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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Trägerteil
und einem darin eingebetteten Gewindeeinsatz, die beide aus thermoplatischem
Kunststoff bestehen, ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung
sowie einen Gewindeeinsatz für die Anordnung. Die Erfindung
betrifft ferner eine Vorrichtung zum Spritzgießen des Gewindeeinsatzes.
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Gewindeeinsätze
aus thermoplatischem Kunststoff, die in ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff
bestehende Trägerteile thermisch eingebettet werden, sind
beispielsweise aus
DE
42 27 273 C2 bekannt. Der Gewindeeinsatz hat ein Innengewinde
und ist an seiner Außenseite mit einer größeren
Anzahl ringförmig verlaufender Rippen versehen, die auch
als Gewinde ausgebildet sein können. Die Außenfläche
der Gewindebuchse ist schwach kegelförmig mit einem Kegelwinkel
von etwa 8° gestaltet, um in ein entsprechend kegeliges
Aufnahmeloches des Trägerteils eingesetzt zu werden. Als
Material für den Gewindeeinsatz und das Trägerteil
werden gleiche oder zumindest artgleiche Kunststoffe verwendet,
um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Gewindeeinsatz
und Trägerteil herzustellen.
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Die
ringförmigen Rippen bilden mit der aufgeschmolzenen und
wieder erstarrten, entsprechend ringförmig ausgebildeten
Lochwand des Gewindeeinsatzes eine formschlüssige Verbindung,
die den Gewindeeinsatz in axialer Richtung im Trägerteil
sichert. Um den Gewindeeinsatz ferner in Drehrichtung zu sichern,
ist der Gewindeeinsatz mit zwei axial gegenüberliegenden
axial verlaufenden Nuten versehen.
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Es
sind ferner Gewindeeinsätze aus Metall bekannt, die durch
Ultraschall-Einschweißen in Trägerteile aus thermoplastischem
Kunststoff eingebettet werden, siehe z. B.
EP 1 229 256 . Diese Gewindeeinsätze
haben jeweils zwei Abschnitte mit mehreren Rippen, die unter einem
relativ großen Steigunswinkel wendelförmig in
entgegengesetzten Richtungen verlaufen, wobei die beiden Abschnitte durch
eine Ringnut voneinander getrennt sind.
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Aus
GB 778 327 ist ein Gewindeeinsatz
bekannt, der eine im Wesentlichen zylindrische Form hat und an seiner
Außenseite mit Rippen versehen ist, die wendelförmig
unter einem Winkel von 5° bis 45° bezüglich
der Zylinderachse verlaufen. Der Gewindeeinsatz besteht aus einem
harten, abriebfesten Material, insbesondere Stahl, während
das Trägerteil aus einem weicheren Material besteht. Der
Gewindeeinsatz wird mit einem Hammer oder einer Presse in ein Aufnahmeloch
des Trägerteils so eingetrieben, dass sich der Gewindeeinsatz
in das Aufnahmeloch hineindreht.
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Gewindeeinsätze
aus Kunststoff, wie sie in der vorstehend erwähnten
DE 42 27 273 C2 offenbart sind,
werden durch Spritzgießen hergestellt. Die Spritzgießform
besteht üblicherweise aus axial geteilten Backen, die zum
Entformen in radialer Richtung auseinanderbewegt werden. Diese Herstellung der
Gewindeeinsätze ist vergleichsweise aufwendig, da die „Backenentformung"
lange Zykluszeiten erfordert und nur vergleichsweise kleine Stückzahlen
zulässt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
aus einem Trägerteil und einem darin eingebetteten Gewindeeinsatz,
die beide aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, ein Verfahren
zum Herstellen der Anordnung sowie einen Gewindeeinsatz hierfür
zu schaffen, welche eine möglichst einfache und wirtschaftliche
Herstellung des Gewindeeinsatzes ermöglichen und zu einer möglichst
hohen Auszugs- und Drehfestigkeit des thermisch eingebetteten Gewindeeinsatzes
im Trägerteil führen. Ferner soll eine Vorrichtung
zum Spritzgießen des Gewindeeinsatzes geschaffen werden,
mit der sich der Gewindeeinsatz auf einfache und wirtschaftliche
Weise herstellen lässt.
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Die
Anordnung, das Verfahren zum Herstellen der Anordnung und der Gewindeeinsatz
gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen
1 bzw. 7 bzw. 9 definiert. Die Vorrichtung zum Spritzgießen
ist in Anspruch 22 definiert.
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Gemäß der
Erfindung ist der aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Gewindeeinsatz
als im Wesentlichen buchsenförmiger Körper mit
mehreren an der Außenseite vorgesehenen, wendelförmig verlaufenden
Rippen ausgebildet, deren Steigungswinkel größer
als 40° ist und vorzugsweise zwischen 45° und
75° liegt. Zum Einbetten des Gewindeeinsatzes in das ebenfalls
aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Trägerteil
wird Kunststoff mindestens der Lochwand des Aufnahmeloches des Trägerteils
aufgeschmolzen und der Gewindeeinsatz durch eine Axialkraft in den
aufgeschmolzenen Kunststoff so eingedrückt, dass der aufgeschmolzene
Kunststoff durch die Zwischenräume zwischen den wendelförmig
verlaufenden Rippen des Gewindeeinsatzes fließt, worauf
man den aufgeschmolzenen Kunststoff aushärten lässt.
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Durch
den aufgeschmolzenen und wieder erstarrten Kunststoff entsteht eine
formschlüssige Verbindung zwischen den wendelförmigen
Rippen des Gewindeeinsatzes und der entsprechend ausgeformten Lochwand
des Aufnahmeloches des Trägerteils. Besteht der Gewindeeinsatz
und das Trägerteil aus dem gleichen oder artgleichen Kunststoff,
so entsteht zusätzlich zu der formschlüssigen
Verbindung eine stoffschlüssige Verbindung, was jedoch
nicht unbedingt erforderlich ist.
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Die
unter einem vergleichsweise großen Steigungswinkel wendelförmig
verlaufenden Rippen des Gewindeeinsatzes sorgen somit für
eine formschlüssige Verbindung, die nicht nur in axialer
Richtung, sondern auch in Dreh- bzw. Torsionsrichtung hohe Lasten
aufnehmen kann. Der Kunststoff-Gewindeeinsatz ist somit in dem Kunststoff-Trägerteil mit
hoher Auszugs- und Drehfestigkeit eingebettet. Der Gewindeeinsatz
kann daher ohne axiale Nuten, Schlitze oder andere Vertiefungen
zur Drehsicherung ausgebildet werden.
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Zum
Warmeinbetten des Gewindeeinsatzes in das Trägerteil werden
vorzugsweise Ultraschallschwingungen verwendet, wobei die Ultraschallschwingungen
und die zum Eindrücken des Gewindeeinsatzes aufgebrachte
Axialkraft gleichzeitig von einer Ultraschallsonotrode erzeugt werden.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Spritzgießherstellung
des Gewindeeinsatzes erheblich vereinfacht wird. Wie noch genauer
erläutert wird, ist eine Backenentformung des Gewindeeinsatzes
aus der Spritzgießform nicht erforderlich. Es lassen sich
deutlich verkürzte Zyklus zeiten erreichen, und mit ein
und derselben Spritzgießform ist eine größere
Stückzahl der Gewindeeinsätze möglich.
Insgesamt lassen sich durch die Erfindung die Herstellkosten deutlich
senken.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung besteht der Gewindeeinsatz
aus zwei konischen Abschnitten, deren größere
Grundflächen in einer gemeinsamen Radialebene des Gewindeeinsatzes
liegen, bezüglich welcher der Gewindeeinsatz spiegelsymmetrisch
ausgebildet ist. Diese Form des Gewindeeinsatzes hat den Vorteil,
dass der Gewindeeinsatz von beiden axialen Seiten her in das Trägerteil
eingebettet werden kann. Da eine entsprechende Richtungsausrichtung
somit nicht erforderlich ist, vereinfachen sich Vereinzelung, Zuführung
und Einbau des Gewindeeinsatzes in das Trägerteil.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform besteht der Gewindeeinsatz aus
einem konischen Abschnitt und einem zylindrischen Abschnitt, die
im Bereich des größten Durchmessers des konischen
Abschnittes ineinander übergehen. Am freien Ende des zylindrischen
Abschnittes ist ein Flansch vorgesehen, der für einen sauberen Übergang
zwischen der Oberfläche des Trägerteils und der
Oberseite des eingebetteten Gewindeeinsatzes sorgt.
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Wie
bereits erwähnt, ermöglicht die Erfindung eine
besonders einfache und wirtschaftliche Herstellung des Gewindeeinsatzes.
Eine hierfür geeignete Vorrichtung zum Spritzgeißen
des Gewindeeinsatzes besteht aus einer oberen Formhälfte
und einer unteren Formhälfte, die gemeinsam einen auf einer
zentralen Achse liegenden Formhohlraum entsprechend der Außenform
des Gewindeeinsatzes bilden, wobei die obere Formhälfte
einen Kontureinsatz aufweist, der zumindest einen Teil des Formhohlraumes
bildet und relativ zu einer Trägerplatte der oberen Formhälfte
um die zentrale Achse frei drehbar gelagert ist, so dass die untere
Formhälfte zum Trennen der beiden Formhälften
längs der zentralen Achse relativ zu der oberen Formhälfte
verschiebbar ist und hierbei den fertigen Gewindeeinsatz unter Drehen des
Kontureinsatzes aus der oberen Formhälfte abzieht. Die
untere Formhälfte weist eine Gewindespindel auf, die zum
Formen des Innenloches des Gewindeeinsatzes in den Formhohlraum
ragt und bezüglich einer Formplatte der unteren Formhälfte
drehend antreibbar ist, um die Gewindespindel aus dem fertigen Gewindeeinsatz
herausschrauben zu können, nachdem der Gewindeeinsatz aus
der oberen Formhälfte abgezogen wurde.
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Die
Begriffe „obere" und „untere" werden in diesem
Zusammenhang lediglich zur besseren Unterscheidung der beiden Formhälften
verwendet; grundsätzlich können die beiden Formhälften
in jeder beliebigen vertikalen, horizontalen oder auch schrägen
Lage zueinander angeordnet werden.
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Der
frei drehbar gelagerte Kontureinsatz der oberen Formhälfte
ermöglicht ein einfaches axiales Abziehen der unteren Formhälfte
mit dem darin noch festsitzenden Gewindeeinsatz. Die Gewindespindel kann
dann in einfacher Weise aus dem Innenloch des Gewindeeinsatzes herausgeschraubt
werden. Eine Backenentformung des Gewindeeinsatzes ist somit nicht
erforderlich, was, wie bereits vorstehend erläutert, die
vereinfachte Herstellung des Gewindeeinsatzes (kürzere
Zykluszeiten, größere Stückzahlen) erlaubt.
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Vorzugsweise
ist die Gewindespindel zum Auswerfen des fertigen Gewindeeinsatzes
relativ zu der Formplatte der unteren Formhälfte axial
verschiebbar. Hierzu ist zweckmäßigerweise ein
gehäusefester Anschlag vorgesehen, der die Ausschraubbewegung
der Gewindespindel aus dem Gewindeeinsatz begrenzt, so dass die
Gewindespindel zum Auswerfen des fertigen Gewindeeinsatzes verwendet
werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen
aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Gewindeeinsatzes;
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2 eine
teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Gewindeeinsatzes in 1;
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3 eine
Draufsicht auf den Gewindeeinsatz der 1, 2 in
axialer Richtung;
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4 eine
der 1 entsprechende perspektivische Ansicht eines
geringfügig abgewandelten Gewindeeinsatzes;
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5 eine
der 2 entsprechende Seitenansicht des Gewindeeinsatzes
der 4;
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6 eine
den 1 und 4 entsprechende perspektivische
Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Gewindeeinsatzes;
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7 eine
den 2 und 5 entsprechende Seitenansicht
des Gewindeeinsatzes der 6;
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8 eine
Draufsicht auf den Gewindeeinsatz der 6, 7 in
axialer Richtung;
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9 eine
schematische Schnittdarstellung einer Anordnung aus einem Trägerteil
und dem Gewindeeinsatz der 1 bis 3 zu
Beginn des Einsetzvorganges;
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10 eine
der 9 entsprechende Darstellung am Ende des Einsetzvorganges;
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11 eine
teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung der Anordnung
der 10;
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12 eine
der 9 entsprechende Darstellung für einen
Gewindeeinsatz gemäß den 6 bis 8;
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13 eine
der 10 entsprechende Darstellung für den
Gewindeeinsatz der 6 bis 8;
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14 eine
der 11 entsprechende Darstellung für den
Gewindeeinsatz der 6 bis 8;
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15 bis 18 schematische
Schnittdarstellungen eines Teils einer Vorrichtung zum Spritzgießen
des Gewindeeinsatzes der 1 bis 3 in aufeinanderfolgenden
Stufen des Entformens des fertigen Gewindeeinsatzes aus der Spritzgießform;
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19 bis 22 den 15 bis 18 entsprechende
Darstellungen zum Entformen eines Gewindeeinsatzes gemäß den 6 bis 8.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die 1 bis 3 zeigen
einen Gewindeeinsatz 2 aus Kunststoff zum thermischen Einbetten in
eine Aufnahmebohrung 6 eines Trägerteils 4 aus Kunststoff
(9 bis 11).
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Der
Gewindeeinsatz 2 hat die Form eines im Wesentlichen buchsenförmigen
Körpers 8 mit einem axial durchgehenden Innenloch 10.
Das Innenloch 10 ist mit einem Innengewinde 12 versehen,
das je nach Anwendungszweck in beliebiger Weise ausgebildet sein
kann. An jedem axialen Ende des Aufnahmeloches 10 ist eine
Senkung 14a bzw. 14b vorgesehen.
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Der
Körper 8 ist an seiner äußeren
Umfangsseite mit wendelförmig verlaufenden Rippen 16 versehen,
die zwischen sich Zwischenräume 18 in Form wendelförmig
verlaufender Rillen bilden. Die Rippen 16 verlaufen sämtlich
in derselben Windungsrichtung und erstrecken sich über
die gesamte axiale Länge des Gewindeeinsatzes 2.
Der Körper 8 wird an seinen beiden axialen Enden
von planen Stirnflächen begrenzt, die jeweils in einer
Radialebene bezüglich der Achse A des Gewindeeinsatzes
liegen.
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Der
Steigungswinkel β der wendelförmig verlaufenden
Rippen 18 (2) beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel
ungefähr 60°. Er ist in jedem Fall größer
als 40° und liegt vorzugsweise im Bereich von 45° bis
75°. Dieser Verlauf der Rippen 16 ist hinsichtlich
Verankerung und Einsetzen des Gewindeeinsatzes im Trägerteil
sowie hinsichtlich der Spritzgießfertigung des Gewindeeinsatzes
von Vorteil, wie noch genauer erläutert wird.
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Wie
insbesondere in 3 zu sehen ist, haben die Rippen 16 einen
dreieckigen Querschnitt. Der Winkel γ der Dreiecke in den
Spitzen der Rippen 16 beträgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel ungefähr 90° und
liegt vorzugsweise im Bereich von 70° bis 110°.
Die Anzahl der Rippen 16 beträgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel 18. Vorzugsweise ist sie größer
als 10 und liegt insbesondere in einem Bereich von 15 bis 22.
Die Höhe und damit die Größe des Querschnitts
der Rippen 16 wird zusammen mit dem Winkel β und
der Anzahl (der Teilung) der Rippen so gewählt, dass beim
thermischen Einbetten des Gewindeeinsatzes 2 in das Trägerteil 4 sich
eine optimale Verdrängung und Verformung des plastifizierten
Kunststoffs ergibt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 besteht
der Körper 8 des Gewindeeinsatzes 2 aus
zwei konischen Abschnitten 8a und 8b. Jeder der konischen
Abschnitte 8a, 8b hat eine konische Außenform
(gedachte Einhüllende), deren Kegelwinkel α (2)
in der Größenordnung von 8° liegt. Der
bevorzugte Bereich des Kegelwinkels α ist 3° bis
13°.
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Wie
in den 1 und 2 zu sehen ist, sind die konischen
Abschnitte 8a und 8b so angeordnet, dass ihre
größeren Grundflächen in einer gemeinsamen
mittleren Radialebene E liegen. Bezüglich dieser Radialebene
E ist der Gewindeeinsatz 2 insgesamt spiegelsymmetrisch
ausgebildet. Das bedeutet, das Innenloch 10, Gewinde 12,
Einsenkungen 14a, 14b, Rippen 16 und
Zwischenräume 18 der beiden Abschnitte 8a und 8b des
Körpers 8 identisch ausgebildet und spiegelsymmetrisch
zur Radialebene E angeordnet sind.
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Wie
bereits eingangs erwähnt, kann somit der Gewindeeinsatz
von beiden axialen Seiten her in das Aufnahmeloch des Trägerteils
eingesetzt werden. Eine entsprechende Richtungsorientierung ist daher
nicht erforderlich. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf Vereinzelung
und Zuführung der Gewindeeinsätze zur Montagestelle
wie auch beim Einsetzen des Gewindeeinsatzes in das Aufnahmeloch
sowie bei der Nutzung des eingebetteten Gewindeeinsatzes als Verbindungselement.
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Der
in den 4 und 5 gezeigte Gewindeeinsatz unterscheidet
sich von demjenigen der 1 bis 3 lediglich
dadurch, dass die wendelförmig verlaufenden Rippen 16 des
Abschnittes 8a des Körpers 8 gegenüber
denjenigen des Abschnitts 8b in Umfangsrichtung etwas versetzt
sind. Dieser Versatz der Rippen 16 ergibt sich eher zufällig
beim Spritzgießen des Gewindeeinsatzes, wie noch genauer
erläutert wird.
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Wie
bereits erwähnt, bestehen das Trägerteil 4 und
der Gewindeeinsatz 2 aus thermoplastischem Kunststoff.
Während für das Trägerteil 4 im
Prinzip je der beliebige thermoplastische Kunststoff in Frage kommt,
handelt es sich bei dem Kunststoff des Gewindeeinsatzes 2 vorzugsweise
um einen technischen Hochleistungskunststoff mit einem Glasfaser- oder
Kohlenstofffaser-Füllstoff, insbesondere PPA-GF oder PPS-GF
oder PEI-GF oder PEEK-GF oder PAEK-CF. Diese Kunststoffe zeichnen
sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Steifigkeit
sowie hohe Festigkeit bei geringer Wasseraufnahme auf.
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Das
Trägerteil 4 kann aus dem gleichen Kunststoff
oder einem artgleichen Kunststoff bestehen, um eine homogene (stoffschlüssige)
Verbindung zwischen Gewindeeinsatz und Trägerteil zu erzielen.
Ist keine stoffschlüssige Verbindung (Schweißverbindung)
erforderlich oder erwünscht, so kann der Gewindeeinsatz 2 aus
einem anderen Kunststoff als das Trägerteil 4 oder
aus einem Kunststoff mit gegenüber dem Trägerteil
erhöhter Festigkeit bestehen. Die erhöhte Festigkeit
kann beispielsweise durch Art und Anteil des Füllstoffes
erzielt werden, wobei als Füllstoffe beispielsweise Glasfasern, Glaskugeln,
Kohlefasern oder Mineralstoffe in Frage kommen.
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Anhand
der 9 bis 11 wird nun das thermische Einbetten
des Gewindeeinsatzes 2 in das Aufnahmeloch 6 des
Trägerteils 4 beschrieben.
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Um
den Gewindeeinsatz 2 in das Trägerteil 4 einzusetzen,
wird der Gewindeeinsatz 2 zunächst von oben in
das Aufnahmeloch 6 axial eingeführt. Das Aufnahmeloch 6 hat
die gleiche Konizität (Kegelwinkel α) wie die
konischen Abschnitte 8a und 8b des Gewindeeinsatzes 2 und
ist hinsichtlich seines Durchmessers auf den Gewindeeinsatz so abgestimmt,
dass der Gewindeeinsatz zunächst nur über einen
Teil seiner Länge in das Aufnahmeloch 6 eingesetzt
werden kann. Die gewählte Konizität von Gewindeeinsatz
und Aufnahmeloch sorgen für eine einwandfreie Zentrierung
des Gewindeeinsatzes und insbesondere für eine Selbsthemmung
in der Anlage zwischen Gewindeeinsatz und Bohrungswand 22 des
Aufnahmeloches 6. Dies vereinfacht die Vormontage.
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Nach
der Vormontage wird die Sonotrode 20 einer im Übrigen
nicht dargestellten Ultraschallvorrichtung an der oberen Stirnseite
des Gewindeeinsatzes angesetzt, wie in 9 schematisch
angedeutet ist. Die Sonotrode 20 ver setzt den Gewindeeinsatz 2 in
Ultraschallschwingungen, die über die Außenränder
(Spitzen) der Rippen 16 auf die Bohrungswand 22 des
Trägerteils 4 übertragen werden. Hierdurch wird
der Kunststoff zumindest der Bohrungswand 22 an den Kontaktstellen
aufgeschmolzen (plastifiziert).
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Gleichzeitig übt
die Sonotrode 20 eine nach unten gerichtete Axialkraft
auf den Gewindeeinsatz 2 aus, so dass der Gewindeeinsatz
in das Aufnahmeloch 22 eingedrückt wird. Während
der Gewindeeinsatz 2 sich nach unten bewegt, fließt
geschmolzener Kunststoff durch die Zwischenräume 18 (Rillen)
zwischen den wendelförmig verlaufenden Rippen 16 nach
oben. Dies sorgt dafür, dass die Zwischenräume 18 vollständig
mit Kunststoff gefüllt werden.
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Der
wendelförmige Verlauf der Rippen 16 und Zwischenräume 18 hat
außerdem den Vorteil, dass beim Eindrücken des
Gewindeeinsatzes Luft über die wendelförmigen
Zwischenräume nach oben entweichen kann. Im Stand der Technik,
bei dem eine derartige Entlüftung nicht möglich
ist, tritt häufig die Schwierigkeit auf, dass sich der
Gewindeeinsatz aufgrund einer Kompression der eingeschlossenen Luft unmittelbar
nach dem thermischen Setzvorgang wieder in Achsrichtung geringfügig
zurücksetzt. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren aufgrund der Entlüftung über die wendelförmigen
Zwischenräume 18 vermieden.
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Sobald
der Gewindeeinsatz 2 vollständig in das Aufnahmeloch 6 eingesetzt
ist, so dass seine obere Stirnfläche mit der Oberseite
des Trägerteils 4 fluchtet, wird die Sonotrode 20 zurückgefahren;
der geschmolzene (plastifizierte) Kunststoffs kann bei Umgebungsbedingungen
aushärten. Die Rippen 16 des Gewindeeinsatzes
bilden dann mit der entsprechend ausgebildeten Bohrungswand 22 des
Trägerteils 4 eine gewindeähnliche formschlüssige
Verbindung, die aufgrund ihres wendelförmigen Verlaufs sowohl
in axialer Richtung wie auch in Drehrichtung (Torsionsrichtung)
eine hohe Festigkeit besitzt. Wenn daher der in das Trägerteil
eingebettete Gewindeeinsatz nun als Verbindungselement genutzt wird,
kann er relativ hohe Kräfte sowohl in axialer Richtung
wie auch in Drehrichtung aufnehmen.
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Aufgrund
der Ausbildung des Gewindeeinsatzes 2 als Doppelkonus kann
im Bereich des oberen axialen Endes des Gewindeeinsatzes 2 ein
kleiner Spalt 24 zwischen Gewindeeinsatz und Trägerteil verbleiben,
wie in 11 übertrieben dargestellt
ist. Der Spalt 24 kann bei bestimmten Anwendungsfällen als
störend empfunden werden. Bei Einsatz eines Gewindeeinsatzes 2',
wie er in den 6 bis 8 dargestellt
ist, wird ein derartiger Spalt 24 vermieden.
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In
den 6 bis 8 werden für Komponenten
des Gewindeeinsatzes 2', die mit denen des Gewindeeinsatzes 2 der 1 bis 3 identisch sind,
dieselben Bezugszeichen verwendet, während für
sich entsprechende, jedoch abgewandelte Komponenten die gleichen
Bezugszeichen, versehen mit einem Apostroph, verwendet werden. Der
Gewindeeinsatz der 6 bis 8 stimmt
mit dem Gewindeeinsatz 2 der 1 bis 3 insoweit überein,
als im Folgenden nichts anderes erwähnt wird.
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So
ist der Gewindeeinsatz 2' der 6 bis 8 ebenfalls
als im Wesentlichen buchsenförmiger Körper 8' mit
einem Innenloch 10, Gewinde 12 und wendelförmig
verlaufenden Rippen 16 mit Zwischenräumen 18 ausgebildet.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 besteht
der Gewindeeinsatz 2' jedoch nicht aus zwei konischen Abschnitten,
sondern aus einem zylindrischen Abschnitt 8a' und einem
konischen Abschnitt 8b. Der konische Abschnitt 8b ist
identisch mit dem konischen Abschnitt 8b der 1 bis 3,
während der zylindrische Abschnitt 8a' eine zylindrische
Außenform (gedachte Einhüllende) hat und so ausgebildet ist,
dass die in der gleichen Windungsrichtung verlaufenden Rippen 16 glatt
und stufenlos in die Rippen des konischen Abschnitts 8b übergehen.
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Am
freien (in den Figuren oberen) Ende des zylindrischen Abschnittes 8a' ist
ein Flansch 26 in Form einer ringförmigen Scheibe
angeformt, deren Durchmesser dem maximalen Durchmesser des Aufnahmeloches 10 des
Trägerteils 4 (12) entspricht
und somit geringfügig größer als der
Außendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 8a' ist. Der
Flansch 26 ist mit zwei gegenüberliegenden Abflachungen 28 versehen,
die, wie noch beschrieben wird, zum Entformen des Gewindeeinsatzes 2' aus dem
Spritzgießwerkzeug dienen und im Übrigen keine
Funktion haben.
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Da
der Gewindeeinsatz 2' bezüglich seiner mittleren
Radialebene nicht spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, ist er zur
leichteren Richtungsorientierung mit einer Bodenwand 30 versehen,
die das Innenloch 10 verschließt. Wie in 7 und
außerdem in den 12 bis 14 zu
sehen ist, ist die Bodenwand mit einer Sollbruchstelle 32 in
Form einer ringförmigen Vertiefung versehen. Wenn der in
das Trägerteil 4 eingebettete Gewindeeinsatz 2' als
Verbindungselement zur Aufnahme einer Schraube verwendet wird, kann
die Schraube aufgrund der Sollbruchstelle 32 die Bodenwand 30 aus
dem Gewindeeinsatz herausbrechen.
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Das
thermische Einbetten des Gewindeeinsatzes 2' in das Trägerteil 4 erfolgt
in der gleichen Weise wie das thermische Einbetten des Gewindeeinsatzes 2,
was durch einen Vergleich der 12 bis 14 mit
den 9 bis 11 ohne weiteres verständlich
wird. 14 zeigt, dass der Flansch 26 des
Gewindeeinsatzes 2' für einen glatten Übergang zwischen
den Oberseiten des Gewindeeinsatzes 2' und des Trägerteils 4 sorgt,
was manchmal aus ästhetischen Gründen erwünscht
ist.
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Wie
erläutert, besteht der Gewindeeinsatz 2 in den 1 bis 5 aus
zwei konischen Abschnitten 8a und 8b, während
der Gewindeeinsatz 2' der 6 bis 8 aus
einem zylindrischen Abschnitt 8a und einem konischen Abschnitt 8b besteht. Grundsätzlich
könnte der Gewindeeinsatz insgesamt eine zylindrische Außenform
erhalten. In diesem Fall sollte er an einem Ende oder an beiden
Enden mit einem zylindrischen Absatz zum Zentrieren in dem entsprechend
ausgebildetem Aufnahmeloch des Trägerteils versehen werden.
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Anhand
der 15 bis 18 wird
mm die Herstellung des Gewindeeinsatzes 2 der 1 bis 3 durch
Spritzgießen beschrieben. Genauer gesagt, zeigen die 15 bis 18 aufeinanderfolgende
Stufen der Entformung eines spritzgegossenen Gewindeeinsatzes 2 aus
der nur schematisch dargestellten Spritzgießform.
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15 zeigt
die Spritzgießform im geschlossenen Zustand mit einem bereits
spritzgegossenen Gewindeeinsatz 2. Die Spritzgießform
besteht aus einer oberen Formhälfte 34 und einer
unteren Formhälfte 36, die in einer auf einer
zentralen Achse A senkrecht stehenden Trennebene T aneinander anliegen
und durch ein axiale Schiebebewegung der unteren Formhälfte 36 relativ
zur oberen Formhälfte 34 getrennt werden können.
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Die
obere Formhälfte 34 weist eine Formplatte 37 auf,
in der ein Kontureinsatz 38 frei drehbar gelagert ist.
Die Drehlagerung ist in 15 in
Form eines Radiallagers 40 (Nadellager) und eines Axiallagers 41 (Kugellager)
schematisch dargestellt.
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Die
untere Formhälfte 36 besteht aus einer Formplatte 42,
die zusammen mit dem Kontureinsatz 38 der oberen Formhälfte 34 einen
Formhohlraum 44 zum Formen des Gewindeeinsatzes 2 bildet.
Der Formhohlraum 44 wird durch die Trennebene T so geteilt,
dass der im Kontureinsatz 38 liegende Teil 44a den
konischen Abschnitt 8a des Gewindeeinsatzes und der in
der unteren Formhälfte 36 liegenden Teil 44b den
konischen Abschnitt 8b des Gewindeeinsatzes formt. Mit
anderen Worten, fallen die Trennebene T der Spritzgießform
und die Radialebene E (2) des spritzgegossenen Gewindeeinsatzes
zusammen.
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Zur
Formung des Innenloches 10 mit dem Gewinde 12 (2)
des Gewindeeinsatzes 2 ist eine Gewindespindel 48 vorgesehen,
die in der unteren Formhälfte 36 drehbar und axial
verschiebbar gelagert ist. Die Gewindespindel 48 hat einen
Gewindeabschnitt 50, der im geschlossenen Zustand der Spritzgießform
in den Formhohlraum 44 weit genug vorsteht, um das gesamte
Gewinde 12 im Innenloch 10 des Gewindeeinsatzes 2 zu
formen. An den Gewindeabschnitt 50 schließt sich
ein gewindeloser Schaftabschnitt 52 an, der an seinem oberen
Ende etwas in den Formhohlraum 44 vorsteht, um die Senkung 14b (2)
des Gewindeeinsatzes 2 zu formen.
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Am
entgegengesetzten Ende des Schaftabschnittes 52 ist ein
Kopfabschnitt 54 vorgesehen, über den die Gewindespindel 48 von
einem Antrieb (nicht gezeigt) relativ zu der Formplatte 42 gedreht und
axial verschoben werden kann.
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Als
Gegenstück zu der Gewindespindel 48 ist im Kontureinsatz 38 der
oberen Formhälfte 34 ein schaftartig ausgebildeter
Kern 56 fest angeordnet, der mit seinem unteren Ende etwas
in den Formhohlraum 44 vorsteht, um die Senkung 14a (2)
des Gewindeeinsatzes 2 zu formen. Der Kern 56 sitzt
mit etwas Spiel in dem Kontureinsatz 38, so dass der Formhohlraum 44 über
den Zwischenraum zwischen dem Kontureinsatz 38 und dem
Kern 56 entlüftet werden kann.
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Zum
Füllen des Formhohlraums 44 ist eine Zuführung
für den geschmolzenen Kunststoff in Form eines Verteilers 58 und
eines Anschnittes 60 (Einzelkanal) vorgesehen, von denen
der Verteiler 58 in der oberen Formhälfte 34 gebildet
ist und der Anschnitt 60 durch die Formplatte 42 zum
unteren Ende des Formhohlraums 44 verläuft.
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Es
wird nun das Entformen des fertiggegossenen Gewindeeinsatzes 2 aus
der Spritzgießform im Einzelnen beschrieben.
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Zunächst
wird die untere Formhälfte 36 relativ zur oberen
Formhälfte 34 axial nach unten verschoben, was
in 16 durch den Pfeil X1 angedeutet ist. Bei dieser
Axialverschiebung kommt es aufgrund der „Gewindeverbindung"
zwischen dem Gewindeeinsatz 2 und dem oberen Teil 44a des
Formhohlraumes 44 zu einer Drehung des Kontureinsatzes 38 relativ
zur Formplatte 37, was durch den Pfeil X2 in 16 angedeutet
wird. Aufgrund der Drehung des Kontureinsatzes 38 lässt
sich somit der Gewindeeinsatz 2 aus der oberen Formhälfte 34 axial
abziehen. 16 zeigt den Endzustand des
Abziehvorgangs, in dem die Formhälften 34, 36 beabstandet zueinander
sind und der Gewindeeinsatz 2 sich aus dem oberen Teil 44a des
Formhohlraumes 44 vollständig gelöst
hat.
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Die
Gewindespindel 48 wird nun von ihrem (nicht gezeigten)
Antrieb gedreht (Pfeil X3 in 17), wodurch
die Gewindespindel aus dem Gewindeeinsatz 2 ausgespindelt
(herausgeschraubt) wird. Bevor jedoch die Gewindespindel 48 den
Gewindeeinsatz 2 vollständig verlassen hat, gelangt
er in Kon takt mit einem schematisch angedeuteten ortsfesten Anschlag 62,
wodurch eine weitere Axialbewegung der Gewindespindel 48 verhindert
wird. Wenn nun die Gewindespindel 48 weitergedreht wird
(Pfeil X4 in 18), wird durch diese Relativdrehung
zwischen der Gewindespindel 48 und dem Gewindeeinsatz 2 der
Gewindeeinsatz axial verschoben. Hierbei dreht er sich, geführt
durch die wendelförmig verlaufenden Rippen des Teils 44b des
Formhohlraumes 44, aus der Formplatte 42 heraus.
Diese Drehbewegung des Gewindeeinsatzes 2 ist durch den
Pfeil X6 in 18 angedeutet.
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Aufgrund
der Konizität (Kegelwinkel α in 2)
des Gewindeeinsatzes 2 sowie des Formhohlraumes 44 löst
sich der Gewindeeinsatz 2 aus der gewindeähnlichen
Kontur des Formhohlraumes 44. Gleichzeitig mit der Axial-
und Drehbewegung des Gewindeeinsatzes 2 wird der Anschnitt 60 vom Gewindeeinsatz 2 getrennt.
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Der
Gewindeeinsatz 2 kann nun durch eine kurze Axialbewegung
der Gewindespindel 48 aus dem Teil 44a des Formhohlraums 44 gestoßen
werden, was durch den Pfeil X5 in 18 angedeutet
ist. Die Entformung des Gewindeeinsatzes 2 aus der Spritzgießform
ist nun abgeschlossen, so dass die Formhälften 34, 36 zum
Durchführen eines neuen Spritzgießvorganges wieder
geschlossen werden können.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist bei der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung im Gegensatz zum Stand der Technik eine „Backenentformung"
nicht erforderlich. Dies wird insbesondere durch die Drehbarkeit
des Kontureinsatzes 38 und den Anschlag 62 ermöglicht,
wodurch einerseits der gegossene Gewindeeinsatz 2 durch eine
Axialbewegung der unteren Formhälfte 36 aus der
oberen Formhälfte 34 abgezogen werden kann und
andererseits die Begrenzung der Axialverschiebung der Gewindespindel 48 ein
Entformen des Gewindeeinsatzes 2 aus der unteren Formhälfte
ermöglicht.
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Hierdurch
lassen sich die Zykluszeiten gegenüber dem Stand der Technik
erheblich verkürzen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Lösung besteht darin, dass in einer Spritzgießform
eine vergleichsweise große Anzahl von Formhohlräumen (Nester)
vorgesehen werden kann; möglich sind bei spielsweise bis
zu 60 und mehr Nester in einer Spritzgießform,
wodurch die Wirtschaftlichkeit der Herstellung der Gewindeeinsätze
entsprechend verbessert wird.
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Aufgrund
der freien Drehbarkeit des Kontureinsatzes 38 kann es zu
einem Versatz zwischen den Rippen 16 der Abschnitte 8a und 8b des
Gewindeeinsatzes 2 kommen, wie dies in den 4, 5 dargestellt
ist.
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Zum
Herstellen und insbesondere Entformen des in den 6 bis 8 dargestellten
Gewindeeinsatzes 2' ist eine entsprechend modifizierte
Spritzgießform vorgesehen, deren konstruktiver Aufbau und
Funktionsweise in den 19 bis 22 veranschaulicht
sind. Konstruktiver Aufbau und Funktionsweise dieser Spritzgießform
entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der 15 bis 18. Identische
Komponenten werden daher mit denselben Bezugszeichen und sich entsprechende
Komponenten mit denselben Bezugszeichen, versehen mit einem Apostroph,
bezeichnet. Sofern im Folgenden nicht ausdrücklich erwähnt,
sind konstruktiver Aufbau und Funktionsweise der Ausführungsform
der 19 bis 22 identisch
mit denen der Ausführungsform der 15 bis 18.
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So
besteht auch bei der Ausführungsform der 19 bis 22 die
Spritzgießform aus einer oberen Formhälfte 34' mit
einer Formplatte 37' und einem Kontureinsatz 38' sowie
aus einer unteren Formhälfte 36' in Form einer
Formplatte 42'. Die beiden Formhälften 34' und 36' bilden
wieder einen gemeinsamen Formhohlraum 44'.
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Im
Gegensatz zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist
der Formhohlraum 44 zwischen der oberen und unteren Formhälfte
so aufgeteilt, dass der im Kontureinsatz 38' liegende Teil 44' des Formhohlraumes 44 den
gesamten mit den wendelförmig verlaufenden Rippen 16 versehenen
Teil des Gewindeeinsatzes 2' formt, während der
in der unteren Formhälfte 36' vorgesehene Teil 44b' des
Formhohlraumes 44' lediglich den Flansch 26 formt.
Mit anderen Worten, liegt die Trennebene T zwischen den beiden Formhälften 34' und 36' in
der Ebene des Gewindeeinsatzes 2', in der der Flansch 26 in
den übrigen Teil des Gewindeeinsatzes übergeht.
Diese Aufteilung des Formhohl raumes 44 ist dadurch möglich,
dass der Gewindeeinsatz 2' neben dem konischen Abschnitt 8b den
zylindrischen Abschnitt 8a' hat, der ein axiales Entfernen
des Gewindeeinsatzes 2' aus der oberen Formhälfte 37' nicht
behindert.
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Ein
weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 15 bis 18 besteht
darin, dass, wie die 19 und 20 zeigen,
der Verteiler 58' und der Anschnitt 60' beide
im Kontureinsatz 38' der oberen Formhälfte 34' oberhalb
des Formhohlraumes 44' angeordnet sind. Dies ist deshalb
möglich, weil ein Kern 56 nicht erforderlich ist.
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Das
Entformen des spritzgegossenen Gewindeeinsatzes 2' aus
der Spritzgießform erfolgt im Wesentlichen in der gleichen
Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel der 15 bis 18.
So wird der Gewindeeinsatz 2' zunächst durch eine
Axialbewegung der unteren Formhälfte 42' aus der
oberen Formhälfte 34' entformt, was in 20 unter
Bezugnahme auf die Pfeile X1 und X2 veranschaulicht ist.
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Anschließend
wird die Gewindespindel 52 aus dem nur noch in der unteren
Formhälfte 42' gehaltenen Gewindeeinsatz 2' ausgespindelt
(Pfeil X3 in 21). Hierbei dienen die Abflachungen 28 (6)
am Flansch 26 des Gewindeeinsatzes 2' als Drehsicherung,
die ein Mitdrehen des Gewindeeinsatzes 2' bei der Ausspindelbewegung
der Gewindespindel 48 verhindert.
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Da
bei diesem Ausführungsbeispiel die untere Formhälfte 42 lediglich
den Flansch 26 und keine wendelförmig verlaufenden
Rippen 16 des Gewindeeinsatzes 2' formt, kann
die Gewindespindel 48 aus dem Gewinde 12 des Gewindeeinsatzes 2' vollständig
ausgespindelt werden, bevor sich die Gewindespindel 48 an
den Anschlag 62 anlegt (21). Der Gewindeeinsatz 2' kann
dann durch eine kurze Axialbewegung (Pfeil X4) der Gewindespindel 48 aus
der unteren Formhälfte 36' abgehoben werden (Pfeil
X5). Damit ist der Entformungsvorgang abgeschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4227273
C2 [0002, 0006]
- - EP 1229256 [0004]
- - GB 778327 [0005]