DE2842986A1 - INSERT, AND ARRANGEMENT FOR FASTENING A PART TO A BASE BODY - Google Patents
INSERT, AND ARRANGEMENT FOR FASTENING A PART TO A BASE BODYInfo
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Description
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MÖHLSTRASSE 22, ilUFNUMMEK 433921/22MÖHLSTRASSE 22, ilUFNUMMEK 433921/22
HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP., Niagara Falls, Eew York, 14302, V.St.A.HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP., Niagara Falls, Eew York, 14302, V.St.A.
Einsatz, sowie Anordnung zum Befestigen eines Teils anInsert, as well as arrangement for attaching a part to
einem Grundkörper.a base body.
Die Erfindung betrifft einen im wesentlichen rohrförmigen Einsatz, der zum Haltern eines Teils an einem Grundkörper dient. Sie ist auf einen Einsatz gerichtet, der als Folge einer von einem Befestigungselement ausgeübten Kompressionskraft in axialer Richtung zusammendrückbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung, die einen solchen Einsatz als integralen Bestandteil enthält. Bei Kompression des Einsatzes wird ein beträchtlicher Teil des von dem Befestigungselement ausgeübten gesamten Kompressionsdruckes von dem Einsatz absorbiert ohne eine übermäßige Belastung des zu halternden Teils.The invention relates to a substantially tubular insert, which is used to hold a part on a base body. It is directed to an insert, which as a result of a compressive force exerted by a fastener in the axial Direction is compressible. The invention also relates to an arrangement which has such an insert as an integral part contains. When the insert is compressed, a significant portion of that exerted by the fastener becomes Compression pressure from the insert is absorbed without undue stress on the part being supported.
Bekanntlich besteht in der Industrie seit vielen Jahren für die Befestigungstechnik das Problem, eine adäquate Kompression oder Drehkraft zu erhalten, wenn Metall- oder Mchtmetallteile mit anderen Bauteilen, die unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten haben, zusammenzufügen sind; diese Schwierigkeit hat bisher zur Ablehnung von Materialien für Verwendungsgebiete geführt, auf denen sie sonst sehr nützlich wären. Ein Teil, das durch die Klemmwirkung eines Befestigungselementes einer Kompressionskraft ausgesetzt wird, verformt sich innerhalb einer Zeitspanne als Folge einer als Kaltfließen bekannten Erscheinung; diese bedeutet eine bleibende Deformation, die von einem längeren Einwirken einer Belastung unter der Elastizitätsgrenze eines Materials herrührt. Diese Erscheinung wird noch verstärkt, wenn eine AnordnungAs is well known, has existed in the industry for many years Fastening technology solves the problem of obtaining adequate compression or torque when using metal or non-metal parts other components that have different coefficients of thermal expansion are to be joined together; has had this difficulty so far led to the rejection of materials for areas of use in which they would otherwise be very useful. A part that the The clamping action of a fastener is subjected to a compressive force, deforms within a period of time than Result of a phenomenon known as cold flow; this means permanent deformation resulting from prolonged exposure results from a load below the elastic limit of a material. This appearance is exacerbated when an arrangement
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einem thermischen Zyklus unterworfen wird und aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten das Teil eines größere Expansion erfährt als das metallische Befestigungselement zulassen will. Dies ist z.B. von-besonderer Bedeutung in der Kraftfahrzeugindustrie, wo Anordnungen häufig großen Temperaturunterschieden ausgesetzt werden, in deren Verlauf die Materialien abwechselnd eine thermische Expansion und Kontraktion erfahren. is subjected to a thermal cycle and due to the different Coefficient of thermal expansion the part undergoes a greater expansion than the metallic fastener want to allow. This is of particular importance in the Automotive industry, where assemblies are often exposed to large temperature differences, in the course of which the materials alternately experience thermal expansion and contraction.
Bisher werden in Kunststoffartikeln verschiedene Typen von Einsätzen verwendet; entweder wird der Einsatz in ein fertiges Gußteil hineingepreßt oder der Einsatz wird in die Formhöhlung eingesetzt, so daß er ein integraler Bestandteil des Gußstückes wird. Typische Einsätze dieser Art sind u.a. vielfältige Gewindebuchsen, die dazu dienen, ein Spritzgußteil an einem anderen Objekt anzubringen. In der US-PS 2 591 575 ist eine nachgebende Gewindeeinsetzbuchse für Spritzteile beschrieben, die in dem Kunststoffartikel verankert wird und durch die andere Teile an dem Kunststoffartikel befestigt werden können.So far, various types of inserts have been used in plastic articles used; either the insert is pressed into a finished casting or the insert is inserted into the mold cavity, so that it becomes an integral part of the casting. Typical applications of this type include a wide variety of threaded sockets, which are used to attach an injection molded part to another object. In US Pat. No. 2,591,575, there is a compliant one Threaded insert socket for molded parts described, which is anchored in the plastic article and through the other parts can be attached to the plastic article.
Diese und andere ähnliche Einsätze bisheriger Art unterscheiden sich von dem erfindungsgemäßen Einsatz, der kein Innengewinde zur Aufnahme eines Befestigungselementes hat und der nicht dafür bestimmt ist, den Teil durch eine Erweiterung in radialer Richtung, verursacht von einer Kompressionsbelastung durch ein Befestigungselement, zu verankern. Vielmehr ist der erfindungsgemäße Einsatz so konstruiert, daß er gleichmäßig in axialer Richtung zusammenfällt, ohne auf den Teil durch eine seitliche Bewegung seiner Außenfläche seitliche Kräfte auszuüben. Auf diese Weise verhindert der hierin beschriebene Einsatz eine merkliche Deformation des Teils, hält aber doch die spezifische Kompressionsbelastung der Anordnung aufrecht.These and other similar inserts of the previous type differ from the insert according to the invention, which does not have an internal thread to accommodate a fastening element and which is not intended to extend the part by expanding it in the radial direction, caused by a compression load from a fastener, to anchor. Rather, the insert according to the invention is designed so that it is uniform in the axial direction collapses without exerting lateral forces on the part by moving its outer surface laterally. In this way the insert described herein prevents noticeable deformation of the part, but still holds the specific compression load the arrangement upright.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Mittel sum Befestigen von Teilen an einem Werkstück Torzusehen, unter Verwendung eines zusamm end rückbaren rohrförmig©;! Einsatzes in dem Teil, der in der lage ist, einen wesentlichst. Asteil äsr gesam-The invention is therefore based on the object of providing a means of securing parts to a workpiece using a gate a tube-shaped, which can be moved together end ;! Use in the Part that is able to make a most essential. As part of the total
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ten Kompressionsbelastung, die beim Festziehen eines Befestigungselementes ausgeübt wird, zu absorbieren.th compression load when tightening a fastener is exercised to absorb.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt einen Teil, der aus Kunststoff, Holz oder Metall mit einem höheren Dehnungskoeffizienten als Stahl sein kann, sowie einen hohlen zylindrischen Einsatz. Der Teil ist mit einem Befestigungsloch versehen, das zur Aufnahme des Einsatzes bemessen ist. Der Einsatz hat eine solche Abmessung, daß er fest in dem Befestigungsloch sitzt-, wobei der Einsatz nach dem Formen oder Bearbeiten des Teils eingesetzt wird. Es ist auch wichtig, daß die länge des Einsatzes größer ist als die Dicke des Teils, so daß die obere Endfläche des Einsatzes über die Oberseite des Teils vorstehen kann, um als erstes mit dem Befestigungselement in Kontakt zu treten.The arrangement according to the invention comprises a part made of plastic, Can be wood or metal with a higher coefficient of expansion than steel, as well as a hollow cylindrical insert. The part is provided with a mounting hole that is used for receiving of use is measured. The size of the insert is such that it is firmly seated in the mounting hole, the Insert is inserted after the part is formed or machined. It is also important that the length of the insert be greater is than the thickness of the part so that the upper end face of the insert may protrude over the top of the part to first contact the fastener.
Damit der Einsatz in axialer Richtung gleichmäßig bezüglich seiner Symmetrieachse kollabieren kann, kann er an. seiner Außenseite mit einer Ringnut versehen sein. Es kann eine einzige Wut oder deren mehrere vorgesehen sein oder in einer alternativen Ausführungsform können die Zylinderwände gleichmäßig beabstandete Rillen haben. Der Einsatz kann im Querschnitt rund, dreieckig, rechteckig oder quadratisch sein; doch ist ein runder Querschnitt besonders zweckmäßig. In einer besonders günstigen Ausführungsform ist die Nut in der Mitte mit einem ringförmigen Buckel oder Kamm versehen, wie in Fig.1 und 2 dargestellt.So that the use in the axial direction evenly with respect to his Axis of symmetry can collapse, he can at. its outside be provided with an annular groove. A single rage or several rage can be provided or in an alternative one Embodiment, the cylinder walls can be evenly spaced Have grooves. The insert can be round, triangular, rectangular or square in cross section; but is a round cross-section particularly useful. In a particularly favorable embodiment, the groove is in the middle with an annular boss or Provided a comb, as shown in Fig. 1 and 2.
Die Nut kann zwar eine Vielzahl von Formen haben, doch ist die Tiefe der Nut wesentlich, da die Dicke der Zylinderwand an der Nutstelle die zum Kollabieren des Einsatzes erforderliche Kompressionskraft bestimmt. Diese Zusammendrückkraft ist etwas kleiner als die gesamte vorgegebene Kompressionskraft für die Anordnung. Daher wird der Einsatz zusammengedrückt, bis seine obere Endfläche etwa mit der Oberfläche des Teils fluchtet. In dieser Konfiguration ist die Beilagscheibe, falls eine solche verwendet wird, sowohl mit dem Einsatz als auch mit dem Teil in Kontakt. Während das Befestigungselement weiter festgezogen wird, bis dieWhile the groove can have a variety of shapes, the depth of the groove is essential because the thickness of the cylinder wall on the The compression force required to collapse the insert is also determined. This compressive force is slightly smaller than the total predetermined compression force for the assembly. Therefore the insert is compressed until its top End face is approximately flush with the surface of the part. In this configuration is the washer, if one is used is in contact with both the insert and the part. While continuing to tighten the fastener until the
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gesamte vorgegebene Kompressionskraft für die Anordnung erreicht ist, absorbiert der Einsatz einen wesentlichen Anteil des gesam- ten durch das Befestigungselement ausgeübten Druckes.If the entire specified compression force for the arrangement is reached, the insert absorbs a substantial proportion of the total pressure exerted by the fastener.
Zudem ist der Einsatz so konstruiert, daß er gleichmäßig in axialer Richtung kollabiert ohne eine Bewegung der Zylinderwände nach außen in den Teil hinein. Folglich übt der Einsatz keine Kräfte auf den Teil aus, die zu einer übermäßigen Belastung und Deformation führen könnten.In addition, the insert is designed so that it is uniform in the axial Direction collapses into the part without any movement of the cylinder walls outward. As a result, the mission does not exert any force on the part that could cause excessive stress and deformation.
Y/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:Further details of the invention emerge from the following Description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it:
Fig.1 eine Schnittansicht der Anordnung vor dem Ausüben einer Zusammendrückkraft;Fig. 1 is a sectional view of the assembly prior to the application of a compressive force;
Pig.2 eine Schnittansicht der Anordnung der Fig.1 nach dem Anlegen einer Zusammendrückkraft;Pig.2 is a sectional view of the arrangement of FIG. 1 after it has been put on a compressive force;
Mg.3 eine Schnittansicht entsprechend Pig.1, die jedoch eine alternative Form der Hut für den Einsatz zeigt;Mg.3 a sectional view corresponding to Pig.1, but with a shows alternate shape of hat for use;
Fig.4 eine Schnittansicht analog zu Fig.1, die jedoch eine alternative Einsatzform zeigt.FIG. 4 is a sectional view analogous to FIG. 1, but showing an alternative Insert form shows.
Fig.1 zeigt einen hohlzylindrischen Einsatz 2, der in einem Befestigungsloch in einem Teil 14 aufgenommen ist. Der Einsatz 2 ist mit einer Ringnut 4 versehen, die auf seiner Außenwand 6 geformt ist, und hat eine Innenwand 8 mit gleichbleibendem Durchmesser. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist in der Nut mittig ein ringförmiger Buckel 5 ausgeformt. Die untere Endfläche 10 des Einsatzes ist praktisch mit der Unterseite 18 des Teils 14 gefluchtet, die obere Endfläche 12 des Einsatzes steht über die Oberseite 16 des Teils vor. Ein Befestigungselement 20 mit einer Unterlagscheibe 22 ist, wie dargestellt, durch den Einsatz gesteckt, sitzt auf der oberen Endfläche 12 des Einsatzes auf und erfaßt den Grundkörper 24.Fig.1 shows a hollow cylindrical insert 2, which is in a mounting hole is included in a part 14. The insert 2 is provided with an annular groove 4 which is formed on its outer wall 6 is, and has an inner wall 8 with a constant diameter. In this particular embodiment, it is in the groove an annular boss 5 is formed in the center. The lower end surface 10 of the insert is conveniently connected to the underside 18 of the Part 14 aligned, the upper end surface 12 of the insert protrudes over the top 16 of the part. A fastener 20 with a washer 22 is, as shown, inserted through the insert, seated on the upper end surface 12 of the insert and grasps the base body 24.
Fig.2 zeigt die Befestigungsanordnung der Fig.1, wobei der Ein-Fig.2 shows the fastening arrangement of Fig.1, the input
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satz 2 im zusammengedrückten Zustand dargestellt ist, in dem seine obere Endfläche 12 praktisch mit der Oberseite 16 des Teils 14 gefluchtet ist und die TJnterlagseheibe 22 sowohl mit der oberen Endfläche 12 des Einsatzes als auch mit der Oberseite 16 des Teils in Kontakt ist.Set 2 is shown in the compressed state, in which its upper end surface 12 practically with the top 16 of the Part 14 is aligned and the TJ washer 22 with both the upper end surface 12 of the insert as well as the top 16 of the part.
Der ringförmige Buckel 5 hat, wie gezeigt, einen Knick relativ zur Symmetrieachse des Einsatzes nach außen. Es sei erwähnt, daß Fig.2 zwar eine typische Konfiguration im zusammengedrückten Zustand veranschaulichen soll, die Erfindung jedoch nicht auf irgendeine spezielle komprimierte Konfiguration beschränkt ist. So kann etwa in einem speziellen Fall der Buckel 5 nach Wunsch auch nach innen geknickt werden.As shown, the annular boss 5 has an outward kink relative to the axis of symmetry of the insert. It should be noted that 2 shows a typical configuration in the compressed state is intended to illustrate, however, the invention is not limited to any particular compressed configuration. For example, in a special case, the boss 5 can also be bent inwards if desired.
Fig.3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Anordnung der Fig.1, bei der der Einsatz 32 eine untere Endfläche 40, eine obere Endfläche 39, eine Innenwand 38 mit praktisch gleichem Durchmesser und eine gerundete Ringnut 34 auf seiner äußeren Wandfläche 36 hat.3 illustrates a further embodiment of the arrangement of Figure 1, in which the insert 32 has a lower end surface 40, a upper end surface 39, an inner wall 38 with practically the same Diameter and a rounded annular groove 34 on its outer wall surface 36 has.
Pig.4 zeigt noch eine andere AusfUhrungsform der Anordnung der Fig.1 mit einem Einsatz 42, der eine untere Endfläche 50, eine obere Endfläche 49, eine Innenwand 48 und eine Außenwand 46 hat und der mil; mehreren gleichmäßig beabstandeten ringförmigen Rillen sowohl an der Innenwand als auch an der Außenwand versehen ist.Pig.4 shows yet another embodiment of the arrangement of Fig.1 with an insert 42 which has a lower end surface 50, an upper end surface 49 , an inner wall 48 and an outer wall 46 and which has a mil; a plurality of evenly spaced annular grooves is provided on both the inner wall and the outer wall.
Der Einsatz kann aus irgendeinem geeigneten Material sein, das die Xeistungskriterien erfüllt. Zu den geeigneten Materialien gehören u.a. metallische Stoffe einschließlich Stahl, Messing, Aluminium u.dgl. sowie Kunststoffe, wie z.B. Nylon. Der Ausdruck "Kunststoff" soll hierin ein geformtes Polymer, sowohl thermoplastischer als auch duroplastischer Art umfassen, das aushärtbar i-st. Ein typisches Beispiel für ein solches Kunststoffmaterial ist ein Phenolharz.The insert can be of any suitable material that meets the performance criteria. To the appropriate materials include metallic materials including steel, brass, aluminum, and the like, and plastics such as nylon. The expression As used herein, "plastic" is intended to mean a molded polymer, both thermoplastic as well as thermosetting type, which is curable i-st. A typical example of such a plastic material is a phenolic resin.
Es ist auch in Betracht zu ziehen, daß der Grundkörper aus ir-It is also to be considered that the basic body is made of ir-
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gendeinem Peststoff geformt ist, d.h. aus einem mechanisch starren Material, wie etwa Kunststoff, Metall, Beton, HoIs, Glas u.dgl.is shaped from a pesticide, i.e. from a mechanically rigid one Material such as plastic, metal, concrete, HoIs, glass and the like.
Im Rahmen der Erfindung können herkömmliche Arten von Befestigungselementen verwendet werden, zu denen Bolzen, Maschinenschrauben, Holzschrauben u.dgl. gehören, mit der einzigen Einschränkung, daß das Befestigungselement sich mit dem Grundkörper vertragen muß und in der lage sein muß, den Einsatz zusammenzudrücken. Vorzugsweise ist das Befestigungselement aus Metall, insbesondere Stahl, und es kann eine Unterlagscheibe haben oder auch nicht.In the context of the invention, conventional types of fasteners used, which include bolts, machine screws, wood screws and the like, with the only limitation that the fastening element is with the base body must be able to tolerate and be able to squeeze the stake. The fastening element is preferably made of metal, in particular steel, and it can have a washer or neither.
Der Artikel oder Teil, der an dem Grundkörper angebracht werden soll, kann aus irgendeinem mechanisch festen Material sein, das einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten hat als das Material des Befestigungselementes. Daher kommen Materialien wie Kunststoffe, Holz, Metalle, etwa Aluminium u.dgl. in Betracht. In einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel ist der Teil aus einem Kunststoff, der aus einem Phenolharz und verschiedenen Füllstoffen gewonnen ist.The article or part that is to be attached to the base body can be made of any mechanically strong material that has a higher coefficient of thermal expansion than the material of the fastener. Therefore, materials such as plastics, wood, metals such as aluminum and the like come into consideration. In An expedient embodiment is the part made of a plastic that consists of a phenolic resin and various fillers is won.
Pur den Einsatz wurden vorstehend verschiedene Formen der Hut beschrieben und abgebildet; doch sollen sich die verwendbaren Einsätze nicht darauf beschränken. Von den speziellen gezeigten Beispielen ist jedoch die Konfiguration der Fig.1 und 2 am zweckmäßigsten, weil sie weniger gefährdet ist, an der Nutstelle zu brechen«Various forms of hat have been used above described and illustrated; but the usable inserts should not be limited to this. From the special ones shown Examples, however, the configuration of Fig. 1 and 2 is most appropriate, because it is less at risk of breaking at the hooking point «
Die erfindungsgemäße neuartige Anordnung ist für mehrere Anwendungszwecke nützlich, besonders in solchen Umgebungen, wo die Anordnung wiederholten TemperaturSchwankungen ausgesetzt wird. Ein spezielles Beispiel: Ein Artikel, beispielsweise ein Plastikteil für einen Verbrennungsmotor, etwa eine Kunststoff-Wasserpumpe, könnte mit Hilfe des hierin beschriebenen Einsatzes unmittelbar am Motorblock festgemacht werden.The novel arrangement of the present invention is for several uses useful, especially in environments where the assembly is subject to repeated temperature changes. A specific example: An item, such as a plastic part for an internal combustion engine, such as a plastic water pump, could be attached directly to the engine block using the insert described herein.
Gegenüber den beschriebenen und dargestellten Beispielen sind im Rahmen der Erfindung Abänderungen möglich..Changes to the examples described and shown are possible within the scope of the invention.
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