DE1815585A1 - Schraubstueck,insbesondere Mutter,mit einem Dicht- und Sicherungsring aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Schraubstueck,insbesondere Mutter,mit einem Dicht- und Sicherungsring aus thermoplastischem Kunststoff

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DE1815585A1 DE19681815585 DE1815585A DE1815585A1 DE 1815585 A1 DE1815585 A1 DE 1815585A1 DE 19681815585 DE19681815585 DE 19681815585 DE 1815585 A DE1815585 A DE 1815585A DE 1815585 A1 DE1815585 A1 DE 1815585A1
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Description

PATENTANWÄLTE 1 Q I 3s)Q5
dr.ing. H. NEGENDANK · DIPL.-ING. H. HATTCK · bipl.-phys. W. SCHMITZ
BCAMBUEG-MÜNCHEN gUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 30 · NEUERWALL 11
TEL·. 36 7*28 UND 36 41 15
TEI-EGR. NEQEDAPATENT HAMBURG
BÖllhoff & CO· MÜNCHEN 15 · MOZAHTSTH. 23
4812 Braekwede m-iMO"·
TEtEGR. NSGEBAPATENT MÜNCHEN
Bunsenstr. 1-4-
Hamburg, 18. Dezember 1968
Schraubstüek, insbesondere Mutter, mit einem
Dicht- und Sicherungsring aus thermoplastischem . ä
Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Sehraubstück, insbesondere eine Mutter, das auf der Seite seiner Auflagefläche mit einem aus thermoplastischen Kunststoff bestehenden kegeligen Dichtungs- und Sicherungsring versehen ist, der in den G-ewindebereich des Schraub Stückes hineinragt und sein Gewinde umschließt.
Bei Dichten von Durchgangsschrauben usw. ist ein Dicht- und Sicherungsring auf der Auflagefläche eines der beteiligten Schraubstücke notwendig, zum mindesten bei der Abdichtung gegen hohe Drucke, da sonst die Forderungen an die Bearbeitung und die Güte der Auflageflächen der Schraubstücke (z.B. Schliff) zu groß werden und keine Abdichtung im Gewindekern erzielt wird. Außerdem sichert der Ring das Schraubstück gegen lösen.
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Im nachfolgenden wird der Einfachheit halber nur von einer Mutter gesprochen, obwohl die Erfindung auch auf einen Schraubenkopf angewendet werden kann, und daher der Erfindungagegenatand allgemein als Schraub™ stück zu bezeichnen iat.
Die Kunatatoffringe werden durch den beim Anziehen der Mutter auftretenden Druck plaatisch verformtj der Kunststoff kann bei hohem Druck für einen Augenblick als Flüssigkeit angesehen werden. Somit sind bei der Betrachtung der Vorgänge die für eine Flüssigkeit geltenden Gesetze anzuwenden, z.B. muß bei dem Kaltfluß des Kunststoffs das Gesetz von der allseitigen Gleichheit des Drucks in Flüssigkeiten berücksichtigt werden· Bei Beginn des Anpressvorgangs muß also dafür gesorgt werden, daß der Kunststoff gegen die Gewindeflanken gepreßt wird, um die gewünschte Abdichtung und Sicherung hervorzurufen, wobei die zum Druckaufbau erforderliche, aber überschüssige Kunststoffmenge, dem Kaltfluß folgend, in die Durchgangsbohrung abgedrängt werden soll. Um eins für ein solches Verhalten des Materials günstige Kräfteverteilung zu erreichen, muß der Hing aus einem geeigneten Material bestehen und in einer geeigneten Form ausgebildet aeinj darüber hinaus muß er gut zentriert mit der Mutter fest verbunden sein.
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Wegen der allseitigen Gleichheit des Druckes beim KaltfluS kann aber Kunststoff zwischen die Auflageflächen -von Mutter und Werkstück fließen? ein eingeflossener Kunststoffllm ergibt einen weit niedrigeren Eeibungskoeffizlenten als im Falle metallischer Berührung. Die wesentliche Verminderung der fieibung an den Auflageflachen führt bei gleichem Anzugsmoment der Mutter au einer erheblichen Srhöhiffig der Vorspannung, häufig sogar gum Abreißen der Schraube. Ein verkleinertes Anzugsmoment würd© wegen der großen Streuung der fielbwerte in vielen Fällen den natürlichen Sloherungseffekt jeder Sehraubenverbindung durch die Vorspannung vermindern.
Es ist bekannt, in eine Aussenkung auf der Auflagefläche der Mutter eine» kegelstumpfförmlges Ringscheibenelement durch Einpressen einzusetzen. Dabei ist als nachteilig anzusehen, daß die eingepreßten Binge kein Gewinde aufweisen.
Es ist auch bekannt, einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid, auf die entsprechende Fläche des Metalls in Pulverform aufzubringen und das Metallteil nach Aufbringen des Kunststoffs zu erhitzen, damit das Pulver geschmolzen wird· Beim Aufschmelzen eines aus dem Kunststoffpulver zylindrisch vorgepreßten Bingrohlings geht das gesamte Kunstetoffmaterial in einen flüssig-teigigen
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Zustand über und bildet wegen der auftretenden Oberflächenspannung eine konvexe Oberfläche aus; diese konvexe Ringform ist insbesondere bei der Wahl temperaturbeständigerer, also härterer Kunststoffmaterialien, nachteilig, weil die maximal zulässige Vorspannlast der Gewindeverbindung dann nicht mehr ausreicht, um ein Kaltfließen und damit eine Abdichtung und einwandfreie Auflage der Mutter auf dem Werkstück zu bewirken. Nachteilig wirkt sich weiterhin aus, daß das Preßpulver im Vergleich zum Granulat z.B· zu dem im Unterwasserstrangulierverfahren hergestellten Polyamidgranulat für die Spritzgußmaschinen teurer ist·
Darüber hinaus weisen die Rohlinge nur eine beschränkte Festigkeit auf, so daß sie selbst bei größter Vorsicht auf dem Transport leicht beschädigt werden können. Die Fabrikationsanlagen werden durch das Pulver verschmutzt. Die ganz geschmolzenen und dann erstarrten Kunststoffdichtungen besitzen infolge des freien Schmelevorgangs eine ungleichmäßige Oberfläche,+sind unansehnlich und weisen erhebliche Toleranzen auf. Es erweist sich als außerordentlich schwer, eine genaue zentrische Lage der Preßlinge zu erreichen, so daß beim fertigen Schraubstück Im Sicherungsring ungleichmäßige Masse— Verteilungen, und damit ungleichmäßige Dicht- und Sicherungswirkungen auftreten können.
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Schließlich beeinträchtigt der Abriebverlust der aus Kunststoffpulver vorgepreßten Ringrohlinge eine genaue Dosierung des Kunststoffmaterials. Die für die erstrebte Wirkung erforderliche dosierte Kunststoffmenge wird also vermindert, womit auch die Wirkung beeinträchtigt wird.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, ein Schraubstück, insbesondere eine Mutter, mit einem Dicht- und Sicherungsring aus thermoplastischem Kunststoff zu schaffen, bei dem die Forderungen einer vollwirksamen Dichtung und Sicherung erfüllt und die bei den bekannten Ringen auftretenden Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in eine Einsenkung in der Auflage der Mutter ein in seiner Form festgelegter Dicht- und Sicherungsring mit einem aus Trapez und Rechteck zusammengesetzten oder dreieckigen Querschnitt eingelegt und durch gezieltes Erwärmen der Mutter mit dieser verbunden wird, und daß in der Auflage eine oder mehrere mit der Einsenkung verbundenen Vertiefungen außerhalb der Auflagefläche des Ringes Im Mutterkörper vorgesehen sind, deren Volumen zur Aufnahme des nach außen fliessenden Kunststoffs mit Sicherheit ausreicht·
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Auf den Kunststoffring, der mit seinem dicksten Teil möglichst nahe am Gewinde liegt, übt die Kante der Durchgangsbohrung schon beim Vorhandensein einer relativ kleinen Axialkomponente eine in radialer Richtung auf das Gewinde gerichtete Kraft aus, die zum sofortigen Abdichten führt. Bei einer konvexen Oberfläche des Ringes ist eine solche Komponentenaufspaltung nicht möglich, es wirken vielmehr sofort auch nach außen gerichtete Kräfte. Bei einem kegeligen Ring wird außerdem die für die Deformation des Kunststoffringes in die gewünschte Richtung nötige Kraft verringert.
Diese besondere Formgebung kann nur bei Spritzgußteilen erreicht werden. Da die Ringe mit der Mutter durch Erwärmen verbunden werden, brauchen aie nicht die für das Einpressen nötige Präzision aufzuweisen. Beim Spritzgußverfahren wirkt sich weiterhin sehr vorteilhaft aus, daß während dieser Fertigungsstufe der Ring seine Schmelztemperatur bereits einmal überschritten hat und nun fest ist, so daß er einwandfrei ohne große Sorgfalt transportiert werden kann. Außerdem sind die Ringe glatt und ansehnlich und können mit Kennzeichen versehen werden. Der Ring wird nicht noch einmal geschmolzen, da nur die Berührflächen zwischen Mutter und dem kegeligen Ring erwärmt werden, und zwar nur soweit, daß in den Fugen eine ausreichende Haftverbindung entsteht· - 7 —
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Bei großen Hingen (MH4t M16 und darüber) wäre ein Aufsohmelzen des ganzen Ringes, der in herkömmlicher Weise aus gepreßtem Pulver hergestellt ist, wegen der Gefahr des teilweisen Hineinlaufens in die Mutterbohrung unmöglich.
Die Erhitzung der Mutter wird insbesondere durch eine induktive Hochfrequenzaufheizung erreicht. Die Erwärmung der metallischen Mutter erfolgt im Spulenfeld einer Selbstinduktion, weil das HP-Wechselfeld unter den Metallelektronen Wirbelströme anregt, die die Erwärmung verursachen. In dem nicht metallischen Kunststoffring können keine Wirbelströme entstehen, so daß der Ring nur über die Mutter erwärmt werden kann, die Oberseite jedoch mit ihrer kegeligen Ausbildung in ihrer Form unverändert bleibt, so daß auf dem Kegelmantel etwa vorhandene Reliefs oder Einprägungen nicht zerstört werden. Die Erwärmungstiefe kann auf bekannte Welse durch die Wahl einer passenden Frequenz bestimmt werden. Eine thermische Sohädigung der Gefügestruktur des Stahles der Mutter ist hierbei'praktisch ausgeschlossen.
Die Einsenkung zur Aufnahme 'des Ringes kann auf ihren flächen mit Aufrauhungen, Nuten oder ähnlichem versehen werden, um die Halterung zwischen Kunststoff und Metall zu verbessern. Die nutenfcrmigen Kanäle oder eineetwa konzentrisch zum Dichtungsring außerhalb der
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Einsenkung verlaufende^ Ringnut, deren Volumen zur Aufnahme des nach außen abfliessenden Kunststoffes ausreicht, gewährleisten die metallisch· Berührung auf den Auflageflächen und den einwandfreien Zusammenhang zwischen Anzugsmoment und Vorspannkraft, d.h. eine Verminderung der Reibung an der Auflagefläche durch einen Kunststoffilm wird -vermieden, tin solcher Film würde bei gleiche« Anzugsmoment zu einer erheblichen Erhöhung der Vorspannkraft führen·
Venn durch die Ausnehmungen die Auflagefläche der Mutter stark verkleinert wird, kann ein Bund zur Vergrößerung der Auflagefläche der Mutter vorgesehen werden, der die Kräfte so verteilt, daß die spezifische Flächenpressung auf ein erträgliches Haß reduziert wird.
Als Kunststoffe zur Ausführung der Erfindung eignen sich besonders Polyamide wegen ihrer hohen Festigkeit, Steifigkeit, Härte und Zähigkeit ohne daß die Erfindung auf diese Kunststoffe beschränkbar 1st·
Weitere Verbesserungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind an Hand der belllegenden Abbildungen erläutert·
Ss zeigern
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Plf. 1 eine erfindungsgemäße ausgebildete-Mutter in Schrägansieht,und zwar die rechte Hälfte in Aneicht und die linke Hälfte im Teilechnitt,
Pig. 2 eine Seltenansicht der Mutter, und zwar die rechte Hälfte in Ansicht und die linke Hälfte im Schnitt,
Pig. 3 einen feilsehnitt durch Mutter, Gewindebolzen, und Werkstück «ur Barstellung der angreifenden Kräfte, und
Pig. 4 eine teilweise im Schnitt gebrachte Ansicht der Mutter der vorherigen Pig. 1 - 3 im angezogenem Zustand·
Gremäfi den Pig. 1 und 2 ist der als Sechskantmutter ausgebildete Grundkörper 1 auf der Seite seiner Auflagefläche mit einem Bund 3 versehen, dessen Durchmesser größer als der größte Durchmesser des SechskantStückes •ist. Die Mutter 1 ist auf der Seite ihrer Auflagefläche 2 mit- einer zur Mutterbohrung 4 konzentrischen zylindrischen Einsenkung 5 versehen, die zur Aufnahme eile s aus thermoplastischen Kunststoff bestehenden Dicht- und Sicherungsrings 6 dient. Durch die Einsenkung wird eine Zylindermantelfläche 7 und eine Kreisringfläche 8 bestimmt. Der ling 6 besteht aus einem kreisringförmigen Teil 9 und einem kegtlatumpfförmigtn Anteil 1o, (gestrichelte
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_ιο-
Trennlinie) so daß der Querschnitt des Kunststoffringes aus einem Trapes und eine» Hechteck zueammengesetst werden kann. Der fell 9 paßt mit etwa· Spiel In die Einsendung 6 und der kegelstumpfförmige XeIl ragt über die Auflagefläche 2 hinaus« Sie Öffnungen 4 und 11 der Mutter 1 und des Binges 6 werden miteinander zentriert. Danach wird die Mutter 1 Induktiv erwärmt, so daß insbesondere die flächen 7 und β auf dl· Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs, insbesondere des Polymids, erhitzt werden. Bei der Erwärmung wird auf den Bing 6 in Richtung des Pfeiles 12 ein leichter Brück ausgeübt, so daß aus der ?uge sswischen den Flächen 7 und dem Teil 9 ein wenig Kunststoff in fiichtung des Pfeiles 13 austritt, der dann in Nuten 14 oder einer kreisförmigen Ringnut aufgefangen wird. Ble flüssige Kunststoffmasse gleicht die Toleranzen zwischen EInsenkungs- und Dichtringdurchmesser aus, fließt um die Aufrauhungen 8a der Bodenfläche 8 und zeigt der Herstellungsperson optisch na, daß sieh der Kunststoff genügend verflüssigt hat, der ausgeübte Brück hoch genug war und der in der Masse kalt gebliebene Kunststoffring einwandfrei und sicher mit der Metallmutter verbunden 1st. Im Bereich der öffnungen 4 und 11 1st ein Gewinde 15 eingeschnitten.
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Dl· nutförmigen Kanäle U öffnen sich nach der Auflagefläch· 2 und stehen mit der Binaenkung 5 zur Aufnahme des Ringe· und damit mit dem Blng in Verbindung. Im geeeigten Aueführungebeispiel sind aβehe derartig· Kanal· 14 vorgesehen. Ihr· Breit·- in Umfangerichtung gemessen - ist so gewählt, daß sie insgesamt einen Winkel ton 90° umfassen. In unbelastetem Zustand tritt der Dichtungsring 6 etwas in die Kanal· 14 hinein, was aber nicht unbedingt erforderlich 1st. Man ersieht ( deutlich aus flg. 1 und 2, daß im unbelasteten Zustand in den Kanälen U ein Volumen 16 zur Aufnahme von Kunststoff beim Ansiehen der Schraube frei bleibt«
In den fig· 3 und 4 werden dl· gleichen Besugszeichen benuttt wie In den fig· 1 und 2. Me Mutter ist hler jedoch auf das Gewinde«·*· 17 einte Schraubbolsens 18 aufgesehraubt, der durch die Bohrung 19 in einem Werkstück 20 geführt wird. Sie Bohrungskante t 21 der Bohrung 19 kann eine Fase 22 aufweisen, die entweder besonders ausgebildet wird oder von dem Bohrvorgang herrührt. Die wirkende Kraft K läßt sich dann immer in eine axiale Komponente H^ und eine radiale Komponente Kg aufspalten, wobei Kg zu einer sofortigen Abdichtung führt, well der Kunststoff In die Bohrung und in den Gewindeberelch 17 des Bolsens 18 hlneingedrüokt wird. Erst wenn der Druck erreicht wird, bei dem
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der Kunststoff als Flüssigkeit behandelt werden muß, erfolgt eine Verschiebung von Kunststoff nach allen
freien Sichtungen, also auch vom Gewindebolzen 18 fort· Ein 3?eil des Kunststoffs dann fließt weiter in die Bohrung 19» ein anderer Teil aber in die für den Abfluß vorgesehenen nutförmigea Kanäle 14, die dabei nicht ganz ausgefüllt werden e (Fig. 4). Es ist also genügend Platz für demnach außen afefliessenden Kunststoff des Ringes 6 vorhanden, so daß die Auflagefläche frei von relbungsminderadem Kunststoff bleibt.
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Claims (1)

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    f 1·) SeferaabatiiGk» iaeb®SQEi©r® Mutt@2?9 Sas aiaf der Seite
    Auflagefläobe Bait einen ame thessioplaetisehea
    Kunststoff beetebeaflezi in ©lass? liasgiÄQag ¥org#- s®fe#n®a DicM« mai Sloherosgesäng vereehen &«t» der die Amflagafläsli« i©e SsfeambotSslss
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    2» S0hratafe®tüek Eaoli /laspsraok 1,
    Bieilt·*» tind Sieh@3Pimgiyiag (6)
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    3* S^ehraubatüek aa©la
    (i) mit einem äfxrohlaufeeäess. Gowinde (15)
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    181
    4· Sehraufcatlielt" att«k tlnam der Aaeprüeaa 1 » 3» daduroh eaktaasalahatt« daft 11« fr·!· Auflaga« fllekt (2) ifr SflirauliftitliL· (1) eint odtr naarara mt* dar llaitakitasf (5) i«r Aufnataia d-as lliifi· (i) irtr'lnailiB· Ttrtiafuagta» Wltpltliwaiat atrttrtign !«Alu I4f »mfirtiet, dtraa Tolumta to 1iftiHiec«ii istf dtß ·« rar lttfaaluie des btls insi«tli#n it« Saliraiilse-Ilielöi In um Bleich dar
    (2)su&fll®&®n&im Kunstetoffa auaralelit·
    ft«S ·■ Mit Ulm·» (2) TtrgrtStrniei Timd (3) ^eratlMm let*
    .ι*Α «im« der ΑηβρϊίΙϋΙι* 1 - 5# dadureli
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    009826/1190
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