DE102005018064A1 - Plastic component with metal insert and method for its production - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einem fluiddicht eingesetzten Metalleinsatz beschrieben. Dazu wird ein Kunststoffkörper 1 mit einer gestuften Bohrung 19 bereitgestellt, die einen Halteabschnitt 13, 15 und einen Dichtungsabschnitt 11 hat. Ferner wird ein Metalleinsatz 3 bereitgestellt, der an seinem Kopfende einen Dichtungsvorsprung 31 und daneben einen Halteflansch 33, 35 hat. Nach dem Einbringen eines ringförmigen Dichtmittels 5 in die Bohrung 19 wird der Metalleinsatz 3 in die Bohrung 19 eingeführt, wobei der Halteflansch 33, 35 unter örtlichem Erweichen des Kunststoffkörpers 1 in die Bohrung 19 eingeführt wird, bis der Dichtungsvorsprung 31 in das ringförmige Dichtmittel 5 eintaucht. Das so hergestellte Kunststoffbauteil hat den Kunststoffkörper 1 und den Metalleinsatz 3 mit dem Dichtungsvorsprung 31. Der Außendurchmesser des Metalleinsatzes 3 auf der dem Kunststoffkörper 1 zugewandten Seite des Dichtungsvorsprungs 31 ist stets kleiner als der Durchmesser des Dichtungsvorsprungs 31.It is described a method for producing a plastic component with a metal insert used fluid-tight. For this purpose, a plastic body 1 is provided with a stepped bore 19, which has a holding portion 13, 15 and a sealing portion 11. Further, a metal insert 3 is provided, which has at its head end a sealing projection 31 and next to a retaining flange 33, 35. After introducing an annular sealant 5 in the bore 19 of the metal insert 3 is inserted into the bore 19, wherein the retaining flange 33, 35 is introduced with local softening of the plastic body 1 in the bore 19 until the sealing projection 31 is immersed in the annular sealant 5 , The plastic component produced in this way has the plastic body 1 and the metal insert 3 with the sealing projection 31. The outer diameter of the metal insert 3 on the side of the sealing projection 31 facing the plastic body 1 is always smaller than the diameter of the sealing projection 31.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einem Metalleinsatz sowie ein solches Kunststoffbauteil.The The invention relates to a method for producing a plastic component with a metal insert and such a plastic component.
Kunststoffe haben in der Technik eine große Bedeutung erlangt und können einer Vielzahl von Anforderungen angepasst werden. Häufig ist es auch erforderlich, Kunststoff und Metall miteinander zu kombinieren, um an einem Bauteil die Vorteile von Kunststoffen mit denen von Metallen (Festigkeit, Verschleißbeständigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit etc.) zu vereinen.plastics have great importance in technology attained and can be adapted to a variety of requirements. Frequently it also requires combining plastic and metal, to take advantage of plastics with those of a component Metals (strength, wear resistance, electrical and thermal conductivity etc.).
Entsprechende Metalleinsätze, die in Kunststoffe eingebettet werden sind bekannt. Dabei gibt es einerseits die Möglichkeit, die Metallteile in eine Form einzulegen, in der dann das Kunststoffteil hergestellt wird, andererseits gibt es Vorschläge, einen erhitzten Metalleinsatz nachträglich unter örtlichem Aufschmelzen des Kunststoffkörpers in diesen einzusetzen. Die Erfindung betrifft die letztgenannte Lösung.Appropriate Metal inserts which are embedded in plastics are known. There are on the one hand the possibility, Insert the metal parts in a mold, in which then the plastic part On the other hand, there are proposals, a heated metal insert later under local Melting of the plastic body to use in these. The invention relates to the latter Solution.
Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der EP-A-0551717 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Kunststoffbauteil mit einem Metalleinsatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, wobei der Metalleinsatz mittels einer O-Ringdichtung gegenüber dem Kunststoffteil abgedichtet ist.A such solution is known for example from EP-A-0551717. In this document is a plastic component with a metal insert and a method described for its preparation, wherein the metal insert by means of a O-ring seal opposite the plastic part is sealed.
Gemäß diesem Stand der Technik ist vorgesehen, einen Metalleinsatz an seinem in Einführrichtung gesehen vorderen Ende (Kopfende) mit einer Nut zu versehen, in die ein Oring eingesetzt wird. Dann wird der Metalleinsatz erhitzt und der erhitzte Metalleinsatz wird in eine mit entsprechendem Untermaß ausgeführte gestufte Bohrung in dem Kunststoffkörper eingepresst. Dabei schmilzt der die Bohrung begrenzende Kunststoff, und erhärtet nach dem Einsetzen des Metalleinsatzes wieder, so dass hier eine innige Verbindung zwischen Metall und Kunststoff erzielt wird. Der Metalleinsatz hat eine grob strukturierte Oberfläche mit Rillen bzw. Zähnen, so dass der Metalleinsatz und der Kunststoffkörper formschlüssig miteinander verbunden sind.According to this The prior art is provided, a metal insert on his in insertion direction seen front end (head end) to be provided with a groove in the an oring is used. Then the metal insert is heated and the heated metal insert is stepped into a graduated undersize Hole in the plastic body pressed. It melts the plastic limiting the bore, and hardens after inserting the metal insert again, so here is a intimate connection between metal and plastic is achieved. Of the Metal insert has a rough textured surface with grooves or teeth, so that the metal insert and the plastic body form-fitting with each other are connected.
In dem in obigem Stand der Technik beschriebenen Verfahren ist der O-Ring an dem Metalleinsatz angebracht und wird beim Einpressen zu dem körperinnenseitig des aufzuschmelzenden Bohrungsabschnitts gelegenen, als Dichtungsabschnitt wirkenden Abschnitt der gestuften Bohrung vorgeschoben. Durch diese Vorgehensweise wird verhindert, dass die kunststoffseitige Dichtfläche beim Zusammenbau berührt und ungewollt verformt wird.In the method described in the above prior art is the O-ring attached to the metal insert and is pressed in to the inside of the body of the portion of the bore to be melted, acting as a sealing portion Advanced section of the stepped bore. By this procedure prevents the plastic-side sealing surface during Assembly touched and unintentionally deformed.
Für das aus vorgenanntem Stand der Technik bekannte Verfahren bzw. Kunststoffbauteil werden thermisch sehr stabile O-Ringe aus teuren Materialien verwendet, da diese während der gesamten Aufheizung, dem Einpressvorgang und der anschließenden Abkühlung des Metalleinsatzes der für das Aufschmelzen des Kunststoffs erforderlichen Temperatur ausgesetzt sind. Zudem sind Schäden am O-Ring und damit Undichtigkeiten daran zu befürchten, die durch Abscheren des O-Rings an der Verengung in der Bohrung zur Bildung der Dichtfläche entstehen können. Dies könnte beispielsweise durch Wärmedehnung am erhitzten O-Ring hervorgerufen sein, da der heiße O-Ring und damit deutlich vergrößerte O-Ring in das kalte Kunststoffgehäuse eingepresst wird. Große Maßtoleranzen, die eine solche Beschädigung sicher vermeiden, können zu fehlender Pressung am kalten O-Ring und damit ebenfalls zu Undichtigkeiten an der Dichtung führen.For the out known prior art method or plastic component thermally very stable O-rings made of expensive materials are used, since these are during the entire heating, the press-fitting process and the subsequent cooling of the Metal insert for exposed to the melting of the plastic required temperature are. In addition, there are damages at the O-ring and thus to fear leaks due to shearing of the O-rings are formed at the throat in the bore to form the sealing surface can. this could for example, by thermal expansion be caused on the heated O-ring, because the hot O-ring and thus significantly enlarged O-ring in the cold plastic case is pressed. Size Dimensional tolerances, the such a damage can safely avoid to missing pressure on the cold O-ring and thus also to leaks lead to the seal.
Ferner erfordert die Montage des O-Rings in der dafür im Metalleinsatz vorgesehenen Nut grundsätzlich ein Aufweiten des O-Rings, was potentiell Schäden am O-Ring bedeutet. Zudem kann es bei der Montage auch zu Verdrillen des O-Rings kommen, was ebenfalls zu Schäden daran führen kann.Further requires the installation of the O-ring in the metal insert Groove basically an expansion of the O-ring, which potentially means damage to the O-ring. moreover it can also come to the assembly to twist the O-ring, which also damages it to lead can.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kunststoffbauteil mit einem fluiddicht eingesetzten Metalleinsatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, in und mit dem ein leicht zu montierendes Dichtmittel aus einfachen Materialien verwendet werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit der Dichtung zwischen Kunststoffkörper und Metalleinsatz sichergestellt ist.In contrast, is It is an object of the invention to provide a plastic component with a fluid-tight used metal insert and a method for its production to propose, in and with the easy-to-install sealant can be used from simple materials and high reliability the seal between plastic body and metal insert ensured is.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und hinsichtlich des Kunststoffbauteils mit einem Kunststoffbauteil nach Anspruch 9 gelöst.These Task is with respect to the method with a method after Claim 1 and with respect to the plastic component with a plastic component solved according to claim 9.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils wird in einen zuvor bereitgestellten Kunststoffkörper mit einer zur Außenseite des Kunststoffkörpers offenen, gestuften Bohrung, die mindestens einen zu der Außenseite des Kunststoffkörpers offenen Halteabschnitt und einen körperinnenseitig des Halteabschnitts ausgebildeten Dichtungsabschnitt hat, ein Metalleinsatz eingesetzt. Der bereitgestellte Metalleinsatz hat im Bereich seines in den Kunststoffkörper einzuführenden Kopfendes einen Dichtungsvorsprung und mindestens einen auf der dem Kopfende abgewandten Seite des Dichtungsvorsprungs ausgebildeten Halteflansch.in the inventive method for the manufacture of a plastic component is in a previously provided Plastic body with one to the outside of the plastic body open, stepped bore, the at least one to the outside of the Plastic body open holding portion and a body inside of the holding portion trained sealing section has inserted a metal insert. The provided metal insert has in the region of its inserted into the plastic body head end a sealing projection and at least one on the head end opposite side of the sealing projection formed retaining flange.
Bevor der Metalleinsatz in den Kunststoffkörper eingesetzt wird, wird erfindungsgemäß ein ringförmiges Dichtmittel in den Dichtungsabschnitt der Bohrung – also in den Kunststoffkörper – eingesetzt. Erst danach wird der Metalleinsatz in die Bohrung eingeführt, wobei der mindestens eine Halteflansch unter örtlichem Erweichen des Kunststoffkörpers in den Halteabschnitts der Bohrung eingeführt wird, bis der Dichtvorsprung des Metalleinsatzes in das ringförmige Dichtmittel eintaucht.Before the metal insert is inserted into the plastic body, according to the invention an annular sealing means in the sealing portion of Hole - so in the plastic body - used. Only then is the metal insert introduced into the bore, with the at least one retaining flange being introduced into the retaining portion of the bore with local softening of the plastic body until the sealing projection of the metal insert dips into the annular sealant.
Vorzugsweise besteht der Kunststoffkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff und der Metalleinsatz wird vor dem Einführen erhitzt. Die Temperatur des Metalleinsatzes ist dabei vorzugsweise so hoch gewählt, dass augenblickliches Schmelzen des Kunststoffkörpers am Bohrungsrand auftritt, so dass der eigentliche Einführvorgang sehr rasch ausgeführt werden kann. Alternativ kann der Metalleinsatz mit einem Ultraschallerzeuger verbunden sein und in hochfrequente Schwingungen versetzt werden, um den Kunststoff beim Einführen durch innere Reibung zu Erweichen.Preferably the plastic body is made a thermoplastic and the metal insert is used the insertion heated. The temperature of the metal insert is preferably chosen so high that instantaneous melting of the plastic body occurs at the edge of the hole, so that the actual insertion process be carried out very quickly can. Alternatively, the metal insert with an ultrasonic generator be connected and put into high-frequency vibrations, around the plastic during insertion to soften by internal friction.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Dichtmittel ein O-Ring, der vor dem Einführen in den Dichtungsabschnitt der Bohrung eingelegt wird. Zweckmäßig ist es, wenn der O-Ring so bemessen ist, dass er leicht gegen den Dichtungsabschnitt vorgespannt ist, wenn er in den Kunststoffkörper eingelegt ist und so in der vormontierten Lage gehalten ist. Dadurch wird die Handhabung vormontierter Kunststoffkörper einfacher. Wenn der O-Ring unmittelbar vor dem Einpressen des Metalleinsatzes in den Kunststoffkörper eingelegt wird, wobei die Bohrung im Kunststoffkörper aufrecht gehalten ist, kann der O-Ring auch lose eingelegt sein. In beiden vorgenannten Fällen bewirkt erst das Eintauchen des Dichtvorsprungs des Metalleinsatzes die für die Abdichtung erforderlichen Anpresskräfte am O-Ring.In An advantageous embodiment of the invention is the sealant an O-ring, before insertion is inserted into the sealing portion of the bore. Is appropriate it if the O-ring is sized so that it is lightly against the seal section is biased when it is inserted in the plastic body and so in the pre-assembled position is maintained. This will handle pre-assembled plastic body easier. If the O-ring is in place immediately before inserting the metal insert into the plastic body is inserted, wherein the bore is held upright in the plastic body can the O-ring should also be loosely inserted. In both cases mentioned causes only the immersion of the sealing projection of the metal insert the for the Sealing required contact forces on the O-ring.
Eine Alternative besteht darin, dass statt eines O-Rings das Dichtmittel ein pastös auftragbares, abbindendes Dichtmittel ist, das vor dem Einführen des Metalleinsatzes ringförmig auf den Dichtungsabschnitt aufgetragen wird. Dieses Dichtmittel kann ein allmählich vernetzender in vernetztem Zustand elastischer Kunststoff sein (z.B. Silikonkautschuk); Alternativen können aber auch Harz/Härter-gemische, wie z.B. Mehrkomponentenkleber, oder elastische Thermoplaste sein.A Alternative is that instead of an O-ring, the sealant a pasty one Applicable, bonding sealant is that prior to insertion of the Metal insert ring-shaped is applied to the sealing portion. This sealant can one gradually crosslinking in the crosslinked state elastic plastic (e.g. Silicone rubber); But alternatives can also be resin / hardener mixtures, such as e.g. Be multi-component adhesive, or elastic thermoplastics.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine an dem Metalleinsatz zwischen dem Halteflansch und dem Dichtungsvorsprung ausgebildete Halteschulter beim Einführen in Gegenüberlage mit dem Dichtmittel gebracht. Diese Halteschulter stützt das jeweilige Dichtmittel, dies kann auch eines der vorgenannten alternativen Dichtmittel sein, gegen den von der Stirnseite des Metalleinsatzes auf den O-Ring wirkenden Druck des abzudichtenden Fluids ab. Die Halteschulterfunktion kann auch von dem Halteflansch übernommen werden, der dazu angrenzend an den Dichtungsvorsprung ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die axiale Länge des Metalleinsatzes verkürzen.In an advantageous embodiment One is at the metal insert between the retaining flange and the Seal projection formed retaining shoulder when inserted into Opposing brought with the sealant. This retaining shoulder supports this respective sealant, this may also be one of the aforementioned alternatives Be sealant against the front of the metal insert acting on the O-ring pressure of the fluid to be sealed off. The Retaining shoulder function can also be taken over by the retaining flange be formed, which is adjacent to the sealing projection is. By doing so leaves the axial length shorten the metal insert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der Metalleinsatz zwei über eine Ringnut getrennte Halteflansche. Der beim Einführen des Metalleinsatzes in den Kunststoffkörper erweichte und verdrängte Kunststoff fließt in diese Ringnut und wird dort wieder fest. Damit bildet sich nach dem Erhärten des Kunststoffs ein ringförmiger Vorsprung, der in die Ringnut fließt und diese füllt. Damit ist der Halt des Metalleinsatzes in axialer Richtung verbessert.In an advantageous embodiment of the invention has the metal insert two over an annular groove separate retaining flanges. The when inserting the Metal insert in the plastic body softened and displaced plastic flows in this groove and is there again. This is reflected the hardening of the Plastic a ring-shaped Tab that flows into the ring groove and fills it. In order to the hold of the metal insert is improved in the axial direction.
Schließlich ist es auch von Vorteil, wenn der Halteflansch an seinem Außenumfang mit einer Oberflächenstruktur ausgestaltet ist, die radiale Vorsprünge und dazwischen liegende Vertiefungen hat, die beim Einführen von dem erweichten Kunststoff ausgefüllt werden. Hierdurch werden Metalleinsatz und Kunststoffkörper formschlüssig verbunden und der Halt des Metalleinsatzes im Kunststoff kann weiter verbessert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Form der Oberflächenstruktur den zu erwartenden Kräften entsprechend angepasst sein; beispielsweise ist eine Verzahnung mit sich in Axialrichtung des Metalleinsatzes erstreckenden Zähnen besonders geeignet, wenn hohe Drehmomente an der Verbindung Metall/Kunststoff auftreten können bzw. übertragen werden müssen. Die Halteflansche können auch unterschiedliche Oberflächengestalt haben.Finally is It is also advantageous if the retaining flange on its outer circumference with a surface structure is configured, the radial projections and intermediate Has indentations when inserting be filled by the softened plastic. This will be Metal insert and plastic body form-fitting connected and the hold of the metal insert in the plastic can continue be improved. In an advantageous embodiment, the Shape of the surface structure the expected forces be adjusted accordingly; for example, a toothing especially with teeth extending in the axial direction of the metal insert suitable if high torques at the connection metal / plastic may occur or transferred Need to become. The retaining flanges can also different surface shape to have.
Wie bereits ausgeführt wurde, betrifft die Erfindung auch ein Kunststoffbauteil mit einem Metalleinsatz. Erfindungsgemäß hat ein Kunststoffkörper eine zur Außenseite des Kunststoffkörpers offene, gestufte Bohrung, die mindestens einen zu der Außenseite des Kunststoffkörpers offenen Halteabschnitt und einen körperinnenseitig des Halteabschnitts ausgebildeten Dichtungsabschnitt hat.As already executed The invention also relates to a plastic component with a Metal insert. According to the invention has a Plastic body one to the outside of the plastic body open, stepped bore, the at least one to the outside of the plastic body open holding portion and a body inside of the holding portion has trained sealing section.
Ein Metalleinsatz, der im Bereich seines in den Kunststoffkörper befindlichen Kopfendes einen Dichtungsvorsprung und mindestens einen auf der dem Kopfende abgewandten Seite des Dichtungsvorsprungs ausgebildeten Halteflansch hat, ist im Halteabschnitt der Bohrung aufgenommen und mit dem Kunststoffkörper schmelzverbunden, wobei ein ringförmiges Dichtmittel im Dichtungsabschnitt der Bohrung angeordnet ist, der Dichtungsvorsprung des Metalleinsatzes in das ringförmige Dichtmittel eintaucht mit dem Innenumfang des Dichtmittels in pressender Anlage ist und das Dichtmittel gegen die den Dichtungsabschnitt radial auswärts vorspannt. Der Außendurchmesser des Metalleinsatzes auf der dem Kunststoffkörper zugewandten Seite des Dichtungsvorsprungs ist stets kleiner als der Durchmesser des Dichtungsvorsprungs.One Metal insert, which is located in the area of his in the plastic body Heading a seal tab and at least one on top of that Head end opposite side of the sealing projection formed Holding flange has been added to the holding section of the bore and with the plastic body fusion bonded, wherein an annular sealant in the sealing portion the bore is arranged, the sealing projection of the metal insert in the annular Sealant immersed with the inner circumference of the sealant in pressender Attachment is and the sealant against the the sealing section radially outward biases. The outer diameter of the metal insert on the plastic body side facing the Sealing projection is always smaller than the diameter of the sealing projection.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberflächenstruktur der Umfangsfläche des mindestens einen Halteflanschs eine Rändelung mit sich schräg zur Axialrichtung erstreckenden, einander kreuzenden Rillen. Eine solche Rändelung ist einfach herzustellen und ermöglicht hohe Haltekräfte and der Verbindung Metall/Kunststoff in sowohl axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung.In an advantageous embodiment, the surface structure of the peripheral surface of at least one retaining flange a knurling with obliquely to the axial direction extending, intersecting grooves. Such a knurling is easy to make and allows high holding forces and the connection metal / plastic in both the axial direction as well as in the circumferential direction.
Eine besonders hohe Drehfestigkeit der Verbindung lässt sich erreichen, wenn der Durchmesser des mindestens einen Halteflanschs möglichst groß gewählt wird, während die Axialkräfte auf die Verbindung (die auf das Kopfende des Metalleinsatzes wirkenden Fluiddruckkräfte) mit abnehmendem Durchmesser des Dichtungsvorsprungs abnehmen. Ein Durchmesserverhältnis von Halteflanschdurchmesser zu Dichtungsvorsprungsdurchmesser von etwa zwei zu eins ist ein praktikabler Wert.A particularly high torsional strength of the compound can be achieved when the Diameter of the at least one retaining flange is selected to be as large as possible while the axial forces the connection (acting on the head of the metal insert Fluid pressure forces) Remove with decreasing diameter of the seal protrusion. A diameter ratio of Holding flange diameter to seal protrusion diameter of about two to one is a workable value.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben bzw. ergeben sich aus den obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend.Further advantageous embodiments are described in the subclaims or emerge from the above statements on the method according to the invention corresponding.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail with reference to the drawing. It shows:
In
Die
in
Ferner
zeigt
In
Anschließend wird
der Metalleinsatz
Im
eingesetzten Zustand des Metalleinsatzes
Wie
in
In
In
den Figuren ist nicht weiter gezeigt, dass die Außenumfangsflächen der
Halteflansche
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