DE4227272A1 - Plastics fixture bolt or nut - has nut and bolt of compatible plastics with similar melting points and reusable thread, plastics being made stronger by having glass or carbon fibres in it - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Befestigungs elements, insbesondere einer Schraube, Mutter, eines Ge windeeinsatzes oder eines Niets aus Kunststoff an oder in einem Bauteil aus Kunststoff.The invention relates to the use of a fastening elements, especially a screw, nut, Ge winch insert or a rivet made of plastic on or in a component made of plastic.
Kunststoffschrauben und -gewindeeinsätze aus Kunststoff in Verbindung mit Bauteilen aus Metall oder Kunststoff sind bekannt. Diese Schrauben bzw. Gewindeeinsätze sind in gleicher Weise wie entsprechende Schrauben oder Gewin deeinsätze aus Metall gestaltet und werden in derselben Weise als Befestigungselemente verwendet, wobei die Fe stigkeit der Verbindung von der Festigkeit des Kunst stoffs abhängt. Um eine gegenüber Metallschrauben bzw. -gewindeeinsätzen annähernd gleiche Festigkeit zu errei chen, ist es bekannt, hochwertige Kunststoffe mit guten Festigkeitseigenschaften, z. B. Polyamid-Kunststoff (PA), vorzugsweise glasfaserverstärkt, zu verwenden und das Bauteil aus kostengünstigem Kunststoff geringer Festig keit herzustellen.Plastic screws and thread inserts made of plastic in connection with components made of metal or plastic are known. These screws or thread inserts are in the same way as corresponding screws or threads de inserts made of metal and are in the same Way used as fasteners, the Fe strength of connection of the strength of art depends on the fabric. To a compared to metal screws or - Thread inserts to achieve approximately the same strength Chen, it is known to use high quality plastics with good Strength properties, e.g. B. polyamide plastic (PA), preferably glass fiber reinforced, to use and that Low-strength plastic component ability to manufacture.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Schrauben bzw. Gewin deeinsätzen aus Kunststoff, daß sie, genauso wie entspre chende Metallteile, von dem Bauteil abgeschraubt und aus sortiert werden müssen, bevor sich das Bauteil und/oder die Schrauben bzw. Gewindeeinsätze zur Herstellung gleichartiger oder anderer Kunststoffteile wiederverwer ten lassen.The disadvantage of these known screws or threads de plastic inserts that they, just as correspond appropriate metal parts, unscrewed from the component and out must be sorted before the component and / or the screws or thread inserts for production Recycle similar or different plastic parts let it.
Zwar ist eine Wiederverwertung des Materials dieser Bau elemente nach dem Sortieren möglich, jedoch ist der Auf wand für eine derartige Wiederverwertung aufgrund der er forderlichen Demontage und des Sortierens hoch. This construction is indeed a recycling of the material elements after sorting possible, however the up is for such recycling because of the required disassembly and sorting high.
Kunststoffschrauben bzw. -gewindeeinsätze werden daher in der Regel nur dann verwendet, wenn ihr Einsatz gegenüber Metallschrauben bzw. -gewindeeinsätzen aus anderen Grün den, z. B. dem Korrosionsschutz, vorteilhaft erscheint.Plastic screws or thread inserts are therefore in usually used only when opposed to their use Metal screws or thread inserts made of other green the, e.g. B. the corrosion protection appears advantageous.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglich keit zu schaffen, Befestigungselemente wie Schrauben oder Gewindeeinsätze zusammen mit dem Bauteil, mit dem sie verbunden sind, wiederzuverwerten.The invention has for its object one possible to create fasteners such as screws or Thread inserts together with the component with which they are connected to recycle.
Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird vorgeschlagen, daß das Befestigungselement und das Bauteil erfindungsge mäß aus bei einer gemeinsamen Wiederverwertung kompa tiblen Kunststoffen bestehen.Based on this task, it is proposed that the fastener and the component fiction, ge from a joint recycling compa tib plastics.
In diesem Zusammenhang bedeutet kompatibel, daß sich das Kunststoffmaterial der Schrauben bzw. Gewindeeinsätze mit dem des Bauteils beim Einschmelzen und Regranulieren vollständig mischt und homogen verteilt, ohne daß eine thermische Schädigung des einen oder anderen Kunststoff materials eintritt und ohne daß Verstopfungen von Spritz düsen, Angußkanälen oder schädliche Einlagerungen in einem daraus gefertigten Spritzgußteil auftreten. Dabei kann die Werkstoffpaarung so gewählt werden, daß sich auch eine synergistische Wirkung ergibt.In this context, compatible means that the Plastic material of the screws or thread inserts with that of the component during melting and regranulation completely mixed and homogeneously distributed without a thermal damage to one or the other plastic materials occurs and without clogging of spray nozzles, sprue channels or harmful deposits in an injection molded part made from it occur. Here the material pairing can be chosen so that also produces a synergistic effect.
Die Kompatibilität wird gefördert, wenn der Schmelzpunkt des Kunststoffs für das Befestigungselement etwa gleich dem des für das Bauteil verwendeten Kunststoffs ist und die Kunststoffe insbesondere artgleich sind. Artgleich sind z. B. die Polyolefine untereinander sowie die Poly amide. Dabei kann der Kunststoff für das Befestigungsele ment härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil eingestellt sein und insbesondere festig keitserhöhende Füllstoffe wie Glasfasern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe enthalten. Compatibility is promoted when the melting point the plastic for the fastener is about the same that of the plastic used for the component and the plastics in particular are of the same type. Same species are z. B. the polyolefins with each other and the poly amide. The plastic for the mounting element ment harder and / or more impact resistant than the plastic for the component must be adjusted and in particular firm safety-increasing fillers such as glass fibers, glass balls, Contain carbon fibers or minerals.
Für das Befestigungselement ist z. B. ein schlagzäh modi fiziertes Polyamid (PA) mit 50% Glasfaseranteil geeignet, das sich gemischt mit anderen, einfachen Polyamiden für das Bauteil wiederverwerten läßt. In der gleichen Weise läßt sich ein Polypropylen (PP), das chemisch mit Poly äthylen (PE) gekoppelt ist und 40% Glasfaseranteil ent hält, als Material für das Befestigungselement mit allen Polyolefinen als Material für das Bauteil wiederverwer ten. Des weiteren sind ein Homopolymerisat des Polyoxyme thylens (POM) mit 40% Glasfaseranteil für das Befesti gungselement und das gleiche Homopolymerisat ohne Glasfa seranteil für das Bauteil geeignet. Auch ein Copolymeri sat von POM mit 40% Glasfaser läßt sich mit einem ent sprechenden Copolymerisat kombinieren. Eine weitere Mate rialkombination ist mit einem schlagzäh modifizierten Po lybuthylenterephthalat PBTP mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen PBTP oder einem schlagzäh modifizierten Polyäthylenterephthalat (PETB) mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen (PETB) gegeben, wobei der Glasfaser gehalt durchaus variieren kann.For the fastener is such. B. an impact modes suitable polyamide (PA) suitable with 50% glass fiber, that mixes with other simple polyamides for the component can be recycled. In the same way can be a polypropylene (PP), which is chemically with poly ethylene (PE) is coupled and 40% glass fiber content ent holds, as material for the fastener with all Recycle polyolefins as material for the component Furthermore, they are a homopolymer of polyoxyme thylens (POM) with 40% glass fiber for fastening gung element and the same homopolymer without glass fa suitable for the component. Also a copolymer sat from POM with 40% glass fiber can be ent Combine speaking copolymer. Another mate rialkombination is with an impact modified buttocks lybutylene terephthalate PBTP with 40% glass fiber and a simple PBTP or an impact modified Polyethylene terephthalate (PETB) with 40% glass fiber and a simple (PETB) given the fiber content may vary.
Werden die Bauteile mit den Befestigungselementen aufge schmolzen und regranuliert, mischen sich die Materialien der Befestigungselemente und des Bauteils problemlos, und die Füllstoffe, z. B. die Glasfasern verteilen sich gleichmäßig in der gesamten Schmelze. Das regranulierte Material läßt sich zu allen Bauteilen verarbeiten, bei denen es auf einen geringen Stoffanteil, der von den Be festigungselementen herrührt, nicht ankommt. Nur für die Befestigungselemente selber sollte aus Festigkeitsgründen stets jungfräuliches Material verwendet werden.The components with the fasteners are opened melted and regranulated, the materials mix the fasteners and the component without problems, and the fillers, e.g. B. the glass fibers are distributed evenly throughout the melt. The re-granulated Material can be processed into all components, at to which it is based on a small proportion of substance, which the Be Fixing elements comes from, does not arrive. Just for them Fasteners themselves should be for strength reasons virgin material should always be used.
Aufgrund der höheren Festigkeit des für die Befestigungs elemente verwendeten Materials ist es möglich, eine Schraube oder einen Gewindeeinsatz mit einem selbstfur chenden Gewinde zu versehen, so daß sich die Schraube oder der Gewindeeinsatz in ein vorgeformtes oder vorge bohrtes Loch direkt einschrauben läßt.Due to the higher strength of the for attachment It is possible to use a material Screw or a threaded insert with a self appropriate thread so that the screw or the threaded insert in a preformed or preformed can screw the drilled hole directly.
Um den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs Rechnung zu tragen, insbesondere die Kerbbeanspruchungen in den Gewinderillen zu vermindern und dadurch die Lastaufnahme fähigkeit der Gewindegänge zu optimieren, können diese beispielsweise um eine Ganghöhe axial gegeneinander ver setzt sein und einen Abstand voneinander aufweisen, der mindestens dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht. Auf diese Weise lassen sich die Gewinderillen breit und mit großem Radius ausrunden, wodurch eine Kerbwirkung in die sem Bereich des Gewindeprofils vermieden wird. Des weite ren lassen sich Schrauben oder Gewindeeinsätze mit so ge stalteten Gewindegängen im Spritzguß-Verfahren mit einer zweiteiligen Form herstellen, wenn die Formtrennebene in die Sprungstellen gelegt wird.To account for the properties of the plastic used to bear, in particular the notch stresses in the Reduce thread grooves and thereby the load absorption to optimize the ability of the threads for example, by a pitch axially against each other be set and have a distance from each other that corresponds to at least twice the pitch. On this way the thread grooves can be wide and with Round out large radius, creating a notch effect in the sem area of the thread profile is avoided. The far screws or thread inserts can be designed threads with an injection molding process produce two-part mold if the mold parting plane in the jump points is laid.
Es ist auch möglich, die Gewindehöhe in Eindrehrichtung von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert in Umfangs richtung stetig zunehmen zu lassen und über die Ein schraublänge wenigstens einmal, vorzugsweise nach jedem halben Gewindegang über einen Absatz auf den Kleinstwert zu vermindern, so daß der Absatz eine Ausdrehsperre bil det. Durch diese Ausdrehsperre wird verhindert, daß sich eine angezogene Schraube lockert oder löst oder sich ein Gewindeeinsatz mit einer darin eingedrehten Schraube aus dem Bauteil herausdreht.It is also possible to change the thread height in the screwing direction from a minimum value to a maximum value in volume direction to increase steadily and over the one screw length at least once, preferably after each half thread over a paragraph to the smallest value to reduce, so that the paragraph bilge lock det. This turnout lock prevents that a tightened screw loosens or loosens or comes in Thread insert with a screw screwed into it the component.
Weist die Schraube oder der Gewindeeinsatz ein selbstfur chendes Gewinde auf, kann am Einschraubende wenigstens eine Schneidnut vorhanden sein, während der axiale Ver satz der Gewindegänge und/oder die veränderliche Gewinde höhe für die Ausdrehsperre erst am Ende der Schneidnut beginnen. Instructs the screw or the thread insert itself thread, can at least at the screw end a cutting groove be present during the axial Ver set of threads and / or the variable thread height for the turning lock only at the end of the cutting groove start.
Die Kunststoffschrauben können auch in Holzteile, bei spielsweise im Modellbau eingedreht werden und lassen sich problemlos mitbearbeiten, ohne daß Schäden an den Schneidmessern entstehen. Die Holzelemente können mit den Kunststoffschrauben bei der Entsorgung ohne Rückstände z. B. verbrannt werden.The plastic screws can also be used in wooden parts for example, be screwed in and let in model making edit themselves without problems, without damage to the Cutting knives arise. The wooden elements can with the Plastic screws with no residues during disposal e.g. B. burned.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below with reference to several in the Drawing of illustrated embodiments of the closer explained. The drawing shows:
Fig. 1 die Seitenansicht einer Kunststoffkopfschraube mit selbstfurchendem Gewinde, Fig. 1 is a side view of a plastic cap screw with self-tapping thread,
Fig. 2 eine Axialansicht auf den Gewindeschaft der Schraube gemäß Fig. 1, Fig. 2 is an axial view of the threaded shank of the screw according to FIG. 1,
Fig. 3 die Seitenansicht eines Gewindeschaftes mit einem anderen Gewinde, Fig. 3 is a side view of a threaded shank with another thread,
Fig. 4 eine um 90° versetzte Ansicht des Gewindeschafts gemäß Fig. 3, Fig. 4 is a view 90 ° offset of the threaded shaft according to Fig. 3,
Fig. 5 eine Axialansicht auf den Gewindeschaft der Fig. 3 und 4, Fig. 5 is an axial view of the threaded shank of FIGS. 3 and 4,
Fig. 6 die Seitenansicht eines Gewindeeinsatzes mit Ausdrehsicherung, Fig. 6 is a side view of a threaded insert with a stop collar,
Fig. 7 eine Axialansicht auf den Gewindeeinsatz gemäß Fig. 6 und Fig. 7 is an axial view of the threaded insert shown in FIG. 6 and
Fig. 8 die Seitenansicht eines Gewindeeinsatzes mit Ausdrehsicherung und axialem Versatz der Gewin degänge. Fig. 8 is a side view of a thread insert with anti-twist protection and axial offset of the thread degangs.
Eine Kopfschraube 1 besteht aus einem Sechskantkopf 2 mit einem Schaft 3, der ein Rundgewinde 4 aufweist. Am freien Schaftende sind zwei um 180° versetzte Schneidnuten 5 an geordnet, während diametral gegenüberliegend jeder Gewin degang Anflachungen oder Nuten 6 besitzt. Die Schraube 1 besteht aus einem Kunststoff, der mit dem Kunststoff des Bauteils, in das die Schraube 1 eingeschraubt werden soll, kompatibel, insbesondere artgleich ist. Jedoch ist der Kunststoff der Schraube 1 vorzugsweise härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil und enthält festigkeitserhöhende Füllstoffe wie Glas fasern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe. Die Schraube 1 läßt sich daher in eine Bohrung des Bauteils eindrehen und furcht sich dabei das Rundgewinde 4 selber.A cap screw 1 consists of a hexagon head 2 with a shaft 3 , which has a round thread 4 . At the free end of the shaft, two cutting grooves 5 offset by 180 ° are arranged, while diametrically opposite each thread has flats or grooves 6 . The screw 1 consists of a plastic which is compatible, in particular of the same type, with the plastic of the component into which the screw 1 is to be screwed. However, the plastic of the screw 1 is preferably harder and / or impact resistant than the plastic for the component and contains strength-increasing fillers such as glass fibers, glass balls, carbon fibers or minerals. The screw 1 can therefore be screwed into a hole in the component and the round thread 4 fears itself.
Während das in Fig. 1 dargestellte Rundgewinde bereits weitgehend unempfindlich gegen Kerbwirkung ist, läßt sich mit dem in den Fig. 3 bis 5 und 8 dargestellten Gewinde in noch erhöhtem Maße den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs Rechnung tragen.While the round thread shown in FIG. 1 is largely insensitive to notching, the properties of the plastic used can be taken into account to an even greater extent with the thread shown in FIGS. 3 to 5 and 8.
In Fig. 3 bis 5 ist nur ein Schaft 7 dargestellt, der entweder, wie in Fig. 1 einen Kopf, insbesondere Sechs kantkopf tragen kann oder als Gewindestift dient. Ebenso kann das in Fig. 3 bis 5 dargestellte Bauteil als Gewin deeinsatz ausgebildet sein. Bei dem in Fig. 3 bis 5 dar gestellten Gewinde handelt es sich um ein Spitzgewinde 8, dessen Gewinderille 9 die doppelte Breite der Ganghöhe eines normalen Gewindes aufweist. Jeweils ein Gewindegang 10 läuft um 360°, d. h. einmal um den Gewindeschaft 7 herum. Nach 360° ist der nächste Gewindegang 10 um den Betrag einer Ganghöhe axial versetzt und läuft so wie derum einmal um den Schaft 7 herum. Das gleiche Spiel wiederholt sich Gang für Gang. Die Schraube erhält da durch bei jedem Gang eine Sprungstelle 11. In Fig. 3 to 5, only a shaft 7 is shown, which can either, as in Fig. 1 a head, in particular hexagon head, or serve as a threaded pin. Likewise, the component shown in FIGS . 3 to 5 can be designed as a threaded insert. The thread shown in FIGS. 3 to 5 is a pointed thread 8 , the thread groove 9 of which has twice the width of the pitch of a normal thread. Each thread 10 runs through 360 °, ie once around the threaded shaft 7 . After 360 °, the next thread 10 is axially offset by the amount of a pitch and runs around the shaft 7 once again. The same game is repeated one game at a time. The screw receives a jump point 11 in each gear.
Es ist auch möglich, jeweils um 180° gegeneinander ver setzte Sprungstellen vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß sich diese Schrauben in einer zweigeteilten Spritz gußform, deren Trennebene durch die Ebene der Sprungstel len verläuft, herstellen lassen.It is also possible to ver each other by 180 ° to set jump points. This has the advantage that these screws in a two-part spray mold, the parting plane through the level of the jump len runs, have it made.
Der in Fig. 6 bis 8 dargestellte Gewindeeinsatz 12 be sitzt eine Ausdrehsperre, bei der die Gewindehöhe jedes Gewindeganges 13 von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert in Umfangsrichtung stetig zunimmt und sich nach jedem halben Gewindegang 13 über einen Absatz 14 auf den Kleinstwert vermindert. Der hier befindliche Absatz 14 stellt die Ausdrehsperre dar. Wird der Gewindeeinsatz 12 nämlich im Uhrzeigersinn in eine Bohrung eines Bauteils eingeschraubt - zu diesem Zweck läßt sich ein Einschraub werkzeug mit Zapfen in Axialnuten 15 einsetzen - wird das Material des Bauteils in der Bohrung teilweise verdrängt und weicht teilweise elastisch aus, so daß es sich nach Beendigung des Einschraubens hinter den Absätzen 14 ver krallt und ein Ausdrehen des Gewindeeinsatzes 12 nur un ter großem Kraftaufwand möglich ist. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung weist jede Gewinderille, wie be reits bezüglich Fig. 3 bis 5 beschrieben, die doppelte Breite der Ganghöhe eines normalen Gewindes auf. Jeweils ein halber Gewindegang 13 läuft um 180° um den Gewinde schaft 12 herum. Nach 180° ist der nächste halbe Gewinde gang 13 um den Betrag einer Ganghöhe axial versetzt. Der Gewindeeinsatz 12 erhält dadurch bei jedem halben Gang 13 einen Sprung, dessen größerer am Ende des halben Gewinde gangs 13 den Absatz 14 und damit die Ausdrehsperre bil det.The threaded insert 12 shown in FIGS . 6 to 8 sits a turning lock, in which the thread height of each thread 13 increases continuously from a minimum value to a maximum value in the circumferential direction and decreases after every half thread 13 via a shoulder 14 to the minimum value. The paragraph 14 located here represents the turning lock. If the threaded insert 12 is screwed clockwise into a bore of a component - for this purpose, a screw-in tool with a pin can be inserted into axial grooves 15 - the material of the component is partially displaced in the bore and partially gives way elastically, so that it claws after the screwing in behind the paragraphs 14 and unscrewing the threaded insert 12 is only possible with great effort. In the embodiment shown in FIG. 8, each thread groove, as already described with reference to FIGS . 3 to 5, has twice the width of the pitch of a normal thread. Half a thread 13 runs through 180 ° around the threaded shaft 12 . After 180 °, the next half thread 13 is axially offset by the amount of a pitch. The thread insert 12 thereby receives a jump in every half gear 13 , the larger of which at the end of the half thread gear 13 the paragraph 14 and thus the turning lock bil det.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Befestigungs elemente aus Kunststoff zusammen mit einem Bauteil aus einem mit dem Kunststoff der Befestigungselemente kompa tiblen Kunststoff ist es möglich, aus dem Material des Bauteils und der Befestigungselemente regranulierten Kunststoff herzustellen, ohne daß es erforderlich ist, die Befestigungselemente und Bauteile voneinander zu trennen, wodurch ein erheblicher Aufwand bei der Wieder verwertung vermieden wird. Dennoch sind die Verbindungen ausreichend fest, da sich innerhalb einer Gruppe von kom patiblen Kunststoffen stets hochfeste, für Befesti gungselemente mit kostengünstigeren, für die Bauteile ge eigneten Kunststoffen kombinieren lassen.By using the fastening according to the invention elements made of plastic together with a component one Kompa with the plastic of the fasteners tiblen plastic it is possible from the material of the Component and the fasteners regranulated Making plastic without the need to the fasteners and components from each other separate, creating a significant effort on re recovery is avoided. Still the connections sufficiently firm, since within a group of com patible plastics always high-strength, for fastening tion elements with less expensive, for the components ge have your own plastics combined.
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