WO2026003124A1 - Hohlzylindrisches formteil mit gewinde - Google Patents
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- WO2026003124A1 WO2026003124A1 PCT/EP2025/067986 EP2025067986W WO2026003124A1 WO 2026003124 A1 WO2026003124 A1 WO 2026003124A1 EP 2025067986 W EP2025067986 W EP 2025067986W WO 2026003124 A1 WO2026003124 A1 WO 2026003124A1
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Definitions
- the present invention relates to a hollow cylindrical molded part with an annular cross-section, such as a screw, a nut, a socket part, a pipe plug, a pipe connector or the like, wherein the molded part has a hollow cylindrical base body with a mounting section and with a fastening section adjacent to it in the axial direction, wherein in an inner channel of the base body, in particular intended for the sealing reception of a plug part, sections with different functions are arranged one another in the axial direction, and wherein the base body has at least one internal thread and/or one external thread and is produced by injection molding a plasticized thermoplastic polymeric mass containing fibers.
- the fitting can have a threadless area with a comparatively thin wall thickness in the transition from this fastening section to the axially adjoining assembly section, which typically has a larger diameter than the fastening section and is usually designed as a flange-like polygon.
- This area is also known as a relief groove or thread relief groove, and a seal is often arranged in this groove when a connection is made, with the relief groove acting as a sealing groove or groove. It is well known that, especially in push-fit systems for compressed air applications, union nuts made of brass are commonly used.
- the outer diameter of the connector must be increased to ensure sufficient strength.
- the inner diameter of the hollow cylindrical molded part of the type mentioned above, especially a union nut must also be larger in this area. If this occurs in the area of the thread relief, the wall thickness in the thread relief can become so thin that the required tightening or loosening torques cannot be achieved.
- molded parts are also described in WO 2013/124994 A1 and DE 102010010651 A1, the latter being distinguished by the fact that the base body of the molded part, on the one hand, and any thread locking devices and/or circumferential seals, on the other, are manufactured from different polymeric materials in a multi-component injection molding process.
- Injection molding is a known discontinuous primary forming process, used especially for plastics. Injection molding allows for the production of large quantities of industrially usable molded parts with high precision.
- the respective material or molding compound is plasticized and injected into an injection mold.
- Modern injection molding machines use a screw that plasticizes the molding compound — which may be supplied as plastic pellets, for example – conveys it, and finally injects it into the mold.
- the polymer solidifies in the cavity of the mold, after which the molded part can be demolded. While volume shrinkage that occurs during solidification can generally be compensated for – but only up to a certain point – by applying a holding pressure before demolding.
- Thermoplastics, thermosets, and elastomers can be processed using injection molding. It is also known to use fillers, particularly fibers, in the injection molding of thermoplastics, which allows for the production of higher-strength parts compared to those without fillers.
- P45601PC01/VIII/mß According to a method known from WO 2009/124994 A1 for manufacturing a molded part of the type mentioned above, it is provided that the injection into the cavity is carried out through at least two injection ports such that the fibers align predominantly in the main directions of axial tension and torsion of the molded part.
- the injection takes place in the axial direction, with the mass flowing in a ring-shaped pattern around an inner core of the tool and converging between the injection ports. Weld lines are formed at these points, which generally have lower strengths than the rest of the molded part.
- a stress-adapted structure of the known molded part consists in the fact that, on the one hand, the proportion of fibers oriented perpendicular to a longitudinal axis of the molded part in the circumferential direction of the annular cross-section, and on the other hand, the proportion of fibers oriented in the axial direction of the molded part, is each less than 50 percent. While the method can surprisingly compensate for a negative weld line effect, at least partially, a disadvantage is that, when hot runner nozzles are used, a reliable and uniform cavity filling cannot always be guaranteed with a known multiple gate as described in the document without additional process stabilizing measures.
- Effective holding pressure refers in particular to the fact that the applied holding pressure results in a homogeneous filling of the cavity, free of voids and – if weld lines are present – with high weld line strength.
- the methods known from WO 2009/124994 A1 and the other aforementioned publications for manufacturing molded parts of the type mentioned above as injection-molded plastic parts offer advantageous technical solutions with regard to the aforementioned aspects and have generally proven successful in practice. However, it has been shown that the various registered designs – with the exception of those according to WO 2022/136406 A1 – have not always been able to adequately withstand the very high stress profiles that frequently occur in practice, especially during assembly and disassembly.
- the objective is to provide a screw-type component that avoids the disadvantages known from the prior art – e.g., those from WO 2009/124994 A1 – and in particular exhibits a high applicable torque and low manufacturing tolerances.
- a screw component with an annular cross-section in particular a hollow screw or a nut, comprising a hollow cylindrical base body injection-molded from a plasticized polymeric mass containing fibers, wherein the base body has at least one internal thread and/or one external thread and an internal channel for arranging and/or guiding a piping system element in an insertion direction, wherein the internal channel has at least one sealing section for arranging a circumferential seal for sealing between the internal channel and the piping system element and/or at least one support section for supporting and/or guiding the piping system element and/or at least one retaining section for directly or indirectly locking the piping system element, wherein a preferably metallic insert sleeve is arranged coaxially to the internal channel in the base body, which is at least partially overmolded by the polymeric mass, so that the insert sleeve is at least partially surrounded by the polymeric mass in a direction radial to the internal channel and radially repelling from the internal channel.
- the polymeric mass is a thermoset, comprising an epoxy resin (EP), an unsaturated polyester resin (UP), a vinyl ester resin (VE), a phenol-formaldehyde resin (PF), a diallyl phthalate resin (DAP), a methacrylate resin (MMA), a polyurethane (PUR), an amino resin, a melamine resin (MF/MP), or a urea resin (UF).
- a thermoset matrix can be produced after curing or crosslinking.
- P45601PC01/VIII/mß matrix can no longer be reshaped. However, they exhibit a high temperature operating range and extremely high strength. This is particularly true for heat-curing systems that are cured at high temperatures.
- the polymer mass can also consist of a thermoplastic, such as polyamide (PA).
- a thermoplastic such as polyamide (PA).
- PA polyamide
- PA polyamide
- Polyamides (PA) which can exist in various compositions depending on their production, are generally classified as engineering plastics, which also include polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), and polyoxymethylene (POM).
- PET polyethylene terephthalate
- PBT polybutylene terephthalate
- PC polycarbonate
- POM polyoxymethylene
- PA 6.6, PA 11, or PA 12 are often chosen, ensuring cost-effective manufacturing with regard to overall material usage.
- PA 6.6 with, for example, 50% glass fiber content absorbs a high degree of water because the polyamide molecular chains contain polar amide groups that attract polar liquids, such as the dipole molecules of water. This leads to a reduction in strength. Therefore, PA 6.6 has proven unsuitable, particularly for the production of union nuts and bolts as preferred embodiments of hollow cylindrical molded parts of the type mentioned above in motor vehicles, especially commercial vehicles.
- PA 11 or PA 12 plastics provide sufficient strength for connectors and low water absorption, thus reducing the reduction in strength due to water absorption.
- the present invention therefore aims to create a hollow cylindrical molded part with an annular cross-section, such as a nut, a socket, a pipe plug, a pipe connector, or the like, of the type mentioned above, which, with simple manufacturing technology, ensures high stress-appropriate strength, particularly axial tensile strength, even at elevated temperatures, and prevents premature failure—as described above—without requiring a complete geometric redesign or inserts, especially metallic inserts.
- this problem is solved by the fact that the thermoplastic polymer of the fiber-containing plasticized thermoplastic polymer mass is one which, in the non-plasticized state, exhibits a tensile strength according to ISO 527-2:2012 (test speed: 5 mm/min) of at least 260 MPa.
- the tensile strength according to ISO 527-2:2012 can be at least 280 MPa, and particularly preferably at least 300 MPa.
- Such polymers are, in particular, polyarylamides (PARA), as can be described, for example, by the following chemical formula: Due to the presence of ring-shaped aryl constituents in the molecule, this is a semi-aromatic—and also semi-crystalline—polyamide.
- a semi-aromatic polyarylamide is a polyamide-type polymer containing aromatic groups along its polymer chain. In particular, such polymers can be obtained by the polycondensation of an aromatic diamine and an aliphatic diacid.
- such semi-aromatic polyarylamides can be obtained by the polycondensation of an aliphatic diacid with 3 to 12 carbon atoms, such as adipic acid, and an aromatic diamine, such as xylenediamine and especially metaxylenediamine.
- These polymers are also called semi-crystalline polymers because they comprise a crystalline phase, which corresponds to zones within the solidified polymer matrix where the macromolecules are arranged regularly in space.
- a second phase is characterized by a disordered (amorphous) arrangement of the macromolecules.
- Such partial crystallinity has a beneficial effect with regard to the optimal absorption of a multiaxial stress state, for example in the area of the undercut when subjected to a turning or unturning torque.
- amorphous fibers such as glass fibers, anisotropic fibers, such as carbon fibers, and/or aramid fibers
- the plasticized polymer mass can contain a volume fraction of fillers, in particular fibers, in the range of 2.5 to 75 percent, preferably a mass fraction in the range of 30 to 70 percent, in particular 50, 60, or 65 percent by mass, preferably glass fibers, and especially preferably flat glass fibers.
- the filler content further increases the strength, particularly the tensile strength according to ISO 527-2:2012, compared to the unfilled polymer.
- the fibers can have a length in the range of 0.1 mm to 10 mm, preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm.
- the fibers can have a mean diameter in the range of approximately 3 ⁇ m to 35 ⁇ m, preferably in the range of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
- the rectangular cross-sectional shape of flat glass fibers promotes optimal fiber distribution in the injection mold during injection molding and subsequently optimal fiber orientation in the molded part, whereby the fibers in the base material can align themselves predominantly parallel to the axial direction.
- a flat glass fiber is defined, in particular, as one whose wide side in cross-section is 1.5 to 3 times larger than its narrow side.
- An equivalent mean diameter of the fiber can be easily calculated by dividing the circumference of the cross-section by Pi. P45601PC01/VIII/mß
- Different fiber qualities can be used.
- the advantage of the fiber shape lies almost exclusively in the utilization of the size effect.
- the elastic modulus of the compact material and the elastic modulus of the fiber are approximately the same, although the general aim should be for the fibers to exhibit a higher elastic modulus and higher tensile strength in their longitudinal direction than the solidified polymer mass.
- the elongation at break of the matrix should also be higher than that of the fibers.
- Amorphous fibers drawn from the melt have the advantage that compressive residual stresses develop on their surface during cooling, which can prevent the formation of fiber initiation cracks.
- Anisotropic fibers are used when high strength-to-weight ratios and stiffness are required.
- Carbon fibers which typically have a diameter of about 5 to 8 ⁇ m and are predominantly made of polyacrylonitrile today, exhibit significantly higher strength and stiffness in the fiber direction than perpendicular to the fiber direction. Their key characteristic is high tensile strength.
- aramid fibers can also be used.
- Aramids, or aromatic polyamides are defined by the US Federal Trade Commission as long-chain synthetic polyamides in which at least 85 percent of the amide groups are directly bonded to two aromatic rings. They are therefore a similar or identical material to the one preferably used for the thermoplastic matrix according to the invention.
- aramid fibers Like carbon fibers, aramid fibers have a negative coefficient of thermal expansion, meaning they shorten when heated. Their specific strength and modulus of elasticity are lower than those of carbon fibers. However, in combination with the positive coefficient of expansion of the matrix material, highly dimensionally accurate molded parts can be manufactured. P45601PC01/VIII/mß Compared to carbon fiber-reinforced molded parts, the compressive strength of such parts is lower, and a potentially similar melting point for the fibers and matrix could also prove problematic.
- PARA which, for example, has a mass fraction of 50% glass fibers – where, as mentioned, flat glass fibers are particularly well-suited for manufacturing a cap screw – a tensile strength of approximately 300 MPa (breaking stress according to ISO 527-2:2012 at a test speed of 5 mm/min) can advantageously be achieved, similar to the strength of aluminum.
- PARA with 50% glass fibers thus has a strength approximately 40% higher than PA 6.6 and is stable up to at least 120 °C, with comparatively low water absorption.
- Flat glass fibers in particular, provide excellent strength properties at an angle of 90° to the flow direction during injection molding.
- the hollow cylindrical molded part according to the invention can be conditioned, whereby conditioning is understood as the controlled absorption of moisture in plastics.
- Non-polar plastics such as polyolefins, styrene polymers, and fluoropolymers absorb very little moisture.
- Polar plastics such as polyurethane (PUR) or cellulose esters, on the other hand, absorb more water.
- Polyamides also known as polyarylamides (PARA)—can be conditioned well with only comparatively low water absorption.
- the base body of a molded part according to the invention made of polyarylamide can exhibit a maximum water absorption of 3.7% in the saturated state at 23 °C, as determined according to ISO 62. However, it is not conditioned to the maximum water absorption capacity, but only to the point where an equilibrium is reached.
- P45601PC01/VIII/mß environment Once this state is reached, it remains almost constant in the European climate. Even with an initial maximum water absorption, for example by immersion in water, the base body loses moisture again as soon as it is removed from the water until equilibrium is reached. This does reduce the strength to some extent, e.g., the tensile strength and flexural strength, but it prevents any potential subsequent deterioration of properties during long-term operation under environmental influences. Other properties, such as the modulus of elasticity, toughness, and the friction and wear properties—particularly important for the thread of the hollow cylindrical molded part according to the invention—remain constant or are even positively influenced. Conditioning can also reduce the loss of preload force after assembly.
- Polyarylamides also form a very smooth surface during injection molding, which is particularly advantageous because it minimizes frictional forces in the thread when screwing the hollow cylindrical molded part according to the invention in or out. Since the thread is typically produced in two mold halves during the injection molding process, two small burrs inevitably form on the thread, particularly at the points where the mold halves abut each other. A further technical measure preferred within the scope of the invention addresses this issue. This measure provides a strip-shaped, axially extending flattening of the thread along its entire length in the area of the joint between the two mold halves. This flattening ensures that any burr formed during injection molding lies within the flattening and thus cannot generate additional frictional forces.
- the thread is capable of withstanding the axial forces acting on the thread teeth, particularly shear forces, during tightening or loosening.
- the inventive design of the base body using a plasticized thermoplastic polymeric mass in which the polymer, in its unplasticized state, exhibits a tensile strength according to ISO 527-2:2012 (test speed: 5 mm/min) of at least 260 MPa, allows for a shortening of the fastening section, and in particular, optionally even a shortening of the thread by at least one compared to the known number of turns, i.e., for example, to three axially consecutive turns instead of four turns (tooth tips over the thread length) or to four axially consecutive turns instead of five turns.
- P45601PC01/VIII/mß Injection into the cavity can be carried out in various known ways, for example, from the inside by means of a tunnel, ring, disc, or umbrella gate, wherein at least one two-point gate, preferably up to a five-point gate, and in particular a three-point gate, can be provided in the tunnel gate.
- injection into the cavity can be carried out through, for example, at least two injection ports that are uniformly distributed circumferentially on the annular inner cross-section of the molded part.
- the molded part according to the invention is produced using an injection molding process which, also in a known manner, provides only one injection point for injecting the polymeric mass. Reducing the number of necessary injection points reduces the manufacturing effort. Even with one injection point, a homogeneous distribution of the polymeric mass can be achieved within the base body. In particular, no multiple weld lines form in the polymeric material of the base body during production, which could represent weak points.
- the single injection point for the inner channel of the screw component to be manufactured is located at the end of the mold and angled in such a way that the polymer mass is injected into the closed mold at an angle to the inner channel.
- Such angled injection offers the advantage that more free space is available for the core component in the area of the inner channel, which is formed by a core component that can be inserted perpendicularly in the insertion direction.
- This design also makes it possible, in particular, to actively cool the corresponding core component of the mold by means of core cooling. Core cooling advantageously increases the production speed and extends the service life of the mold, especially of the core component.
- Figure 1 shows a top view of an exemplary embodiment of a hollow cylindrical molded part according to the invention
- Figure 2 shows a section through the molded part according to the invention shown in Figure 1 along line II-II in Figure 1
- Figure 3 shows a perspective view of the molded part according to the invention from Figures 1 and 2.
- Fig. 4 is a schematic representation of the construction of a transition from a fastening section to an assembly section of a molded part according to the invention.
- Fig. 5 is a longitudinal section, similar to Fig. 2, through a molded part not according to the invention, in the assembly state with a connector part.
- Fig. 4 is a schematic representation of the construction of a transition from a fastening section to an assembly section of a molded part according to the invention
- Fig. 5 is a longitudinal section, similar to Fig. 2, through a molded part not according to the invention, in the assembly state with a connector part.
- Fig. 6 is a longitudinal section, as in Fig. 5, through a molded part according to the invention, in the assembly state with a connector part.
- Fig. 7 is a section, similar to Fig. 2, through a molded part not according to the invention.
- Fig. 8, for direct comparison with Fig. 7, is a section, similar to Fig. 7, through a molded part according to the invention.
- Fig. 9 is a sectional view as in Fig. 2 or Fig. 8, but enlarged.
- Fig. 10 in a view as in Fig. 6, is a longitudinal section through a further embodiment of a molded part according to the invention, in the assembly state with a connector part.
- Fig. 11 is a perspective view of the further embodiment of the molded part according to the invention from Fig. 10.
- the molded part 1 has a hollow cylindrical base body 2 with a mounting section MA and a fastening section BA adjacent to it in the axial direction XX.
- a mounting section MA and a fastening section BA adjacent to it in the axial direction XX.
- sections with different functions are arranged in the axial direction XX.
- the base body 2 has at least one internal thread and/or, as shown, an external thread 10 in the fastening section BA.
- the molded part 1 according to the invention can be screwed to another component 20 via this external thread 10 (not shown in the figures).
- the mounting section MA is designed as a hexagonal flange for possible tool engagement.
- a transition area from the mounting section MA to the fastening section BA adjoining it in the axial direction XX is called a relief groove and is symbolized in the drawing by the reference numeral FS.
- the sections in the inner channel 3 can be used to create one or more circumferential seals 5, 6, which can be located in particular on the connector part 4, as well as P45601PC01/VIII/mß serves for the direct or indirect retention and/or locking of the connector part 4 and/or, in a conical or cylindrical design, for supporting and/or guiding the connector part 4, wherein they may, in particular, have different inner diameters.
- a fiber-containing plasticized polymer mass M is injected through at least one injection opening of a (not shown) mold into a cavity of the mold, and after the polymer mass has solidified, the molded part 1 is demolded from the mold.
- the thermoplastic polymer of the plasticized thermoplastic polymer mass M containing fibers F is one which, in the unplasticized state, exhibits a tensile strength according to ISO 527-2:2012 (test speed: 5 mm/min) of at least 260 MPa.
- the polymer of the plasticized thermoplastic polymer mass M containing fibers F can be one which, in the unplasticized state, exhibits a tensile strength according to ISO 527-2:2012 (test speed: 5 mm/min) of at least 280 MPa, preferably 300 MPa.
- the polymer of the fibers F containing the plasticized thermoplastic polymeric mass M can be a polyarylamide (PARA).
- the polyarylamide can be produced by polycondensation of a P45601PC01/VIII/mß aromatic diamines and an aliphatic diacid, in particular by polycondensation of an aliphatic diacid with 3 to 12 carbon atoms, such as adipic acid, and an aromatic diamine, such as xylenediamine, and in particular metaxylenediamine, whereby the polymer of the fiber F containing the plasticized thermoplastic polymeric mass M is in particular a partially aromatic and/or partially crystalline plastic. Fiber-reinforced plastics with a thermoplastic matrix can subsequently be formed or welded. After cooling, the molded parts 1 are ready for use, but soften at elevated temperatures.
- the plasticized polymer mass M can contain a volume fraction of fibers F in the range of 2.5 to 75 percent, preferably a mass fraction in the range of 30 to 70 percent, particularly 50, 60, or 65 percent by mass, preferably glass fibers, and especially preferably flat glass fibers.
- the filler content further increases the strength, in particular the tensile strength according to ISO 527-2:2012, compared to the unfilled polymer.
- the fibers F can have a length in the range of 0.1 mm to 10 mm, preferably in the range of 0.2 mm to 0.5 mm.
- the fibers F can have a mean diameter in the range of approximately 3 ⁇ m to 35 ⁇ m, preferably in the range of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
- Flat glass fibers have an approximately elliptical cross-section (rounded rectangles) and thus possess a major and a minor semi-axis. As a first approximation, the mean diameter can be considered to be half the sum of the two semi-axes.
- P45601PC01/VIII/mß examples of such materials are the materials commercially available under the names AKROLOY® PARA GF 50 HU black (8596) and AKROLOY® PARA FGF 501 black (8186), both of which are polyarylamides reinforced with 50% glass fiber by mass. Even in the conditioned state, these materials impress with their very high strength due to low moisture absorption. Furthermore, these materials stand out during processing due to their excellent flowability and in the finished product due to their high surface quality. In the latter material, the PARA is reinforced with flat glass fibers, which further improves the flow properties during injection molding.
- AKROLOY® PARA GF 50 HU black (8596) are presented as examples in Tables 1 to 3 below – categorized according to general properties (Table 1), mechanical properties (Table 2), and thermal properties (Table 3).
- Table 1 general properties
- Table 2 mechanical properties
- Table 3 thermal properties
- Table 1 General properties Density 23 °C 1.65 g/ cm3 ISO 1183 Moisture absorption 70 °C, 62% RH 0.8% Equilibrium ISO 1110 Water absorption 23 °C, saturated 3.5% Saturation ISO 62 Processing shrinkage longitudinal 0.1 - 0.2% ISO 294-4 transverse 0.2 - 0.4% P45601PC01/VIII/mß Table 2: Mechanical Properties Tensile Modulus of Elasticity 1 mm/min dry 19700 MPa ISO 527-2 1 mm/min conditioned 19700 MPa Tensile Strength 5 mm/min dry 295 MPa ISO 527-2 5 mm/min conditioned 270 MPa Elongation at Break 5 mm/min dry 2.0 % ISO 527-2 5 mm/min conditioned 2.0 % Charpy Impact Strength 23 °C dry 78 kJ/ m2 ISO 179-1/1eU 23 °C conditioned 90 kJ/ m2 -30 °C dry 60 kJ/ m2 Charpy 23 °C dry 15
- the tensile strength (see Table 2) in the dry condition (ISO 527-2:2012 / test speed: 5 mm/min) of both materials is completely identical and is 295 MPa.
- the melting point according to ISO 11357-3 (DSC, 10 K/min), which can be found in Table 3, makes both materials ideal for processing the plasticized thermoplastic polymer mass, particularly in the temperature range of approximately 270 °C to 300 °C.
- the injection into the cavity is carried out in such a way—for example, near the end faces of the molded part 1—that the fibers F in the base body 2 align themselves predominantly parallel to the axial direction XX, i.e., to more than 50% in the case of glass fibers, in a manner favorable for the torsional stress that later occurs when screwing in a screwing tool.
- This can be verified, for example, by computed tomography X-ray analysis. It should be noted that while the tool does apply a torsional moment under the aforementioned stress, mechanical axial stresses also arise due to the forces occurring in the thread of the screw part 1 during screwing in.
- FIG. 3 illustrates an advantageous embodiment of the invention, in which, particularly in the area of a joint between two mold halves used for injection molding the plasticized thermoplastic polymer mass containing fibers F, a strip-shaped flattening 12 extending axially along the length of the thread is provided on the thread 10, so that any burr formed during injection molding lies within this flattening 12.
- a construction line “a” is generated, which is at an angle ⁇ K to the mounting section MA, wherein the angle ⁇ K can be in the range between 30° and 60°, preferably at 45°.
- a construction line “b” is generated, which originates from the center of the hypotenuse of the triangle formed in the first step.
- This construction line “b” is led either to the mounting section MA or to the fastening section BA in such a way that another triangle is formed.
- a construction line "c" is generated, originating from the midpoint of the hypotenuse of the triangle formed in the second step.
- another isosceles triangle is created, as shown in Fig. 4.
- This construction method is known per se and is called the "method of draw triangles.”
- the endpoints EP and FP of construction lines "c" and "a” are connected by an arc line.
- This arc line approximately rounds the polygonal structure formed in the first three steps and then forms the contour of the undercut FS. Several circular arcs, which are tangentially connected, can be used for this purpose.
- Radii corresponding to such circular arcs are labeled R1, R2, R3, and R4 in Fig. 4.
- the construction is not limited to three construction lines; any number of additional lines can be added, preferably depending on the angle ⁇ K.
- Figures 5 and 6 (each with connector 4) as well as Figures 7 and 8 (each on its own) show a non-inventive component 1' and a P45601PC01/VIII/mß
- the inventive molded part 1 each with identical inner and outer diameters and identical lengths L', L', and L', is shown in comparison.
- the reference numerals denote details corresponding to the invention in the non-inventive embodiment.
- the non-inventive molded part 1' is designed according to the teachings of WO 2022/136406 A1, according to which the screw part has a hollow cylindrical base body 2' injection-molded from a fiber-containing plasticized polymeric mass, in which a preferably metallic insert sleeve EH is arranged in a characteristic manner coaxially to its inner channel 3'.
- this feature can be dispensed with, whereby high stress-appropriate strength, in particular axial tensile strength, can be ensured even at elevated temperatures with technologically simple manufacturing, and premature failure can be prevented.
- the non-inventive molded part 1' and the inventive molded part 1 coincide in Figs. 5 and 6 as well as in Figs.
- the wall thickness W in the area of the P45601PC01/VIII/mß is thus enlarged compared to the known molded part 1'(W' at the location FS') (W >W'), so that a torsional moment required for assembly and/or disassembly, as well as notch factors, can no longer act in such a way that tearing in the area of the undercut FS is possible.
- the shortening of the fastening section (BA' to BA) can be accompanied by an extension of the assembly section (MA' to MA).
- the fastening sections BA according to the invention are shorter than the non-inventive fastening sections BA' (each on the left in Figures 5 and 7), and the assembly sections MA according to the invention (each on the right in Figures 6 and 8) are longer than the non-inventive fastening sections BA' (each on the right in Figures 5 and 7).
- the ratio of the length LB' of the fastening section BA' to the total axial length L' (sum of LB' and LM' as the length of the assembly section MA') is in the range of 60% to 80%, preferably about 65%
- the ratio of the length LB of the fastening section BA to the total length L (sum of LB and LM as the length of the assembly section MA') is in the range of only 38% to 57%, preferably about 54%.
- the reference numerals T1 and T2 denote wall thicknesses in the base body 2.
- the wall thickness T2 is at least 70% of the wall thickness T1 in the fastening section BA from any point of the undercut FS, wherein the wall thickness T1 in the fastening section BA extends from the root of the thread 10 to the wall surrounding the inner channel 3.
- the wall thickness T2 which also corresponds to the wall thickness W in Fig. 8, is at least 80%, preferably at least 85%, of the wall thickness T1 in the fastening section BA, wherein the wall thickness T2 extends axially – starting from the end of the thread 10 – particularly over a region P45601PC01/VIII/mß extends up to at least 20% of a length L1 into the area of the mounting section MA, preferably up to at least 25%, 30% or 40% of the length L1.
- the length L1 denotes an area in which the mounting section MA is designed as a flange - in particular a multi-sided one.
- Fig. 10 shows – as already mentioned – a longitudinal section through a further embodiment of a molded part 1 according to the invention, in the assembled state with a connector part 4, and inserted together with this into a connecting bore of a further component 20 which carries an internal thread 22.
- the inner channel 3 tapers in the insertion direction S of the connector part 4, in particular in a stepped or continuous manner, whereby the inner diameter remains constant in at least some sections, the inner channel 3 of the molded part 1 according to Fig.
- the sealing areas and the support areas have the same diameter.
- the two support areas can also be considered a single support area, interrupted only by the sealing area for the media seal 5.
- the sealing surface 11A for the circumferential seal 11 lies on the outer diameter of the molded part 1 in the area of the undercut FS.
- a spring element 30 is first inserted into the connecting bore of the further component 20 – specifically, below the base of a mating thread 22 for the thread 10 of the molded part 1. Then, a retaining clip 8A is inserted, which is an alternative to the locking cage 8 shown in Fig. 8. The retaining clip 8A is inserted so that it lies flat against the base of the mating thread (internal thread 22).
- Spring element 30 and retaining clip 8A are designed to be ring-shaped and symmetrical.
- the molded part 1, on which a greased O-ring has already been pre-mounted as a circumferential seal 11 at the sealing surface 11A, is then screwed into the threaded bore and tightened.
- the connector part 4 is inserted.
- An outer ring bead 7, as mentioned below, for interaction with the retaining clip 8A is not provided on the base body 2 of the molded part 1 here – unlike in the embodiment shown in Fig. 6. Instead, the retaining clip 8A engages below the molded part 1 in a circumferential groove on the outer diameter of the connector part 4, with the tip of the connector part 4 bearing against or within the spring element 30, as shown in Fig. 10.
- the correctly executed insertion process is then checked by placing a test fork under a, in particular standard, arranged P45601PC01/VIII/mß and dimensioned, circumferential collar 41 on the connector part 4, and then an attempt is made to pull the connector part 4 out of the molded part 1 using the test fork. If the dirt sealing ring 6, which is preferably in a warning color such as red, can then be seen because it is positioned above the molded part 1, the insertion process has not been carried out correctly.
- the length LM of the assembly section MA of a molded part 1 made of plastic according to the invention is greater, i.e., in particular, the head or hexagon of the plastic part is higher.
- This length LM is one of the few dimensions of the molded part 1 that can be varied to a small extent, while the connector part 4 must not be geometrically altered.
- the inner contour of the hollow screw remains the same as the inner contour of a brass hollow screw up to the transition from SF2 to SF1.
- the transition from SF2 to SF1 essentially indicates the original length LM (old) of the brass hollow screw. This reduces the axial distance between the circumferential collar 41 on the connector part 4 and the end face of the molded part 1 facing the connector part 4, compared to a brass component in the plug connection 4/1. This can result in the dirt sealing ring 6 not being visible even if the connector part 4 is not fully inserted, because it is still located in the raised part of the assembly section.
- the recess designed as a circumferential taper – inclined surface SF1 in Figures 10 and 11 – provides a technical solution to this problem. If the connection is not inserted correctly, the sealing ring 6 can be seen.
- the conical countersink should, however, be executed within a specific angular range ( ⁇ 1 in Fig. 11), because if the angle ⁇ 1, starting from the transition SF2 to SF1, is too steep, the diameter of the countersink SF1 on the end face of the hollow screw approaches the diameter of the collar, and the fitter may not be able to access the screw.
- P45601PC01/VIII/mß The recess is visible because it is overlooked by the collar 41 on the connector part 4. An incorrect insertion process might not be detected.
- the angle ⁇ 1 between the inclined surface SF1 and the longitudinal axis XX should be in the range between 30° and 70°, preferably at 60°.
- An annular rim RR remaining next to the inclined surface SF1 should have a radial width BR that is not less than half the radial width BF of the entire end face of the base body of the molded part 1, i.e., the sum of the area of the annular rim RR and the area of the axial projection of the inclined surface SF1.
- a second inclined surface SF2 is provided, in particular as a sub-surface of the aforementioned inclined surface SF1, which is then to be referred to as the first inclined surface.
- This second inclined surface SF2 is formed at an angle ⁇ 2 between the inclined surface SF2 and the longitudinal axis XX (Fig. 11) in the range P45601PC01/VIII/mß is arranged between 25° and 35°, preferably at 30°.
- the conical recess is then a double cone.
- the inclined surface(s) SF1 - and optionally SF2 - of the molded part 1 can be easily generated during injection molding by a complementary conical contour of the injection mold 100 as part of the manufacturing process.
- the invention is not limited to the illustrated embodiments, but also includes all embodiments that have the same effect in the sense of the invention, for example, those with an internal thread in the inner channel 3.
- the person skilled in the art can provide additional advantageous technical measures without departing from the scope of the invention.
- a particularly delicate outer ring bead 7 is located in a terminal retaining section on the outer circumference of the base body 2.
- a preferably annular locking cage 8, shown in Figures 5 and 6, can be attached, in particular snapped onto this bead for the indirect retention and/or locking of the connector part 4.
- This locking cage interacts with at least one locking element 9 on the connector part 4.
- This indirect retention and/or locking can be implemented in various ways, for which full reference is made to EP 0913618 B1.
- the invention is not limited to the combination of features defined in independent claim 1, but can also be defined by any other combination of specific features from all the individual features disclosed. This means that, in principle, virtually any individual feature of the independent claim can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application.
- P45601PC01/VIII/mß In this respect, the claims are to be understood merely as a first attempt at formulating an invention.
- P45601PC01/VIII/mß Reference numeral list 1 Molded part, according to the invention 1' Molded part, not according to the invention (Fig. 7) 2 Base body of 1 2' Base body of 1' (Fig. 7) 3 Inner channel of 1 3' Inner channel of 1' (Fig. 7) 4 Connector part (Fig. 5, 6) 5 Circumferential seal, media seal 5A Groove for 5 (Fig. 10) 6 Circumferential seal, dirt seal 6A Groove for 6 (Fig. 10) 7 Outer ring bead on 2 (Fig. 8) 7' Outer ring bead on 2' (Fig. 7) 8 Locking cage for 4 (Fig. 5, 6) 8A Retaining clip for 4 (Fig.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Formteil (1) mit einem hohlzylindrischen Grundkörper (2) mit einem Montageabschnitt (MA) und mit einem daran angrenzenden Befestigungsabschnitt (BA) und mindestens einem Innengewinde und/oder einem Außengewinde (10), wobei in einem, zur Aufnahme eines Steckerteils (4) bestimmten Innenkanal (3) sich Abschnitte mit unterschiedlicher Funktion, aneinander reihen, und wobei der Grundkörper(2) durch Spritzgießen einer faserhaltigen (F) plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) hergestellt ist. Um bei technologisch einfacher Herstellbarkeit eine hohe beanspruchungsgerechte Festigkeit zu gewährleisten, ohne dass dazu im Grundkörper (2) Einlegeteile erforderlich sind, wird vorgeschlagen, dass das thermoplastische Polymer der faserhaltigen (F) Masse (M) ein solches ist, welches im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 von ≥260 MPa aufweist.
Description
P45601PC01/VIII/mß Voss Automotive GmbH, Leiersmühle 2-6, D-51688 Wipperfürth „Hohlzylindrisches Formteil mit Gewinde“ Die vorliegende Erfindung betrifft ein hohlzylindrisches Formteil mit ringförmigem Querschnitt, wie eine Schraube, eine Mutter, ein Muffenteil, ein Rohrstecker, ein Rohrverbinder oder dergleichen, wobei das Formteil einen hohlzylindrischen Grundkörper mit einem Montageabschnitt und mit einem in axialer Richtung daran angrenzenden Befestigungsabschnitt aufweist, wobei in einem, insbesondere zur dichtenden Aufnahme eines Steckerteils bestimmtem, Innenkanal des Grundkörpers sich in axialer Richtung Abschnitte mit unterschiedlicher Funktion aneinander reihen, und wobei der Grundkörper mindestens ein Innengewinde und/oder ein Außen- gewinde trägt und durch Spritzgießen einer Fasern enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse hergestellt ist. Insbesondere, wenn der Grundkörper in seinem Befestigungsabschnitt ein Außengewinde aufweist, kann das Formteil im Übergang von diesem Befestigungsabschnitt zu dem sich in axialer Richtung anschließenden Montageabschnitt, der üblicherweise einen größeren Durchmesser als der Befestigungsabschnitt aufweist und zumeist als flanschartiger Mehrkant ausgebildet ist, einen gewindefreien Bereich mit vergleichsweise geringer Wandstärke aufweisen, der auch als Freistich oder Gewindefreistich bezeichnet wird, und in dem bei der Herstellung einer Verbindung oft eine Dichtung angeordnet ist, wobei der Freistich als Dichtungskehle bzw. Dichtungsnut fungiert. Üblicherweise werden bekanntermaßen, insbesondere in Stecksystemen für Druckluftanwendungen, vor allem Überwurfschrauben aus Messing verwendet.
P45601PC01/VIII/mß Jedoch sind aus dem Stand der Technik auch insbesondere durch Spritzgießen gefertigte, polymere oder hybride Formteile der eingangs genannten Art bekannt, mit denen - vor allem aus Gründen der Kosteneinsparung - dem Bestreben Rechnung getragen wird, Messing durch Kunststoff zu ersetzen. Der Freistich bzw. Gewindefreistich hat sich bei Verwendung eines Kunststoffs für den Grundkörper in der Praxis oft als Problemzone erwiesen. Dies liegt einerseits an der Gesamtheit der wirksam werdenden Kerbfaktoren an der Außenseite eines hohlzylindrischen Formteils der eingangs genannten Art, die in diesem Bereich, insbesondere beim Anziehen eines als Überwurfschraube ausgebildeten Formteils, dort ein Maximum annehmen können. Kerbfaktoren wirken insbesondere an Durchmessersprüngen, umlaufenden Kanten oder Verrundungen - außen und auch an der Innenkontur des hohlzylindrischen Formteiles. Ein weiterer Grund, warum sich der Freistich oft als Problemzone darstellt, ergibt sich aus Folgendem. Steckerteile in modernen Stecksystemen mit einem hohlzylindrischen Formteil der eingangs genannten Art sind ebenfalls oft aus Kunststoff gefertigt und weisen in Gegensteckrichtung ansteigende Durchmesser auf. Hintergrund für diese zunehmenden Durchmesser ist, dass auf den Stecker wirkende Biege- oder Wechselbelastungen insbesondere in einem Abschnitt des Steckers wirken, der im oberen Bereich, also im Bereich des Montageabschnitts, des hohlzylindrischen Formteils, liegt, oder aus diesem heraussteht. Hier ist der Stecker nur wenig oder gar nicht abgestützt. Da der Durchmesser der Innenbohrung nicht verringert werden kann, muss daher zur Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit der Außendurchmesser des Steckers vergrößert werden. Hieraus resultiert wiederum, dass der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Formteils der eingangs genannten Art, insbesondere einer Überwurfschraube, in diesem Bereich auch größer zu wählen ist, und wenn dies im Bereich des Gewindefreistiches der Fall ist, kann hierdurch die Wandstärke im Gewindefreistich derart gering werden, dass den geforderten Anzieh- bzw. Losdrehmomenten nicht
P45601PC01/VIII/mß standgehalten werden kann, so dass es u. U. im Bereich des Gewindefreistiches zu einem Abreißen kommt. Formteile der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der WO 2022/136406 A1, der WO 2013/092234 A1 und der WO 2009/124994 A1 bekannt. Ähnliche Formteile beschreiben auch die WO 2013/124994 A1 und die DE 102010010651 A1, wobei im letzteren Fall die Besonderheit darin besteht, dass der Grundkörper des Formteils einerseits und vorhandene Gewindesicherungen und/oder Umfangs- dichtungen andererseits aus unterschiedlichen polymeren Werkstoffen in einem Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren hergestellt werden. Das Spritzgießen ist ein bekanntes, insbesondere für Kunststoffe eingesetztes, diskontinuierliches Urformverfahren. Das Spritzgießen gestattet es, industriell unmittelbar einsetzbare Formteile mit großer Stückzahl und mit hoher Genauigkeit herzustellen. Dazu wird in einer Spritzeinheit einer Spritzgießmaschine der jeweilige Werkstoff bzw. die Formmasse plastifiziert und in ein Spritzgusswerkzeug eingespritzt. Moderne Spritzgießmaschinen arbeiten mit einer Schnecke, welche die - beispielsweise als Kunststoffpellets eingebrachte - Formmasse plastifiziert, fördert und schließlich in das Werkzeug einspritzt. In der Kavität bzw. Formhöhlung des Werkzeugs kommt es zu einem Erstarren der polymeren Masse, wonach das Formteil aus dem Werkzeug entformt werden kann. Eine beim Erstarren entstehende Volumenschwindung kann zwar grundsätzlich - jedoch nur bis zu einem bestimmten Maß - durch einen vor der Entnahme aufgebrachten Nachdruck ausgeglichen werden. Durch Spritzgießen können Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere verarbeitet werden. Es ist auch bekannt, beim Spritzguss von Thermoplasten Füllstoffe, insbesondere Fasern, enthaltende Massen einzusetzen, wodurch - verglichen mit einem Formteil ohne Füllstoffe - höherfeste Formteile hergestellt werden können.
P45601PC01/VIII/mß Gemäß einem aus der WO 2009/124994 A1 bekannten Verfahren zur Herstellung eines Formteils der eingangs genannten Art ist vorgesehen, dass das Einspritzen in die Kavität durch mindestens zwei Einspritzöffnungen derart erfolgt, dass sich die Fasern vorwiegend in entsprechend den Hauptbeanspruchungsrichtungen axialer Zug und Torsion des Formteils ausrichten. Die Einspritzung erfolgt dabei in axialer Richtung, wobei die Masse ringförmig einen inneren Kern des Werkzeugs umströmt und zwischen den Einspritzöffnungen zusammenfließt. An diesen Stellen entstehen Bindenähte, die in der Regel geringere Festigkeiten aufweisen als der übrige Körper des Formteils. Eine beanspruchungsgerechte Struktur des bekannten Formteils besteht dabei darin, dass einerseits ein Anteil von Fasern, die in umfangsgemäßer Richtung des ringförmigen Querschnitts rechtwinklig zu einer Längsachse des Formteils orientiert sind, und andererseits auch ein Anteil von Fasern, die in axialer Richtung des Formteils orientiert sind, jeweils kleiner ist als 50 Prozent. Mit dem Verfahren kann zwar überraschenderweise ein negativer Bindenahteinfluss zumindest teilweise kompensiert werden, wobei aber nachteiligerweise, wenn Heißkanaldüsen eingesetzt werden, mit einem bekannten Mehrfach-Anschnitt, wie er im Dokument beschrieben ist, ohne zusätzliche prozessstabilisierende Maßnahmen nicht in jedem Fall eine prozesssichere und gleichmäßige Füllung der Kavität gewährleistet werden kann. Es hat sich gezeigt, dass im industriellen Einsatz, bei Schraubteilen der eingangs genannten Art, nach der Montage oft die Bedeutung der Beanspruchung des Formteils auf Torsion hinter der Bedeutung der Beanspruchung des Formteils auf axialen Zug zurücktritt, wobei aber insbesondere das maximal ohne Bruch beim Ein- oder Aufschrauben des Formteils aufzunehmende Drehmoment eine signifikante Rolle spielt. In jedem Fall bildet sich - insbesondere bei der Montage eines Formteiles der eingangs genannten Art - vor allem im Bereich des vorstehend erwähnten Freistichs ein mehrachsiger Spannungszustand aus. Daraus resultiert im
P45601PC01/VIII/mß Besonderen neben der Forderung nach hoher Zugfestigkeit auch eine Forderung nach erhöhter Scherfestigkeit sowie eine Erhöhung der Nachdruckwirksamkeit bei der Fertigung. Unter Nachdruckwirksamkeit versteht man dabei insbesondere, dass durch den aufgebrachten Nachdruck eine homogene Füllung der Kavität, frei von Hohlräumen und - falls Bindenähte vorhanden sind – mit hoher Bindenahtfestigkeit, erfolgt. Die aus der WO 2009/124994 A1 und den anderen oben genannten Druckschriften bekannten Verfahren zur Herstellung von Formteilen der eingangs genannten Art als Kunststoff-Spritzgießteile bieten unter den vorgenannten Aspekten vorteilhafte technische Lösungen an und haben sich in der Praxis grundsätzlich bewährt, jedoch hat es sich gezeigt, dass die verschiedenen angemeldeten Ausführungen - mit Ausnahme jener gemäß der WO 2022/136406 A1 - nicht immer den nicht selten in der Praxis, insbesondere bei der Montage und Demontage, auftretenden, sehr hohen Beanspruchungsprofilen mit ausreichender Standfestigkeit Rechnung tragen konnten. Hier kommen viele verschiedenartige Gründe für ein teilweise vorzeitiges Versagen der bekannten, insbesondere als Überwurfschrauben ausgebildeten, Formteile in Frage, wie beispielsweise maßliche Probleme, wie Unrundheit, Klemmen der Gewinde im Befestigungsabschnitt, Abscheren der Gewindegänge, bis hin zum Abreißen eines bevorzugt den, insbesondere flanschartigen, Montageabschnitt bildenden Mehrkants beim Anziehen oder Losdrehen. Eine vollständige geometrische Neukonstruktion einer Verbindung, insbesondere einer Steckverbindung, mit einem Formteil der eingangs genannten Art könnte möglicherweise alle diese Probleme beheben, würde dann aber zu ganz anderen Abmessungen führen. Allerdings sind diese Art von Verbindungen weit verbreitet, wobei Gewindelöcher im Innenkanal, oder auch die Anschlussbohrungen, oft maßlich festgelegt, teilweise sogar genormt, sind. Auch ist es nicht problemlos möglich, beispielsweise innere Durchmesser in Steckerteilen zu verringern, um
P45601PC01/VIII/mß deren Wandstärke zu erhöhen, weil dann nicht die erwünschten bzw. erforderlichen Strömungseigenschaften entstehen würden. So könnten dadurch z. B. die Ansprechzeiten bei Druckluftbremsen in nachteiliger Weise beeinflusst werden. Gemäß der WO 2022/136406 A1 soll die Aufgabe gelöst werden, ein Schraubteil zur Verfügung zu stellen, welches die aus dem vorbekannten Stand der Technik - z. B. die aus der WO 2009/124994 A1 - bekannten Nachteile vermeidet und insbesondere ein hohes applizierbares Drehmoment und eine niedrige Fertigungstoleranz aufweist. Das Dokument beschreibt dazu ein Schraubteil mit einem ringförmigen Querschnitt, insbesondere eine Hohlschraube oder eine Mutter, aufweisend einen hohlzylindrischen und zumindest teilweise aus einer Fasern enthaltenden plastifizierten polymeren Masse spritzgegossenen Grundkörper, wobei der Grundkörper mindestens ein Innengewinde und/oder ein Außengewinde und einen Innenkanal zur Anordnung und/oder Durchführung eines Leitungssystemelements in eine Einsteckrichtung aufweist, wobei der Innenkanal zumindest einen Dichtabschnitt zur Anordnung einer Umfangsdichtung zur Abdichtung zwischen Innenkanal und Leitungssystemelement und/oder zumindest einen Stützabschnitt zur Stützung und/oder Führung des Leitungssystemelements und/oder zumindest einen Halteabschnitt zur direkten oder indirekten Arretierung des Leitungs- systemelements ausgebildet hat, wobei in dem Grundkörper koaxial zum Innenkanal eine vorzugsweise metallische Einlegehülse angeordnet ist, welche zumindest teilweise von der polymeren Masse umspritzt ist, so dass die Einlegehülse zumindest teilweise radial zum Innenkanal weisend und radial vom Innenkanal abweisend von der polymeren Masse umgeben ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der polymeren Masse um ein Duromer, wobei die polymere Masse 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, ein Melaminharz (MF/MP) oder ein Harnstoffharz (UF) enthält. Formteile mit duroplastischer Matrix lassen sich nach dem Aushärten bzw. dem Vernetzen der
P45601PC01/VIII/mß Matrix nicht mehr umformen. Sie weisen jedoch einen hohen Temperatureinsatz- bereich und höchste Festigkeiten auf. Dies gilt besonders für heißhärtende Systeme, die unter hohen Temperaturen ausgehärtet werden. Die polymere Masse kann aber auch aus einem Thermoplasten, wie z. B. aus Polyamid (PA), bestehen. Für Stecker in Stecksystemen mit hohlzylindrischen Formteilen der eingangs genannten Art werden dabei oft gefüllte, insbesondere mit 50 Masse-% Glasfasern gefüllte, Polyamid-Kunststoffe (PA) verwendet. Polyamide (PA), die je nach ihrer Herstellung in verschiedenen Zusammensetzungen vorliegen können, sind im Allgemeinen als technische Kunststoffe zu klassifizieren, zu denen auch Polyethy- lenterephtalat (PET), Polybutylenterephtalat (PBT), Polycarbonat (PC) und Polyoxymethylen (POM) zählen. Für den genannten Einsatzbereich als Stecker werden oft insbesondere PA 6.6, PA 11 oder PA 12 gewählt, wodurch eine im Hinblick auf den Gesamt-Werkstoffeinsatz aufwandsarme Fertigung gewährleistet werden kann. PA 6.6 mit beispielsweise 50 % Glasfaseranteil nimmt jedoch - da die Molekülketten des Polyamids polare Amidgruppen beinhalten, welche polare Flüssigkeiten, wie die Dipolmoleküle des Wassers, anziehen - im hohen Maße Wasser auf, was zu einem Absinken der Festigkeit führt. PA 6.6 hat sich somit insbesondere zur Herstellung von Überwurfmuttern - und -schrauben als bevorzugte Ausführungsformen von hohlzylindrischen Formteilen der eingangs genannten Art in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen, nicht als geeignet erwiesen. PA 11- oder PA 12-Kunststoffe gewährleisten eine ausreichende Festigkeit für Stecker und eine geringe Wasseraufnahme, was ein Absinken der Festigkeit durch Wasseraufnahme verringert. Allerdings lässt die Festigkeit bei diesen Werkstoffen bei höheren Temperaturen relativ stark nach, so dass bei beispielsweise einer
P45601PC01/VIII/mß maximal geforderten Temperatur von 120 °C keine genügende Festigkeit für eine Überwurfschraube mehr erreicht würde. Dies trifft auch auf das aus PA 6.6 weiterentwickelte PPA (Polyphthalamid) zu, welches zwar als solches eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine Festigkeit aufweist, welche ca.20 % über der von PA 6.6 liegt. Es nimmt auch nicht in so hohem Maße Wasser wie PA 6.6 auf, aber PPA verliert ebenfalls mit steigender Temperatur stark an Festigkeit. Des Weiteren sind die Kräfte, die auf Steckerteile wirken, in der Regel geringer als die Anzieh- oder Losdrehmomente an Schrauben. Daher ist ein für Stecker einsetzbares Material nicht zwangsläufig auch für ein hohlzylindrisches Formteil der eingangs genannten Art erfolgreich verwendbar. Dies liegt auch an der Gesamtheit der erwähnten, wirksam werdenden Kerbfaktoren an der Außenseite und an der Innenkontur eines hohlzylindrischen Formteiles der eingangs genannten Art, insbesondere an einer Überwurfschraube. Derartige Kerbfaktoren wirken - wie erwähnt - an Durchmessersprüngen, umlaufenden Kanten und/oder Verrundungen und tragen dazu bei, dass es zu einem Abreißen eines bevorzugt den Montageabschnitt bildenden Sechskantes beim Anziehen oder Losdrehen kommen kann. Die reine Berechnung eines Überwurfschraubteils aus Metall ist relativ einfach gegenüber der Berechnung einer Überwurfmutter oder -schraube aus Kunststoff als Beispiel eines hohlzylindrischen Formteiles der eingangs genannten Art. Letztere ist wesentlich schwieriger, da - wie auch schon am Beispiel der Stecker vorstehend deutlich wurde - sehr viele zusätzliche Parameter zu beachten sind. Wie bereits erwähnt, kann aufgrund des Vorhandenseins der vorzugsweise metallischen Einlegehülse gemäß der WO 2022/136406 A1 in der Praxis auftretenden, sehr hohen Beanspruchungsprofilen ausreichend Rechnung getragen werden, jedoch bietet das dort offenbarte Formteil nur eine partielle technische
P45601PC01/VIII/mß Lösung für das Grundanliegen an, den Herstellungsaufwand zu senken, indem metallische, insbesondere aus Messing bestehende, Bauteile durch Kunststoff ersetzt werden. Auch erhöht die erforderliche separate Fertigung und genaue Platzierung der vorzugsweise metallischen Einlegehülse in die Spritzgießform den Fertigungsaufwand. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein hohlzylindrisches Formteil mit ringförmigem Querschnitt, wie eine Mutter, ein Muffenteil, einen Rohrstecker, einen Rohrverbinder oder dergleichen, der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei technologisch einfacher Herstellbarkeit auch bei erhöhter Temperatur eine hohe beanspruchungsgerechte Festigkeit, insbesondere axiale Zugfestigkeit, gewährleistet, wobei ohne vollständige geometrische Neukonstruktion ein - wie oben beschriebenes - vorzeitiges Versagen unterbunden werden kann, ohne dass dazu Einlegeteile, insbesondere metallische Einlegeteile, erforderlich sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das thermoplastische Polymer der Fasern enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse ein solches ist, welches im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 260 MPa aufweist. Insbesondere kann die Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) mindestens 280 MPa, und besonders bevorzugt mindestens 300 MPa, betragen. Solche Polymere sind insbesondere Polyarylamide (PARA), wie sie beispielsweise durch die nachstehende chemische Formel beschrieben werden können:
Es handelt sich also aufgrund des Vorhandenseins der ringförmigen Arylkonstituenten im Molekül insbesondere um ein halbaromatisches - und auch teilkristallines - Polyamid. Unter einem halb- oder auch semiaromatischen Polyarylamid versteht man ein Polymer vom Polyamidtyp, das entlang der Polymerkette aromatische Gruppen enthält. Insbesondere können solche Polymere durch Polykondensation eines aromatischen Diamins und einer aliphatischen Disäure erhalten werden. Beispielsweise können solche halbaromatischen Polyarylamide durch Polykondensation einer aliphatischen Disäure mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Adipinsäure, und eines aromatischen Diamins, wie Xylendiamin und insbesondere Metaxylendiamin, erhalten werden. Solche Polymere werden des Weiteren auch teilkristalline Polymere genannt, weil sie eine kristalline Phase umfassen, der innerhalb der erstarrten Polymermatrix Zonen entsprechen, in denen die Makromoleküle regelmäßig im Raum angeordnet sind. Eine andere, zweite Phase ist durch eine ungeordnete (amorphe) Anordnung der Makromoleküle gekennzeichnet. Eine solche Teilkristallinität wirkt sich mit Vorteil günstig im Hinblick auf eine optimale Aufnahme eines mehrachsigen Spannungs- zustands, beispielsweise im Bereich des Freistichs bei Einwirkung eines Ein- oder Ausdrehmomentes, aus. Aus der FR 2903591 A1 ist - insbesondere aufgrund der ebenfalls vorhandenen hohen Härte von Polyarylamid, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch eine nur untergeordnete Rolle spielt - die Verwendung eines Polyarylamides (PARA) zur
P45601PC01/VIII/mß Herstellung eines Arbeitsabschnittes eines chirurgischen Einweginstrumentes, wie einer Knochenraspel, einer Acetabulumfräse, eines Bohrers oder einer Reibahle, bekannt. Aufgrund der hohen Härte eines aus PARA - für das auch der Werkstoff IXEF® 1022 der Firma Solvay genannt wird - gefertigten Arbeitsabschnittes ist das bekannte chirurgische Instrument gut zur Bearbeitung von Knorpeln oder Knochen geeignet. Da es sich um ein Einweginstrument handelt, ist eine Langzeitfestigkeit nicht erforderlich. Als Fasern können erfindungsgemäß amorphe Fasern, wie Glasfasern, anisotrope Fasern, wie Kohlenstofffasern, und/oder Aramidfasern eingesetzt werden. Die plastifizierte polymere Masse kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Volumenanteil an Füllstoffen, insbesondere 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, vorzugsweise an Glasfasern, besonders bevorzugt an Flachglasfasern, enthalten. Durch den Füllstoffanteil wird die Festigkeit, insbesondere die Bruchspannung nach ISO 527-2:2012, gegenüber dem ungefüllten Polymer weiter gesteigert. Die Fasern können, insbesondere in einer Ausführung als Glasfasern, vorzugsweise als Flachglasfasern, eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, aufweisen. Die Fasern können einen mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 3 μm bis 35 μm, vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 20 μm, aufweisen. Die rechteckige Querschnittsform von Flachglasfasern begünstigt beim Spritzgießen eine optimale Faserverteilung in der Spritzgießform und danach der Faserorientierung im Formteil, wobei sich die Fasern im Grundkörper insbesondere vorwiegend parallel zur axialen Richtung ausrichten können. Als Flachglasfaser wird dabei insbesondere eine solche angesehen, deren im Querschnitt breite Seite 1,5 bis 3 mal so groß ist wie deren schmale Seite. Ein äquivalenter mittlerer Durchmesser der Faser ist dabei leicht berechenbar, indem der Umfang des Querschnitts durch Pi dividiert wird.
P45601PC01/VIII/mß Als Fasern können unterschiedliche Qualitäten eingesetzt werden. Bei amorphen Fasern besteht der Vorteil der Faserform nahezu allein in der Nutzung des Größeneffekts. Der Elastizitätsmodul des kompakten Werkstoffs und der Elastizitäts- modul der Faser sind etwa gleich, wobei aber grundsätzlich angestrebt werden sollte, dass die Fasern in ihrer Längserstreckungsrichtung einen höheren Elastizitätsmodul und eine höhere Zugfestigkeit aufweisen als die erstarrte polymere Masse. Auch sollte die Bruchdehnung der Matrix höher sein als die der Fasern. Amorphe Fasern, die aus der Schmelze abgezogen werden, haben jedoch den Vorteil, dass an ihrer Oberfläche beim Abkühlen Druckeigenspannungen entstehen, durch die dem Entstehen von Anrissen der Faser vorgebeugt werden kann. Anisotrope Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, werden eingesetzt, wenn hohe massebezogene Festigkeiten und Steifigkeiten gefordert sind. Bei Kohlenstofffasern, die üblicherweise einen Durchmesser von etwa 5 bis 8 μm aufweisen und heute in überwiegendem Maß aus Polyacrylnitril gefertigt werden, sind die Festigkeit und Steifigkeit in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Ihr wesentliches Merkmal ist dabei eine hohe Zugfestigkeit. Auch ist der Einsatz handelsüblicher Flachfasern möglich. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass als Fasern Aramidfasern eingesetzt werden. Als Aramide oder aromatische Polyamide werden nach einer Definition der U.S. Federal Trade Commission langkettige synthetische Polyamide bezeichnet, bei denen mindestens 85 Prozent der Amidgruppen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind. Es handelt sich damit also um ein ähnliches oder gleiches Material, wie es erfindungsgemäß bevorzugt auch für die thermoplastische Matrix eingesetzt wird. Aramidfasern weisen, ähnlich wie auch Kohlenstofffasern, einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, werden also bei Erwärmung kürzer. Ihre spezifische Festigkeit und ihr Elastizitätsmodul sind niedriger als die von Kohlenstofffasern. In Verbindung mit dem positiven Ausdehnungskoeffizienten des Materials der Matrix lassen sich jedoch hoch maßhaltige Formteile fertigen.
P45601PC01/VIII/mß Gegenüber kohlenstofffaserhaltigen Formteilen ist die Druckfestigkeit solcher Formteile jedoch geringer, wobei auch ein möglicher im gleichen Bereich liegender Schmelzpunkt von Fasern und Matrix sich u. U. als problematisch erweisen könnte. Mit PARA, das z. B. einen Masseanteil von 50 % Glasfasern aufweist - hier eignet sich für die Fertigung einer Überwurfschraube - wie erwähnt - insbesondere eine Flachglasfaser besonders gut - kann vorteilhafterweise eine Zugfestigkeit von ca. 300 MPa (Bruchspannung nach ISO 527-2:20122012 bei einer Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min), also ähnlich der Festigkeit von Aluminium erzielt werden. PARA mit 50 Ma.-% Glasfaser hat somit eine Festigkeit von ca.40 % mehr als PA 6.6 und ist dabei stabil bis zumindest 120 °C, und zwar mit einer vergleichsweise nur geringen Wasseraufnahme. Eine Flachglasfaser bewirkt dabei insbesondere exzellente Festigkeitseigenschaften im Winkel von 90° zur Fließrichtung beim Spritzgießen. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße hohlzylindrische Formteil konditioniert sein, wobei unter Konditionieren die gezielt herbeigeführte Aufnahme von Feuchte in Kunststoffen verstanden wird. Die Feuchtigkeitsaufnahme der einzelnen Kunststoffe ist - wie bereits oben angedeutet - sehr unterschiedlich. Sehr wenig Feuchte nehmen unpolare Kunststoffe wie Polyolefine, Styrolpolymere und Fluorkunststoffe auf. Polare Kunststoffe wie Polyurethan (PUR) oder Zelluloseester nehmen dagegen mehr Wasser auf. Polyamide - auch Polyarylamide (PARA) - lassen sich mit nur vergleichsweise geringer Wasseraufnahme gut konditionieren. Beispielsweise kann der Grundkörper eines aus Polyarylamid hergestellten erfindungsgemäßen Formteils im gesättigten Zustand bei 23 °C eine nach ISO 62 bestimmte maximale Wasseraufnahme von 3,7 % aufweisen. Es wird allerdings nicht bis zur maximalen Wasseraufnahmefähigkeit konditioniert, sondern nur bis zur Einstellung eines Gleichgewichtszustands mit der
P45601PC01/VIII/mß Umgebung. Ist dieser Zustand einmal erreicht, bleibt er im europäischen Klima nahezu konstant. Auch bei einer ursprünglichen maximalen Wasseraufnahme, beispielsweise durch Eintauchen in Wasser, verliert der Grundkörper, sobald er wieder aus dem Wasser herauskommt, wieder Feuchtigkeit bis zur Einstellung des Gleichgewichtszustands. Dadurch sinkt zwar in gewissem Maß die Festigkeit, z. B. die Bruchspannung und die Biegefestigkeit, wobei jedoch einer möglichen späteren Eigenschaftsverschlechterung bei Langzeitbetrieb unter Umwelteinfluss vorgebeugt wird. Auch bleiben andere Eigenschaften, wie z. B. E-Modul, Zähigkeit sowie die - insbesondere für das Gewinde des erfindungsgemäßen hohlzylindrischen Formteiles bedeutsamen - Reibungs- und Verschleißeigenschaften, konstant oder werden sogar positiv beeinflusst. Durch eine Konditionierung kann auch eine Reduktion des Vorspannkraftverlustes nach erfolgter Montage erreicht werden. Polyarylamide (PARA) bilden beim Spritzgießen auch eine sehr glatte Oberfläche aus, was insbesondere unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft ist, dass Reibungskräfte im Gewinde beim Ein- oder Herausschrauben des erfindungsgemäßen hohlzylindrischen Formteils dadurch minimiert werden können. Da das Gewinde in der Regel beim Spritzverfahren in zwei Formhälften gefertigt wird, entstehen zwangsläufig zwei kleine Grate auf dem Gewinde, und zwar insbesondere an den Stellen, an denen die Formhälften aneinander liegen. Hier setzt eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte weitere technische Maßnahme an, welche im Bereich des Stoßes der beiden Formhälften aneinander eine streifenförmige axial über die gesamte Gewindelänge laufende Abflachung des Gewindes vorsieht, so dass ein beim Spritzgießen entstehender Formgrat in der Abflachung liegt, und somit keine zusätzlichen Reibungskräfte erzeugen kann. Erfindungsgemäß, insbesondere bei Verwendung von PARA als Kunststoff in der durch Spritzgießen der Fasern enthaltenden plastifizierten thermoplastischen
P45601PC01/VIII/mß polymeren Masse, ist jedenfalls das Gewinde in der Lage, die beim Anziehen oder Lösen axialen, auf die Gewindezähne insbesondere scherbeanspruchend wirkenden Kräfte zu tragen. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Grundkörpers unter Einsatz einer plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse, in der das Polymer im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüf- geschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 260 MPa aufweist, erlaubt dabei eine Verkürzung des Befestigungsabschnitts, insbesondere gegebenenfalls sogar auch eine Verkürzung des Gewindes gegenüber der bekannten Anzahl von Windungen um mindestens Eins, also z. B. auf insbesondere drei axial hintereinander liegende Windungen anstatt von vier Windungen (Zahnspitzen über die Gewindelänge) oder auf vier axial hintereinander liegende Windungen anstatt von fünf Windungen. Dies ermöglicht wiederum eine Verschiebung der Innenkontur in Gegensteckrichtung derart, dass der oben erwähnte erweiterte Durchmesserbereich der Innenkontur in den Montageabschnitt des Grundkörpers hineinwandert, und insbesondere in den Bereich eines flanschartigen Sechskantes einer Überwurfmutter bzw. -schraube verschoben werden kann. Die jeweils minimal auftretende Wandstärke im Bereich des Freistichs wird auf diese Weise vergrößert und Kerbfaktoren können nicht mehr so wirken, dass bei den erforderlichen Anzugs- und Losdrehmomenten ein Abreißen im Bereich des Freistiches möglich ist. Eine Einbettung eines Einlageteils in den Grundkörper oder eine vollständige geometrische Neukonstruktion ist dabei nicht notwendig. Bei der konstruktiven Gestaltung des Freistichs ist es auch von besonderem Vorteil, wenn dessen Kontur, also der Übergang des Befestigungsabschnitts in den Montageabschnitt, nach einer sogenannten Baumwurzelgeometrie gestaltet ist. Die Konstruktion erfolgt dabei nach der an sich bekannten „Methode der Zugdreiecke“, vorzugsweise mit zusätzlicher Verrundung, wie sie noch nachfolgend im Detail dargestellt ist.
P45601PC01/VIII/mß Das Einspritzen in die Kavität kann dabei grundsätzlich auf unterschiedliche, an sich bekannte Weise erfolgen, beispielsweise von innen unter Realisierung eines Tunnel-, Ring-, Scheiben- oder Schirmanschnittes, wobei im Tunnelanschnitt mindestens ein Zweipunkt-Anguss, bevorzugt bis zu einem Fünf-Punkt-Anguss, insbesondere ein Dreipunkt-Anguss, erfolgen kann. Hierbei kann das Einspritzen in die Kavität durch beispielsweise mindestens zwei Einspritzöffnungen vorgenommen werden, die auf dem ringförmigen Innenquerschnitt des Formteils umfangsgemäß gleichmäßig verteilt liegen. Es kann aber auch bevorzugt vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Formteil mit einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, welches auf ebenfalls an sich bekannte Weise lediglich einen Anspritzpunkt zum Einspritzen der polymeren Masse vorsieht. Eine Reduzierung der notwendigen Anspritzpunkte reduziert den Herstellungsaufwand. Auch mit einem Anspritzpunkt kann innerhalb des Grundkörpers eine homogene Verteilung der polymeren Masse erzielt werden. Es bildet sich insbesondere bei der Herstellung keine Mehrzahl von Bindenähten im polymeren Material des Grundkörpers, die Schwachstellen darstellen könnten. Vorteilhaft für die vorstehend genannte Herstellung ist zudem, wenn der einzige Anspritzpunkt zum Innenkanal des herzustellenden Schraubteils endseitig der Form und derart abgewinkelt angeordnet wird, dass die polymere Masse in einem Winkel zum Innenkanal weisend in das geschlossene Formwerkzeug eingespritzt wird. Zweckmäßigerweise bietet ein solches, abgewinkeltes Einspritzen den Vorteil, dass im Bereich des Innenkanals, welcher durch ein senkrecht in Einsteckrichtung einführbares Kernteil gebildet wird, mehr freier Raum für das Kernteil zur Verfügung steht. Diese Ausführung ermöglicht dadurch insbesondere auch, dass das entsprechende Kernteil des Formwerkzeugs mittels einer Kernkühlung aktiv gekühlt wird. Die Kernkühlung erhöht in vorteilhafter Weise die Fertigungsgeschwindigkeit und verlängert die Standzeit des Formwerkzeugs, insbesondere des Kernteils.
P45601PC01/VIII/mß Insbesondere lässt sich zusammenfassend festhalten, dass vorteilhafterweise in einer Steckverbindung mit einem erfindungsgemäßen hohlzylindrischen Formteil die folgenden praxisüblichen Werte nicht geändert werden müssen: Geometrie - Gewindedurchmesser und Steigung; - Maximale Länge des Stecksystems im Innenkanal; - Durchflussquerschnitte von aufgenommenen Steckerteilen; Kräfte und Momente - Beispielsweise bei Gewinde M 22 x 1,5: Bruchdrehmoment ca.30 Nm (zweifache Sicherheit bei einem Anziehdrehmoment 14 – 15 Nm); - Beispielsweise bei Gewinde M 16 x 1,5: Bruchdrehmoment ca.20 Nm (zweifache Sicherheit bei einem Anziehdrehmoment 10 Nm). Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung enthalten. Anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen: Fig.1 eine Draufsicht auf eine exemplarische Ausführung eines erfindungsgemäßen hohlzylindrischen Formteiles, Fig.2 einen Schnitt durch das in Fig.1 dargestellte erfindungsgemäße Form- teil entlang der Linie II-II in Fig.1, Fig.3 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Formteils aus Fig.1 und 2,
P45601PC01/VIII/mß Fig.4 eine schematische Darstellung zur Konstruktion eines Übergangs von einem Befestigungsabschnitt zu einem Montageabschnitt eines erfindungsgemäßen Formteils, Fig.5 einen Längsschnitt, ähnlich wie in Fig.2, durch ein nicht erfindungsgemäßes Formteil, im Montagezustand mit einem Steckerteil, Fig.6 einen Längsschnitt, wie in Fig.5, durch ein erfindungsgemäßes Form- teil, im Montagezustand mit einem Steckerteil, Fig.7 einen Schnitt, ähnlich wie in Fig.2, durch ein nicht erfindungsgemäßes Formteil, Fig.8 zum direkten Vergleich mit Fig.7, einen Schnitt, ähnlich wie in Fig.7, durch ein erfindungsgemäßes Formteil, Fig.9 eine Schnittdarstellung wie in Fig.2 bzw. Fig.8, jedoch vergrößert, Fig.10 in einer Darstellung wie in Fig.6, einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Formteils, im Montagezustand mit einem Steckerteil, Fig.11 eine perspektivische Darstellung der weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Formteils aus Fig.10. Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch
P45601PC01/VIII/mß in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben. In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sie in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Die Figuren zeigen Ausführungen eines erfindungsgemäßen Formteils 1, das - wie insbesondere zunächst die Ansicht in Fig.1 veranschaulicht - einen ringförmigen Querschnitt aufweist. Im Detail handelt es sich um eine Hohlschraube, die nach einem Spritzgussverfahren herstellbar ist. Das Formteil 1 weist einen hohlzylindrischen Grundkörper 2 mit einem Montage- abschnitt MA und mit einem in axialer Richtung X-X daran angrenzenden Befestigungsabschnitt BA auf, wobei in einem, insbesondere - wie insbesondere Fig. 5 und 6 veranschaulichen sowie auch Fig.10 und 11 - zur dichtenden Aufnahme eines Steckerteils 4 bestimmtem, Innenkanal 3 des Grundkörpers 2 sich in axialer Richtung X-X nicht näher bezeichnete Abschnitte mit unterschiedlicher Funktion, aneinander reihen, und wobei der Grundkörper 2 mindestens ein Innengewinde und/oder oder - wie dargestellt - im Befestigungsabschnitt BA ein Außengewinde 10 trägt. Über dieses Außengewinde 10 ist das erfindungsgemäße Formteil 1 in figürlich nicht dargestellter Weise mit einem anderen Bauteil 20 verschraubbar. Der Montageabschnitt MA ist in der dargestellten Ausführung für einen möglichen Werkzeugangriff als sechskantiger Flansch ausgebildet. Ein Übergangsbereich vom Montageabschnitt MA in den sich in axialer Richtung X-X anschließenden Befestigungsabschnitt BA wird als Freistich bezeichnet und ist in der Zeichnung durch das Bezugszeichen FS symbolisiert. Die Abschnitte im Innenkanal 3 können zur Anlage einer oder mehrerer Umfangs- dichtungen 5, 6, welche sich insbesondere am Steckerteil 4 befinden können, sowie
P45601PC01/VIII/mß zur direkten oder indirekten Halterung und/oder Arretierung des Steckerteils 4 und/oder in konischer oder zylindrischer Ausbildung zur Stützung und/oder Führung des Steckerteils 4 dienen, wobei sie insbesondere einen unterschiedlichen Innen- durchmesser aufweisen können. Hierzu ist auch zu bemerken, dass der Innenkanal 3 sich in Einsteckrichtung S des Steckerteils 4 insbesondere gestuft oder stetig verjüngt, wobei aber in einigen Abschnitten der Innendurchmesser jeweils konstant bleibt. Damit ergeben sich bei etwa gleichbleibendem Außendurchmesser in axialer Richtung X-X unterschiedliche Wandstärken. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formteils 1 wird eine Fasern F enthal- tende plastifizierte polymere Masse M durch mindestens eine Einspritzöffnung eines (nicht dargestellten) Formwerkzeugs in einen Hohlraum, eine sogenannte Kavität, des Formwerkzeugs eingespritzt und nach einem Erstarren der polymeren Masse das Formteil 1 aus dem Werkzeug entformt. Dass somit der Grundkörper 2 aus einer durch Spritzgießen einer Fasern F enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse M hergestellt ist, wird durch den kreisförmigen Ausbruch rechts unten in Fig.2 visualisiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das thermoplastische Polymer der Fasern F enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse M ein solches ist, welches im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 260 MPa aufweist. Insbesondere kann das Polymer der Fasern F enthaltenden plastifizierten thermo- plastischen polymeren Masse M ein solches sein, welches im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 280 MPa, bevorzugt von 300 MPa, aufweist. Insbesondere kann es sich bei dem Polymer der Fasern F enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse M um ein Polyarylamid (PARA) handeln. Wie bereits erwähnt, kann das Polyarylamid (PARA) durch Polykondensation eines
P45601PC01/VIII/mß aromatischen Diamins und einer aliphatischen Disäure, insbesondere durch Polykondensation einer aliphatischen Disäure mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Adipinsäure, und eines aromatischen Diamins, wie Xylendiamin, und insbesondere Metaxylendiamin, hergestellt sein, wodurch das Polymer der Fasern F enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse M insbesondere ein teilaromatischer und/oder teilkristalliner Kunststoff ist. Faserverstärkte Kunststoffe mit einer thermoplastischen Matrix lassen sich nachträglich noch umformen oder verschweißen. Nach dem Abkühlen sind die Form- teile 1 einsatzbereit, erweichen jedoch bei erhöhter Temperatur. Mit zunehmendem Fasergehalt sinkt dabei ihre Neigung zum Kriechen. Der Vorteil besteht bei PARA dabei insbesondere in einer hohen Matrixfestigkeit und Einsatzmöglichkeit bei erhöhter Temperaturbelastung. Wie ebenfalls bereits oben ausgeführt wurde, kann die plastifizierte polymere Masse M einen Volumenanteil an Fasern F, im Bereich von 2,5 bis 75 Prozent, vorzugs- weise einen Masseanteil im Bereich von 30 bis 70 Prozent, insbesondere 50, 60 oder 65 Masseprozent, vorzugsweise an Glasfasern, besonders bevorzugt an Flachglasfasern, enthalten. Durch den Füllstoffanteil wird die Festigkeit, insbesondere die Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 gegenüber dem ungefüllten Polymer weiter gesteigert. Die Fasern F können, insbesondere in einer Ausführung als Glasfasern, vorzugsweise als Flachglasfasern, eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, aufweisen. Die Fasern F können einen mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 3 μm bis 35 μm, vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 20 μm, aufweisen. Flachglasfasern sind im Querschnitt etwa ellipsenförmig (abgerundete Rechtecke) und weisen somit eine große und eine kleine Halbachse auf. Als mittlerer Durchmesser kann dabei in erster Näherung der halbe Wert der Summe der beiden Halbachsen angesehen werden.
P45601PC01/VIII/mß Beispiele für derartige Materialien stellen die im Handel unter den Namen AKROLOY® PARA GF 50 HU schwarz (8596) und AKROLOY® PARA FGF 501 schwarz (8186) erhältlichen Werkstoffe dar, bei denen es sich in beiden Fällen um mit jeweils 50 Masse-% glasfaserverstärkte Polyarylamide handelt. Auch im konditionieren Zustand überzeugen diese Materialien aufgrund einer nur geringen Feuchtigkeitsaufnahme mit sehr hoher Festigkeit. Darüber hinaus heben sich diese Materialien bei der Verarbeitung durch eine sehr gute Fließfähigkeit und im Produkt durch eine hohe Oberflächenqualität ab. Im zweitgenannten Werkstoff ist das PARA mit Flachglasfasern verstärkt, was die Fließeigenschaften beim Spritzgießen noch weiter verbessert. Exemplarisch sind wichtige Eigenschaften von AKROLOY® PARA GF 50 HU schwarz (8596) in den nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 - gegliedert nach allgemeinen Eigenschaften (Tabelle 1), mechanischen Eigenschaften (Tabelle 2) und thermischen Eigenschaften (Tabelle 3) - dargestellt. Für die in den Tabellen aufgeführten ISO- Normen zur jeweiligen Bestimmung der Kenngrößen sind jeweils die zum Anmeldezeitpunkt geltenden Versionen zu beachten. Für die Bruchspannung und Bruchdehnung ist dies die Version ISO 527-2:2012. Tabelle 1: Allgemeine Eigenschaften Dichte 23 °C 1,65 g/cm3 ISO 1183 Feuchtigkeitsaufnahme 70 °C, 62 % r. F. 0,8 % Gleichgewicht ISO 1110 Wasseraufnahme 23 °C, gesättigt 3,5 % Sättigung ISO 62 Verarbeitungsschwindung längs 0,1 - 0,2 % ISO 294-4 quer 0,2 - 0,4 %
P45601PC01/VIII/mß Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften Zug-E-Modul 1 mm/min trocken 19700 MPa ISO 527-2 1 mm/min konditioniert 19700 MPa Bruchspannung 5 mm/min trocken 295 MPa ISO 527-2 5 mm/min konditioniert 270 MPa Bruchdehnung 5 mm/min trocken 2,0 % ISO 527-2 5 mm/min konditioniert 2,0 % Charpy Schlagzähigkeit 23 °C trocken 78 kJ/m2 ISO 179-1/1eU 23 °C konditioniert 90 kJ/m2 -30 °C trocken 60 kJ/m2 Charpy 23 °C trocken 15 kJ/m2 Kerbschlagzähigkeit 23 °C konditioniert 14 kJ/m2 ISO 179-1/1eA -30 °C trocken 17 kJ/m2 Tabelle 3: Thermische Eigenschaften Wärmeformbeständigkeit 1,8 MPa 230 °C HDT/A ISO 75 Wärmeformbeständigkeit 8 MPa 200 °C HDT/C ISO 75 Glasübergangstemperatur DSC, 2. Aufheizung 87 °C ISO 11357-2 Schmelzpunkt DSC, 10K/min 238 °C ISO 11357-3 Die Parameter von AKROLOY® PARA FGF 501 unterscheiden sich nur wenig von den Werten von AKROLOY® PARA GF 50 HU schwarz (8596). Insbesondere ist die Bruchspannung (siehe Tabelle 2) im trockenen Zustand (ISO 527-2:2012 / Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) beider Werkstoffe völlig identisch und liegt bei 295 MPa. Eine Konditionierung, wobei im gesättigten Zustand bei 23 °C eine nach ISO 62 bestimmte maximale Wasseraufnahme bei nur maximal 3,5 % liegen kann (siehe
P45601PC01/VIII/mß Tabelle 1), führt dabei vorteilhafterweise bei beiden Werkstoffen zu einem Festigkeitsabfall von nicht mehr als 11 %. Der Tabelle 3 entnehmbare Schmelzpunkt nach ISO 11357-3 (DSC, 10 K/min) prädestiniert beide Werkstoffe für eine Verarbeitung der plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse insbesondere im Temperaturbereich von etwa 270 °C bis 300 °C. Es hat sich dabei im Sinne einer hohen Bauteilstabilität als günstig erwiesen, wenn das Einspritzen in die Kavität derart - also beispielsweise in der Nähe der Stirnseiten des Formteils 1 - erfolgt, so dass sich die Fasern F im Grundkörper 2 - in einer günstigen Weise für eine später beim Einschrauben durch ein Einschraubwerkzeug auftretende Torsionsbeanspruchung - vorwiegend parallel, d. h. insbesondere bei Glasfasern zu mehr als 50 Prozent, zur axialen Richtung X-X ausrichten. Dies kann beispielsweise durch eine computertomographische Röntgenanalyse nachgewiesen werden. Hierzu ist zu bemerken, dass bei der genannten Beanspruchung zwar durch das Werkzeug ein Torsionsmoment aufgebracht wird, dass jedoch über die im Gewindegang des Schraubteils 1 beim Einschrauben auftretenden Kräfte auch mechanische Axialspannungen entstehen, so dass im maximal belasteten Bereich in der Nähe des Kraftangriffs ein dreiachsiger Spannungszustand mit hohen axialen Kräften auftritt. Die in Fig.3 wiedergegebene perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Formteils 1 veranschaulicht eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, wonach vorgesehen ist, dass, insbesondere im Bereich eines Stoßes von zwei zum Spritzgießen der Fasern F enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse eingesetzten Formhälften, eine streifenförmige axial über die Länge des Gewindes laufende Abflachung 12 des Gewindes 10 vorgesehen ist, so dass ein beim Spritzgießen entstehender Formgrat in dieser Abflachung 12 liegt. Bei der Montage des erfindungsgemäßen Formteils 1 im Grundkörper auftretende axiale Spannungskomponenten erfahren dadurch eine Minimierung, wobei auch signifikante Reibungskräfte beim Ein- oder Herausschrauben weitestgehend vermieden werden.
P45601PC01/VIII/mß Fig.4 veranschaulicht eine bereits erwähnte, im Rahmen der Erfindung bevorzugt zu praktizierende Konstruktion zum Erhalt einer sogenannten Baumwurzelgeometrie für den Freistich FS. Die Konstruktion erfolgt dabei - nicht, wie ebenfalls bekannt durch einen Kreisbogenabschnitt, insbesondere den Abschnitt eines Viertelkreises, sondern - auf folgende Weise: Zunächst wird in einem ersten Schritt eine Konstruktionslinie „a“ erzeugt, die jeweils in einem Winkel µK zum Montageabschnitt MA steht, wobei der Winkel µK insbesondere im Bereich zwischen 30° und 60°, vorzugsweise bei 45°, liegen kann. Im zweiten Schritt wird eine Konstruktionslinie „b“ erzeugt, die von der Mitte der Hypotenuse des im ersten Schritt gebildeten Dreiecks ausgeht. Diese Konstruktionslinie „b“ wird entweder zum Montageabschnitt MA oder zum Befestigungsabschnitt BA derart geführt, dass wiederum ein Dreieck entsteht. Im dritten Schritt wird eine Konstruktionslinie „c“ erzeugt, die von der Mitte der Hypotenuse des im zweiten Schritt gebildeten Dreiecks ausgeht, wobei auch hier nochmals ein insbesondere gleichschenkliges Dreieck erzeugt wird, wie Fig.4 zeigt. Diese Konstruktionsweise ist an sich bekannt und wird als „Methode der Zugdreiecke“ bezeichnet. In einem abschließenden vierten Schritt werden dann die Endpunkte EP, FP der Konstruktionslinien „c“ und „a“ durch eine Bogenlinie verbunden, welche die im ersten bis dritten Schritt gebildete polygonale Struktur approximativ verrundet und dann die Kontur des Freistichs FS bildet. Hierzu können auch insbesondere mehrere Kreisbögen verwendet werden, die tangential ineinander übergehen. Derartigen Kreisbögen exemplarisch entsprechende Radien sind in Fig.4 mit R1, R2, R3 und R4 bezeichnet. Ebenso ist die Konstruktion nicht auf drei Konstruktionslinien beschränkt, sondern es kann eine beliebige weitere Anzahl hinzugefügt werden, bevorzugt in Abhängigkeit vom Winkel µK. Durch eine derart erzeugte Kontur, die einen Abbau von Kerbspannungen bewirkt, erhöht sich vorteilhafterweise ein Torsionsmoment, dem das erfindungsgemäße Formteil 1 beim Einschrauben in das Bauteil standhält, um bis zu weitere etwa 20 Prozent gegenüber einem Bauteil mit der herkömmlichen einfachen Kreisbogenform. In den Fig.5 und 6 (jeweils mit Stecker 4) sowie auch in Fig.7 und 8 (jeweils in Alleinstellung) sind ein nicht erfindungsgemäßes Formteil 1‘ und ein
P45601PC01/VIII/mß erfindungsgemäßes Formteil 1 mit jeweils nicht näher bezeichneten gleichen Innen- und Außendurchmessern sowie mit jeweils gleichen Längen L‘, L gegenübergestellt. Die apostrophierten Bezugszeichen bezeichnen dabei der Erfindung entsprechende Einzelheiten in der nicht erfindungsgemäßen Ausführung. Das nicht erfindungsgemäße Formteil 1‘ ist gemäß der Lehre der WO 2022/136406 A1 konzipiert, wonach das Schraubteil einen hohlzylindrischen und zumindest teilweise aus einer Fasern enthaltenden plastifizierten polymeren Masse spritzgegossenen Grundkörper 2‘ aufweist, in dem in charakteristischer Weise koaxial zu seinem Innenkanal 3‘ eine vorzugsweise metallische Einlegehülse EH angeordnet ist. Mit der Erfindung kann auf dieses Merkmal verzichtet werden, wobei bei technologisch einfacher Herstellbarkeit auch bei erhöhter Temperatur eine hohe beanspruchungsgerechte Festigkeit, insbesondere axiale Zugfestigkeit, gewährleistet werden und ein vorzeitiges Versagen unterbunden werden kann. Hinsichtlich ihrer Lage koinzidieren jeweils in Fig.5 und 6 sowie in Fig.7 und 8 das nicht erfindungsgemäße Formteil 1‘ und das erfindungsgemäße Formteil 1 in der Ebene des Übergangs vom Befestigungsabschnitt BA‘, BA zum Montageabschnitt MA‘, MA. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Grundkörpers 2 unter Einsatz einer plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse M, in der das Polymer im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüf- geschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 260 MPa aufweist, erlaubt dabei eine Verkürzung der Länge des Befestigungsabschnitts (von LB‘ auf LB). Dies ermöglicht wiederum eine Verschiebung der Innenkontur in Gegensteckrichtung, derart, dass ein erweiterter, beispielsweise konischer Durchmesserbereich DE‘ der Innenkontur, der bei einem nicht erfindungsgemäßen Formteil 1‘ im Bereich des Übergangs vom Befestigungsabschnitt BA‘ zum Montageabschnitt MA‘ liegt, in den Montageabschnitt MA des Grundkörpers 2 um einen Betrag, der in Fig.5/6 mit dem Bezugszeichen ΔX gekennzeichnet ist, verschoben werden kann (Durchmesserbereich DE). Er gelangt dadurch insbesondere in den Bereich des flanschartigen Sechskantes des exemplarisch dargestellten Überwurfteils 1. Die Wandstärke W im Bereich des
P45601PC01/VIII/mß Freistichs FS wird auf diese Weise gegenüber dem bekannten Formteil 1‘ (W‘ an der Stelle FS‘) vergrößert (W > W‘), so dass ein zur Montage und/oder Demontage erforderliches Torsionsmoment sowie Kerbfaktoren nicht mehr derart wirken können, dass ein Abreißen im Bereich des Freistiches FS möglich ist. Bei Aufrechterhaltung der Gesamtlänge L‘, L der Formteile 1‘, 1, die auf einer konstruktiv nicht zu ändernden Länge der Innenkontur basiert, kann mit der Verkürzung des Befestigungsabschnitts (BA‘ zu BA) eine Verlängerung des Montageabschnitts (MA‘ zu MA) einhergehen. Bezeichnenderweise sind in den Fig. 6 und 8 die erfindungsgemäßen Befestigungsabschnitte BA (jeweils links im Bild) kürzer als die nicht erfindungsgemäßen Befestigungsabschnitte BA‘ (jeweils links im Bild in Fig.5 und 7), und die erfindungsgemäßen Montageabschnitte MA (jeweils rechts im Bild von Fig.6 und 8) sind länger als die nicht erfindungsgemäßen Befestigungsabschnitte BA‘ (jeweils rechts im Bild in Fig.5 und 7). Während für ein nicht erfindungsgemäßes Formteil 1‘ ein Verhältnis der Länge LB‘ des Befestigungsabschnitts BA‘ zur axialen Gesamtlänge L‘ (Summe aus LB‘ und LM‘ als Länge des Montageabschnitts MA‘) im Bereich von 60 % bis 80 %, vorzugsweise von etwa 65 %, vorliegt, liegt für ein erfindungsgemäßes Formteil 1 ein Verhältnis der Länge LB des Befestigungsabschnitts BA zur Gesamtlänge L (Summe aus LB und LM als Länge des Montageabschnitts MA‘) im Bereich von nur 38 % bis 57 %, vorzugsweise von etwa 54 %, vor. In Fig.9 bezeichnen die Bezugszeichen T1 und T2 Wanddicken im Grundkörper 2. Die Wanddicke T2 beträgt von jedem Punkt des Freistiches FS mindestens 70 % der Wanddicke T1 im Befestigungsabschnitt BA, wobei sich die Wanddicke T1 im Befestigungsabschnitt BA vom Grund des Gewindes 10 bis zur den Innenkanal 3 umgebenden Wandung erstreckt. Insbesondere beträgt die Wanddicke T2, die auch der Wandstärke W in Fig.8 entspricht, mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 85 % der Wanddicke T1 im Befestigungsabschnitt BA, wobei die Wanddicke T2 sich axial - ausgehend vom Ende des Gewindes 10 - insbesondere über einen Bereich
P45601PC01/VIII/mß von bis zu mindestens 20 % einer Länge L1 in den Bereich des Montageabschnittes MA erstreckt, bevorzugt bis zu mindestens 25 %, 30 % oder 40 % der Länge L1. Die Länge L1 bezeichnet dabei einen Bereich, in dem der Montageabschnitt MA als - insbesondere mehrkantiger - Flansch ausgebildet ist. Fig.10 zeigt - wie bereits erwähnt - einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Formteils 1, und zwar im Montagezustand mit einem Steckerteil 4, sowie zusammen mit diesem eingesetzt in eine ein Innengewinde 22 tragende Anschlussbohrung eines weiteren Bauteils 20. Im Gegensatz zur ersten Ausführung der Erfindung, wo der Innenkanal 3 sich in Einsteckrichtung S des Steckerteils 4, insbesondere gestuft oder stetig, verjüngt, wobei zumindest in einigen Abschnitten der Innendurchmesser jeweils konstant bleibt, ist der Innenkanal 3 des Formteils 1 gemäß Fig.10 über fast seine gesamte Länge mit gleichbleibendem Innendurchmesser ausgeführt, was jedoch nicht der Tatsache abträglich ist, dass in dem zur dichtenden Aufnahme eines Steckerteils 4 bestimmten Innenkanal 3 sich in axialer Richtung X-X Abschnitte mit unter- schiedlicher Funktion aneinander reihen. Ausgehend von der Einsteckseite des Formteils 1 für das Steckerteil 4 ist dies zunächst ein Abschnitt mit einer, insbesondere als umlaufende Konizität (Schrägfläche SF1 in Fig.10 und 11) ausgebildeten, Einsenkung zur Sichtkontrolle, ob korrekt gesteckt ist. An diesen Abschnitt schließt sich der Dichtbereich für die Anlage der Schmutzdichtung 6 an. Alle vorhandenen Dichtungen 5, 6, 11 selbst sind - im Gegensatz zu Fig.6 - in Fig.10 nicht dargestellt, jedoch ist z. B. die entsprechende Nut 6A zur Aufnahme der Schmutzdichtung 6 deutlich zu erkennen. Des Weiteren schließt sich ein vergleichsweise kurzer Stützbereich für das Steckerteil 4 an, auf den dann ein Abschnitt folgt, der als weiterer Dichtbereich dient, und zwar hier zur Anlage der Mediendichtung 5. Dargestellt ist allerdings wiederum nur die entsprechende Aufnahmenut 5A. Den Abschluss bildet ein vergleichsweise
P45601PC01/VIII/mß langer Stützbereich für den Schaft des Steckerteils 4. Die Dichtbereiche und die Stützbereiche sind durchmessergleich ausgeführt. Die beiden Stützbereiche können auch als ein einziger Stützbereich aufgefasst werden, der lediglich durch den Dichtbereich für die Mediendichtung 5 unterbrochen ist. Der Dichtungspatz 11A für die Umfangsdichtung 11 liegt auf dem äußeren Durchmesser des Formteils 1 im Bereich des Freistichs FS. Zur Montage der in Fig.10 dargestellten Verbindung wird zunächst in die Anschlussbohrung des weiteren Bauteils 20 - und zwar unter dem Grund eines Gegengewindes 22 für das Gewinde 10 des Formteils 1 - ein Federelement 30 eingelegt. Danach wird eine Halteklammer 8A eingebracht, die eine Alternative zu dem in Fig.8 gezeigten Verriegelungskäfig 8 darstellt. Die Halteklammer 8A wird so eingelegt, dass sie am Grund des Gegengewindes (Innengewinde 22) flach anliegt. Federelement 30 und Halteklammer 8A sind insbesondere ringförmig und symmetrisch ausgebildet. Anschließend wird das Formteil 1, auf welchem bereits auf dem Dichtungsplatz 11A ein gefetteter O-Ring als Umfangsdichtung 11 vormontiert wurde, in die Gewindebohrung eingeschraubt und angezogen. Eine wie oben beschriebene Gestaltung im Bereich des Freistichs FS gewährleistet beim Applizieren des Torsionsmomentes dabei eine optimale, insbesondere kerb- spannungsfreie, Spannungsverteilung im Grundkörper 2. Zuletzt wird das Steckerteil 4 eingesteckt. Eine Außenringwulst 7, wie nachfolgend unten noch erwähnt, zur Interaktion mit der Halteklammer 8A ist hier - im Gegensatz zur Ausführung in Fig.6 - nicht am Grundkörper 2 des Formteils 1 vorgesehen. Vielmehr rastet die Halteklammer 8A unterhalb des Formteils 1 in eine umlaufende Nut am Außendurchmesser des Steckerteils 4 ein, wobei sich die Spitze des Steckerteils 4 am bzw. im Federelement 30 abstützt, wie dies Fig.10 zeigt. Dabei wird dann der korrekt ausgeführte Steckvorgang geprüft, indem eine Prüfgabel unter einen, insbesondere standardmäßig vorhandenen, angeordneten
P45601PC01/VIII/mß und bemessenen, umlaufenden Bund 41 am Steckerteil 4 geschoben wird, und dann mit der Prüfgabel versucht wird, das Steckerteil 4 aus dem Formteil 1 zu ziehen. Kann man dann den Schmutzdichtring 6, der vorzugsweise in einer Warnfarbe, wie Rot, ausgeführt ist, sehen, weil er oberhalb des Formteils 1 steht, ist der Steck- vorgang nicht korrekt ausgeführt. Im Vergleich zu bekannten Hohlschrauben aus Messing ist bei einem erfindungsgemäßen Formteil 1 aus Kunststoff die Länge LM des Montageabschnitts MA größer, also insbesondere der Kopf bzw. Sechskant des Kunststoffteiles höher. Diese Länge LM gehört zu den wenigen in geringem Rahmen veränderbaren Größen des Formteils 1, während das Steckerteil 4 geometrisch nicht verändert werden darf. Die Innenkontur der Hohlschraube bleibt dabei bis zum Übergang von SF2 zu SF1 gleich der Innenkontur einer Messing-Hohlschraube. Der Übergang von SF2 auf SF1 zeigt im Grunde die ursprüngliche Länge LM (alt) der Messing-Hohlschraube an. Dadurch verringert sich im Vergleich zu einem Messingteil in der Steckverbindung 4/1 der axiale Abstand zwischen dem umlaufenden Bund 41 am Steckerteil 4 und der dem Steckerteil 4 zugewandten Stirnfläche des Formteils 1, was dazu führen kann, dass der Schmutzdichtring 6 auch bei nicht vollständig eingestecktem Steckerteil 4 nicht gesehen werden kann, weil er noch im erhöhten Teil des Montageabschnittes liegt. Die als umlaufende Konizität - Schrägfläche SF1 in Fig.10 und 11 – ausgebildete Einsenkung bietet hierfür eine technische Lösung an, die Abhilfe schafft. Sofern nicht korrekt gesteckt wurde, kann der Dichtring 6 gesehen werden. Die konische Einsenkung sollte allerdings in einem bestimmten Winkelbereich (μ1 in Fig.11) ausgeführt werden, denn ist der Winkel μ1, ausgehend vom Übergang SF2 zu SF1, zu steil nähert sich der Durchmesser der Einsenkung SF1 auf der Stirnfläche der Hohlschraube dem Durchmesser des Bundes an, und der Monteur kann ggf. nicht in
P45601PC01/VIII/mß die Senkung blicken, da sie vom Bund 41 am Steckerteil 4 überragt wird. Ein fehlerhafter Steckvorgang würde ggf. nicht erkannt. Ist der Winkel μ1, ausgehend vom Übergang der radialen Breite (BR), zu steil, würde SF1 zu tief, und der Dichtring 6 wäre ggf. auch bei korrekt ausgeführtem Steckvorgang noch sichtbar. Bei einer solchen Ausführung wäre auch die Lage von SF2 nicht mehr an der korrekten Position. Ist die Einsenkung, ausgehend vom Übergang SF2 zu SF1, zu flach, reicht die Einsenkung SF1 dann so weit an den Außendurchmesser des Montageabschnitts MA heran, dass die durch die zusätzliche Höhe des Montageabschnitts MA im Vergleich zu einer Messingüberwurfmutter erreichte Stabilität wieder verloren geht. Ist die Einsenkung SF1, ausgehend vom Ringrand der Stirnfläche (RR) zu flach, kann es sein, dass der Schmutzdichtring 6 auch bei korrekt durchgeführtem Steckvorgang nicht sichtbar ist, und im zylindrischen Bereich des Innenkanales angeordnet ist. Unter diesen Gesichtspunkten sollte der Winkel µ1 zwischen der Schrägfläche SF1 und der Längsachse X-X (Fig.11) im Bereich zwischen 30° und 70°, vorzugsweise bei 60°, liegen. Ein neben der Schrägfläche SF1 verbleibender Ringrand RR sollte eine radiale Breite BR aufweisen, die nicht kleiner ist als die Hälfte der radialen Breite BF der gesamten Stirnfläche des Grundkörpers des Formteils 1, also der Summe aus der Fläche des Ringrands RR und der Fläche der axialen Projektion der Schrägfläche SF1. Um die im Rahmen der Visualisierung des Steckzustandes geforderte Sichtbarkeit der Schmutzringdichtung 6 noch weiter zu verbessern, ist insbesondere als Teilfläche der vorbeschriebenen Schrägfläche SF1, die dann als erste Schrägfläche zu bezeichnen ist, eine zweite Schrägfläche SF2 vorgesehen, die in einem Winkel µ2 zwischen der Schrägfläche SF2 und der Längsachse X-X (Fig.11) im Bereich
P45601PC01/VIII/mß zwischen 25° und 35°, vorzugsweise bei 30°, angeordnet ist. Die konische Einsenkung ist dann ein Doppelkonus. Die Schrägfläche(n) SF1 - und ggf. SF2 - des Formteils 1 kann/können beim Spritzgießen im Rahmen des Herstellungsverfahrens auf einfache Weise durch eine komplementär ausgebildete Konuskontur des Spritzgießwerkzeugs 100 erzeugt werden. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen, beispielsweise solche mit einem Innengewinde im Innenkanal 3. Des Weiteren kann der Fachmann zusätzliche vorteilhafte technische Maßnahmen vorsehen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise befindet sich in der ersten dargestellten Ausführung in einem endständigen Halte- abschnitt am Außenumfang des Grundkörpers 2 eine insbesondere filigran ausgebildete Außenringwulst 7, an der zur indirekten Halterung und/oder Arretierung des Steckerteils 4 ein in Fig.5 und 6 gezeigter, vorzugsweise ringförmiger Verriegelungskäfig 8 befestigbar, insbesondere aufrastbar, ist, der mit mindestens einem Verriegelungselement 9 auf dem Steckerteil 4 zusammenwirkt. Diese indirekte Halterung und/oder Arretierung kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden, wobei bezüglich der Einzelheiten in vollem Umfang auf die EP 0913618 B1 verwiesen wird. Die Erfindung ist bislang auch nicht auf die im unabhängigen Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzel- merkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Ein- zelmerkmal des unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
P45601PC01/VIII/mß Insofern sind die Ansprüche lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
P45601PC01/VIII/mß Bezugszeichenliste 1 Formteil, erfindungsgemäß 1‘ Formteil, nicht erfindungsgemäß (Fig.7) 2 Grundkörper von 1 2‘ Grundkörper von 1‘ (Fig.7) 3 Innenkanal von 1 3‘ Innenkanal von 1‘ (Fig.7) 4 Steckerteil (Fig.5, 6) 5 Umfangsdichtung, Mediendichtung 5A Nut für 5 (Fig.10) 6 Umfangsdichtung, Schmutzdichtung 6A Nut für 6 (Fig.10) 7 Außenringwulst an 2 (Fig.8) 7‘ Außenringwulst an 2‘ (Fig.7) 8 Verriegelungskäfig für 4 (Fig.5, 6) 8A Halteklammer für 4 (Fig.10) 9 Verriegelungselement an 4 (Fig.5, 6) 10 Außengewinde in BA 10‘ Außengewinde in BA‘ (Fig.7) 11A Dichtungsplatz für Umfangsdichtung in FS (Fig.10) 12 Abflachung von 10 20 Bauteil mit Anschlussbohrung 22 Innengewinde in 20, Gegengewinde zu 10 30 Federelement 41 Umlaufender Bund an 4 (Fig.10) a, b, c Konstruktionslinien (Fig.4) BA Befestigungsabschnitt von 1 BA‘ Befestigungsabschnitt von 1‘ (Fig.7) BF radiale Gesamtbreite Stirnfläche von 1
P45601PC01/VIII/mß BR radiale Breite von RR FS Freistich von 1 DE erweiterte Innenkontur von 1 (Durchmesserbereich) DE‘ erweiterte Innenkontur von 1‘ (Fig.7) EH Einlegehülse (Fig.5, 7) EP Endpunkt von c (Fig.4) F Fasern FP Endpunkt von a (Fig.4) FS‘ Freistich von 1‘ (Fig.7) L Länge von 1 L‘ Länge von 1‘ (Fig.7) L1 Länge Flanschbereich in MA (Fig.9) LB Länge von BA LB‘ Länge von BA‘ (Fig.7) M polymere Masse MA Montageabschnitt von 1 MA‘ Montageabschnitt von 1‘ (Fig.7) R1, R2, R3, R4 Kreisbogenradien (Fig.4) RR Ringrand der Stirnfläche von 1 S Einsteckrichtung von 4 in 1 S‘ Einsteckrichtung von 4 in 1‘ (Fig.7) SF1 erste Schrägfläche in MA SF2 zweite Schrägfläche in MA T1 Wanddicke in BA (Fig.9) T2 Wanddicke von FS (Fig.9) W Wandstärke von FS (Fig.6, 8) W‘ Wandstärke von FS‘ (Fig.5, 7) ΔX Verschiebung Fig.5/6 X-X Längsachse von 1, 1‘ µ1 Winkel zwischen SF1 und X-X (Fig.11)
P45601PC01/VIII/mß µ2 Winkel zwischen SF2 und X-X (Fig.11) µK Konstruktionswinkel (Fig.4)
Claims
P45601PC01/VIII/mß Ansprüche 1. Hohlzylindrisches Formteil (1) mit ringförmigem Querschnitt, wie eine Schraube, eine Mutter, ein Muffenteil, ein Rohrstecker, ein Rohrverbinder oder dergleichen, wobei das Formteil (1) einen hohlzylindrischen Grundkörper (2) mit einem Montageabschnitt (MA) und mit einem in axialer Richtung (X-X) daran angrenzenden Befestigungsabschnitt (BA) aufweist, wobei in einem, insbesondere zur dichtenden Aufnahme eines Steckerteils (4) bestimmtem, Innenkanal (3) des Grundkörpers (2) sich in axialer Richtung Abschnitte mit unterschiedlicher Funktion aneinander reihen, und wobei der Grundkörper (2) mindestens ein Innengewinde und/oder ein Außengewinde (10) trägt und durch Spritzgießen einer Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer der Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) ein solches ist, welches im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527- 2:2012 (Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 260 MPa aufweist. 2. Formteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) ein solches ist, welches im nicht plastifizierten Zustand eine Bruchspannung nach ISO 527-2:2012 (Prüfgeschwindigkeit: 5 mm/min) von mindestens 280 MPa, bevorzugt von 300 MPa, aufweist.
P45601PC01/VIII/mß 3. Formteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) ein Polyarylamid (PARA) ist. 4. Formteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyarylamid (PARA) der Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) ein Polykondensat eines aromatischen Diamins und einer aliphatischen Disäure, insbesondere ein Polykondensat einer aliphatischen Disäure mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Adipinsäure, und eines aromatischen Diamins, wie Xylendiamin, und insbesondere Metaxylendiamin, ist. 5. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse (M) ein teilaromatischer und/oder teilkristalliner Kunststoff ist. 6. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die plastifizierte polymere Masse (M) einen Volumenanteil an Fasern (F) im Bereich von 2,5 bis 75 Prozent, vorzugsweise einen Masseanteil im Bereich von 30 bis 70 Prozent, insbesondere von 50, 60 oder 65 Masseprozent, an Glasfasern, bevorzugt in einer Ausführung als Flachglasfasern, enthält. 7. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (F), insbesondere in einer Ausführung als Glasfasern, bevorzugt in einer Ausführung als
P45601PC01/VIII/mß Flachglasfasern, eine Länge im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, aufweisen. 8. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (F) einen mittleren Durchmesser im Bereich von etwa 3 μm bis 35 μm, vorzugsweise im Bereich von 5 μm bis 20 μm, aufweisen. 9. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) konditioniert ist. 10. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere im Bereich eines Stoßes von zwei zum Spritzgießen der Fasern (F) enthaltenden plastifizierten thermoplastischen polymeren Masse eingesetzten Formhälften, eine streifenförmige axial über die Länge des Gewindes laufende Abflachung (12) des Außengewindes (10) vorgesehen ist, so dass ein beim Spritzgießen entstehender Formgrat in dieser Abflachung (12) liegt. 11. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (10) drei bis sechs in axialer Richtung (X-X) hintereinanderliegende Windungen aufweist. 12. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergang von dem, insbesondere ein Außengewinde (10) tragenden, Befestigungsabschnitt (BA) zu dem sich in axialer Richtung anschließenden Montageabschnitt (MA), der einen größeren Durchmesser als der Befestigungsabschnitt (BA) aufweist und insbesondere als flanschartiger Mehrkant ausgebildet ist, der Grundkörper (2) einen gewindefreien Bereich aufweist, der als Freistich (FS) bezeichnet wird.
P45601PC01/VIII/mß 13. Formteil (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Freistichs (FS) nach einer sogenannten Baumwurzelgeometrie unter Anwendung der „Methode der Zugdreiecke“, vorzugsweise mit zusätzlicher Verrundung, gestaltet ist. 14. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Länge (LB) des Befestigungsabschnitts (BA) zu einer axialen, aus einer Länge (LB) des Befestigungsabschnitts (BA) und einer Länge (LM) des Montageabschnitts (MA) summarisch gebildeten Gesamtlänge (L) im Bereich von 38 % bis 57 %, vorzugsweise bei etwa 54 %, liegt. 15. Formteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wanddicke (T2) im Bereich eines/des Freistiches (FS) mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 85 %, einer Wanddicke (T1) im Befestigungsabschnitt (BA) entspricht, wobei sich die Wanddicke (T1) im Befestigungsabschnitt (BA) vom Grund des Gewindes (10) bis zur den Innenkanal (3) umgebenden Wandung erstreckt. 16. Formteil (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (T2) im Bereich des Freistiches (FS) - axial ausgehend vom Ende des Gewindes (10) - sich über einen Bereich von bis zu mindestens 20 %, bevorzugt bis zu mindestens 25 %, 30 % oder 40 %, einer Länge (L1) im Bereich des Montageabschnittes (MA) erstreckt, in dem der Montageabschnitt (MA) als Flansch ausgebildet ist. 17. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkanal (3) mit gleichbleibendem Innendurchmesser ausgeführt ist.
P45601PC01/VIII/mß 18. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkanal (3) sich in Einsteckrichtung (S) des Steckerteils (4), insbesondere gestuft oder stetig, verjüngt, wobei zumindest in einigen Abschnitten der Innendurchmesser des Innenkanals (3) jeweils konstant bleibt. 19. Formteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkanal (3) ausgehend von der Einsteckseite des Grundkörpers (2) des Formteils (1) für das Steckerteil (4) eine konische Einsenkung mit einer umlaufenden Schrägfläche (SF1) aufweist. 20. Formteil (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (µ1) zwischen der Schrägfläche (SF1) und der Längsachse (X-X) des Grundkörpers (2) im Bereich zwischen 30° und 70°, vorzugsweise bei 60°, liegt. 21. Formteil (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein neben der Schrägfläche (SF1) verbleibender Ringrand (RR) eine radiale Breite BR aufweist, die nicht kleiner ist als die Hälfte der radialen Breite (BF) der gesamten Stirnfläche des Grundkörpers (2), wobei die Stirnfläche als Summe aus der Fläche des Ringrands (RR) und der Fläche der axialen Projektion der Schrägfläche (SF1) gebildet ist. 22. Formteil (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkanal (3) ausgehend von der Einsteckseite des Grundkörpers (2) für das Steckerteil (4) eine doppelkonische Einsenkung mit einer ersten Schrägfläche (SF1) und mit einer, insbesondere als Teilfläche der ersten Schrägfläche (SF1) ausgebildeten, zweiten Schrägfläche (SF2) aufweist.
P45601PC01/VIII/mß 23. Formteil (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (µ2) zwischen der zweiten Schrägfläche (SF2) und der Längsachse (X-X) des Grundkörpers (2) im Bereich zwischen 25° und 35°, vorzugsweise bei 30°, liegt.
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