DE2626178A1 - Kunststoffverbindung mit einlegeteil hoeherer festigkeit - Google Patents

Description

• Kunststoffverbindung mit Einl egete il höherer Festigkeit
• Die Erfindung betrifft Schraubverbindungen unter Verwendung sogenannter Insert als Einlegeteile in Kunststoff oder anderen Materialien geringer Festigkeit.
• Bei der Verwendung von Kunststoffteilen jeglicher Art ist es oft notwendig, Verbindungen mit Teilen gleichen oder anderen Materials, z.B. als Schraubverbindungen herzustellen. Dabei ist für die Verbindung der Teile oft eine Gewindebohrung im Kunststoff vorzusehen. Solche direkt im Kunststoff angebrachten Gewinde sind jedoch wegen der geringeren Festigkeit des Materials wenig tragfähig und fUr öfteres Ein- und Ausschrauben von Gewindeschrauben nicht geeignet. Deshalb werden als Abhilfe sogenannte Insert verwendet, d.h. Einlegeteile mit höherer Festigkeit als derjenigen des Kunststoffes. Diese Inserts werden entweder in den Kunststoff eingespritzt, nachträglich in diesen eingeschraubt oder eingeschallt und können die verschiedensten Oberflächenausführungen haben, die sich im Kunststoffteil gut gegen Herausziehen und gegen Verdrehen verklamrpern; libbei besteht die wirtschaftliche Forderung, bei gegebenem Schraubendurchmesser der Schraube mit einem Minimum an -Aufwand für den Insert auszukommen, was bedeutet, daß fUr dessen Außenmaß Da und seine Länge 1a ein Maximum an Auszugskraft aus dem Kunststoff zu gewährleisten ist, die so hoch sein sollte, wie die Ausreißkrnfl der Schraube aus dem Insert beträgt. Diese Forderung ist bedingt durch sparsamen Kunststoffverbrauch, Spritzbedingungen und konstruktiv kleine Befestigungsvolumina der Insert-Schraubenkombinationen. Der Insert in dem Kunststoffteil kann nämlich nur ca. 10% oder weniger der jeweiligen Schraubenkraft im Insert Ubertragen und stellt somit keine Bautellgruppe gleicher Festigkeit dar, wie sie gewünscht wird. Weil aber der Insert nach seiner zulässigen Auszugskraft aus dem Kunststoff gewählt werden muß, ist die Schraubenkraft 10mal größer oder mehr als an sich notwendig. Die Insert-Schraubenkombination könnte also viel kompakter und viel kleiner ausgeführt werden, wenn die genannte Auszugskraft des Inserts gegen den Kunststoff gesteigert werden könnte.
• Aufgabe der Erfindung ist daher eine Insert-Oberflächenausführung, bei der die bei bekannten Ausführungen gegenwärtige Auszugskraft um das Mehrfache gesteigert werden bzw. umgekehrt bei gleichbleibendem Auszugskraftbedarf die Insert-Schraubenkombination kleiner gewählt werden kann.
• Die Ldsung besteht dabei nach der Erfindung in einem mit Rippen versehenen .Insert innerhå'lb eines mit entsprechenden Gegenrippen in die Insertrippen eingreifenden Kunststoffteils, wobei die auf Abscheren beanspruchten Flächen der Insert-Rippen sich zu den auf Abscheren beanspruchten Flächen der Kunststoffrippen verhalten wie die Scherfestigkeit des Kunststoffs zu derjenigen des lnsertmaterials (Slnsertrippe = SKunststoffrippe 6'Kunststoff ) und wobei bei Insertrippenhöhen von mehr als G lnsertmaterial 5% des Insertdurchmessers

  Slnsertrie = SKunststoff uns stoff

  6~1nsertmaterial

  Die Fig. 1 zeigt als bekannte Ausfuehrung ein Kunststoffteil 1 mit Metallteil 2, welches durch eine Schraube 3 angeflanscht ist. Dabei ist das Gewinde der Schraube 3 in die Innengewindebohrung eines Inserts 4 eingeschraubt, dessen Oberfläche 4b auf verschiedenste Art ausgeführt sein kann.
• Dagegen zeigt Fig. 2 einen Insert 4 nach der Erfindung mit Rippen 5, in die entsprechende -Kunststoffrippen - 6 des Kunststoffteils 1 als Gegenrippen hineingreifen, wobei die Scherflächen, d.h. die Stärke der Insertrippen sich zu den Scherflächen bzw. der Stärke der Kunststoffrippen verhalten wie die Scherfestigkeit des Kunststoffs zu derjenigen des lnsertmaterials.
• - . . s -Wenn die Festigkeit des Kunststoffs in dieser Partie z.B. 1/10 der Festigkeit des lnsertmaterials beträgt, so muß 3gegenüber der Insertrippenabschehfläche, d. h. ihrer Stärke das @@fach der Kunststoffrippenabscherfläche bzw. ihrer Stärke ermöglicht werden. Ein einfaches Beispiel hierzu zeigt Fig. 3 mit einem Messinginsert der max. Scherspannung von 100 N/mm2 in einem Kunststoff mit der max. Scherspannung von 10 N/mm2 (N = Neuton). Gemäß diesem vermaßten Beispiel ist der Insert auszuführen. Dies gilt fUr Inserts mit im Durchmesser niedrigen Rippen, d.h. bei einfacher Rippenhöhe bis ca. 5% des Außendurchmessers. Bei Rippenhöhe größer als 5% beginnt das Biegemoment auf die Insertrippe und in gleicher Weise auf die Kunststoffrippe wirksam zu werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung muß für diesen Fall dann die Wandstärke der Kunststoffrippen um die Wurzel aus dem Verhältnis der Festigkeit des Kunststoffes zu der Festigkeit des Insertmaterials stärker werden als die Wandstärke

  der Insertrippen. Es ist dann also

  S - S 9 Cr Kunststoff

  InSertrippe = KUnststoffrippe || t VGKunststoff

  Im Falle der vorgenannten Festigkeiten von 48 Kunststoff / d Insertmaterial = 1/10 bedeutet dies ein Wandstärkenverhältnis von SKunststoffrippe / Slnsertrippe 3/I.
• Aus beiden EinflUssen, der Biege- und Scherbeanspruchung, ergibt sich fUr die erf,ndungsge.mäße Ausführung der Rippen am Insert, daß das Verhältnis der Insert-Rippenwandstärke zum Insert-Zwischenraum fUr die vorgenannten Festigkeiten in einem Bereich von 1/10 bis ca. 3/10 liegt, d.h. allgemein ausgedrUckt, zwischen dem linearen Verhältnis der beiden Festigkeiten bei niedrigen Rippenhöhen hRippe / Insert kleiner als 0,05 und der Wurzel dieses Verhältnisses bei größeren Rippenhöhen grSerals 0,05 Dalnsert Selbst wenn die Wandsturken der Metallinsertrippen gar nicht so dUnn ausgeführt werden können, wie dies diese Rechnung erfordert, so kann weitgehend das genannte Verhältnis verwirklicht werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Teilungen so gleichmäßig wie möglich erfolgen und so zahlreich, wie es die Wandstärke der Insertrippen gerade noch zuläßt. Dadurch werden auch die wirksamen Druckspannungen von den Insertrippen auf die dazwischen liegenden Kunststoffrippen im gleichen günstigen Verhältnis aufgeteilt wie die genannten Scherspannungen. Wie Fig. 4 zeigt, können die Insertrippen zusätzlich so geformt sein, daß sich eine Art Widerhakeneffekt gegen das Ausziehen ergibt. Das bedeutet, daß bei Auszug des Inserts der ihn umgebende Kunststoff nicht zu sehr geweitet werden kann, und die Verklammerung beider Materialien besserer folgt.
• Diese widerhakenförmige Verformung der Insertrippen kann z.B. so erreicht werden, daß nach mechanischer Bearbeitung des Irnertäußeren der Insert in geeigneter Richtung durch eine Öffnung kleineren Durchmessers getrieben w1rd, ,wõdur.fhF sich die Rippen entsprechend konisch verbiegen können.
• Ebenfalls können diese widerhakenartigen Rippen durch Schrägeinstechen des Bearbeitungswerkzeuges erzielt werden. Rändelungen am Außenumfang der Insertrippen oder Mehrkantform zur Aufnahme von Verdrehmomenten können wie bisher ausgeführt werden.

Claims (2)

1. PatentansprUche Schraubverbindung unter Verwendung eines sogenannten Insert als Einlegeteil mit Gewindebohrung in Kunststoff oder anderen Materialien geringer Festigkeit, gekennzeichnet durch einen mit Rippen (5) versehenen Insert (4) innerhalb eines mit entsprechenden Gegenrippen (6) in die Insertrippen (5) eingreifenden Kunststoffteil ),wobei die auf Abscheren beanspruchten Flachen der Insertrippen (5) sich zu den auf Abscheren beanspruchten Flächen der Kunststoffrippen (6) verhalten wie die Scherfestigkeit des Kunststoffes zu derjenigen des Insertmaterials ( Slnsertrippe = SKonststoffrippe #Kunststoff ) und wobei bei Insertrippenhöhe von #Insertmaterial mehr als 5% des lnsertaußendurchmessers der Wert von Slnsertrippe ippe der Formel Insertrippe = S . 11 65 Kunststoff Insertrlppe lnsertmaterial I g Insertmaterial gehorcht.
2. 2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Insertrippen (5) gegen die Auszugsrichtung geneigt sind.