DE2626178A1 - Screw bush insert for plastic moulding - has external flanges to produce axial location when expanded by bolt - Google Patents

Abstract

The plastic moulding (1) has a tapped insert (4) to produce a screw hole of sufficient strength. The insert has external flanges which are of equal axial spacing. When the component is moulded, the plastic fills the space between the insert flanges. In order to produce equal stress distribution between the insert flanges and the interlocking plastic flanges, their axial thickness ratio is the same as the inverse shear strength ratio of the two materials.

Description

Kunststoffverbindung mit Einl egete il höherer Festigkeit Plastic connection with insert of higher strength

Die Erfindung betrifft Schraubverbindungen unter Verwendung sogenannter Insert als Einlegeteile in Kunststoff oder anderen Materialien geringer Festigkeit.The invention relates to screw connections using so-called Insert as an insert in plastic or other low-strength materials.

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.When using plastic parts of any kind, it is often necessary to Connections with parts of the same or different material, e.g. as screw connections to manufacture. There is often a threaded hole in the for connecting the parts Provide plastic. Such threads, which are attached directly to the plastic, are, however due to the lower strength of the material, it has little load-bearing capacity and is often and unscrewing threaded screws are not suitable. That is why this will be used as a remedy so-called insert is used, i.e. inserts with higher strength than the one of the plastic. These inserts are either injected into the plastic, subsequently screwed into this or encased and can be of the most varied Have surface finishes that are good against pulling out in the plastic part and jam against twisting; there is an economic demand with a given screw diameter of the screw with a minimum of effort for the insert to get along, which means that for its external dimension Da and its length 1a to ensure a maximum of pull-out force from the plastic is, which should be as high as the pull-out strength of the screw from the insert. This requirement is due to economical plastic consumption and spraying conditions and structurally small fastening volumes of the insert screw combinations. Of the Insert in the plastic part can namely only about 10% or less of the respective Transferring screw force in the insert and thus does not represent any component group alike Strength as it is desired. But because the insert according to its permissible Extraction force from the plastic must be chosen, the screw force is 10 times greater or more than is necessary in itself. So the insert-screw combination could are made much more compact and much smaller if the said pull-out force of the insert against the plastic could be increased.

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.The object of the invention is therefore an insert surface design, in which the pull-out force present in known designs is several times as high can be increased or vice versa if the pull-out force requirement remains the same, the insert screw combination can be chosen smaller.

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.According to the invention, the solution consists in an insert provided with ribs inside a plastic part engaging with corresponding counter ribs in the insert ribs, the surfaces of the insert ribs subject to shearing being related to the surfaces of the plastic ribs subject to shearing as the shear strength of the plastic to that of the insert material (inserts rib = S plastic rib 6 'plastic) and with inserts rib heights of more than insert material 5% of the insert diameter Insertry = plastic and fabric 6 ~ 1 insert material 1 shows, as a known version, a plastic part 1 with a metal part 2 which is flanged on by a screw 3. The thread of the screw 3 is screwed into the internally threaded bore of an insert 4, the surface 4b of which can be designed in the most varied of ways.

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. In contrast, Fig. 2 shows an insert 4 according to the invention with ribs 5, in the corresponding plastic ribs 6 of the plastic part 1 as counter ribs reach into it, whereby the shear surfaces, i.e. the strength of the inserts close together the shear surfaces or the strength of the plastic ribs behave like the shear strength of the plastic to that of the insert material.

- . . 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.-. . If the strength of the plastic in this part is, for example, 1/10 of the strength of the insert material, it must be made possible by 3 times that of the plastic rib scraper surface or its strength compared to the inserts' cut-off surface, ie its thickness. A simple example of this is shown in FIG. 3 with a brass insert of the maximum shear stress of 100 N / mm2 in a plastic with the maximum shear stress of 10 N / mm2 (N = new tone). The insert is to be carried out according to this dimensioned example. This applies to inserts with ribs that are small in diameter, ie with a single rib height of up to approx. 5% of the outer diameter. If the rib height is greater than 5%, the bending moment begins to act on the insert rib and in the same way on the plastic rib. In a further embodiment of the invention, the wall thickness of the plastic ribs around the root of the ratio of the strength of the plastic to the strength of the insert material must then be greater than the wall thickness for this case the insertrippen. So it is then S - S 9 Cr plastic InSertrippe = plastic rib || t VG plastic In the case of the aforementioned strengths of 48 plastic / d insert material = 1/10, this means a wall thickness ratio of S plastic rib / insert material 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.From both influences, the bending and shear stress, results for the inventive design of the ribs on the insert that the ratio of the Insert rib wall thickness to insert space for the aforementioned strengths ranges from 1/10 to about 3/10, i.e. generally expressed, between the linear relationship between the two strengths at low rib heights hrib / insert less than 0.05 and the root of this ratio for larger ones Rib heights greater than 0.05 Dalnsert Even if the wall sturdiness of the metal inserts cannot be made as thin as this calculation requires, so the aforementioned relationship can largely be achieved. It is advantageous to when the divisions are as even as possible and as numerous as it the wall thickness of the insertrippen just allows. This also makes the most effective Compressive stresses from the inserts on the plastic ribs in between divided in the same favorable ratio as the mentioned shear stresses. As Fig. 4 shows, the inserts can also be shaped so that a Type of barbed effect against pulling out results. This means that when the Inserts the plastic surrounding it can not be expanded too much, and the Bracing both materials better follows.

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.This barb-like deformation of the inserts can be achieved in this way, for example that after mechanical processing of the inside the insert is in a suitable position Direction driven through an opening of smaller diameter w1rd,, wõdur.fhF itself the ribs can bend conically accordingly.

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.These barb-like ribs can also be pierced at an angle of the machining tool can be achieved. Knurls on the outer circumference of the inserts or polygonal shape to absorb torsional moments can be carried out as before will.

Claims (2)

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.Patent claims screw connection using a so-called insert as an insert with a threaded hole in plastic or other low-strength materials, characterized by an insert (4) provided with ribs (5) within a plastic part that engages with corresponding mating ribs (6) in the inserts (5), where the areas of the inserts (5) subjected to shear stress relate to the areas of the plastic ribs (6) stressed in shear as the shear strength of the plastic relates to that of the insert material (inser rib = S plastic rib # plastic) and where the inserts rib height of # insert material is more than 5 % of the inner outer diameter is the value of inner rib ippe of the formula Insertrippe = S. 11 65 plastic Inserts insert material I g insert material obey. 2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Insertrippen (5) gegen die Auszugsrichtung geneigt sind.2. Screw connection according to claim 1, characterized in that the inserts (5) are inclined against the pull-out direction.