DE1916509C3 - Verfahren und Einrichtung zum Befestigen von Metallteilen an Kunststoffträgern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Befestigen von stift- oder streifenartigen Metallteilen an Kunststoffträgern untei Anwendung von beim Eindringen der Metallteile in den Kunststoff auf diese einwirkenden hochfrequenten — insbesondere im Ultraschallbereich liegenden Schwingungen.

Die Anwendung von Ultraschallenergie zum Einbetten von Metallteilen in Kunststoffe ist bekannt. Dabei wird durch den Druck eines schwingenden Werkzeuges bzw. eines Schwingkopfes der Kunststoff an der Stelle, an welcher das einzubettende Metallteil den Kunststoff berührt, erweicht. Hierbei sinkt das Metallteil in die Kunststoffmasse ein, wobei nach Beendigung der Schwingungen der Kunststoff wieder erstarrt und durch die dabei erfolgende leichte Schrumpfung des Kunststoffes das Metallteil formschlüssig und spannungsfrei umschließt Zur Durchführung dieser bekannten Verfahren wird in dem Kunststoff an der Einbettstelle eine Bohrung oder öffnung vorgesehen, deren Weite um ein geringes kleiner ist als der Querschnitt des einzubettenden Metallteile Die Metallteile, z.B. Schraubenmuttern, Lagerbüchsen od. dgl. 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. Es ist auch bekannt, in der Sonotrode eine Führungsöffnung für das einzubettende Metallteil vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches stift- oder streifenartige, also kleine und schmale Metallteile, wie Anschlußfahnen oder Anschlußstifte für elektrische Schaltungsträger, rationell an Kunststoffträgern aus thermoplastischem oder auch duroplastischem Maleria) verdrehungsfest und zugfest befestigt werden können, ohne daß längsverlaufende Ausnehmungen an den Metallteilen erforderlich sind.

Es wurde durch Versuche festgestellt, 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.

Von dieser Erkenntnis ausgehend sieht die erfindungsgemäße 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 Bewegung eines Schwingkopfes eindringende Metallteil unter Druck aufläuft und innerhalb des Kunststoffträgers eine seitliche Ausknickung erfährt. Durch dieses Ausknicken bzw. Verbiegen des dünnen Metallteils infolge des beidseitig auf das Metallteil einwirkenden Druckes schiebt bzw. fließt der durch die hochfrequenten Schwingungen erweichte Kunststoff in den ursprünglich von dem Metallteil ausgefüllten Raum innerhalb des Kunststoffträgers und stellt die Formschlüssigkeit her. Der Widerstand gegenüber auf das Metallteil später einwirkenden Zugkräften wird dadurch um ein Vielfaches erhöht. Ebenso ist z. B. ein derartig eingebetteter runder Metallstift gegen Verdrehen gesichert. Eine rationelle Fertigung von mit Metallteilen bestückten Kunststoffträgern, etwa von mit Anschlußfahnen oder Anschlußstiften bestückten Schaltungsplatten läßt sich insbesondere dann erzielen, wenn die Metallteile in die volle, ungelochte Kunststoffmasse eingedrückt werden. In kontinuierlichen Verfahrensschritten können hierbei die Stifte oder Fahnen von einer einfachen Drahtrolle abgetrennt, in den vollen Kunststoffträger eingedrückt und gleichzeitig gegen Herausziehen und gegen Verdrehen abgesichert werden. Wenn z. B. das Metallteil in dem Schwingkopf, der durch einen bekannten Schwinggenerator angetrieben wird, oder in einem sonstigen Führungselement geführt wird, ist gewährleistet, daß die Ausknickung jeweils innerhalb der Kunststoffmasse erfolgt. In jedem Falle werden beim Metallteil besondere aufwendige Maßnahmen, wie Riffelungen, Nasen, Warzen od. dgl. entbehrlich.

Werden bezüglich der Lage des Metallteils im Kunststoffträger besonders hohe Anforderungen gestellt, so wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das

Metallteil entlang einer in dem Kunststofflager an der Eindrückstelle vorgesehenen Führungsbohrung eingedrückt

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Einrichtung derart ausgestaltet, daß der Anschlag an seiner an dem Kunststoffträger anliegenden Anschlagfläche eine Zentrierkerbung aufweist Die Genauigkeit der Lage des Metallteils im Ku --.ststoffträger wird durch diese Zentrierkerbung, in welche das einged ückte Metallteil eingreift, beträchtlich erhöht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Anschlag und/oder der Schwingkopf eine Führungsöffnung auf, in welcher der aus dem Kunststoffträger herausragende Teil des Metallteils formschlüssig geführt ist. Je nachdem, ob das Metallteil, z. B. der Metallstift in ;-s seiner endgültigen Lage einseitig oder beidseitig des Kunststoffträgers herausragi, ist der Schwingkopf oder aber der Schwingkopf und der Anschlag mit einer sacklochariigen Führungsöffnung versehen, welche ein Ausweichen des Metallteils außerhalb des Kunststoffträgers verhindert.

Die Stelle, an welcher eine Ausknickung des Metallteils zu erfolgen hat, kann in vorteilhafter Weise dadurch genau bestimmt und festgelegt werden, daß das Metallteil an der Ausknickstelle eine Querschnittsverengung aufweist.

Die Erfindung wird durch die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert. Es bedeutet

F i g. 1 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit zwei stiftartigen Metallteilen bestückter Kunststoffträger,

F i g. 2 eine schematisch dargestellte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 3 ein weiterer auf die erfindungsgemälJe Weise mit verschiedenen Metallteilen bestückter Kunststoffträger,

Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer der Einrichtung gemäß F i g. 4 ähnlichen Einrichtung.

In F i g. 1 ist mit 1 ein etwa L-förmiger Kunststoffträger bezeichnet, an dessen einem Schenkel zwei runde Stifte 2 durch Einbetten befestigt sind. Wie gestrichelt angedeutet, weisen die beidseitig aus dem Kunststoffträger 1 herausragenden Stifte 2 innerhalb des Kunststoffträgers 1 eine seitliche Ausknickung 3 auf, durch welche die Stifte 2 gegen Herausziehen sowie gegen Verdrehen gesichert sind. Dieser besn'ickte Kunststoffträger 1 bildet etwa einen Teil einer elektrischen Anlage mit den Stiften 2 als elektrische Anschluß- und Verbindungselemente.

In F i g. 2 sind mit 4 und 5 Teile einer Einrichtung zur Erstellung des in F i g. 1 dargestellten, bestückten Kunststoffträgers 1 in einer Schnittansichl dargestellt. Dabei weist ein Schwingkopf 4, welcher durch einen nicht dargestellten Schwinggenerator 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 hochfrequen'en Schwingungen die mit dem Stift in Berührung stehende Kunststoffmasse erweicht. An der in der Figur unteren Begrenzung des Kunststoffträgers 1 ist ein widerstandsfähiger, z. B. aus Metall bestehender Anschlag 5 stabil angesetzt, welcher ebenfalls mit einer sacklochariigen Führungsöffnung 7 versehen ist. Nachdem der Stift 2 den Kunststoffträger 1 geradlinig durchaoßen 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 Kunststoffirägers 1 geführte Stift 2 innerhalb der Kunststoffmasse eine Ausknickung 3, was zur Folge hat, daß der erweichte Kunststoff sofort den freigewordenen Raum ausfüllt. Die Ausknickstelle kann von vornherein durch eine Querschnittsverengung, etwa durch eine Einquetschung genau festgelegt werden.

Der Kunststoffträger 8 gemäß F i g. 3 weist, wie die Schnittdarstcllung zeigt, eine Nut 9 auf. Bei dieser Ausführung sollen Stifte 10, 11 und 12 unterschiedlichen Querschnittes nur über die obere Begrenzung des /wischen Nut 9 und der oberen Fläche 81 gebildeten Steges 82 in der endgültigen Lage herausragen Ein in die Nut 9 eingeführter Anschlag 13 weist deshalb an seiner an dem Kunststoffträger 8 anliegenden Anschlagfiäche eine Zentrierkerbung 14 auf, in welche der nach dem vorbeschriebenen Verfahren eingedrückte Stift z. B. IO eingreift bzw. sich darin zentrierend abstützt. Der Anschlag 13 wird daraufhin entfernt.

Selbstverständlich können die nach dem beschriebenen Verfahren befestigten Metallteile jede beliebige Form haben. Sie können in Form von Fahnen. Stiften, Krampen od. dgl. ausgebildet sein. Weiterhin besteht völlige Freiheit darüber, ob das Metallteil in die volle, ungelochte 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.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist ein Kunststoffträger 15 in einen, eine rechtwinklige Aufnahme bildenden Block 16 gelagert, dessen vertikaler Schenkel eine Zentrierkerbung 17 aufweist. Ein in einem Führungselement 18 geführtes Metallteil 19 wird in Pfeilrichtung in Höhe der Zentrierkerbung Yi in den Kunststoffträger 15 eingedrückt, während ein Schwingkopf 20 in einer zur Eindrückrichtung rechtwinkligen Richtung auf eine Begrenzungsfläche des Kunststoffträgers 15 einwirkt. Das Metallteil 19 trifft auf die Zentrierkerbung 17 bzw. auf den als Anschlag dienenden vertikalen Schenkel des Blockes 16 und knickt aus.

Der Ausknickvorgang kann erleichtert werden, wenn, wie in F i g. 5 dargestellt, ein Metallteil 21 in der Nähe des strichpunktiert angedeuteten Bereichs einer Querschnittsänderung eines z. B. mit Flanschen versehenen Kunststoffirägers 21 eingedrückt wird, da in diesem Bereich infolge Reflexion an den Querschnittssprüngen eine besonders große Umwandlung der Schwingungsenergie erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Befestigen von stift- oder streifenartigen Metallteilen an Kunststoffträgern, unter Anwendung von beim Eindrücken der Metallteile in den Kunststoff auf diese einwirkenden hochfrequenten, insbesondere im Ultraschallbereich liegenden Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der, der Eindrückrichtung abgewandten Seite des Kunststoffträgers (1,8,15, 22) ein Anschlag (5, 13. 16) vorgesehen ist, auf welchen das in Eindrückt ichtung durch die auf den Kunststoffträger zu gerichtete Bewegung eines Schwingkopfes (4, 20) eindringende Metallteil (z. B. Stift 2) unter ,₅ Druck aufläuft und innerhalb des Kunststoffträgers eine seitliche Ausknickung (3) erfährt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (Stifte 2,10,11,12) entlang einer in dem Kunststoffträger (1 bzw. 8) an der Eindrückstelle vorgesehenen Führungsbohrung eingedrückt wird.

3. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (21) im Bereich einer Querschnittsänderung des Kunststoffträgers (22) eingedrückt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallenergie in einer zur Eindrückrichtung für das Metallteil (19, 21) winkeligen, vorzugsweise rechtwinkeligen Richtung auf den Kunststoffträger (15, 22) eingespeist wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil (2) an der Ausknickstelle (3) mit einer Querschnittsverengung versehen wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch pekennzeichnet, daß der Anschlag (13, 16) an seiner an dem Kunststoffträger (8, 15, 22) anliegenden Anschlagfläche eine Zentrierkerbung (14,17) aufweist.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (5) und/oder der Schwingkopf (4) eine Führungsöffnung (7 bzw. 6) aufweist, in welcher der aus dem Kunststoffträger herausragende Teil des Metallteiles formschlüssig geführt ist.