DE102009051037A1

DE102009051037A1 - Kunststoff-Metall-Verbundbauteil mit einem mit Kunststoff umspritzten oder umpressten Gewindeeinsatz

Info

Publication number: DE102009051037A1
Application number: DE102009051037A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Risch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoff-Metall-Verbundbauteil (1) mit einem mit Kunststoff (2) umspritzten oder umpressten Gewindeeinsatz (3), welcher eine in dessen axialer Richtung verlaufende Bohrung (4) mit Innengewinde (5) zur Befestigung von Montagebauteilen (6) aufweist. Erfindungsgemäß ist ein flächiges Metalleinlegeteil (7) mit einer unteren Flächenseite (8) und einer oberen Flächenseite (9) in dem Kunststoff-Metall-Verbundbauteil (1) angeordnet, wobei der Gewindeeinsatz (3) in axialer Richtung mit seiner einschraubseitigen Stirnfläche (10) im Wesentlichen senkrecht und flächenbündig auf der unteren Flächenseite (8) des Metalleinlegeteils (7) steht, und das Metalleinlegeteil (7) ein mit der Bohrung (4) des Gewindeeinsatzes fluchtende Öffnung (11) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoff-Metall-Verbundbauteil mit einem mit Kunststoff umspritzten oder umpressten Gewindeeinsatz gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, Gewindeeinsätze aus Metall in Thermoplaste oder Duroplaste zu umspritzen oder zu umpressen.
Im Fahrzeugbau dienen solche in Kunststoffbauelemente integrierte Gewindeeinsätze als Verbindungsschnittstelle für Schraubverbindungen mit anderen Bauelementen, bspw. Metallstrukturen.
Im Fahrzeugbau führt dies dazu, dass sich solche Gewindeeinsätze leicht aus dem Kunststoff herausziehen lassen, also insbesondere im Crash-Fall eine zu geringe Ausreiß- bzw. Ausziehkraft aufweisen.
Um die Ausziehkraft solcher umpresster oder umspritzter Gewindeeinsätze zu erhöhen, gibt es eine Vielzahl von Vorschlägen hinsichtlich der Ausbildung der Mantelfläche solcher Gewindeeinsätze mit Profilierungen. Beispielhaft wird auf die DE 198 56 611 A1 verwiesen, die einen Gewindeeinsatz beschreibt, der auf seiner Mantelfläche in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnete Zähne aufweist.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich mit solchen bekannten Gewindeeinsätzen für viele Anwendungen, insbesondere im Fahrzeugbau keine Schraubverbindungen mit einem befriedigenden Ausziehwiderstand herstellen lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine optimierte Einbindung von Gewindeeinsätzen in ein Kunststoff-Metall-Verbundbauteil anzugeben, mit der eine hohe Ausreiß- bzw. Ausziehkraft erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kunststoff-Metall-Verbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Mit einem solchen Kunststoff-Metall-Verbundbauteil mit einem mit Kunststoff umspritzten oder umpressten Gewindeeinsatz, welcher eine in dessen axialer Richtung verlaufende Bohrung mit Innengewinde zur Befestigung von Montagebauteilen aufweist, ist erfindungsgemäß ein flächiges Metalleinlegeteil mit einer unteren Flächenseite und einer oberen Flächenseite in dem Kunststoff-Metall-Verbundbauteil angeordnet, wobei der Gewindeeinsatz in axialer Richtung mit seiner einschraubseitigen Stirnfläche im Wesentlichen senkrecht und flächenbündig auf der unteren Flächenseite des Metalleinlegeteils steht, und das Metalleinlegeteil ein mit der Bohrung des Gewindeeinsatzes fluchtende Öffnung aufweist.
Damit bilden in Ausreißrichtung der Gewindeeinsatz stirnseitig mit dem flächigen Metalleinlegeteil eine formschlüssige Überdeckung, so dass aufgrund der Verankerung des Metalleinlegeteils in dem Kunststoff die Ausreißkräfte des Gewindeteils deutlich gesteigert werden können, wodurch bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoff-Metall-Verbundbauteils im Fahrzeugbau, bspw. in einem Crash-Fall ein Ausreißen des Gewindeteils, das über eine Schraubverbindung mit einem Montageteil verbunden ist, unterbleibt oder zumindest verzögert wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet die dem Gewindeeinsatz abgewandte obere Flächenseite des Metalleinlegeteils im Bereich der Öffnung eine Anlagefläche für das Montagebauteil. Mit einer solchen Anlagefläche liegt ein mit dem Gewindeeinsatz zu verbindendes Montageteil flächenschlüssig an, so dass dadurch die Verbindungsqualität verbessert wird. Vorzugsweise bildet die die dem Gewindeeinsatz abgewandte obere Flächenseite eine Oberfläche des Kunststoff-Metall-Verbundbauteils. Dabei können auf der unteren Flächenseite des Metalleinlegeteils aufgebogene Laschen als Verankerungselemente vorgesehen werden, die die Verankerung des Metalleinlegeteils im Kunststoff verbessern. Vorzugsweise kann dieses Metalleinlegeteil als Metallband ausgebildet werden, so dass solche Laschen leicht realisierbar sind.
Um den Ausziehwiderstand des Gewindeeinsatzes aus dem Kunststoff zusätzlich zu erhöhen, ist dieser gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auf seiner Mantelfläche mit einer Profilierungen versehen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil durch Umspritzen oder Umpressen des Metalleinlegeteils mit Kunststoff hergestellt, vorzugsweise durch gleichzeitiges Umspritzen oder Umpressen des Metelleinlegeteils und des Gewindeeinsatzes mit Kunststoff. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Kunststoff-Metall-Verbundbauteil einfach und kostengünstig herstellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine einzige Figur ausführlich beschrieben, die in einer Querschnittsdarstellung als Ausführungsbeispiel ein mit einem Montageteil verbundenes erfindungsgemäßes Kunststoff-Metall-Verbundbauteil zeigt.
Das in der Figur dargestellte Kunststoff-Metall-Verbundbauteil 1 besteht aus einem mit Kunststoff 2 umspritzten oder umgossenen zylinderförmigen Gewindeeinsatz 3 und einem als Aluminium-Metallband ausgebildeten Metalleinlegeteil 7 und stellt einen Detailausschnitt eines nicht dargestellten Kunststoffbauteils, bspw. eines Kofferraumbodens eines Kraftfahrzeugs dar.
Über diesen Gewindeeinsatz 3 wird mittels einer Schraube 15, die in eine Bohrung 4 mit Innengewinde 5 dieses Gewindeeinsatzes 3 eingeschraubt wird, ein Montageteil 6, bspw. ein metallischer Batteriehalter mit dem Kunststoff-Metall-Verbundbauteil 1 verbunden.
Der Gewindeeinsatz 3 als auch das Metalleinlegeteil 7 werden gleichzeitig mit dem Kunststoff 2 umspritzt oder umpresst und dabei derart zueinander positioniert, dass eine einschraubseitige Stirnfläche 10 des Gewindeeinsatzes 3 in dessen axialer Richtung im Wesentlichen senkrecht und flächenbündig auf einer unteren Flächenseite 8 des flächigen Metalleinlegeteils 7 steht. Die andere Seite, also die obere Flächenseite 9 des Metalleinlegeteils 7 bildet eine Oberfläche des Kunststoff-Metall-Verbundbauteils 1. Ferner weist dieses Kunststoff-Metall-Verbundbauteil 1 im Bereich einer Anlagefläche 12 eine Öffnung 11 auf, die mit der Bohrung 4 im Gewindeeinsatz 3 fluchtet, damit über diese Öffnung 11 die Schraube 15 eingeführt werden kann. An dieser Anlagefläche 12 liegt das Montagebauteil 6 an, das eine Bohrung 16 aufweist, über die die Schraube 15 hindurchgeführt wird.
Durch diese Positionierung des Gewindeeinsatzes 3 ergibt sich eine Überdeckung der Stirnseite 10 des Gewindeeinsatzes 3 mit dem Metalleinlegeteil 7, die einem Kreisring mit Breite b entspricht, wobei diese Breite b ihrerseits im Wesentlichen das Maß der Wanddicke w des Gewindeeinsatzes 3 aufweist.
Ist das Montagebauteil 6 mittels der Schraube 15 mit dem Kunststoff-Metall-Verbundbauteil 1 verbunden, bewirkt die erläuterte kreisringförmige Überdeckung zwischen dem Gewindeeinsatz 3 und dem Metalleinlegeteil 3 eine Erhöhung der Ausreißkraft bzw. des Ausziehwiderstands in Richtung der Ausreißrichtung, die durch den Pfeil F dargestellt ist, da die Ausreißkraft in Ausreißrichtung F auf das Metalleinlegeteil 7 übertragen und von diesem aufgenommen wird. Damit wird bei hoher Belastung auf das Montageteil 6, bspw. im Crash-Fall ein Ausreißen des Gewindeeinsatzes 3 verhindert, aber zumindest verzögert.
Um das Metalleinlegeteil 7 fest im Kunststoff 2 zu verankern, sind Verankerungselemente 13 auf der unteren Flächenseite 8 des Metalleinlegeteils 7 vorgesehen, die als aus dem Metallband ausgebogene Laschen ausgebildet sind.
Eine weitere Erhöhung des Ausziehwiderstandes wird dadurch erreicht, dass die Mantelfläche des Gewindeeinsatzes 3 mit Profilierungen 14 versehen ist, die bspw. als nutartige Ringe auf der Mantelfläche axial umlaufen.
Anstelle des zylinderförmigen Gewindeeinsatzes 3 mit kreisförmigen Querschnitt können auch Gewindeeinsätze verwendet werden, die andere Formen von Querschnitten aufweisen. So wäre auch ein rechteckförmiger Querschnitt möglich, wobei dann die rechteckförmige, einschraubseitige Stirnseite eines solchen Gewindeeinsatzes flächenschlüssig auf der unteren Flächenseite 8 des Metalleinlegeteils 7 aufliegen würde.
Das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil 1 wird als Teil des Kunststoffbauteils mittels eines Spritzgießverfahrens als Standardverfahren hergestellt.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoff-Metall-Verbundbauteil
2: Kunststoff
3: Gewindeeinsatz
4: Bohrung von Gewindeeinsatz 3
5: Innengewinde
6: Montagebauteil
7: Metalleinlegeteil
8: untere Flächenseite des Metalleinlegeteils 7
9: obere Flächenseite des Metalleinlegeteils 7
10: Stirnfläche des Gewindeeinsatzes 3
11: Öffnung im Metalleinlegeteil 7
12: Anlagefläche
13: Verankerungselemente
14: Profilierungen auf der Mantelfläche des Gewindeeinsatzes 3
15: Schraube
16: Bohrung im Montageteils 6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19856611 A1 [0005]

Claims

Kunststoff-Metall-Verbundbauteil (1) mit einem mit Kunststoff (2) umspritzten oder umpressten Gewindeeinsatz (3), welcher eine in dessen axialer Richtung verlaufende Bohrung (4) mit Innengewinde (5) zur Befestigung von Montagebauteilen (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein flächiges Metalleinlegeteil (7) mit einer unteren Flächenseite (8) und einer oberen Flächenseite (9) in dem Kunststoff-Metall-Verbundbauteil (1) angeordnet ist, wobei der Gewindeeinsatz (3) in axialer Richtung mit seiner einschraubseitigen Stirnfläche (10) im Wesentlichen senkrecht und flächenbündig auf der unteren Flächenseite (8) des Metalleinlegeteils (7) steht, und – das Metalleinlegeteil (7) ein mit der Bohrung (4) des Gewindeeinsatzes fluchtende Öffnung (11) aufweist.
Kunststoff Metall-Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gewindeeinsatz (3) abgewandte obere Flächenseite (9) des Metalleinlegeteils (7) im Bereich der Öffnung (11) eine Anlagefläche (12) für das Montagebauteil (6) bildet.
Kunststoff-Metall-Verbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gewindeeinsatz (3) abgewandte obere Flächenseite (9) eine Oberfläche des Kunststoff-Metall-Verbundbauteils (1) bildet.
Kunststoff-Metall-Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalleinlegeteil (7) als Metallband ausgebildet ist.
Kunststoff-Metall Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalleinlegeteil (7) auf der unteren Flächenseite (8) Verankerungselemente (13) aufweist.
Kunststoff Metall-Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (3) eine Mantelfläche mit Profilierungen (14) aufweist.
Kunststoff Metall-Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil (1) durch Umspritzen oder Umpressen des Metalleinlegeteils (7) mit Kunststoff (2) hergestellt wird.
Kunststoff-Metall-Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil (1) durch gleichzeitiges Umspritzen oder Umpressen des Metelleinlegeteils (7) und des Gewindeeinsatzes (3) mit Kunststoff (2) hergestellt wird.