DE202005014327U1 - Threaded component, has sliding layer following thread pitch of wear resistant, friction reducing material and arranged at thread flank, where layer consists of fiber/plastic or composite material - Google Patents

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Abstract

The component has a thread flank (12,16), which is loaded in a functional condition of the threaded component. A sliding layer (18) following the thread pitch of a wear resistant, friction reducing material is arranged at the thread flank. The sliding layer consists of fiber/plastic or composite material, where the sliding layer is affixed and pressed. The sliding layer consists of number of units.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gewindebauteil mit mindestens einer wendelgangförmig verlaufenden, im Gebrauchszustand des Gewindebauteils belasteten Gewindeflanke, beispielsweise einen Bolzen, eine Mutter oder eine Kombination aus beidem.The The invention relates to a threaded component with at least one helical running, in Use state of the threaded component loaded thread flank, for example a bolt, a nut or a combination of both.

Für ein Bewegungsgewinde oder ein normales Gewinde wird nach einer Möglichkeit gesucht die zulässige Belastung und wartungsfreie Funktions- und Gebrauchsdauer zu erhöhen und gleichzeitig die Reibungsverluste im Gewinde zu minimieren (kleiner Reibwert).For a movement thread or a normal thread is searched for a possibility the permissible load and to increase maintenance-free operation and service life and at the same time to minimize the friction losses in the thread (low coefficient of friction).

Zur Zeit werden Werkstoffpaarungen verwendet die eine zulässige Belastung von 5 bis 20 N/mm2 (mittlere Flächenpressung) bei häufiger Betätigung ermöglichen.to Time are material pairings uses the one permissible load from 5 to 20 N / mm2 (average surface pressure) at more frequent activity enable.

Ein Schmiervorgang ist bereits nach kurzer Zeit erforderlich um konstante Gleiteigenschaften zu behalten.One Lubrication is required after a short time to constant To keep gliding properties.

Es sind Werkstoffe bekannt, welche für hohe Druckbelastungen, häufige Betätigung und große Wartungsintervalle geeignet sind und z. B. für Gleitlager verwendet werden, z. B. Buchsen oder Platteneinlagen aus Composites, faserverstärkt mit Karbon-, Aramid-, Kevlar usw., und mit verschiedenen Zusätzen versehene Compounds. Die Anwendung dieser Materialien bei Gewinden ist bisher nur möglich wenn die Gewindemutter und/oder Gewindebolzen komplett aus den Spezialwerkstoffen angefertigt werden. Aufgrund der anderen Festigkeitseigenschaften (Scherfestigkeit, Biegefestigkeit usw.), welche bei den Composites im Gegensatz zur Druckfestigkeit nicht sehr hoch sind und zudem sehr stark von der Struktur des Composites bzw. der Belastungsrichtung zur Struktur abhängig sind, kann keine nennenswerte Erhöhung der Belastbarkeit bzw. der (wartungsfreien) Gebrauchsdauer erreicht werden. (Bruch tritt eher ein als Verschleiß).It are materials known for high pressure loads, frequent actuation and large maintenance intervals are suitable and z. For example Plain bearings are used, for. As sockets or plate inserts made of composites, fiber-reinforced with carbon, aramid, Kevlar etc., and with various additives Compounds. The application of these materials in threads is so far only possible if the nut and / or stud bolt completely made of special materials be made. Due to the other strength properties (shear strength, Flexural strength, etc.), which in contrast to the composites Compressive strength are not very high and also very strong on the structure of the composite or the loading direction are dependent on the structure, can not be a significant increase the load capacity or the (maintenance-free) service life reached become. (Breakage occurs sooner than wear).

Eine Oberflächenbeschichtung (dünnwandig) mit verschiedenen Werkstoffen ist ebenfalls bekannt, bringt aber nicht den gewünschten Erfolg.A surface coating (Thin-walled) with different materials is also known, but brings not the desired one Success.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, mit geringem Aufwand ein Gewindebauteil zu schaffen, das eine hohe mechanische Festigkeit aufweist und bei dem die belastete Gewindeflanke verschleißarm und hoch belastbar ist.task The invention is therefore, with little effort, a threaded component to create, which has a high mechanical strength and in which the loaded thread flank is wear-resistant and highly loadable.

Dies wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This is inventively with the achieved in claim 1 features. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Der reibungsmindernde Spezialwerkstoff bildet erfindungsgemäß eine dem Gewindegang folgende Einlage und wird deshalb im Gewinde im wesentlichen nur auf Druck belastet.Of the friction-reducing special material forms according to the invention a Thread following insert and is therefore in the thread substantially only charged on pressure.

In den meisten Fällen ist nur eine Flanke des Gewindes belastet. In diesem Fall kann zwischen Mutter und Bolzen eine wendelförmige Einlage aus dem gewünschten Material mit z. B. einem dem Anwendungsfall angepassten Werkstoff auf der belasteten Flanke angebracht werden. Die Geometrie der Gewindegänge wird entsprechend angepasst bzw. unter Festigkeitsgesichtspunkten optimiert.In most cases only one flank of the thread is loaded. In this case can be between mother and bolt a helical one Insert from the desired Material with z. B. a material adapted to the application be mounted on the loaded flank. The geometry of the threads becomes adapted accordingly or optimized under strength considerations.

Die Werkstoffe der Mutter und des Bolzens sind jetzt frei wählbar, da das Gleiten, zwischen Mutter und Einlage oder Bolzen und Einlage stattfindet.The Materials of the nut and bolt are now freely selectable because the sliding, between nut and insert or bolt and insert takes place.

Falls beide Gewindeflanken Lasten aufnehmen müssen, können zwei Einlagen oder eine geeignet geformte, sich über beide Flanken ersteckende Einlage verwendet werden.If Both thread flanks must accommodate loads, two deposits or one suitably shaped, over both flank-hitting insert can be used.

Die Einlage kann aus mehreren Segmenten (z.B. scheibenförmig aufgeschlitzt) bestehen und unterschiedliche Querschnittsformen haben. Einige Formen ermöglichen einen besseren Toleranzausgleich, andere eine höhere Belastbarkeit, sei es aufgrund ihrer Spezialform (Spannungszustand) oder ihrer vergrößerten Abstützfläche (z.B. Halbkreis) an der Gewindeflanke.The Insert can be made of several segments (for example sliced in a disk shape) exist and have different cross-sectional shapes. Some forms enable a better tolerance compensation, others a higher load capacity, be it due to their special shape (stress state) or their enlarged support surface (e.g. Semicircle) at the thread flank.

Mutter und Bolzen können unterschiedliche Oberflächengüten haben damit das Gleiten auf der gewünschten Fläche stattfindet. Die zum Gleiten nicht benutzte Fläche kann rau sein oder eine Formschlussverbindung mit der Einlage bilden und so die Einlage gegen Verrutschen sichern.mother and bolts can have different surface finishes So that the gliding on the desired area takes place. The surface not used for gliding may be rough or one Form positive connection with the insert and so the deposit secure against slipping.

Die Einlage kann lose, aufgeklebt oder aufgebacken/aufgepresst seinThe Insert can be loose, glued or baked / pressed

Die Einlage kann bei allen standardisierten und nicht standardisierten Gewindeformen angewendet werden (Trapez-, Sägezahn-, Panzer-, metrisches-, Zollgwinde, etc.) sowie auch bei mehrgängigen Gewinden.The Deposits can be made on all standardized and non-standardized ones Thread forming (trapezoidal, sawtooth, armored, metric, Zollgwinde, etc.) as well as with multi-course threads.

Die Einlage kann aus einen reinen, einkomponentigen Werkstoff bestehen oder einem Compound oder Composit, insbesondere Faser/Kunststoff-Composit.The Insert can consist of a pure, one-component material or a compound or composite, in particular fiber / plastic composite.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:in the The following examples are based on closer to the drawing explained. Show it:

1 bis 7 axiale Halbschnitte durch Bolzen/Mutter-Anordnungen mit erfindungsgemäßen Gleiteinlagen gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen; 1 to 7 axial half sections through bolt / nut arrangements with sliding inserts according to the invention according to different embodiments;

8 ein Element einer Gleiteinlage in der Draufsicht; und 8th an element of a sliding insert in plan view; and

9 eine perspektivische Ansicht einer wendelförmigen (endlosen) Gleiteinlage. 9 a perspective view of a helical (endless) sliding insert.

In 1 weist ein Bolzen 10 aus Metall ein trapezförmiges Außengewinde mit (nur) einer belasteten Gewindeflanke 12 auf, und eine aufgeschraubte Mutter 14 hat ein Innengewinde mit einer belasteten Flanke 16. Die Flanken 12, 16 haben im Querschnitt halbkreisförmige, dem Gewindegang folgende Rinnen, in die eine Gleiteinlage 18 aus einem verschleißfesten und reibungsmindernden Material, z. B. einem Fasercomposit, eingelegt ist.In 1 has a bolt 10 made of metal a trapezoidal external thread with (only) one loaded thread flank 12 on, and a nut screwed on 14 has an internal thread with a loaded flank 16 , The flanks 12 . 16 have in cross-section semicircular, the thread following grooves, in which a sliding insert 18 made of a wear-resistant and friction-reducing material, eg. B. a fiber composite, is inserted.

In 2 hat die Gleiteinlage 18a einen halbkreisförmigen Querschnitt und liegt nur in einer Rinne der Mutter 12. Beim Anziehen der Mutter wird die Gleiteinlage reibschlüssig in ihrer Rinne gehalten, während sie reibungsarm an der Gewindeflanke 12 des Bolzens entlang gleitet.In 2 has the sliding insert 18a a semicircular cross section and lies only in a groove of the mother 12 , When tightening the nut, the sliding insert is frictionally held in its groove, while friction with the thread flank 12 along the bolt.

In 3 weisen die Gewindeflanken keine Rinnen auf, und die Gleiteinlage 18b hat die form eines flachen Bandes.In 3 the thread flanks have no grooves, and the sliding insert 18b has the shape of a flat band.

In 4 verläuft die belastete Gewindeflanke der Mutter 14 rechtwinklig zur Bolzenachse, und die Gleiteinlage 18c hat dementsprechend einen keilförmigen Querschnitt.In 4 runs the loaded thread flank of the mother 14 perpendicular to the bolt axis, and the sliding insert 18c has accordingly a wedge-shaped cross-section.

In 5 verlaufen beide belasteten Flanken rechtwinklig zur Bolzenachse, und die Gleiteinlage 18d hat wieder die Form eines flachen Bandes und kann an die Flanke des Bolzens oder die Flanke der Mutter angeklebt oder angeformt sein.In 5 Both loaded flanks are perpendicular to the bolt axis, and the sliding insert 18d again has the shape of a flat band and may be glued or molded to the flank of the bolt or the flank of the nut.

6 und 7 illustrieren Anwendungsfälle, in denen beide Flanken des Bolzengewindes belastet sein können. Die Gleiteinlage 18e nach 6 ist eine Wendel mit trapezförmigem Querschnitt, die in das Gewinde der Mutter eingelegt oder auf die Gewinderippen des Bolzens aufgesteckt ist. Die Gleiteinlage 18f nach 7 ist dagegen ein durchgehender, das Gewindeprofil abformender Schlauch, der ggf. längsgeschlitzt ist, damit er sich auf den Bolzen aufclipsen läßt. 6 and 7 illustrate applications in which both flanks of the bolt thread can be loaded. The sliding insert 18e to 6 is a helix with trapezoidal cross-section, which is inserted into the thread of the nut or attached to the threaded ribs of the bolt. The sliding insert 18f to 7 is, however, a continuous, the thread profile molding hose, which is optionally longitudinally slotted so that it can be clipped onto the bolt.

8 zeigt ein Element 18g einer Gleiteinlage, z. B. der Gleiteinlage 18b nach 3. Dieses Element hat die Form eines flachen, geschlitzten Ringes und kann aus einer flachen Bahn des Compositmaterials ausgestanzt werden. Mehrere solcher Elemente können dann nach Bedarf lückenlos oder mit mehr oder minder großen Lücken dazwischen in die Gewindegänge eingelegt werden. 8th shows an element 18g a slide insert, z. B. the sliding insert 18b to 3 , This element has the shape of a flat, slotted ring and can be punched out of a flat sheet of composite material. Several such elements can then be inserted as needed gapless or with more or less large gaps between them in the threads.

9 zeigt perspektivisch ein Stück der endlosen, wendelförmigen Gleiteinlage 18b gemäß 3. Die Wendel ist so flexibel, daß sie um den Bolzen 10 gelegt werden kann und sich dann in dessen Gewindegängen hält. 9 shows in perspective a piece of endless helical Gleiteinlage 18b according to 3 , The helix is so flexible that it fits around the bolt 10 can be placed and then keeps in its threads.

Ein Anwendungsbeispiel ist etwa ein Gewinde eines Spindel-Betätigungsmechanismus für eine Bremse, z. B. für eine Windkraftanlage, bei der das Gewinde einer sehr hohen, der Bremskraft entsprechenden Belastung ausgesetzt ist.One Application example is about a thread of a spindle actuating mechanism for a brake, z. For example a wind turbine in which the thread of a very high, the Brake force is exposed to appropriate load.

Claims (9)

Gewindebauteil (10; 14) mit mindestens einer wendelgangförmig verlaufenden, im Gebrauchszustand des Gewindebauteils belasteten Gewindeflanke (12; 16), dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindeflanke (12; 16) eine dem Gewindegang folgende Gleiteinlage (18–18f) aus einem verschleißfesten, reibungsmindernden Material angeordnet ist.Threaded component ( 10 ; 14 ) with at least one helical running, loaded in the use state of the threaded component thread flank ( 12 ; 16 ), characterized in that at the thread flank ( 12 ; 16 ) a sliding insert following the thread ( 18 - 18f ) is arranged from a wear-resistant, friction-reducing material. Gewindebauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18–18f) aus einem Faser/Kunststoff-Compositmaterial besteht.Threaded component according to claim 1, characterized in that the sliding insert ( 18 - 18f ) consists of a fiber / plastic composite material. Gewindebauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18; 18a) einen kreis- oder halbkreisförmigen Querschnitt hat und in einer in der Gewindeflanke (12; 16) ausgebildeten Rinne liegt.Threaded component according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding insert ( 18 ; 18a ) has a circular or semicircular cross-section and in a in the thread flank ( 12 ; 16 ) formed gutter lies. Gewindebauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18–18f) durch ein oder mehrere getrennt von dem Gewindebauteil (10; 14) hergestellte und nachträglich an diesem befestigte Elemente (18g) gebildet wird.Threaded component according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding insert ( 18 - 18f ) separated by one or more of the threaded component ( 10 ; 14 ) and subsequently attached thereto ( 18g ) is formed. Gewindebauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18b) aus mehreren Elementen (18g) zusammengesetzt ist, die jeweils die Form eines flachen, geschlitzten Ringes haben.Threaded component according to claim 4, characterized in that the sliding insert ( 18b ) of several elements ( 18g ), each having the shape of a flat, slotted ring. Gewindebauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18b) eine endlose, um oder in das Gewinde gelegte Wendel ist.Threaded component according to claim 4, characterized in that the sliding insert ( 18b ) is an endless, around or in the thread laid coil. Gewindebauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18–18f) an das Gewindebauteil angeklebt, angepresst oder angebacken ist.Threaded component according to one of claims 4 to 6, characterized in that the sliding insert ( 18 - 18f ) is glued to the threaded component, pressed or baked. Gewindebauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinlage (18–18f) durch einseitige Aufrauhung oder formschlüssige Verriegelung gegen Verschiebung längs des Gewindegangs in Bezug auf das Gewindebauteil gesichert ist.Threaded component according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sliding insert ( 18 - 18f ) is secured by one-sided roughening or positive locking against displacement along the thread with respect to the threaded member. Gewindebauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche bei dem abwechselnd beide Gewindeflanken belastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gewindeflanken durch gesonderte Gleiteinlagen oder durch eine gemeinsame Gleiteinlage (18e; 18f) geschützt sind.Threaded component according to one of the preceding Claims in which alternately loaded both thread flanks, characterized in that both thread flanks by separate sliding inserts or by a common slide insert ( 18e ; 18f ) are protected.
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