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Verfahren und Einrichtung zum Bofestigen von Metallteilen an Kunststoffträgern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zum Befestigen von stift- oder streifenartigen Metallteilen an Kunststoffträgern
unter Anwendung von beim Eindringen der Metallteile in den Kunststoff auf diese
einwirkenden hochfrequenten - insbesondere im Ultraschallbereich liegenden Schwingungen.
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Die Anwendung von Ultraschallenergie zum Einbetten von Metall-teilen
in Kunststoffe ist bekannt. Dabei wird durch den Druck eines schtringenden Werkzeuges
bzw0 eines Schwingkopfes der Kunststoff an der Stelle, an welcher das cinzubettende
Metallteil den Kunststoff berührt, erweicht. Hierbei sinkt das Metallteil in die
Kunst6stoffmasse ein, wobei nach Peendingung der Schwingungen der Kunststoff wieder
erstarrt und durch die dabei erfolgende leichte Schrumpfung des Kunststoffes das
Metallteil formschlüssig und spannungsfrei umschliesst.
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Zur Durchführung dieser bekannten Verfahren wird in dem T;unststoff
an der Einbettstelle eine Bohrung oder Öffnung vorgesehen, deren eite um ein Geringes
kleiner ist als der Querschnitt des einzubettenden M-etallteiles.
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Die Metallteile, z.BO Schraubenmuttern, Lagerbüchsen oder dergleichen
mussten, um ein späteres Verdrehen oder Herausziehen unmöglich zu machen, an ihrem
Umfang mit z.B. von der genauen Kreisbahn abweichenden Vorsprüngen, Kanten, Einschnitten
oder Riffelungen versehen sein, was deren Herstellung nicht unwesentlich verteuerte.
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bestiickten Kunststeffträgern, etwa von mit Anschluss fahnen oder
hnschlusstiften bestückten Schaltungsplatten lässt sich insbesondere dann erziclen,
wenn die Metallteile in die volle, ungelochte Kunststoffmasse eingedrückt werden.
In kontinuierlichen Verfahrensschritten können hierbei die Stifte oder Fahnen ven
einer ci;-fachen Drahtrelle abgetrennt, in den vollen Kunststoffträger eingedrückt
und gleichzeitig gegen Herausziehen und gegen Verdrehen abgesichert werden. Wenn
z.B.
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dao Metallteil in dem Schwingkopf, der urch einen cekannten Schwinggenerator
angetrieben wird, oder in einem sonstigen Fihrungselement geführt wird, ist gewährleistet,
dass die Ausknickung jeweils innerhalb der Kunststoffmasse erfolgt. In jeden Falle
werten beim Metallteil cesondere formmässige Massnahmen, wie Riffelungen, Hasen,
Warzen oder dergleichen entbehrlich.
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Werden bezüglich der Lage des metallteiles im Kunststoffträger besenders
hohe Anforderungen gestellt, so wired gemäss einer Weiterbildung der Erfindung das
Metallteil entlang einer in dem Kunststoffträger an der Eindrückstelle vergesehenen
Führungsbchrung eingedrückt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist eine Einrichtung
derart ausgestaltet, dass der Anschlag an seiner an dem Kunststoffträger anliegenden
Anschlagfläche eine Zentrierkerbung aufweist. Die Genaigkeit der Lage des Metallteiles
im Kunststoffträger wird durch diese Zentrierkerbung, in welche das eingedrückte
Metallteil eingreift, beträchtlich erhöht.
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Gemäss einer Weiterbildung der E$rfindung weist der Anschlag und/oder
der Schwingkopf eine Führungsöffnung auf, in welcher der aus dem Kunststoffträger
herausragende Teil des Metallteiles forirschlüssig geführt ist.
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Je nachdem, ob das Metallteil, z.B. der Metallstift in
Der
Erfindung ist die Aufgabe geseIt, ein Verfahren zu schafden, durch welches stift-
oder streifenartige, also kleine und schmale Metallteile, llic Anschlussfahnen oder
Anschlusstifte für elektrische Schaltungsträger, bei Vermeidung der bei den bekannten
Verfahren netwendigen aufwendigen Massnahmen, ratierell an Kunststoffträgern aus
thermoplastischem oder auch duroplastischen Material befestigt werden können.
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Es wurde durch Versuche festgestllt, dass die durch die hochfrequenten,
insbesondere im Ultraschallbereich liegenden Schwingungen erweichte Kunststoffmasse
in gewissen Grenzen zu fliessen vermag, d.h. sie passt sich dem Profil des in sie
eindringenden Körpers an und füllt Hohlräume, die durch den eindringenden Körper
theoretisch entstehen könnten, sofort wieder aus.
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Von dieser Erkenntnis ausgehend sieht die erfindungsge mässe Lösung
vor, dass auf der, der Eindrückrichtung abgewandten Seite des Kunststoffträgers
ein Anschlag vorgesehen ist, auf welchen das in Eindrückrichtung durch die auf den
Kunststoffträger zu gerichtete Bewiegung eines Schwingkopfes eindringende Metallteil
unter Druck auf läuft und innerhalb des Kunststoffträgers eine seitliche Ausknickung
erfährt. Durch dieses Ausknicken ball. Verbiegen des dünnen Metallteiles infolge
des beidseitig auf das Metallteil einwirkenden Druckes schiebt bzw. fliesst der
durch die hochfrequenten Schwingungen erweichte Kunststoff in den ursprünglich von
den Metallteil ausgefüllten Raum innerhalb des Kunstwstoffträgers und stellt eine
etwa bogenförmige Formschlüssigkeit her. Der Widerstand gegenüber auf das Metallteil
später einwirkenden Zugkräften wird dadurch um ein vielfaches erhöht. Ebenso ist
z.3. ein derartig eingebetteter runder Metallstift gegen Verdrehen gesichert. Eine
rationelle fertigung von mit Metallteilen
seiner endgültigen lage
einseitig oder beidseitig des Kunststoffträgers herausragt, ist der Schwingkopf
oder aber der Sch!ingkopf und der Anschlag mit einer sacklochartigen FührungsöffnunG
vorsehen, welche ein Ausweichen des Metallteiles ausserhalb des Kunststoffträgers
verhindert.
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Die Stelle, an welcher eine Aushnickung des Metallteiles zu erfolgen
hat, kann in vorteilhafter Weise dadurch genau bestimmt und festgelegt werden, dass
das Metallteil an der Auskniekstelle eine Querschnittsverengung aufweist Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden durch die-in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
nachstehend beschrieben0 Es bedeuten: Fig. 1 ein nach den erfindungsgemässen Verfahren
mit zwei stiftartigon Metallteilen bestückter Kunststoffträger, Fig. 2 eine schematisch
dargestellte Einrichtung zur Durchführung des efindungsgemässen Verfahrens, Fig.
3 ein weiterer auf die erfindungsgemässe Weise mit verschiedenen itetallteilen.'bestückter
Kunststoffträger, Fig. 4 ein weltcres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 5 eine schematische Darstellung
einer der Heinrich tung gemäss Fig. 4 ähnlichen Einrichtung.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein etwa T-förmige Kunststoffträger bezeichnet,
an dessen einem Schenkel zwei runde Stifte 2 durch Einbetten befestigt sind. WIe
gestrichelt angedeutet, weisen die beidseitig aus dem Kunststoff-tr,@ger
1 herausragenden Stifte 2 innerhalb des Kunststofftrcigers 1 eine seitliche Auskniekung
3 auf, durch welche die Stifte 2 gegen Herausziehen sowie gegen Verdrehen gesichert
sind. Dieser bestückte Kunststoffträger 1 bildet etwa einen Teil einer elektrischen
Anlage mit den Stiften 2 als elektrische Anschluss-und Verbindungselemente.
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In Fig. 2 sind mit 4 und 5 Teile einer Einrichtung zur Erstellung
des in Fig. 1 dargestellten, bestückten Kunststofftragers 1 in einer Schnittansicht
dargestellt. Dabei weist ein Schwingkopf 4, welcher durch einen nicht dargestellten
WSchwinggenerator zu hochfrequenten, insbesondere im Ultraschallbereich liegenden
Schwingungen in Pfeilrichtung veranlasst wird, eine Führungsöffnung 6 auf, in welcher
der in den Kunststoffträger 1 einzubettende Stift 2 geführt Ist. Das Eindrücken
des Stiftes 2 geschieht im Ausführungsbeispiel von oben nach unten, wobei sich während
dem Eindrücken infolge der hochfrequenten Schwingungen die mit dem Stift in Berührullg
stehende Kunststoffmasse erweicht.
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Mi der in der Figur unteren Begrenzung des Kunststoffträgers 1 ist
ein widerstandsfähiger, z,B, aus Metall bestehender Anschlag 5 stabil angesetzt,
weicher ebenfalls mit einer sacklochartigen Führungsöffnung 7 ve,-sehen ist. Nachdem
der Stift 2 den 1:unststoffträger 1 geradlinig durchstossen hat, gelangt er in die
Führungsöffnung 7, in welcher er schliesslich auf die untere Begrenzung der Führungsöffnung
7 aufläuft. Da das Eindrücken des Stiftes 2 unter Druck geschehen muss und daher
das Auflaufen des Stiftes 2 auf den Anschlag 5 ebenfalls unter Druck geschieht,
erfährt der ausserhalb des
Kunststoffträgers 1 geführte Seift 2
Innerhalb der Kunststoffmasse eine Ausknickung 3, was zur Folge hat, dass der erweichte
Kunststoff sofort den freigewordenen Raum ausfüllt. Die Ausknickstelle kann von
vorneherein durch eine Querschnittsverengung, etja durch eine Einquetschung genau
festgelegt erde, Der Kunststoffträger 8 gemäss Fig. 3 weist, wie die Schnittdarstellung
zeigt, eine Nut 9 auf, Bei dieser Ausführung sollen Stifte 10, 11 und 12 unterschiedlichten
Querschnittes nur über die obere Begrenzung des zwischen Nut 9 und der oberen Fläche
81 gebildeten Steges 82 in der endgültigen Tage herausragen. Ein in die Nut 9 eingeführter
Anschlag 13 weist deshalb an seiner an dem Kunststoffträger 8 anliegenden Anschlagfläche
eine Zentrierkerbung 14 auf, in welche der nach dem vorbesch iebenen Verfahren eingedrückte
Stift z030 10 eingreift bzw. sich darin zentrierend abstützt0 Der Anschlag 13 wird
daraufhin entfernt, Selbstverständlich können die nach dem beschriebenen Verfahren
hefestigten Metallteile jede beliebige Form haben, Sie können in Form von Bahnen,
Stiften, Krampen oder dergleichen ausgebildet sein= Weiterhin besteht völlige Freiheit
darüber, ob das Metallteil in die volle, ungekochte Masse eines Kunststoffträgers
eingedrückt wird oder ob zur genaueren lagemässigen Orientierung der Metallteile
besondere Führungsbohrungen an den vorbestimmten Eindrückstellen des Kunststoffträgers,
die etwa dem Querschnitt der Metallteile entsprechen, vorgesehen sind.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist ein Kunststoffträger
15 in einen, eine rechtwinkelige Aufnahme bildenden Block 16 gelagert, dessen vertikaler
Schenkel eine Zentrierkerbung 17 aufweist. Ein in einem Führungselement
18
geführtes Metallteil 19 wird in Pfeilrichtung iu Höhe der Zentrierkerbung 17 in
den Kunststoffträger 15 eingedrückt, während ein Schwingkopf 20 in einer zur Eindrückrichtuhng
rechtwinkeligen Richtung auf eine Begrenzungsfläche des Kunststoffträgers 15 einwirkt.
Das Metallteil 19 trIfft auf die Zentrierkerbung 17 baw. auf den als Anschlag dienenden
vertikalen Schenkel des Blockes l6 und knickt aus.
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Der Ausknickvorgang kann dadurch verbessert werde, lern, wie in Fi.
5 dargestellt, ein Metallteil 21 im sirichpunktiert angedeuteten Bereich einer Querschnittsänderung
eines z.B. mit Flanschen versehenen Kunststoffträgers 21 eingedrückt wird, da in
diesem Bereich infolge Reflexion an den Querschnittssprüngen eine besonder grossc
Umwandlung der Schltingungsenergie erfolgt.
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7 PatentansprUche 5 Figuren