DE3209920C2

DE3209920C2 -

Info

Publication number: DE3209920C2
Application number: DE19823209920
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen De Stoll
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1987-05-27
Also published as: DE3209920A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil mit mindestens einem ein Innen- oder Außengewinde aufweisenden Gewindeein satz bzw. -ansatz, der mit einer zylindrischen Einsteckpartie in einer komplementär ausgebildeten zylindrischen Aufnahme bohrung des Kunststoffteils abgedichtet und in Axialrichtung unverschieblich einsitzt, wobei sowohl die Außenwand der Ein steckpartie als auch die Innenwand der Aufnahmebohrung glatt flächig ausgebildet ist.The invention relates to a plastic part with at least a thread with an internal or external thread set or approach with a cylindrical insert in a complementary cylindrical receptacle bore of the plastic part sealed and in the axial direction sits immovably, with both the outer wall of the one plug-in section and the inner wall of the mounting hole smooth is flat.

In der Pneumatik oder Hydraulik werden oft Bauteile mit Innen- oder Außengewinde z. B. als Ventil benötigt. Ihre Her stellung auf mechanischem Wege oder durch Spritzen ist jedoch schwierig und wirft viele Probleme auf, z. B. hinsichtlich der Stabilität und Maßhaltigkeit bzw. Dichtheit oder bei der Ver bindung mit anderen Bauteilen, z. B. über Schraubverbindungen. Man hat deshalb auch schon in der DE-OS 29 37 443 vorgeschlagen, einen Kunststoffteil der hier in Frage stehenden Art mit einem metallischen Einsatzstück zu versehen, der ein Gewinde trägt. Um hierbei eine dichte Verbindung zwischen den Teilen zu er reichen, ist der Kunststoffteil mit einer zylindrischen Auf nahme ausgebildet, wobei zwischen dieser Aufnahme und dem mit Gewinde versehenen metallischen Einsatzstück eine Ringdichtung als Dichtsicherung vorgesehen ist. Um eine axiale Verschiebung der beiden Teile gegeneinander zu verhindern, muß das Metall stück eine verhältnismäßig komplizierte Gestalt erhalten. Wegen des erforderlichen zusätzlichen Dichtringes ist nicht nur der Gesamtaufbau aufwendig, sondern erfordert auch die Montage besondere Sorgfalt. Weil die Einheit aus zwei ver schiedenen Materialarten mit verschiedenen Wärmeausdehnungs koeffizienten besteht, können sich u. U., z. B. bei wechselnder Wärmebeaufschlagung, Wärmespannungen ergeben. Man hat auch schon in der DE-AS 26 28 832 ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem man bolzenartige Gewindeeinsätze in entsprechenden Aus nehmungen von Kunststoff-Formteilen in zuverlässiger Weise verankern kann, wobei die Gewindeeinsätze an ihrem Außen umfang keilförmige Rippen besitzen, die in komplementären Ver tiefungen der Ausnehmung verrasten. Diese Konstruktion ist sehr kompliziert und aufwendig, ganz abgesehen davon, daß die Gefahr von Undichtheiten recht groß ist.Components are often used in pneumatics or hydraulics Internal or external thread z. B. needed as a valve. Your fro position by mechanical means or by spraying difficult and poses many problems, e.g. B. in terms of Stability and dimensional accuracy or tightness or when ver binding with other components, e.g. B. via screw connections. It has therefore already been proposed in DE-OS 29 37 443 a plastic part of the type in question with a to provide metallic insert that carries a thread. To ensure a tight connection between the parts are enough, the plastic part with a cylindrical opening took trained, being between this recording and the with Threaded metallic insert a ring seal is provided as a seal. An axial shift To prevent the two parts from facing each other, the metal must piece get a relatively complicated shape. Because of the required additional sealing ring is not only the overall structure is complex, but also requires Assembly special care. Because the unit of two ver different types of material with different thermal expansion coefficients exist, u. U., z. B. with changing Heat exposure, heat stress result. You also have already proposed a method in DE-AS 26 28 832 with from which you can find bolt-like thread inserts Reliability of plastic molded parts can anchor, with the threaded inserts on their outside have wedge-shaped ribs in circumferential ver Lock the recesses in the recess. This construction is very complicated and expensive, quite apart from the fact that the risk of leaks is quite high.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Kunststoffteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, dessen Herstellung einfach und kostengünstig ist und der trotzdem eine hohe Gewindefestigkeit des Gewindeein satzes bzw. -ansatzes und eine sichere und gasdichte Ver bindung zwischen dem Gewindeeinsatz bzw. -ansatz und dem Kunststoffteil gewährleistet.In contrast the present invention has set itself the task Plastic part with the features of the preamble of claim 1 to create, the manufacture of which is simple and inexpensive and which nevertheless has a high thread strength of the thread rate and approach and a safe and gas-tight Ver bond between the thread insert or attachment and the Plastic part guaranteed.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz aus hartem Kunststoffmaterial, z. B. glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial besteht, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz einen Bund be sitzt, an dessen dem Kunststoffteil zugewandter Axialseite eine rundumlaufende, gleichmäßig an der gegenüberliegenden Seite des Kunststoffteils aufliegende und an sich bekannte Schweißrippe angeordnet ist und daß die Schweißrippe einer das Kunststoffteil mit dem Gewindeeinsatz bzw. -ansatz unter Abdichtung fest verbindenden und durch Ultraschall schweißen hergestellten Schweißnaht zugeordnet ist.The above object is achieved in that the thread insert or attachment made of hard plastic material, e.g. B. glass fiber or carbon fiber reinforced plastic material there is that the thread insert or approach be a collar sits on the axial side facing the plastic part one all-round, even on the opposite Side of the plastic part lying and known per se Welding rib is arranged and that the welding rib one the plastic part with the thread insert or approach under tight sealing and by ultrasound welding is associated with the weld produced.

Das Einsatzstück aus hartem Kunststoffmaterial kann nunmehr einschließlich der Gewindepartie auf einfache Weise in einem Kunststoffspritzverfahren ohne Nacharbeiten hergestellt werden, ohne daß hierbei eine Verringerung der Festigkeit zu befürchten ist. Die Schweißrippe und die Ultraschallverschweißung bewirken einerseits eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Einsatzstück und dem Kunststoffteil, andererseits wird gleichzeitig auch eine kraftschlüssige Befestigung des Einsatzstücks im Kunst stoffteil erreicht. Schließlich kann nunmehr auch das Auftreten von störenden Wärmespannungen bei größeren Temperaturschwan kungen vermieden werden.The insert made of hard plastic material can now including the thread section easily in one Plastic injection molding process can be produced without rework, without fear of a reduction in strength is. The welding rib and the ultrasonic welding effect on the one hand, a gas-tight seal between the insert and the plastic part, on the other hand, at the same time a non-positive attachment of the insert in art fabric part reached. Finally, the occurrence can now occur of annoying thermal stresses with large temperature swans be avoided.

Zwar ist die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Kunststoffteilen durch das Ultraschallschweißverfahren mit Hilfe von Schweißrippen als sogenannte Energierichtungs geber bereits bekannt, z. B. aus der ganz allgemeinen Be schreibung in der Veröffentlichung im "Plastverarbeiter" oder aus der DE-PS 23 38 908, die das flüssigkeitsdichte Einschweißen eines verschließbaren Gießstutzens in eine Öffnung eines dünnwandigen und flexiblen und bis auf diese Öffnung geschlossenen Flüssigkeitsbehälters aus dem gleichen Kunststoff zeigt, jedoch zeigen diese Veröffentlichungen die Anwendung auf völlig anderen Gebieten unter anderen Bedingungen und mit teilweise anderem Effekt.It is true that a connection between two Plastic parts with the ultrasonic welding process Help of welding ribs as so-called energy direction already known donor, e.g. B. from the very general Be writing in the publication in the "plastic processor" or from DE-PS 23 38 908, the liquid-tight Welding a lockable pouring spout into one Opening a thin-walled and flexible and up on this Opening closed liquid container from the same Plastic shows, but these publications show the application on completely other areas under different conditions and with partial other effect.

Aus der DE-AS 20 30 422 und der DE-OS 19 51 223 ist es bereits bekanntgeworden, Gewindeeinsatzteile aus Metall mit Hilfe eines Ultraschall-Schweißverfahrens in einem Kunststoffteil zu befestigen. In beiden Fällen erfolgt jedoch das Einsetzen der Einsatzstücke in die Aufnahmebohrung unter hohem Druck, wobei gleichzeitig das gesamte Einsatzstück mit Ultraschall be aufschlagt wird. Die Wandungen der Einsatzstücke sind nicht glattflächig ausgebildet, sondern mit einer Vielzahl von Nuten, Kanten, Rändern od. dgl. versehen. Der Durchmesser der Aufnahmebohrungen entspricht in etwa dem Nenndurchmesser der Einsatzstücke, der absolute, über die Rändel, Kanten od. dgl. gemessene Außendurchmesser der Einsatzstücke ist größer als der Durchmesser der Aufnahmebohrungen. Beim Einpressen der Einsatz stücke in die Aufnahmebohrung hat die gleichzeitige Beauf schlagung mit Ultraschall die Wirkung, daß das Material des Kunststoffteils an den dem Einsatzstück benachbarten Stellen örtlich aufweicht oder schmilzt, so daß ein Eintreiben des Einsatzstückes möglich ist. Im eingesetzten Zustand des Ein satzstückes fließt das aufgeweichte Kunststoffmaterial in die Zwischenräume der Nuten, Kanten, Rändel od. dgl. und bewirkt in erkaltetem Zustand des Kunststoffteils eine formschlüssige Verbindung zwischen diesem und dem Einsatzstück. Im Gegensatz zu dem beim erfindungsgemäßen Gegenstand durchgeführten Schweißverfahren erfolgt also keine kraftschlüssige Ver bindung zwischen den beiden Teilen, da das metallische Einsatz stück nicht angeschmolzen wird. Andererseits ist jedoch die hier gezeigte Ausnutzung der Ultraschallenergie beim Erfindungs gegenstand nicht durchführbar, da dort das Einsatzstück aus Kunststoffmaterial besteht und bei mehr als nur kurzfristiger Ultraschallbeaufschlagung ebenfalls schmelzen würde, so daß eine Beschädigung des Gewindes unausweichlich wäre.It is already from DE-AS 20 30 422 and DE-OS 19 51 223 become known, threaded insert parts made of metal with the help an ultrasonic welding process in a plastic part to fix. In both cases, however, they are inserted the inserts into the receiving hole under high pressure, being at the same time the entire insert with ultrasound is opened. The walls of the inserts are not smooth surface, but with a variety of Provide grooves, edges, edges or the like. The diameter of the Location holes corresponds approximately to the nominal diameter of the Insert pieces, the absolute, over the knurls, edges or the like. measured outer diameter of the inserts is larger than that Diameter of the mounting holes. When pressing in the insert pieces in the mounting hole has the simultaneous Beauf impact with ultrasound the effect that the material of the Plastic part at the points adjacent to the insert locally softens or melts, so that the Insert is possible. In the inserted state of the on the softened plastic material flows into the Gaps between the grooves, edges, knurls or the like in the cooled state of the plastic part a positive Connection between this and the insert. In contrast to that performed on the subject of the invention Welding process is therefore not a non-positive Ver bond between the two parts because of the metallic insert piece is not melted. On the other hand, however Utilization of the ultrasonic energy shown here in the invention cannot be carried out because the insert is made there Plastic material exists and for more than just a short time Ultrasound exposure would also melt, so that damage to the thread would be inevitable.

Auf die oben beschriebene Weise erhält man also beim Erfindungs gegenstand ein Kunststoffteil mit Gewinde, das in verschraub tem Zustand luftdicht ist, bei dem die Festigkeit fast so gut wie beim Metall ist, dessen Herstellung jedoch billiger als bei Metall ist, da man nicht teuere Maschinen stillstehen lassen muß zum Einlegen der Metallteile in die offenstehende Werkzeugform und dessen Herstellung auch deswegen kostengünstig ist, weil das Einpressen und Ultraschallschweißen der Gewinde büchse gleichzeitig erfolgen können, zudem auch noch besondere Gummidichtungen, z. B. O-Ringe, wie sie üblicherweise bei Metall büchsen verwendet werden, eingespart werden können.In the manner described above, one obtains the invention object is a plastic part with a thread that is screwed into place is airtight, where the strength is almost like that is good as with metal, but is cheaper to manufacture than with metal because you don't have to stand up to expensive machines must leave to insert the metal parts in the open That is why the mold and its production are inexpensive is because the threading and ultrasonic welding rifle can take place at the same time, also special Rubber seals, e.g. B. O-rings, as is usually the case with metal can be used, can be saved.

Weiter vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor, so z. B. wird mit der Maßnahme nach Anspruch 2 eine einfache zuverlässige Führung des Einsatzteils in der Ausnehmung erreicht, wobei gleichzeitig die er forderliche gasdichte und haltbare Verbindung z. B. durch Ultraschallschweißen auf ganz einfache Weise hergestellt werden kann.Further advantageous embodiments of the invention are shown in the Sub-claims emerge, such. B. is after with the measure Claim 2 simple reliable guidance of the insert reached in the recess, at the same time he required gas-tight and durable connection z. B. by Ultrasonic welding made in a very simple way can be.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert: In dieser zeigt die einzige Figur einen axialen Schnitt durch einen Kunststoffteil mit einer Büchse.The invention will now be described by way of an embodiment game with reference to the drawing explained: In this the only figure shows an axial Cut through a plastic part with a sleeve.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Kunststoffteil mit einer Auf nahmebohrung 12 dargestellt, die in Richtung des Pfeiles 14 eine Durchmessererweiterung in drei Stufen 16, 18, 20 aufweist. In dieser Durchmessererweiterung ist ein Gewindeeinsatz 22 angeordnet, der komplementäre Gestalt zur Aufnahmebohrung 12 besitzt. Der zylindrische Innenteil des Gewindeeinsatzes 22 ist mit Innengewinde 26 versehen. An der einen axialen, in Richtung auf den Kunststoffteil 10 weisenden Seite 40 des Gewindeeinsatzes 22 ist eine sich rundumlaufend erstreckende Rippe 42 ausgebildet, die mit der gegenüberliegenden Stufe 20 des Kunststoffteils 20 auf den ganzen Umfang in Berührung steht. Durch diese Rippe 42 wird eine gasdichte Verbindung zwischen dem Gewindeeinsatz 22 und dem Kunststoffteil herge stellt, indem die beiden Teile 10 und 22 durch Ultraschall schweißen verbunden werden. Das eigentliche Kunststoffteil 10 besteht aus relativ weichem Kunststoffmaterial, z. B. Polyamid, Polyurethan, und wird durch Spritzen hergestellt, während der Gewindeeinsatz 22 aus einem harten Kunststoffmaterial, z. B. glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht. Somit ist gewährleistet, daß auch bei Kunststoffteilen, die aus weichem Kunststoffmaterial hergestellt sind, eine Gewinde festigkeit erreicht wird, wie sie z. B. bei Metall üblich ist, und welche die erforderliche Dichtheit garantiert.In the drawing, 10 is a plastic part with a receiving bore 12 is shown, which has a diameter expansion in three stages 16, 18, 20 in the direction of arrow 14 . In this widened diameter, a threaded insert 22 is arranged, which has a complementary shape to the receiving bore 12 . The cylindrical inner part of the threaded insert 22 is provided with an internal thread 26 . On one axial, in the direction of the plastic part 10 facing side 40 of the threaded insert 22 , a circumferentially extending rib 42 is formed, which is in contact with the opposite step 20 of the plastic part 20 over the entire circumference. Through this rib 42 , a gas-tight connection between the threaded insert 22 and the plastic part is produced by the two parts 10 and 22 being connected by ultrasonic welding. The actual plastic part 10 consists of relatively soft plastic material, e.g. As polyamide, polyurethane, and is made by injection, while the threaded insert 22 made of a hard plastic material, for. B. consists of glass or carbon fiber reinforced plastic. This ensures that even with plastic parts that are made of soft plastic material, a thread strength is achieved, as z. B. is common with metal, and which guarantees the required tightness.

Bei der Herstellung, z. B. beim Spritzen des Kunststoffteiles, wird an der Stelle, an der bei der fertigen Einheit das Gewinde vorhanden sein soll, eine Aufnahmebohrung herge stellt, deren Durchmesser, im Falle, daß ein Innengewinde vorhanden sein soll, größer ist als der Durchmesser des durch das vorgesehene Innengewinde definierten Zylinders. Nach der Herstellung und ggf. Erstarrung bzw. Auskühlung des Kunst stoffteiles wird in die Aufnahmebohrung ein Gewindeeinsatz 22 mit komplementärer Gestalt zur Aufnahmebohrung und mit dem erforderlichen Innengewinde eingepreßt, und mit dem Kunst stoffteil 10 durch Ultraschallschweißen über die vorher ange formte Rippe verbunden.In the manufacture, e.g. B. when spraying the plastic part, is at the point where the thread should be present in the finished unit, a receiving bore Herge provides whose diameter, in the event that an internal thread should be present, is greater than the diameter of the by provided internal thread defined cylinder. After the production and, if necessary, solidification or cooling of the plastic part, a threaded insert 22 with a complementary shape to the receiving bore and with the required internal thread is pressed into the receiving bore, and connected to the plastic part 10 by ultrasonic welding via the previously formed rib.

Claims

1. Plastic part with at least one internal or external thread having thread insert or approach, which is sealed with a cylindrical insertion part in a complementary cylindrical receiving bore of the plastic part and sits immovably in the axial direction, both the outer wall of the insert part and the inner wall the receiving bore is smooth, characterized in that the threaded insert or approach ( 22 ) made of hard plastic material, for. B. glass fiber or carbon fiber reinforced plastic material that the threaded insert or approach ( 22 ) has a collar ( 48 ), on the plastic part ( 10 ) facing the axial side ( 40 ) an all-round, even on the opposite side ( 20th ) of the plastic part ( 10 ) lying and known welding rib ( 42 ) is arranged and that the welding rib ( 42 ) is assigned to the plastic part ( 10 ) with the threaded insert or approach ( 22 ) sealingly connecting and produced by ultrasonic welding is.

2. Plastic part according to claim 1, characterized in that the receiving bore ( 12 ) has the shape of a stepped cylinder in which the complementary insertion part and the collar ( 48 ) sit.

3. Plastic part according to claim 1 or 2, characterized in that the threaded insert or approach with its insertion part and, if appropriate, with the collar ( 48 ) is fitted into the complementary receiving bore ( 12 ).

4. Plastic part according to claim 1 or 2, characterized in that the threaded insert or approach with its insertion part and optionally with the collar ( 48 ) is pressed into the complementary receiving bore ( 12 ).