DE19801556A1

DE19801556A1 - Metallischer Einsatz

Info

Publication number: DE19801556A1
Application number: DE1998101556
Authority: DE
Inventors: Michael Stumpf; Alfred Grun; August Borchard
Original assignee: Boellhoff GmbH
Current assignee: Boellhoff GmbH
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-09-30

Abstract

Ein metallischer Einsatz zum Wärmedruckeinbau, Ultraschalleinbau oder induktiven Einbetten weist einen Einführkegelstumpf (1), einen sich daran anschließenden unteren zylindrischen Abschnitt (2) mit kleinerem Durchmesser, einen sich daran anschließenden Kegelstumpf (3) größerer axialer Länge, der auf seiner Außenfläche mit gleichmäßig verteilten Erhebungen und Vertiefungen versehen ist, einen sich daran anschließenden oberen zylindrischen Abschnitt (6), dessen Durchmesser kleiner ist als der größere Durchmesser des Kegelstumpfes (3) und der gerändelt ist, und als Abschluß einen zylindrischen Kopfabschnitt (7) mit glatter Mantelfläche auf. Die Erhebungen, Vertiefungen, Einstiche und Rändelungen dienen der Verankerung des Einsatzes nach dem Wärme-Druckeinbau, wobei insbesondere die Rändelung des oberen zylindrischen Abschnittes (6) für erhöhte Verdrehfestigkeit sorgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Einsatz zum Wärme-Druckeinbau, Ultraschalleinbau oder induktiven Einbetten gemäß dem Oberbegriff des Hauptan spruches.

Ein solcher Einsatz ist aus DE 23 55 166 bekannt, er weist gute Eigenschaf ten für den Wärme-Druckeinbau, den Ultraschalleinbau oder das induktive Einbet ten und Erhöhungen, Vertiefungen sowie Rändelung für festen Sitz und Verdrehsi cherheit auf. Diesem Zweck dienen auch die Axialrillen am zylindrischen Kopfab schnitt und der zwischen dem Kopfabschnitt und dem Kegelstumpf liegende, glatt ausgebildete zylindrische Abschnitt, in den das plastifizierte Kunststoffmaterial eintreten soll, während die Axialrillen des Kopfabschnittes die Verdrehsicherheit steigern sollen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen metallischen Einsatz zu schaffen, der einen schnellen Einbau in thermoplastischen Kunststoff erlaubt, bei dessen Verwendung Spannungsrisse beim Abkühlen des Kunststoffes vermieden werden und der eine reduzierte Kerbwirkung hat.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Vorteil hafte Fortbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß weist der metallische Einsatz einen zylindrischen Kopfab schnitt mit einem größeren Durchmesser mit glatter Mantelfläche und einen darun ter befindlichen, zylindrischen Abschnitt mit geringerem Durchmesser auf, der gerändelt ist. Diese Rändelung vergrößert die radiale Oberfläche in diesem zylindri schen Abschnitt, wodurch eine größere Verdrehsicherheit erzielt wird. Zugleich wird die durch diesen zylindrischen Abschnitt verursachte Kerbwirkung reduziert, da keine zusätzliche Scherung des plastifizierten Werkstoffes stattfinden kann. Die vorzugsweise glatte Mantelfläche des Kopfabschnittes gewährleistet einen glatten Abschluß an der Stirnseite des Einsatzes im eingebauten Zustand, da Materialaus trieb verringert wird. Zugleich komprimiert der zylindrische Kopfabschnitt mit sei nem größeren Durchmesser aufsteigendes, plastifiziertes Kunststoffmaterial in den gerändelten Bereich des zylindrischen Abschnittes. Dadurch werden bessere Fül lung und erhöhte Festsitzwerte erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der unterhalb des zylindrischen Abschnittes gebildete Kegelstumpf größerer axialer Länge, der auf seiner Außenfläche gleichmäßig verteilte Erhebungen und Vertiefungen aufweist, mit einem zylindrischen Einstich versehen. Dieser Einstich erhöht die axiale Aus zugskraft und reduziert den Auftrieb beim Wärme-Druckeinbau, da er einen Ringraum bildet, in dem sich plastifiziertes Material setzen kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Einsatz ein durchgehendes Gewinde vorhanden, das an der Unterseite mit einem Plättchen ver schlossen ist. Dieses Plättchen kann verstemmt oder vernietet sein und sorgt dafür, daß beim Wärme-Druckeinbau, dem Ultraschalleinbau oder dem induktiven Einbet ten kein plastifizierter Kunststoff ins Gewinde gelangen kann und dennoch eine maximale tragende Gewindelänge bei geringer Bauhöhe des Einsatzes gewährleistet ist. Dies kommt dem technischen Bedürfnis nach werkstoffsparender, dünnwandiger Konstruktion von Kunststoffteilen entgegen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der axiale Kopfab schnitt an der Oberseite eine Ansenkung auf. Sie dient als Findehilfe zur Zentrie rung einer Montagepresse und verhindert z. B. bei Ultraschalleinbau die Deforma tion des ersten Gewindeganges.

Der obere Kopfabschnitt des metallischen Einsatzes kann selbstverständlich auch als Montagefläche für weitere Befestigungen dienen. So kann sich an diesem Kopfabschnitt ein Flansch, ein Clinchanschluß, ein Bolzen oder ein Schlauchstutzen angebracht sein.

Der erfindungsgemäße Einsatz wird nun in einem Ausführungsbeispiel an hand der Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen metallischen Einsatz in teilweiser Schnittdarstellung und

Fig. 2 einen Ausschnitt eines unten am Einsatz verstemmten Plätt chens.

Der in Fig. 1 gezeigte metallische Einsatz weist einen der Einführung des Einsatzes in ein Sackloch oder Durchgangsloch des Werkstückes dienenden Kegel stumpf 1 geringerer axialer Länge auf. Daran schließt sich ein unterer zylindrischer Abschnitt 2 an, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der größeren Endfläche des Einführungskegelstumpfes 1 und dessen Axiallänge größer ist als die Axiallänge des Einführungskegelstumpfes 1.

Auf den unteren zylindrischen Abschnitt 2 folgt ein Kegelstumpf 3 größerer axialer Länge, der auf seiner Außenfläche mit gleichmäßig verteilten Erhebungen und Vertiefungen versehen ist. Diese gleichmäßig verteilten Erhebungen und Ver tiefungen können eine Kreuzkordel sein, wobei die Tiefe der Kreuzkordel 0,6 mm betragen kann. Vorzugsweise ist die Teilung der Kreuzkordel durchmesserbezogen zu wählen und kann beispielsweise zwischen 0,3 bei kleinem Einsatzdurchmesser und 1,0 bei sehr großem Einsatzdurchmesser variieren. Der Durchmesser des unte ren zylindrischen Abschnittes 2 ist kleiner als der Durchmesser der kleineren End fläche des Kegelstumpfes 3.

Der Neigungswinkel des Einführungskegelstumpfes 1 ist wesentlich größer als der Neigungswinkel des Kegelstumpfes 3. Die Randlinie der größeren Kegel stumpfendfläche des Einführungskegelstumpfes 1 liegt auf der Erzeugenden des Ke gelstumpfmantels des Kegelstumpfes 3. An den Kegelstumpf 3 schließt sich ein oberer zylindrischer Abschnitt 6 an, dessen Durchmesser kleiner ist als der größere Durchmesser des Kegelstumpfes 3. Dieser zylindrische Abschnitt 6 ist gerändelt. Diese Rändelung können Längsrändeln oder schräg geneigte Rändeln sein.

An den oberen zylindrischen Abschnitt 6 schließt sich nach außen ein zylin drischer Kopfabschnitt 7 an, dessen Mantelfläche glatt ist. Da der Durchmesser der größeren Endfläche des Kegelstumpfes 3 und der Durchmesser des zylindrischen Kopfabschnittes 7 größer sind als der Durchmesser des oberen zylindrischen Ab schnittes 6, wird zwischen diesen ein Ringraum bereitgestellt, in den plastifizierter Kunststoff einfließen kann. Die axiale Länge des zylindrischen Kopfabschnittes 7 ist geringer als die axiale Länge des oberen zylindrischen Abschnittes 6. Die axialen Längen des zylindrischen Kopfabschnittes 7 und des oberen zylindrischen Abschnit tes 6 stehen zum Durchmesser des Gewindes 5 in proportionalen Beziehungen. Das gleiche trifft für die Durchmesser des axialen Kopfabschnittes 7 und des oberen zy lindrischen Abschnittes 6 zu.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Einsatz mit einem durchgehenden Innengewinde versehen. Es können aber auch Gewindeanordnungen benutzt wer den, wie sie z. B. aus DE 19 25 766 bekannt sind.

Beim Wärme-Druckeinbau, dem Ultraschalleinbau oder induktiven Einbetten des in der Figur gezeigten Einsatzes wird zunächst der mit dem Einführungskegel stumpf 1 in Berührung kommende Kunststoff plastifiziert. Beim weiteren Einpres sen des Einsatzes gelangt plastifizierter Kunststoff in Berührung mit den gleichmä ßig verteilten Erhebungen und Vertiefungen des Kegelstumpfes 3. Schließlich taucht der Kopfabschnitt 7, dessen Durchmesser vorzugweise etwas größer ist als der Durchmesser der ihm zugewandten Endfläche des Kegelstumpfes 3 in die Oberfläche des Werkstückes ein. Dabei wird plastifizierter Kunststoff in den von dem oberen Abschnitt 6 gebildeten Ringraum und in dessen Rändelung verdrängt. Durch die Rändelung ist die dabei entstehende Kerbwirkung reduziert und es findet keine zusätzliche Scherung des plastifizierten Werkstoffes statt. Zugleich ist die radiale Oberfläche im Ringraum des oberen Abschnittes 6 vergrößert, was zu einer größeren Verdrehsicherheit des Einsatzes führt. Der zylindrische Kopfabschnitt 7 mit glatter Mantelfläche gewährleistet aber, daß nach dem Erstarren und Schrum pfen des plastifizierten, thermoplastischen Kunststoffes des Werkstückes ein saube rer Abschluß an der Stirnseite des Werkstückes vorliegt und kein Materialaustrieb stattfindet. Die gleichmäßig verteilten Erhebungen und Vertiefungen des Kegel stumpfes 3, dessen Axiallänge größer ist als die Axiallänge des Einführungskegel stumpfes 1 und des Kopfabschnittes 7, tragen den Hauptteil der Verankerungen des Einsatzes im Werkstück gegen Zug und Torsionsbelastung. Zur Verankerung gegen Torsionsbelastungen trägt weiter die Rändelung im Ringraum des oberen zylindri schen Abschnittes 6 bei. Da die Kreisgeometrie der Kegelstumpfmantelfläche des Kegelstumpfes 3 durch die gleichmäßige Verteilung der Erhebungen und Vertie fungen erhalten bleibt und die Kerbwirkung des oberen zylindrischen Abschnittes 6 durch die Rändelung reduziert ist, kann es beim Schrumpfen des plastifizierten thermoplastischen Kunststoffes nicht zur Bildung von Spannungsrissen kommen. Damit ist der metallische Einsatz insbesondere für den Einbau in kerbempfindliche Kunststoffe, wie z. B. Polykarbonat und Polystyrol verwendbar.

In Fig. 2 ist eine Detailansicht eines nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung an der Unterseite 8 des Einsatzes vorgesehenes Plättchen 11 gezeigt. Dieses Plättchen 11 dichtet das Durchgangsgewinde 5 nach unten ab. Es ist im me tallischen Einsatz durch eine Verstemmung 10 verankert und sorgt dafür, daß kein plastifizierter Kunststoff ins Gewinde 5 gelangen kann. Dadurch wird die maximal tragende Gewindelänge bei geringer Bauhöhe des Einsatzes ausgenutzt und werk stoffsparende, dünnwandige Konstruktion von Kunststoffteilen ermöglicht. Der zweiteilige Einsatz ist durch das Plättchen 11 nach unten abgeschlossen.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße metalli sche Einsatz am Kegelstumpf 3 einen zylindrischen Einstich 4 auf (Fig. 1). Dieser zylindrische Einstich 4, mit seinen Durchmesser- und Axiallängenbeziehungen zum Kegelstumpf 3 erhöht insbesondere bei größeren Höhen des Kegelstumpfes 3 die axiale Auszugskraft und reduziert den Auftrieb, da er einen Ringraum schafft, in dem sich plastifiziertes Material setzen kann.

In einer weiteren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße metallische Einsatz an der Oberseite des zylindrischen Kopfabschnittes 7 eine Ansenkung 9 auf. Die axiale Länge dieser Ansenkung 9 sowie ihr Durchmesser ist geringer als axiale Länge bzw. Durchmesser des oberen zylindrischen Kopfabschnittes 7. Diese An senkung 9 dient als Findehilfe und Zentrierung für eine Montagepresse und verhin dert z. B. bei Ultraschalleinbau die Deformation des ersten Gewindeganges.

Der erfindungsgemäße metallische Einsatz ist zum nachträglichen thermi schen, induktiven und Ultraschall-Einbetten in Kunststoffe sowie zum Umspritzen mit verflüssigtem Kunststoff geeignet.

Claims

1. Metallischer Einsatz zum Wärme-Druckeinbau, Ultraschalleinbau oder induktiven Einbetten in kalte Werkstücke aus thermoplastischem Kunststoff, beste hend aus

a) einem Kegelstumpf (3) größerer axialer Länge, dessen Kegelmantelfläche in axialer und in Umfangsrichtung im wesentlichen gleichmäßig verteilte Erhe bungen und Vertiefungen aufweist,
b) einem sich oberhalb des Kegelstumpfes (3) anschließenden zylindrischen Abschnitt (6), dessen Durchmesser kleiner ist als der größere Durchmesser des Ke gelstumpfes,
c) einem sich an den oberen zylindrischen Abschnitt (6) nach oben anschlie ßenden zylindrischen Kopfabschnitt (7) mit einem größeren Durchmesser,
d) einem der Einführung des Einsatzes in das Werkstück dienenden Einführ kegelstumpf (1) geringerer axialer Länge und
e) einem zwischen dem Kegelstumpf (3) und dem Einführkegelstumpf (1) angeordneten unteren zylindrischen Abschnitt (2), dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der kleineren Endfläche des Kegelstumpfes (3) und auch kleiner als der Durchmesser der größeren Endfläche des Einführungskegelstumpfes (1) ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der obere zylindrische Abschnitt (6) gerändelt ist.

2. Metallischer Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des zylindrischen Kopfabschnittes (7) glatt ausgebildet ist.

3. Metallischer Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf (3) einen zylindrischen Einstich (4) aufweist.

4. Metallischer Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz ein durchgehendes Gewinde (5) aufweist und die Gewindebohrung an dem unteren Ende (8), das dem Einführungskegelstumpf (1) zugeordnet ist, durch ein Plättchen (11) abgedeckt ist.

5. Metallischer Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des zylindrischen Kopfabschnittes (7) eine Ansenkung ausgebildet ist, deren Durchmesser geringer als der Durchmesser des zylindrischen Kopfabschnittes (7) ist und deren axiale Länge geringer als die axiale Länge des zylindrischen Kopfabschnittes (7) ist.