem spritzgussfähigen, glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid gefertigt ist. Das Hebelrohr 2 ist an einem Ende verjüngt, wodurch eine Handhabe 3 ausgebildet wird. Im Bereich der Handhabe können Griffelemente 8 angeordnet sein. Das Hebelrohr 2 nimmt die Drehmomentmechanik des Drehmomentschlüssels 1 auf. Am Fußende des Drehmomentschlüssels 1 ist ein Einstellelement 4 zur Einstellung des durch den Drehmomentschlüssel zu übertragenden Drehmomentes angeordnet. Der jeweils eingestellte Drehmomentwert lässt sich an einer in das Hebelrohr 2 eingelassenen Anzeige 5 ablesen. Dabei kann die Anzeige 5 in Form eines Sichtfensters ausgebildet sein, durch welches eine Ziffernrolle oder eine anderweitig ausgebildete geeignete Anzeige ablesbar.
Am Kopfende 6 des Drehmomentschlüssels 1 ist eine Werkzeugaufnahme 7 angeordnet, welche ein Schraubwerkzeug aufnehmen kann. Eine geeignete Werkzeugaufnahme ist hierbei beispielsweise ein Außenvierkant, welcher typischerweise als VA " oder ΛA " Außenvierkant zur Aufnahme von Schraubwerkzeugen ausgebildet ist. Die Werkzeugaufnahme 7 kann ein Federelement 9 zur Sicherung des aufzunehmenden Schraubwerkzeuges aufweisen.
Das Hebelrohr 2 überträgt die durch den Benutzer auf die Handhabe 2 eingeleitete Kraft auf die Werkzeugaufnahme 7. Zur einfacheren Handhabe können die Griffelemente 8 in Form von elastischen Kunststoffpolstern ausgebildet sein. Bezugszeichenliste:
1 Drehmomentschlüssel
2 Hebelrohr
3 Handhabe
4 Einstellelement
5 Anzeige
6 Kopfende
7 Werkzeugaufnahme
8 Griffelement
9 Federelement

Claims

Patentansprüche:
1. Werkzeug, im Wesentlichen bestehend aus einem spritzgussfähigen, glasfaserverstärkten, teilkristallinen Polyamid.
2. Werkzeug gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das spritzgussfähige, glasfaserverstärkte, teilkristalline Polyamid einen partiellen aromatischen Anteil aufweist.
3. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das spritzgussfähige, glasfaserverstärkte, teilkristalline Polyamid einen Glasfaseranteil von 40 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt von ca. 70 Gew.-% aufweist.
4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das spritzgussfähige, glasfaserverstärkte, teilkristalline Polyamid einen Zug-E-Modul im trockenen Zustand von wenigstens 27000 MPa, bevorzugt von wenigstens 29000 MPa aufweist.
5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das spritzgussfähige, glasfaserverstärkte, teilkristalline Polyamid eine Wasseraufnahme bei 23° C von maximal 2,9 % zeigt.
6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das spritzgussfähige, glasfaserverstärkte, teilkristalline Polyamid eine Feuchtigkeitsaufnahme bei 23° C und 50 % relativer Feuchtigkeit von 1 ,0 % zeigt.
7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug ein Handwerkzeug ist.
8. Werkzeug gemäß Anspruch 7, wobei das Werkzeug ein Schraubwerkzeug, insbesondere ein Ringschlüssel, ein Gabelschlüssel, ein Gabelringschlüssel oder eine Ratsche ist.
9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Werkzeug ein Drehmomentschlüssel ist.
10. Verwendung eines glasfaserverstärkten, hitzestabilisierten Konstruktionswerkstoffes auf Basis von teilkristallinem Polyamid mit partiellen aromatischen Anteilen mit einem Zug-E-Modul im trockenen Zustand von wenigstens 29000 MPa, einer Bruchspannung im trockenen Zustand von wenigstens 310 MPa, einer Bruchdehnung im trockenen Zustand von ca. 1 ,7 %, einer Schlagzähigkeit bei 23° C im trockenen Zustand von wenigstens 65 kJ/m2, einer Kerbschlagzähigkeit bei 23° C im trockenen Zustand von wenigstens 16 kJ/m2, einer Wasseraufnahme bei 23° C von maximal 2,9 %, einer Feuchtigkeitsaufnahme bei 23° C und 50 % relativer Feuchtigkeit von maximal 1 %, einer Dichte im trockenen Zustand von 1 ,85 g/dm3 und einem Schmelzpunkt von 255° C zur Fertigung eines Handwerkzeuges, insbesondere eines Drehmomentschlüssels.
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