DE102014108035A1

DE102014108035A1 - Schraubteil mit integriertem Begrenzer für sein Einschraubdrehmoment

Info

Publication number: DE102014108035A1
Application number: DE102014108035.1A
Authority: DE
Inventors: Harald Hagen; Evelin Rosowski; Markus Waschkewitz; Adrian Klehr
Original assignee: Voss Automotive GmbH
Current assignee: Voss Automotive GmbH
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-07
Also published as: DE102014108035B4; WO2015185411A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schraubteil (1), wie eine Schraube, eine Mutter, ein Muffenteil, ein Rohrstecker, ein Rohrverbinder oder dergleichen, welches einen zylindrischen Grundkörper (2) aufweist, an dem sich ein Gewinde (3) befindet, wobei in einem Werkzeugangriffbereich Schlüsselflächen (4) für den Angriff eines Schraubwerkzeugs zum Verdrehen des Schraubteils (1) um seine Längsachse (X-X) ausgebildet sind, und welches einen integrierten Begrenzer für sein Einschraubdrehmoment aufweist. Zur Begrenzung des Einschraubdrehmoments wird vorgeschlagen, dass die Schlüsselflächen (4), zumindest bereichsweise, federelastisch nachgiebig ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schraubteil, wie eine Schraube, eine Mutter, ein Muffenteil, ein Rohrstecker, ein Rohrverbinder oder dergleichen, welches einen zylindrischen Grundkörper aufweist, an dem sich ein Gewinde befindet, wobei am Grundkörper Schlüsselflächen für den Angriff eines Schraubwerkzeugs zum Verdrehen des Schraubteils um seine Längsachse ausgebildet sind, und welches einen integrierten Begrenzer für sein Einschraubdrehmoment aufweist.
Aus der WO 2009/124994 A1 ist ein Spritzgieß-Verfahren zur Herstellung eines Schraubteils mit ringförmigem Querschnitt, wie einer Schraube, einer Mutter, eines Muffenteils, eines Rohrsteckers, eines Rohrverbinder oder dergleichen, bekannt, wobei das Schraubteil einen hohlzylindrischen Grundkörper mit einem Innenkanal und mit einem Außengewinde auf der Grundkörper-Wandung aufweist. Gemäß diesem Verfahren ist vorgesehen, dass das Einspritzen der polymeren faserhaltigen Masse in die Kavität durch mindestens zwei Einspritzöffnungen derart erfolgt, dass sich die Fasern vorwiegend entsprechend den Hauptbeanspruchungsrichtungen axialer Zug und Torsion des Schraubteils ausrichten. Dadurch wird eine optimal hohe Festigkeit des Schraubteils einerseits im Hinblick auf den Vorgang seines Verschraubens mit einem weiteren Bauteil, wenn an Schlüsselflächen in einem Werkzeugangriffbereich ein Schraubwerkzeug angreift, und andererseits im Hinblick auf insbesondere im Betriebszustand auftretende Zugspannungen erreicht. Durch die Torsionsfestigkeit wird dabei ein Einschraubdrehmoment bestimmt, das maximal auf das Schraubteil aufgebracht werden kann, ohne dass dieses zerstört wird.
Aus der DE 10 2010 010 651 A1 ist ein ähnliches Schraubteil bekannt. Bei diesem Schraubteil sind einerseits der Grundkörper sowie andererseits eine Umfangsdichtung und/oder eine Gewindesicherung aus unterschiedlichen polymeren Werkstoffen in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren geformt und miteinander verbunden. Dadurch kann das Schraubteil vorteilhafterweise komplett in einer einzigen Fertigungsmaschine bzw. Form gespritzt werden. In technologisch vorteilhafter Weise kann zur formangepassten Aufnahme einer Gewindesicherung in dem Grundkörper beim Spritzgießen des Schraubteils eine, insbesondere axial verlaufende, Nut spanlos geformt werden, deren Tiefe etwa genauso groß wie die Höhe der Gewindesicherung, vorzugsweise jedoch geringfügig kleiner ist, so dass die Gewindesicherung über die Flanken des Gewindes hinaussteht. In bestimmten Ausführungsformen des bekannten Schraubteils kann der jeweilige Nutverlauf die Gewindegänge in unterschiedlichem Winkel kreuzen oder parallel zu den Gewindegängen verlaufen. Des Weiteren ist es möglich, dass der jeweilige Verlauf der Nut und der Gewindesicherung im Grundkörper des Schraubteils in oder entgegen einer Eindrehrichtung des Schraubteils gerichtet ist. Durch die entsprechende Richtungs- und Winkelwahl kann dabei mit Vorteil die Größe eines Losdrehmomentes des Schraubteils eingestellt werden.
Außerdem ist aus der WO 2013/092234 A1 ein ähnliches Schraubteil bekannt. Dieses Dokument beschreibt ein hohlzylindrisches Schraubteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung, durch das bei technologisch einfacher Durchführbarkeit das Schraubteil mit erhöhter Festigkeit, insbesondere mit erhöhter axialer Zugfestigkeit, herstellbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Einspritzen einer faserhaltigen plastifizierten polymeren Masse radial durch mindestens eine Einspritzöffnung aus dem Innenkanal nach außen in einem Abschnitt oder in einem Bereich eines Abschnitts erfolgt, der nicht der Anlage einer Umfangsdichtung oder der Halterung und/oder Arretierung eines in das Schraubteil einführbaren Steckerteils dient. Stattdessen kann die Einspritzöffnung bevorzugt in einem Bereich liegen, der zwischen einem Dicht- und einem Haltebereich oder zwischen zwei Haltebereichen liegt. Insbesondere kann das Einspritzen in einem Abschnitt des Grundkörpers erfolgen, in dem die Wand des Grundkörpers eine maximale Wandstärke aufweist, wie z. B. in einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt des Grundkörpers, der zur Stützung und/oder Führung des Steckerteils dient, oder in einem radial aufgeweiteten, besonders bevorzugt als Scheibe ausgelegter Flanschansatz, der eine Außenkontur mit Schlüsselflächen zum manuellen Angriff oder zum Angriff eines Schraubwerkzeugs aufweist.
Den genannten Schraubteilen ist gemeinsam, dass zu ihrer Montage Drehmomentschlüssel eingesetzt werden müssen, also handgeführte Schraubwerkzeuge, mit denen ein definiertes Anzugsmoment auf das Schraubteil ausgeübt werden kann, damit das jeweilige Einschraubdrehmoment unterhalb der Festigkeitsgrenze des Schraubteils bleibt. Drehmomentschlüssel gibt es in verschiedenen Größen und Ausführungen, die jeweils einen bestimmten Drehmomentbereich abdecken, wobei man nach DIN EN ISO 6789 anzeigende Drehmomentschlüssel (Messschlüssel) und auslösende Schlüssel (Klick- oder Knackschlüssel) unterscheidet. Die Verwendung von Drehmomentschlüsseln stellt gegenüber dem Einsatz von Schlüsseln ohne Drehmomentbegrenzung einen erhöhten montagetechnischen Aufwand dar. Auch können Übermontage-Fälle nicht völlig ausgeschlossen werden, bei denen zu hohe Anzugsmomente auftreten.
Um ein definiertes maximales Anzugsmoment auf ein Schraubteil auszuüben, dabei jedoch die Verwendung von Drehmomentschlüsseln zu vermeiden, sieht die DE 101 46 241 A1 eine Gewindeverschraubung mit integriertem Drehmomentbegrenzer vor. Aufgrund des Vorhandenseins des Drehmomentbegrenzers handelt es sich bei der in diesem Dokument beschriebenen Gewindeverschraubung um ein Schraubteil der eingangs genannten Art, während aus den drei vorstehend genannten Dokumenten Schraubteile ohne Begrenzer ihres Einschraubdrehmoments bekannt sind. Die aus der DE 101 46 241 A1 bekannte Verschraubung weist ein an einem Schraubkörper angeordnetes Werkzeugangreifteil zum Verdrehen der Verschraubung um deren Längsachse auf, welches aus einem Deckel und einem Bund besteht, wobei Deckel und Bund in axialer Einschraubrichtung über eine das Drehmoment begrenzende Einheit miteinander verbunden sind. In dieser das Drehmoment begrenzenden Einheit können sich Bauelemente unterschiedlicher Art, wie insbesondere Stege, befinden, denen gemeinsam ist, dass sie beim Aufbringen eines zu hohen Drehmoments zerstört werden. Damit wird aber das Schraubteil für eine Mehrfachverschraubung nachteiligerweise unbrauchbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubteil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches es gestattet, ein bei der Montage aufzubringendes Anzugsmoment ohne Verwendung von Drehmomentschlüsseln auf ein definiertes maximales Anzugsmoment zu begrenzen, ohne dazu jedoch das Schraubteil zerstören zu müssen.
In diesem Zusammenhang sei hervorgehoben, dass, obwohl in dem als repräsentativ für den nächstkommenden Stand der Technik angesehenen Dokument DE 101 46 241 A1 vorwiegend allgemein von einer das „Drehmoment begrenzenden Einheit” die Rede ist, sich die Erfindung explizit auf die Begrenzung des bei der Montage maßgeblichen Einschraubdrehmomentes bzw. auch Anzugsdrehmoments des Schraubteils, nicht – wie bei der DE 10 2010 010 651 A1 – auf ein bei der Demontage maßgebliches Losdrehmoment bezieht, welches in der Regel kleiner als oder höchstens genauso groß wie das Einschraubdrehmoment ist.
Erfindungsgemäß wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Begrenzung des Einschraubdrehmomentes die Schlüsselflächen, zumindest abschnittsweise, federelastisch nachgiebig ausgebildet sind.
Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass beim Verschrauben des erfindungsgemäßen Schraubteils auf den Einsatz eines Drehmomentschlüssels verzichtet werden kann. Trotzdem kann aufgrund der Nachgiebigkeit der Schlüsselflächen eine Begrenzung des Anzugsdrehmoments erreicht werden, wobei aber das Bauteil zerstörungsfrei bleibt. Beim Eindrehen in ein anderes Bauteil deformieren sich die Schlüsselflächen des Schraubteils mit zunehmendem, über den Werkzeugschlüssel eingeleitetem Drehmoment mehr und mehr, bis sie beim Erreichen eines maximalen Moments soweit zurückweichen, dass die komplementären Werkzeug-Schlüsselflächen nicht mehr an ihnen greifen, sondern über sie hinweggleiten. Damit ist der Einschraubvorgang beendet, weil kein Moment mehr eingeleitet wird. Eine Zerstörung des erfindungsgemäßen Schraubteils wird dabei mit Vorteil vermieden. Wird der Schlüssel nun entfernt, federn die Schlüsselflächen in ihre ursprüngliche, nicht deformierte Lage zurück. Als in das erfindungsgemäße Schraubteil integrierter Begrenzer für das Einschraubdrehmoment wirken somit die ohnehin notwendigerweise vorhandenen Schlüsselflächen. Zusätzliche Begrenzungselemente, wie die aus dem Stand der Technik bekannten, Sollbruchstellen bildenden Stege, sind vorteilhafterweise nicht erforderlich.
Im Rahmen der Erfindung kann der Werkzeugangriffbereich entweder einstückig mit dem Grundkörper ausgebildet sein oder es kann vorgesehen sein, dass der Werkzeugsangriffbereich durch ein separates, mit dem Grundkörper verbundenes, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig verbundenes, Werkzeugangriffteil gebildet ist, bei dem es sich bevorzugt um ein aus Blech bestehendes Stanz-Biege-Teil handeln kann. Auch eine Herstellung aus Kunststoff ist möglich, wobei das Werkzeugangriffteil bzw. der Werkzeugangriffbereich bevorzugt aus einem Material mit vergleichsweise stärkerem elastischem Rückfederungsvermögen gebildet sein kann.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung befinden sich die Schlüsselflächen radial außen liegend an Federarmen, die am Grundkörpers oder am Werkzeugangriffteil ausgebildet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung, insbesondere, wie die Federarme am Grundkörper oder am Werkzeugangriffteil ausgebildet sein können, sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Schraubteils,
2 eine Draufsicht auf das Schraubteil in 1,
3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Schraubteils,
4 eine Draufsicht auf das Schraubteil in 3,
5 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen Schraubteils,
6 eine Draufsicht auf das Schraubteil in 5,
7 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführung eines erfindungsgemäßen Schraubteils,
8 ein Längsschnitt durch das Schraubteil in 7.
Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von in einem Ausführungsbeispiel jeweils beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist. Vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal der Ausführungsbeispiele auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen des anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben.
In den Figuren der Zeichnung sind dieselben und einander entsprechende Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.
Wie sich zunächst aus 1 und 2 ergibt, bezieht sich die Erfindung auf ein Schraubteil 1, wie eine Schraube, eine Mutter, ein Muffenteil, ein Rohrstecker, ein Rohrverbinder oder dergleichen, welches einen zylindrischen Grundkörper 2 aufweist, an dem sich außenseitig ein Gewinde 3 befindet, wobei in einem Werkzeugangriffbereich Schlüsselflächen 4 für den Angriff eines Schraubwerkzeugs zum Verdrehen des Schraubteils 1 um dessen Längsachse X-X ausgebildet sind, und welches einen integrierten Begrenzer für sein Einschraubdrehmoment aufweist. Die Gesamtheit aller Schlüsselflächen 4 bildet den Werkzeugangriffbereich.
Konkret ist als Schraubteil 1 insbesondere eine Mutter, also ein Bauteil mit rotationssymmetrischem, insbesondere mit ringförmigem oder zumindest teilweise ringförmigem, Querschnitt dargestellt. Der Grundkörper 2 hat die Gestalt eines Hohlzylinders und weist somit einen entlang der Längsachse X-X verlaufenden Innenkanal 5 auf.
Der Grundkörper 2 des Schraubteils 1 ist als Formteil in einem Spritzgießverfahren herstellbar bzw. hergestellt, wobei er beispielsweise durch ein axiales oder radiales Einspritzen einer Fasern enthaltenden plastifizierten polymeren Masse in eine Kavität eines Formwerkzeugs und durch eine anschließende Entformung aus dem Werkzeug nach einem Erstarren der polymeren Masse entsteht. Das Einspritzen in die Kavität erfolgt dabei bevorzugt radial aus dem Innenkanal 5 nach außen. Das Werkzeug kann mit Vorteil aus Stahl bestehen, wobei durch dessen hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit eine ausgewogene und gleichmäßige, aber gleichzeitig hocheffektive Temperierung gewährleistet werden kann.
Durch den Spritzgießprozess kann auch, insbesondere endständig auf der dem Gewinde 3 gegenüber liegenden Seite, der Werkzeugangriffbereich mit seinen Schlüsselflächen 4 ausgebildet werden, der insbesondere eine polygonale, insbesondere – wie dargestellt – sechseckige, Außenkontur zum Angriff des Schraubwerkzeugs aufweisen kann. Der Werkzeugangriffbereich kann einstückig mit dem Grundkörper 2 ausgebildet werden, wie dies in der ersten bis dritten Ausführung der Erfindung (1 bis 6) dargestellt ist.
In der in 7 und 8 dargestellten, alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Schraubteils 1 ist stattdessen vorgesehen, dass der Werkzeugsangriffbereich durch ein mit dem Grundkörper 2 verbundenes, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig verbundenes, Werkzeugangriffteil 6 gebildet ist.
Der Grundkörper 2 des Schraubteils 1 besteht aus einer thermo- oder duroplastischen polymeren Matrix, in die Fasern eingebettet sind, wobei zur Herstellung der Matrix insbesondere eine plastifizierte polymere Masse eingesetzt werden kann, die ein Epoxidharz (EP), ein ungesättigtes Polyesterharz (UP), ein Vinylesterharz (VE), ein Phenol-Formaldehydharz (PF), ein Diallylphthalatharz (DAP), ein Methacrylatharz (MMA), ein Polyurethan (PUR), ein Aminoharz, wie ein Melaminharz (MF/MP) oder ein Harnstoffharz (UF) oder ein Polyetheretherketon (PEEK), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein Polysulfon (PSU), ein Polyarylamid (PARA), ein Polyphtalamid (PPA), ein Polyetherimid (PEI), ein Polyethylenterephtalat (PET), ein Polyoxymethylen (POM) oder ein Polybutylenterephtalat (PBT) enthält.
Die plastifizierte polymere Masse kann einen Volumenanteil an Fasern im Bereich von 2,5 bis 75 Prozent, vorzugsweise einen Masseanteil im Bereich von 30 bis 70 Prozent, insbesondere 50, 60 oder 65 Masseprozent an Glasfasern, enthalten. Die Fasern können – insbesondere in einer Ausführung als Glasfasern – eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, und einen mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 3 μm bis 35 μm, vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 20 μm, aufweisen.
Durch die Wahl des Werkstoffs und des Fasergehaltes kann die federelastische Nachgiebigkeit der Schlüsselflächen 4 beeinflusst werden.
Das Einspritzen in die Kavität des Formwerkzeugs kann im Tunnel-, Ring-, Scheiben- oder Schirmanschnitt erfolgen, wobei im Tunnelanschnitt mindestens ein Zwei-Punkt-Anguss, bevorzugt bis zu einem Fünf-Punkt-Anguss, insbesondere ein Drei-Punkt-Anguss, erfolgen kann. Hierbei kann das Einspritzen in die Kavität durch mindestens zwei, vorzugsweise drei, Einspritzöffnungen vorgenommen werden, die auf dem ringförmigen Innenquerschnitt des Formteils umfangsgemäß gleichmäßig verteilt liegen.
Wie durch die Zeichnung veranschaulicht wird, können sich die Schlüsselflächen 4 radial außen liegend an Federarmen 7 des Grundkörpers 2 oder des Werkzeugangriffteiles 6 befinden. Die Federarme 7 können dabei insbesondere schaufelradartig von einem jeweiligen Kernbereich 8 des Grundkörpers 2 oder des Werkzeugangriffteiles 6 abstehen.
Die Federarme 7 können bevorzugt eine in der Draufsicht von der Grundform her L-förmige Ausbildung besitzen, wobei der lange Schenkel des L in Einschraubrichtung S weist (1, 2), oder auch in demgegenüber vereinfachter Weise tangential zum Grundkörper 2 verlaufen (3 bis 7). Durch eine derartige geometrische Ausbildung wird die federelastische Nachgiebigkeit der Schlüsselflächen 4 gefördert.
Wie die erste Ausführungsform der Erfindung (1, 2) weiter zeigt, können die Federarme 7 bedarfsweise auch eine im Querschnitt von der Grundform her L-förmige Ausbildung besitzen. Dies erhöht jedoch die Steifigkeit der Federarme 7, senkt also die Nachgiebigkeit der Schlüsselflächen 4. Eine solche Ausbildung kann gewählt werden, um die Biegefestigkeit und damit die Bruchsicherheit der Federarme 7 zu erhöhen.
Was die Ausrichtung der Federarme 7 und ihre geometrische Gestaltung betrifft, so können diese in einer Weise, welche ihre Nachgiebigkeit fördert, derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die Schlüsselflächen 4 jeweils eine Stirnfläche 4a eines Federarmes 7 und eine Seitenfläche 4b eines benachbarten Federarmes 7 umfassen. Um eine ausreichende, jedoch nicht zu hohe Flächenpressung zwischen den Arbeitsflächen des Schlüssels und den Schlüsselflächen 4 zu erreichen, sind in vorteilhafter Ausführung die Schlüsselflächen 4 – wie in der Zeichnung dargestellt – somit segmentiert. Jede Schlüsselfläche 4 besteht dabei aus zumindest zwei, bevorzugt miteinander fluchtenden, Flächensegmenten 4a, 4b.
Am Grundkörper 2 kann ein radial aufgeweiteter, bevorzugt umlaufender Flanschansatz 9 vorgesehen sein, auf dem die Federarme 7 fußen können. Ein derartiger Flanschansatz wirkt mit Vorteil festigkeitserhöhend. Hierbei kann sich die fußseitige Verbindung zwischen dem Flanschansatz 9 und den Federarmen 7 über deren gesamte Länge erstrecken, wie dies 1 und 2 zeigen. Dadurch werden eine hohe Stabilität und ein vergleichsweise hohes maximales Anzugsmoment gefördert, da sich die Federarme 7 bei einer Momentenaufbringung durch das Werkzeug von ihrem in der Zeichnung dargestellten, freien oberen Abschnitt 7a her ausgehend nach unten, in Richtung auf den Flanschansatz 9 hin, sukzessiv immer weniger deformieren, da sie fußseitig fest mit dem Flanschansatz 9 verbunden sind, wo in ihrem Fußabschnitt 7b die Deformation nahezu den Wert Null annimmt.
Es kann aber auch – zumindest bereichsweise – jeweils ein umfangsgemäß verlaufender Schlitz 10 zwischen dem Flanschansatz 9 und dem Federarm 7 vorgesehen sein, so dass der Federarm 7 zumindest ein radial frei federndes, nachgiebiges Ende 7c aufweist, wie dies besonders deutlich 3 und 4 zu entnehmen ist. Eine solche Ausbildung führt zu einem vergleichsweise geringerem maximalem Anzugsmoment. Darüber hinaus kann das maximale Einschraubdrehmoment außer durch das Material auch noch durch die Querschnittsgestaltung der Federarme 7 beeinflusst werden, wie z. B. durch die in 3 gezeigte Dicke D und Höhe H der Federarme 7. Für den dabei maßgeblichen Fall der einachsigen Biegebelastung mit einseitiger Einspannung ist dabei das aus diesen Größen berechenbare Flächenträgheitsmoment für einen rechteckigen Querschnitt zu beachten, das sich zu I = D·H³/12 ergibt.
Je größer das Flächenträgheitsmoment I ist, desto größer ist auch das maximale Einschraubdrehmoment. Dies gilt für jede Querschnittsform. Dabei ist zu beachten, dass die Höhe H einen Mindestwert annehmen sollte, der vorzugsweise derart bemessen ist, dass ein angreifender Maulschlüssel nicht seitlich abrutscht. Allerdings ist dies nicht erforderlich, wenn eine sogenannte Nuss, also ein einseitig geschlossener Schlüssel, als Werkzeug eingesetzt wird.
Die Federarme 7 der zweiten Ausführung deformieren sich bei Momentenbeaufschlagung im Gegensatz zur ersten Ausführung über ihre Höhe H hinweg gleichmäßig.
Die in 5 und 6 dargestellte dritte Ausführung der Erfindung unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführung dadurch, dass Zwischenräume 7d zwischen zwei benachbarten Federarmen 7 bzw. Zwischenräume 7d zwischen einem Federarm 7 und dem Kernbereich 8 – sowie vorzugsweise auch der gemäß der zweiten Ausführung vorhandene Schlitz 10 – mit einem elastomeren Material ausgefüllt sind, welches adhäsiv, d. h. stoffschlüssig, an den Grundkörper 2 gebunden ist.
Bei diesem Material kann es sich insbesondere um ein thermoplastisches Elastomer (TPE), vorzugsweise um einen Fluor- und/oder Silikonkautschuk (FKM, MVQ, FVMQ), einen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und/oder ein Polyurethan (PUR), wie ein thermoplastisches Polyurethan (TPE-U) handeln. Der Grundkörper 2 einerseits, sowie andererseits das elastomere Material können in technologisch vorteilhafter Weise in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren geformt und miteinander verbunden sein.
Bei dieser Ausführung besteht jede Schlüsselfläche 4 aus zumindest drei, bevorzugt miteinander fluchtenden, Flächensegmenten 4a, 4b, 4c: aus einer Stirnfläche 4a eines Federarmes 7, einer Seitenfläche 4b eines benachbarten Federarmes 7 und aus einem Flächensegment, das durch die Seitenfläche 4c des mit dem elastomeren Material ausgefüllten Zwischenraumes 7d gebildet ist. Durch die Füllung des Zwischenraumes 7d wird einem Brechen der Federarme 7 vorgebeugt.
Da das elastomere Material inkompressibel ist und bei seiner Deformation einen Raum zum Ausweichen benötigt, kann es bei dieser Ausführung im Falle vergleichsweise hoher maximaler Einschraubdrehmomente angezeigt sein, einen Werkzeugschlüssel einzusetzen, der doppel zu viele Werkzeugschlüsselflächen aufweist, wie Schlüsselflächen 4 am erfindungsgemäßen Schraubteil 1 vorhanden sind. Also bei einer im sechseckigen Außenkontur zum Angriff des Schraubwerkzeugs, wie diese in 5 und 6 dargestellt ist, sollte u. U. ein Zwölfkantschlüssel eingesetzt werden. Durch die jeweils zusätzliche am Werkzeug vorhandene Kante steht so beim Anziehen des erfindungsgemäßen Schraubteils 1 zwischen Schlüssel und Schraubteil 1 genügend Raum für ein radiales Ausweichen des elastomeren Materials zur Verfügung. Falls die Deformation bis zum Erreichen des maximalen Einschraubdrehmoments aber nur vergleichsweise gering ist, kann allerdings auch in üblicher Weise ein Sechskantschlüssel eingesetzt werden, da dann schon eine in axialer Richtung X-X erfolgende Aufwölbung des elastomeren Materials ausreichend Raum für das federelastische Nachgeben der Schlüsselflächen 4 schafft.
In der in 7 und 8 dargestellten vierten Ausführung der Erfindung ist – wie bereits erwähnt – der Werkzeugangriffbereich durch ein mit dem Grundkörper 2 insbesondere form- und/oder kraftschlüssig verbundenes, separates Werkzeugangriffteil 6 gebildet. Das Werkzeugangriffteil 6 ist exemplarisch als ein aus Blech bestehendes Stanz-Biege-Teil ausgeführt. Zur Erzielung der gewünschten elastischen Nachgiebigkeit kann das Blech beispielsweise aus einem Federstahl bestehen. Dadurch bewirken die Federarme 7 sowohl die gewünschte Nachgiebigkeit der Schlüsselflächen 4, als auch die geforderte Steifigkeit, Biegefestigkeit und Bruchsicherheit. Wie in der Ausführung gemäß 3 und 4 ist jeweils ein umfangsgemäß verlaufender Schlitz 10 zwischen dem Flanschansatz 9 und dem Federarm 7 vorgesehen, so dass der Federarm 7 ein radial frei federndes, nachgiebiges Ende 7c aufweist.
In montagetechnisch vorteilhafter Ausführung kann das Werkzeugangriffteil 6 auf den Grundkörper 2 aufgerastet sein.
Die Zwischenräume 7d zwischen zwei benachbarten Federarmen 7 bzw. die Zwischenräume 7d zwischen einem Federarm 7 und dem Kernbereich 8 sind bei dieser Ausführung nicht mit einem elastomeren Material ausgefüllt.
Um die Nachgiebigkeit der Federarme 7 zu fördern, sind diese – wie in den Ausführungen gemäß 1 bis 4 – derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die Schlüsselflächen 4 jeweils eine Stirnfläche 4a eines Federarmes 7 und eine Seitenfläche 4b eines benachbarten Federarmes 7 umfassen. Die Schlüsselflächen 4 sind, wie 7 zu entnehmen ist somit segmentiert. Jede Schlüsselfläche 4 besteht dabei aus zumindest zwei, bevorzugt miteinander fluchtenden, Flächensegmenten 4a, 4b, wobei das Flächensegment der Stirnfläche 4a jeweils in bevorzugter Ausbildung eine vom Flächensegment der benachbarten Seitenfläche 4b abgebogene Biegelasche ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen, wie dies bereits durch die unterschiedlichen dargestellten konstruktiven Ausführungsformen deutlich wird. So muss das erfindungsgemäße Schraubteil 1 nicht zwangsläufig einen ringförmigen Querschnitt aufweisen, sondern könnte auch vollzylindrisch ausgebildet sein.
Der Fachmann kann dabei die Erfindung auch durch weitere zweckmäßige technische Ausgestaltungsformen ergänzen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So könnte z. B. – wie dies von dem Schraubteil gemäß der DE 10 2010 010 651 A1 bekannt ist, auf die in diesem Zusammenhang in vollem Umfang verwiesen wird – in dem Grundkörper 2 eine aus einem elastomeren Material bestehende Gewindesicherung vorgesehen sein. Bei einem elastomeren Material der Gewindesicherung kann es sich um das selbe Material handeln, das zur Ausfüllung der Zwischenräume 7d dient, so dass bei einem Spritzgießen die entsprechende Fertigung der Gewindesicherung in einem Arbeitsgang mit dem Ausfüllen der Zwischenräume 7d vorgenommen werden kann.
Beispielsweise kann durch das Vorhandensein einer Gewindesicherung sichergestellt werden, dass das erfindungsgemäße Schraubteil 1 in bevorzugter Weise mit einem Losdrehmoment zu beaufschlagen ist, welches größer ist als sein Einschraubdrehmoment. Ein derartiges Losdrehmoment wirkt auf die Stirnflächen-Segmente 4a der Schlüsselflächen 4 der Federarme 7. Dadurch werden die Seitenflächen-Segmente 4b der Schlüsselflächen 4 der Federarme 7 nicht auf Biegung belastet, sondern es findet eine Druckbelastung statt. Ein Kunststoffmaterial widersteht dabei dieser Druckbeanspruchung besser als einer Beanspruchung auf Zug bzw. auf Biegung.
Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im unabhängigen Anspruch definierten Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal der unabhängigen Ansprüche weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Schraubteil
2: Grundkörper von 1
3: Gewinde auf 2
4: Schlüsselfläche, Werkzeugangriffbereich
4a: Stirnfläche von 7, Flächensegment von 4
4b: Seitenfläche von 7, Flächensegment von 4
4c: Seitenfläche im Bereich von 7d, elastomergefüllt (5, 6)
5: Innenkanal in 2
6: Werkzeugangriffteil (7 und 8)
7: Federarm an 2, 8
7a: freier Abschnitt von 7 (1, 2)
7b: Fußabschnitt (1, 2)
7c: frei federndes Ende von 7 (3, 4)
7d: Zwischenraum zwischen 7 und 7 bzw. zwischen 7 und 8
8: Kernbereich von 2/6
9: Flanschansatz von 2
10: Schlitz zwischen 7 und 9 (3–5)
D: Dicke von 7 (3)
H: Höhe von 7 (3)
S: Einschraubrichtung von 1
X-X: Längsachse von 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/124994 A1 [0002]
DE 102010010651 A1 [0003, 0008, 0051]
WO 2013/092234 A1 [0004]
DE 10146241 A1 [0006, 0006, 0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6789 [0005]

Claims

Schraubteil (1), wie eine Schraube, eine Mutter, ein Muffenteil, ein Rohrstecker, ein Rohrverbinder oder dergleichen, welches einen zylindrischen Grundkörper (2) aufweist, an dem sich ein Gewinde (3) befindet, wobei in einem Werkzeugangriffbereich Schlüsselflächen (4) für den Angriff eines Schraubwerkzeugs zum Verdrehen des Schraubteils (1) um seine Längsachse (X-X) ausgebildet sind, und welches einen integrierten Begrenzer für sein Einschraubdrehmoment aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung des Einschraubdrehmomentes die Schlüsselflächen (4), zumindest abschnittsweise, federelastisch nachgiebig ausgebildet sind.
Schraubteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugangriffbereich einstückig mit dem Grundkörper (2) ausgebildet ist.
Schraubteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugangriffbereich durch ein mit dem Grundkörper (2) verbundenes, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig verbundenes, Werkzeugangriffteil (6) gebildet ist.
Schraubteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugangriffteil (6) ein aus Blech bestehendes Stanz-Biege-Teil oder ein Kunststoffteil ist.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlüsselflächen (4) radial außen liegend an Federarmen (7) des Grundkörpers (2) oder des Werkzeugangriffteiles (6) befinden.
Schraubteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (7) schaufelradartig von einem jeweiligen Kernbereich (8) des Grundkörpers (2) oder des Werkzeugangriffteiles (6) abstehen.
Schraubteil (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (7) eine in der Draufsicht von der Grundform her L-förmige Ausbildung besitzen, wobei der lange Schenkel des L in Einschraubrichtung (S) weist, oder dass die Federarme (7) tangential zum Kernbereich (8) des Grundkörpers (2) oder des Werkzeugangriffteiles (6) verlaufen.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (7) eine im Querschnitt von der Grundform her L-förmige Ausbildung besitzen.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlüsselfläche (4) eine Stirnfläche (4a) eines Federarmes (7) und eine Seitenfläche (4b) eines benachbarten Federarmes (7) umfasst, welche bevorzugt miteinander fluchten.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) einen radial aufgeweiteten, insbesondere umlaufenden, Flanschansatz (9) aufweist, auf dem die Federarme (7) bevorzugt fußen.
Schraubteil (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich – zumindest bereichsweise – jeweils ein Schlitz (10) zwischen dem Flanschansatz (9) und dem Federarm (7) erstreckt, so dass der Federarm (7) zumindest ein radial frei federndes, nachgiebiges Ende (7c) aufweist.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, vorzugsweise nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenräume (7d) zwischen zwei benachbarten Federarmen (7) bzw. Zwischenräume (7d) zwischen einem Federarm (7) und einem/dem Kernbereich (8) – sowie vorzugsweise auch der Schlitz (10) zwischen dem Flanschansatz (9) und dem Federarm (7) – mit einem elastomeren Material ausgefüllt sind, welches adhäsiv, d. h. stoffschlüssig, an den Grundkörper (2) gebunden ist.
Schraubteil (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material ein thermoplastisches Elastomer (TPE), vorzugsweise ein Fluor- und/oder Silikonkautschuk (FKM, MVQ, FVMQ), ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und/oder ein Polyurethan (PUR), wie ein thermoplastisches Polyurethan (TPE-U) ist.
Schraubteil (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material und der Grundkörper (2) in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren geformt und miteinander verbunden sind.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlüsselflächen (4) eine im Querschnitt polygonale, insbesondere sechseckige, Außenkontur zum Angriff des Schraubwerkzeugs ausbilden.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlüsselflächen (4) endständig auf der dem Gewinde (3) gegenüber liegenden Seite angeordnet sind.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) hohlzylindrisch ausgebildet ist, indem er einen entlang seiner Längsachse (X-X) verlaufenden Innenkanal (5) und damit einen ringförmigen Querschnitt aufweist.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus einer plastifizierten polymeren, duroplastischen oder thermoplastischen, Masse gebildet ist, die insbesondere ein Epoxidharz (EP), ein ungesättigtes Polyesterharz (UP), ein Vinylesterharz (VE), ein Phenol-Formaldehydharz (PF), ein Diallylphthalatharz (DAP), ein Methacrylatharz (MMA), ein Polyurethan (PUR), ein Aminoharz, wie ein Melaminharz (MF/MP) oder ein Harnstoffharz (UF), oder ein Polyetheretherketon (PEEK), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein Polysulfon (PSU), ein Polyarylamid (PARA), ein Polyphtalamid (PPA), ein Polyetherimid (PEI), ein Polyethylenterephtalat (PET), ein Polyoxymethylen (POM) oder ein Polybutylenterephtalat (PBT) enthält.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die plastifizierte polymere Masse einen Volumenanteil an Fasern im Bereich von 2,5 bis 75 Prozent, vorzugsweise einen Masseanteil im Bereich von 30 bis 70 Prozent, insbesondere 50, 60 oder 65 Masseprozent an Glasfasern, enthält.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern – insbesondere in einer Ausführung als Glasfasern – eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, und einen mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 3 μm bis 35 μm, vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 20 μm, aufweisen.
Schraubteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine in einer, insbesondere axial verlaufenden, Nut des Grundkörpers (2) angeordnete Gewindesicherung.