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Die Erfindung betrifft eine Schraubgewindeaufnahme, umfassend eine zumindest einseitig offene, einen Hohlraum bildende Kunststoffhülse.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Schraubgewindeaufnahme.
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Unter einer Schraubgewindeaufnahme entsprechend der Erfindung wird ein Funktionselement verstanden, welches der Verbindung zwischen zwei Bauteilen durch Befestigungs-Verbindungselemente, insbesondere in Form von Schrauben dient. Durch die Schraubenaufnahme soll dabei eine Erhöhung der Festigkeit im Verbindungsbereich realisiert werden. Derartige Schraubenaufnahmen sind im Verbindungsbereich, insbesondere im Fügebereich zwischen beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen platziert.
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In vielen Einsatzbereichen werden anstelle von Bauteilen aus Metall verstärkt Bauteile aus Kunststoff eingesetzt. Dabei gelangen oft glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Polyamide (PA), Polyphthalamide (PPA), Polypropylene (PP), Polyethylenterephthalate (PET) oder Polyphenylensulfid (PPS) zur Anwendung. Problematisch gestaltet sich allerdings die Festigkeit von Verbindungen derartiger Bauteile, insbesondere bei Verschraubungen. So sind die hochverstärkten Werkstoffe mit Glasfaserverstärkungen > 30% und teilweise > 55% zwar hochsteif und weisen eine erhöhte Festigkeit auf, sind jedoch andererseits spröde und weisen Schwachstellen in der Bindenaht, in welcher die Verstärkungsfasern quer orientiert sind, auf. Unverstärkte Kunststoffe weisen dagegen einen geringen E-Modul, eine geringe Festigkeit und ein vergleichsweise schlechtes Kriechverhalten auf, sodass hier mittels einer Verschraubung nur noch geringere Kräfte übertragbar sind. Derartige Schraubenaufnahmen aus Kunststoff können sehr einfach im Spritzgussverfahren ausgebildet werden. Dabei wird in bekannter Weise in einer kostengünstigen Variante einfach ein zylindrisches Loch im Bauteil ausgebildet, in welches eine Schneidschraube eingeschraubt werden kann. Werden Metallschrauben verwendet, schneidet diese sich gut in den vergleichsweise weichen Kunststoff. Um jedoch höhere Kräfte übertragen zu können, ist es bekannt, im Kunststoffbauteil ein Gewindeloch auszubilden. Diese durch Spritzguss ausgeführten Kunststoffgewinde haben eine höhere Tragkraft im Vergleich zu Gewinden in Kunststoffbauteilen, welche lediglich durch eine Schneidschraube entstehen, da die tragende Fläche des Gewindes hier erheblich größer ist. Allerdings ist zur Erzeugung spritzgegossener Gewinde die Verwendung eines beweglich rotierenden Werkzeugkernes zur Entformung erforderlich.
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Aus der Druckschrift
DE 32 099 20 A1 ist die Problematik der Ausbildung eines Kunststoffkörpers mit einem deutlich höheren E-Modul und höherer Festigkeit zur Übertragung möglichst hoher Kräfte in einem Kunststoffkörper bekannt. Bekannt ist ferner, dass auch Metallhülsen mit einem Metallgewinde an der Verbindungsstelle integriert sein können, um die Gewindekräfte an eine größere Fläche am Kunststoffteil zu übertragen. Metallhülsen mit integriertem Gewinde sind allerdings hinsichtlich ihrer Herstellung sehr aufwändig, da diese als dreidimensionale Bauteile mittels mechanischer Bearbeitung hergestellt werden müssen, da metallische Innengewinde nicht schnell und kostengünstig durch Rollen oder Walzen ausgeformt werden können, wie bei Schrauben. Die Metallhülse mit Gewinde kann nach dem Spritzgussprozess in das Kunststoffteil eingepresst werden oder diese wird vor dem Spritzgießen in die Spritzgussform eingelegt und umspritzt, wobei die Verbindung durch Formschluss erzeugt wird. In diesem Fall spricht man vom „insert molding”. Die Metallhülse ist hierbei steif und wird im Spritzgussprozess oder bei einem späteren Montageprozess nicht verformt. Mit dieser Technik kann im Vergleich zum Einpressen allerdings ein Formschluss in axialer und radialer Richtung erzeugt werden und somit eine formschlüssige Kraftübertragung in axialer und radialer Richtung. Mit einer derartigen Metallhülse, oft auch „insert” genannt, ist allerdings keine Gasdichtheit derartiger Schraubenaufnahmen herstellbar. Das nachträgliche Einpressen ist hinsichtlich der Ausbildung der Metallhülse auf Formen beschränkt, die frei von Hinterschnitten sind. Entsprechend der genannten Druckschrift wird eine kostengünstige Verbindung dadurch geschaffen, dass der Einsatz nicht aus Metall, sondern aus hochverstärktem Kunststoff mit Gewinde ausgebildet wird und an der Verbindungsstelle eines Bauteiles aus niedrig verstärktem und unverstärktem Kunststoff mit geringerer Festigkeit angeordnet ist. Das Kunststoffgewinde selbst aus hochverstärktem Kunststoff kann allerdings nur deutlich geringere Kräfte übertragen als Verbindungen mit einem Metallhülseneinsatz. Dies ist durch die hohe Kriechneigung bedingt. Diese Kriechneigung erhöht sich dabei dramatisch bei höheren Einsatztemperaturen oberhalb von 60 Grad Celsius, insbesondere > 80 bis 120 Grad Celsius in Abhängigkeit vom Werkstoff. Damit führen erhöhte Temperaturen und oft auftretende thermische Schwankungen schnell zum Lockern einer Schraubenverbindung mit Kunststoffgewinde.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 030 894 A1 zeigt ferner die erwähnte Technik mit Metallhülsen/Verstärkungselement mit einem Metallgewinde. Das Gewinde wird hier allerdings entweder durch spanende Bearbeitung oder mechanische Umformung vor dem Einlegen und Umspritzen in die Metallhülse/Verstärkungselement eingebracht. Hierfür sind zusätzliche spanende Werkzeuge oder ein zusätzliches Formwerkzeug neben dem Spritzgießwerkzeug notwendig.
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Auch bei der Herstellung eines Gewindeeinsatzes gemäß
DE 102 53 448 A1 ist ein zusätzliches Formwerkzeug neben dem Spritzgießwerkzeug notwendig. Beschrieben wird ein Gewindeeinsatz aus einem hülsenförmig tiefgezogenen Blech mit einem mit Innengewinde versehenen Schaftabschnitt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hochfeste, stabile, themperaturfeste Schraubverbindung an einem spritzgegossenen Kunststoffteil auszubilden, ohne einen teuren dreidimensional vorgefertigten Metallinsert mit Gewinde verwenden zu müssen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Hauptanspruches und der nebengeordneten Patentansprüche charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäß ausgebildete Schraubgewindeaufnahme, umfassend eine zumindest einseitig offene, einen Hohlraum bildende Kunststoffaufnahme, insbesondere Kunststoffhülse, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffaufnahme, insbesondere Kunststoffhülse als Spritzgussteil ausgebildet ist und über zumindest einen Teilbereich am Innen- und/oder Außenumfang mit zumindest einer Metallfolie und/oder einem metallischen Verstärkungselement stoffschlüssig unter Ausbildung einer Grenzschicht im Fügebereich verbunden ist.
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Unter einer Metallfolie werden dünne, flächige Walzwerkfertigprodukte oder dünne, rohrförmige, geschweißte Folien mit Naht oder gezogene und nachgezogene nahtlose Rohre mit dünner Wandung aus einem metallischen Material oder Legierung verstanden, welche durch eine Dicke kleiner/gleich 1000 μm, bevorzugt kleiner/gleich 500 μm charakterisiert sind. Diese sind hinsichtlich ihrer Form flexibel und last sich mittels Spritzdruck oder durch Umformbewegungen von Werkzeugteilen im Spritzgießwerkzeug verformen. Die Metallfolie liegt im Fertigungsendzustand der Schraubgewindeaufnahme im verformten Zustand vor, der durch den Stoffschluss fixiert wird. Vor dem Hinterspritzen oder Umspritzen weist die Folie keine Formschlusselemente, wie z. B. Gewinde oder Gewindesegmente, und somit eine „glatte Oberfläche” auf. Der Fertigungsendzustand liegt vorzugsweise nach dem Spritzgussprozess, bei welchem vorzugsweise ein Gewinde in die Metallfolie geformt wurde, vor. Der Fertigungsendzustand kann aber auch erst nach Einschrauben eines formenden Gewindes, wie z. B. Einschrauben einer Schneidschraube zum Formen des Gewindes, vorliegen. In diesem Fall ist weist die Metallfolie vor und nach dem Hinterspritzen eine Oberfläche, frei von Funktionselementen, wie Gewinden auf. Bei dieser Variante ist kein Ausschraubwerkzeug notwendig, was eine kostengünstige Gestaltung des Spritzgusswerkzeugs ermöglicht. Im Vergleich zu einer einfachen Verschraubung einer Schneidschraube in einem Blech, sind bei der zylindrischen hinterspritzen Metallfolie, welche achsenparallel zur Schneidschraube angeordnet ist, eine Vielzahl von Gewindegängen der Schneidschraube im Eingriff, was eine sehr gute Krafteinleitung ermöglicht.
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Unter einem Verstärkungselement werden Elemente und Komponenten aus metallischen Materialien verstanden, die durch eine Wandstärke im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, bevorzugt von 500 μm bis 1000 μm, charakterisiert sind und durch eine feste Form bereits vor dem Hinterspritzen charakterisiert sind. Dieses weist trotz der festen Form vorzugsweise ausreichend Flexibilität auf, um durch ein Befestigungselement, insbesondere eine Schraube, d. h., z. B. durch gewindeschneidende oder gewindefurchende Schrauben, verformt, geformt oder geschnitten, werden zu können. Das Einformen oder Einschneiden kann in oder durch die metallische Verstärkung hindurch geschehen. Aufgrund des Haftvermittlers verbleibt die metallische Verstärkung auch bei hindruchschreiden fixiert.
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Die einzelne Metallfolie und/oder das Verstärkungselement weisen eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, bevorzugt 25 μm bis 250 μm, besonders bevorzugt 50 μm bis 150 μm auf.
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Die erfindungsgemäße Schraubgewindeaufnahme, bzw. Schraubenaufnahmeeinrichtung, ist als Verbundbauteil ausgebildet und erlaubt durch die gezielte Anordnung einer einzelnen Metallfolie und/oder eines Verstärkungselementes die Ausbildung von Bereichen erhöhter Tragfähigkeit, die gegenüber reinen Kunststoffverbindungslösungen geeignet sind, erheblich höhere Kräfte zu übertragen. Aufgrund des Stoffschlusses sind die unterschiedlichen Bestandteile – Kunststoffhülse und Metallfolie oder Verstärkungselement – hinsichtlich ihrer Lage zueinander fest definiert, so dass in Einbaulage die Bereiche erhöhter Tragfähigkeit ebenfalls fest vorgegeben sind. Da die Metallfolie in diesen Bereichen auch durch eine geringere Kriechneigung als Kunststofflösungen charakterisiert ist, ist die Festigkeit einer derartigen Verbindung sehr stabil und dies auch bei erhöhten Anwendungstemperaturen.
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Hinsichtlich der Funktion der zumindest einen Metallfolie oder des metallischen Verstärkungselementes kann die Schraubgewindeaufnahme zumindest teilweise als reine Durchführung frei von einem Kraft- oder Formschluss zwischen Befestigungselement und Kunststoffhülse fungieren, und/oder aber als tatsächlich im Kraftfluss liegendes und Kräfte übertragendes Element. Beide Funktionen können in einer einzelnen Schraubgewindeaufnahme integriert sein, wobei die Integration dann durch die Ausbildung unterschiedlicher Bereiche charakterisiert ist. Diese Funktionen äußern sich in zwei Grundausführungen. Die erste Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Metallfolie und/oder das Verstärkungselement zumindest teilweise eine glatte Oberfläche aufweisen. Diese Ausführung kann in der Funktion als reine Durchführung, aber auch mit Kraftübertragung zum Einsatz gelangen, wobei im letztgenannten Fall ein Einschneiden des Befestigungselementes in die Metallfolie und/oder das Verstärkungselement erfolgt und somit ein Kraftschluss bei vergrößerter Übertragungsfläche hergestellt wird.
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Die zweite Grundausführung ist dadurch charakterisiert, dass die einzelne Metallfolie und/oder das Verstärkungselement zumindest teilweise an der von der Kunststoffhülse wegweisenden Oberfläche mit Funktionselementen, insbesondere Gewinden, Nuten, Formschlusselementen und/oder einer unebenen Oberflächenstruktur ausgeführt ist. Diese Funktionselemente und die Oberflächenstruktur dienen der Gewährleistung weiterer Funktionen, die im Wesentlichen in der Verbesserung der Tragfähigkeit und der Festigkeit der Verbindung insgesamt resultieren. Der zusätzliche Formschluss zwischen Metallfolie und/oder Verstärkungselement und der Kunststoffhülse bietet den Vorteil einer gezielten Krafteinleitung und Umlenkung außerhalb des durch Stoffschluss bedingten Fügebereiches. Oberflächenstrukturen, wie Noppen, Erhebungen ermöglichen eine erhebliche Vergrößerung der wirksamen Verbindungsflächen.
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Ausgehend von den beiden Grundausführungen bestehen bezüglich der Anordnung der einzelnen Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes an beziehungsweise in der Kunststoffhülse verschiedene Möglichkeiten, welche als Varianten der einzelnen Ausführungen fungieren und durch die direkte oder indirekte Einwirkung des Befestigungselementes auf diese charakterisiert sind.
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In einer ersten besonders vorteilhaften Variante erfolgt die Anordnung der zumindest einen einzelnen Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes nur am Innenumfang der Kunststoffhülse. In diesem Fall wird das direkte Zusammenwirken von Befestigungselement und der einzelnen Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes gewährleistet, wobei die Kraftübertragung direkt in höherfesten Bereichen der Schraubgewindeaufnahme erfolgt. Vorteil dieser Variante ist, daß die Krafteinleitung vom Befestigungselement, beispielsweise einer Metallschraube in der Kontaktfläche mit der steifen Metallfolie und/oder dem Verstärkungselement zu geringeren Verformungen führt, als bei einer reinen Kunststofflösung. Es kann die Kraft von dem Metall über eine vergrößerte Kontaktfläche in den spritzgegossenen Kunststoffkörper übertragen werden. Örtliche Spannungsspitzen im Kunststoff können somit deutlich reduziert werden und führen zu einem späteren Kurzzeit- und Langzeitversagen.
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In einer alternativen Variante erfolgt die Anordnung der zumindest einen einzelnen Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes nur am Außenumfang der Kunststoffhülse. Eine derartige Variante bietet den Vorteil einer höherfesten Verbindung zwischen Schraubenaufnahme und Anschlussbauteil. Die metallische Verstärkung im Außenumfang hat den Vorteil, dass über den erhöhten E-Modul im Außenbereich formschlüssige Verbindungen, welche durch Deformation gelöst werden, schwer zu lösen sind. Des Weiteren kann durch ein Befestigungselement, z. B. eine innenliegende Schraube, eine Deformation hervorgerufen werden, welche eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung im Außenbereich zu einem weiteren Element, beispielsweise einem Bohrloch, sicherstellt. Aufgrund des höheren E-Moduls entsteht bei gleicher Deformation eine höhere Kraft im Vergleich zur reinen Kunststofflösung.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante erfolgt die Anordnung der zumindest einen einzelnen Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes am Innen- und Außenumfang, wobei die Vorteile beider Ausführungen in einem Bauteil in Funktionskonzentration vereinigt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung kann der Stoffschluss zwischen der Kunststoffhülse und der zumindest einen Metallfolie und/oder dem metallischen Verstärkungselement derart ausgebildet werden, dass dieser und damit auch die gesamte Schraubgewindeaufnahme druck- und flüssigkeitsdicht ist. Diese Ausführung erweitert das Einsatzspektrum derartiger Schraubgewindeaufnahmeen erheblich. Insbesondere können diese auch im Bereich der Heizungs-Sanitär- und Fluidtechnik, sowie der Pneumatik zum Einsatz gelangen.
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Die zumindest eine Metallfolie und/oder das Verstärkungselement besteht dabei vorzugsweise aus einem der nachfolgend genannten Materialien:
Aluminium oder Aluminiumlegierungen
Stahl oder Edelstahl oder Stahllegierungen
Kupfer oder anderem elektrisch leitfähigem Metall.
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Die Ausbildung aus Aluminium bietet den Vorteil einer kostengünstigen Lösung. Des Weiteren sind Aluminiumfolien gut durch den Spritzdruck von 300–2000 bar zu verformen. Edelstahlfolien benötigen für eine Umformung einen ca. 50% höheren Druck. Drücke im Spritzgießwerkzeug, Spritzdruck oder Umschaltdruck oder Nachdruck von 1500 bis 3000 bar, bzw. 2000 bis 3000 bar sind daher besonders bevorzugt. Während bei der Ausbildung aus Edelstahl weitere vorteilhafte, diesem Material innewohnende Eigenschaften ausgenutzt und in die Baueinheit integriert werden können. Kupfer hat den Vorteil, dass als elektrischer Leiter Strom übertragen werden kann und im Falle eines Strom leitenden Haftlacks und eines Strom leitenden hinterspritzten Kunststoffs ein elektrisch leitendes Bauteil entsteht. Es sind auch andere Metalle und Metalllegierungen als Metallfolienmaterial denkbar.
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Funktionselemente, wie Gewinde, Gewindesegmente oder Oberflächenstrukturen können erfindungsgemäß durch den Spritzdruck im Formwerkzeug geformt werden. Die Gewindegeometrien können sehr unterschiedlich sein. Es können verschiedene metrische Gewinde oder Trapezgewinde als feine oder grobe Gewinde mit unterschiedlichen Pflankenwinkeln und/oder Steigungen entstehen. Standard metrische Gewinde sind besonders bevorzugt, z. B. M5, M6, M8, M10, ... Trapezgewinde sind als Bewegungsgewinde besonders bevorzugt. Die Durchmesser können von sehr klein, d. h. 2 mm bis sehr groß, d. h. 500 mm, bevorzugt 3 mm bis 50 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 25 mm sein.
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Der Stoffschluss ist derart ausgebildet, dass die Grenzschicht eine Dicke im Bereich von 5 μm bis 100 μm, vorzugsweise 10–50 μm, besonders bevorzugt 10–25 μm aufweist. Diese Grenzschichtdicken gewährleisten neben einer hohen Festigkeit auch die Dichtheit der Verbindung. Die Grenzschicht wird zusätzlich zur Metallfoliendicke aufgebracht. Vorteilhaft ist die einfache und kostengünstige Aufbringung der Grenzschicht im Ursprungszustand einer flächigen Folie oder eines dünnes Rohres und/oder rohrförmigen Verstärkungselement an der vorgesehenen Fügefläche in einem kontinuierlichen Verfahren, z. B. durch Lackieren, Rakeln, flächigem Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichtungsverfahren, Aufschrumpfen, Sprühen oder Laminieren oder diskontinuierlichen Verfahren, z. B. Lackieren, Streichen, Aufschrumpfen, Tauchbeschichtungsverfahren oder Sprühen.
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In einer vorteilhaften Ausführung wird dabei die Grenzschicht aus zumindest einem, thermoplastischen oder einem thermoplastisch teilvernetzenden oder einem vernetzenden Haftsystem gebildet. Vorteil des Haftverbundes ist, dass Spannungsspitzen, welche an den Kontaktpunkten oder Kontaktflächen zwischen den zu verbindenden Elementen auftreten, abgebaut werden können und die Verbindungskräfte in die Fläche übertragen werden. Eine Kerbwirkung wird reduziert. Der Haftvermittler dient weiter zum Spannungsabbau im Verbund. Spannungen in der Grenzschicht des Verbundes entstehen aufgrund von Schwindung und Verzug bei und nach dem Spritzgießprozess, sowie durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoff und Metall.
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Die Kunststoffhülse besteht in vorteilhafter Weise aus zumindest einem der nachfolgend genannten Materialien: einem Polymer oder einer Kombination von Polymeren, insbesondere
| Kunststoff: | Vorteile: |
| • Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS) | kostengünstig, zäh, transparent |
| • Polyamide (PA)
Polyphthalamid (PPA) | chemikalienbeständig, hohe Wärmeformbeständigkeit, zäh, gutes Reib- und Verschließverhalten |
| • Polycarbonat (PC) | transparent und zäh |
| • Polyethylen (PE)
Polypropylen (PP) | chemikalienbeständig; kostengünstig, geringe Wasseraufnahme |
| • Polyacetal (POM) | unverstärkt vergleichsweise hoher E-Modul, gutes Reib- und Verschleißverhalten, kostengünstig |
| • Polyethylenterephthalat (PET)
Polybutylenterephthalat (PBT) | hohe Wärmeformbeständigkeit, kostengünstig |
| • Polyphenylensilfon (PPS) | hohe Chemikalienbeständigkeit, hohe Festigkeit, sehr gute Temperaturbeständigkeit, geringe Kriechneigung |
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Um die Wärmeausdehnung der Kunststoffe zu reduzieren und dem Ausdehnungsverhalten der Metallfolie anzupassen wird ein Zusatz von Füll- und/oder Verstärkungsstoffen bevorzugt. Sie kann Mineralien, Glaskugeln, Glasfasern, Kohlefasern, Stahlfasern, magnetische Metallfasern oder Flachglasfasern sein. Es kann eine Kombination der genannten Füll- und Verstärkungsstoffe zum Einsatz kommen. Der Füllstoffgehalt beträgt im Polymer 10 bis 70%, bevorzugt 15 bis 40%, besonders bevorzugt 15 bis 25%, um möglichst gute Festigkeit, bei guter Zähigkeit und einem ausreichend angepassten Wärmeausdehungskoeffizienten an die Metallfolie oder das metallische Verstärkungselement zu bewerkstelligen.
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Bei allen erwähnten Beiteilen aus Kunststoff, d. h. Kunststoffhülse, das Bauteil selber mit Kunststoffhülse oder der formende Kern ist es vorteilhaft einen Werkstoff mit möglichst geringer Kriechneigung, auch bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise 80 bis 150°C oder sogar mehr, zu verwenden. Ein Kunststoff, insbesondere thermoplastischer Kunststoff mit geringer Kriechneigung ist allerdings mit höheren Kosten verbunden. Deshalb werden genannte thermoplastische Kunststoff gewählt und diese vernetzt. Die Vernetzung kann unterschiedlich realisiert werden, z. B. chemische Vernetzung, physikalische Vernetzung oder Strahlenvernetzung. Insbesondere wird eine Strahlenvernetzung von PA6 oder PA66 mit Vernetzungshilfsmittel TAIC vorgeschlagen. Das Vernetzungshilfsmittel kann dem Kunststoff vor oder bei der Verarbeitung zugefügt, eincompoundiert oder als Masterbatch zudosiert oder direkt zugefügt, werden. Die Strahlenvernetzung erfolgt dann am geformten Kunststoffteil.
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In einer vorteilhaften Ausführung weist der zur Aufnahme eines Befestigungselementes vorgesehene Hohlraum Bereiche unterschiedlichen Querschnittsprofiles und/oder Dimensionierung auf. Dadurch können den einzelnen Bereichen der Schraubgewindeaufnahme unterschiedliche Funktionen zugeordnet und diese hinsichtlich ihrer Wirkung verstärkt werden. Ferner können die Funktionen Durchführung und Kraftübertragung somit in einem Bauteil vereinigt werden. Weitere Bereiche übernehmen zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise die Zentrierung am Anschlussbauteil.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schraubgewindeaufnahme mit einer zumindest einseitig offenen, einen Hohlraum bildenden Kunststoffaufnahme, insbesondere Kunststoffhülse und über zumindest einen Teilbereich am Innen- und/oder Außenumfang angeordneten und stoffschlüssig mit dieser verbundenen Metallfolie oder einem metallischen Verstärkungselement ist durch nachfolgende Merkmale gekennzeichnet:
- – Bereitstellung zumindest einer Metallfolie und/oder zumindest eines Verstärkungselementes;
- – Bereitstellung eines Formgebungswerkzeuges zur Ausbildung der Kunststoffhülse;
- – Hinterspritzen der zumindest einen Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes unter Druck im Formgebungswerkzeug.
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Den beschriebenen Verfahrensschritten ist bevorzugter Weise eine Beschichtung der Metallfolie und/oder des Verstärkungselementes mit einem Haftvermittler in einem diskontinuierlichen oder besonders bevorzugt in einem kontinuierlichen Beschichtungsverfahren vorgelagert. Bei dem Formgebungswerkzeug für die Kunststoffhülse handelt es sich um ein Gusswerkzeug, insbesondere Spritzgusswerkzeug. Dabei kann grundsätzlich zwischen der Formgebung der Metallfolie im Spritzgusswerkzeug und einer Vorformgebung unterschieden werden.
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Erfindungsgemäß wird eine zunächst ebene Metallfolie mit deutlich höherem E-Modul und geringerer Kriechneigung als hochverstärkte thermoplastische Kunststoffe in einem Formwerkzeug für die Kunststoffhülse, insbesondere Spritzgusswerkzeug eingelegt und umspritzt beziehungsweise unter Ausbildung der Kunststoffhülse hinterspritzt. Bei diesem Spritzgussprozess wird die Metallfolie und/oder das Verstärkungselement derart positioniert und/oder durch den Spritzdruck der Kunststoffmasse derart verformt, dass sich eine Aufnahme für eine Schraube ausbildet, mit der höhere Kräfte übertragen werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind jeweils die Seiten der Metallfolie, die mit der Kunststoffhülse verbunden sind, mit einem Haftvermittler beschichtet, der an der zum Fügen vorgesehenen Fügefläche angebracht, aufgebracht wird und unter den Bedingungen des Spritzgussverfahrens einen Stoffschluss zwischen dem sich ausbildenden Kunststoffteil und der Metallfolie erzeugt. Durch die geeignete Wahl des Haftvermittlers, insbesondere Art und Menge und die Größe der überstrichenen Fläche kann die Festigkeit des erzeugbaren Stoffschlusses zwischen Metallfolie und Kunststoffhülse beeinflusst und eingestellt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Formgebung der zumindest einen Metallfolie zumindest teilweise durch den Druck während des Spritzgussverfahrens, insbesondere Spritzdruck, vorzugsweise vollständig. Dies bietet die Möglichkeit einer einfachen und schnellen Fertigung in nur einem Arbeitsschritt und vermeidet aufwendige Zusatzverfahren. Die Verfahrensparameter im Spritzguss sind für die jeweiligen thermoplastischen Kunststoffe unterschiedlich, entsprechend den üblichen Parametern, gemäß Herstellerangaben zu wählen. Für Polyamid PA66 mit Glasfaserverstärkung ist beispielsweise eine Werkzeugtemperatur von 80 bis 120°C und eine Schmelzetemperatur von 280 bis 330°C zu wählen. Der Spritzdruck liegt im Verfahren in einem Bereich von 100 bis 2500 bar, bevorzugt 500 bis 2000 bar, besonders bevorzugt 900 bis 1500 bar. Der Druck im Verfahren, Spritzdruck, Umschaltdruck oder Nachdruck, kann zur besonderen Ausformung der Metallfolie aber auch sehr hoch in einem Bereich von 800 bis 3500 bar, bevorzugt 1500 bis 3000 bar, besonders bevorzugt 2100 bis 3000 bar, gewählt werden. Der Nachdruck ist mit 60 bis 70% des genannten Spitzdrucks zu wählen. Zur Ausformung einer Metallfolie ist der Nachdruck bevorzugt gleich groß, wie der Spritzdruck. Besonders bevorzugt ist der Nachdruck 100 bis 150% des Spritzdrucks.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird ein Teil der Umformung der Metallfolie durch Relativbewegungen des oder von Teilen des Formwerkzeuges erzeugt. In diesem Fall kann beispielsweise das Schließen des Formgebungswerkzeugs bereits eine Verformung an der Metallfolie bewirken. Ferner können Verformungen während des Gießverfahrens auch durch Relativbewegung des Formgebungswerkzeuges entstehen. Dies können bewegliche Werkzeuge oder auch Werkzeugkomponenten während der Schließbewegung des Werkzeuges sein. Durch bewegliche Werkzeugkomponenten können auch Bewegungen während des Füllvorgangs mit der Kunststoffschmelze erzeugt werden. Im einfachsten Fall kann die Folie im Spritzgussprozess nur fixiert werden und verbleibt weitestgehend im ebenen Zustand. Die Folien können 10 μm bis 1000 μm Dicke aufweisen. Die Verwendung ebener Folien ist besonders einfach beim Transport und in der Handhabung. Diese kann einfach aufgerollt, abgerollt, beschichtet und in der Breite und Länge zugeschnitten werden. Sind ferner Durchbrüche, Löcher oder andere Ausnehmungen notwendig, können diese einfach im ebenen Zustand gestanzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung wird die zumindest eine Metallfolie derart positioniert, dass mindestens eine entstehende Bindenaht an der Kunststoffhülse überdeckt wird, wodurch die Festigkeit der Kunststoffhülse erhöht wird.
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Die Bereitstellung der zumindest einen Metallfolie im Grundzustand erfolgt unter Ausbildung der abgewickelten Grundform. Da es sich bei Folien bevorzugt um ebene Gebilde handelt, kann die entsprechende Folienform auf einfache Art und Weise schnell erzeugt werden.
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In einer Weiterentwicklung besteht auch die Möglichkeit, die zumindest eine Metallfolie vor der Positionierung im Formwerkzeug bereits vorzuformen, beispielsweise zu Rollen. In diesem Fall kann die Einbringung ins Formwerkzeug für die Kunststoffhülse vereinfacht werden und es besteht die Möglichkeit zusätzliche Funktionselemente auszuformen, die außerhalb des umspritzten Bereiches liegen.
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Zur möglichst genauen Lagefixierung kann die zumindest eine Metallfolie und/oder das Verstärkungselement im Formwerkzeug positioniert und mittels Halteeinrichtungen fixiert werden.
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In einer Weiterentwicklung kann vorgesehen werden, dass der Formgebungsprozess für die Kunststoffhülse derart ausgeführt wird, dass mehrere einzelne Metallfolien eingesetzt werden und diese vor oder während des Formgebungsprozesses derart umgeformt werden, dass mindestens zwei Metallfolien miteinander verbunden werden. Diese Verbindung dient ebenfalls der Erhöhung der Festigkeit.
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Zur Entlastung des Stoffschlusses kann in einer vorteilhaften Ausführung die zumindest eine Metallfolie Ausnehmungen aufweisen, die während des Vergießens formschlüssige Verbindungen mit der entstehenden Kunststoffhülse ausbilden. Dieser Formschluss kann gezielt ausgebildet und ausgerichtet werden und erlaubt die gezielte Krafteinleitung und gegebenenfalls Umlenkung.
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In einer Weiterentwicklung wird ein Formgebungswerkzeug verwendet, wobei mehrere Schraubgewindeaufnahmen gleichzeitig hergestellt werden können und die einzelnen, einer Schraubgewindeaufnahme zugeordneten Metallfolien miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen größere Flächenbereiche frei von Ausnehmungen beschreiben, die als Halteflächen für eine Manipatur, insbesondere Vakuumsaugeinrichtung dienen.
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Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
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1a zeigt beispielhaft eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Schraubgewindeaufnahme;
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1b zeigt beispielhaft eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Schraubgewindeaufnahme;
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2a bis 2c zeigen beispielhaft Varianten einer erfindungsgemäßen Schraubgewindeaufnahme, die für die erste und zweite Ausführung geeignet sind;
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3a bis 3c zeigen beispielhaft weitere Modifikationen einer erfindungsgemäßen Schraubgewindeaufnahme, die für die erste und zweite Ausführung geeignet sind;
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4a und 4b verdeutlichen anhand von Signalflußbildern den Ablauf erfindungsgemäßer Verfahren;
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5a bis 5f zeigen anhand einer Schraubenaufnahmeausführung gemäß einer Variante aus 3a den Ablauf eines Verfahrens gemäß 4a;
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6a bis 6d zeigen anhand einer Schraubenaufnahmeausführung gemäß einer Variante aus 2a den Ablauf eines Verfahrens gemäß 4b;
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7a bis 7c zeigen ein einem Axialschnitt eine Ausführung einer Schraubenaufnahme in Form eines Dübels;
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7d, 7e, 7f und 8c zeigen in einem Axialschnitt einer Schraubenaufnahme in Form eines Dübels mit Ausführungen für den Eingriff einer Schraube;
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8a, 8b und 8c zeigen in einem Axialschnitt Ausführungen einer Schraubenaufnahme in Form eines am Innen- und Außenumfang verstärkten Dübels;
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9 zeigt in einem Axialschnitt die Positionierung der Metallfolien im Formgebungswerkzeug bei Herstellung eines Dübels gemäß 8a;
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10a und 10b zeigen mögliche Ausbildungen der Metallfolien;
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11a und 11b zeigen weitere mögliche Ausbildungen der Metallfolien;
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12a zeigt den Verfahrensschritt VB, die Bereitstellung eines Formwerkzeuges, nach Bereitstellung von Folien 5.1. bis 5.n zur Herstellung mehrerer Schraubenaufnahmen in einem Verfahrensschritt mittels Spritzgießens;
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12b zeigt eine der eingelegten Folien in der 12a.
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Die 1a und 1b verdeutlichen beispielhaft den Grundaufbau und die Grundfunktion einer ersten und einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubgewindeaufnahme 1.
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Die 1a verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Axialschnittes ein Beispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubgewindeaufnahme 1 gemäß einer ersten Variante einer ersten Ausführung. Diese umfasst eine zumindest einseitig offene, einen Hohlraum 2 bildende Kunststoffhülse 3, welche als Spritzgussteil ausgebildet und über zumindest einen Teilbereich am Innenumfang 4 mit zumindest einer Metallfolie 5 stoffschlüssig unter Ausbildung einer Grenzschicht 6 im Fügebereich 7 von Metallfolie 5 und Kunststoffhülse 3 verbunden ist. Die Metallfolie 5 bildet in der ersten Variante der ersten Ausführung aufgrund der Anordnung im Hohlraum 2 in der Kunststoffhülse 3 einen Einsatz 8 aus einem metallischen Werkstoff, welcher ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann und der stoffschlüssig mit der Kunststoffhülse 3 verbunden ist. Die Figur verdeutlicht die Schraubgewindeaufnahme 1 im Fertigungsendzustand vor dem funktionsgemäßen Einsatz der Befestigung zwischen unterschiedlichen Bauteilen. Die den Einsatz 8 bildende Metallfolie 5 ist um eine Längsachse L der Schraubgewindeaufnahme 1, welche mit der Einführrichtung und der Längsachse des aufzunehmenden Befestigungsmittels, insbesondere Schraube zusammenfällt, in Umfangsrichtung ausgeformt ausgebildet. Die Wandung des Einsatzes 8 ist entsprechend den Anforderungen an die aufzunehmende Geometrie des Befestigungselementes angepasst. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen Kunststoffhülse 3 und Einsatz 8 erfolgt über zumindest einen Teilbereich in Erstreckungsrichtung parallel zur Längsachse L. Dazu ist im Fügebereich 7 zwischen der den Einsatz bildenden Metallfolie 5 und der Kunststoffhülse 3 ein Haftvermittler 9 vorgesehen, welches eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kunststoffhülse 3 und dem Einsatz bei Ausbildung der Kunststoffhülse 3 durch Um- beziehungsweise Hinterspritzen um die Metallfolie 5 ausbildet. Im Fertigungsendzustand der Schraubgewindeaufnahme 1 ist der Fügebereich 7 durch eine Grenzschicht 6 charakterisiert, welche durch eine Dicke im Bereich zwischen einschließlich 5 bis 100 μm, bevorzugt 10 bis 50 μm, besonders bevorzugt 10 bis 25 μm charakterisiert ist und aus einem thermoplastischen oder thermoplastisch teilvernetzenden oder einem vernetzenden Haftsystem besteht. Vorzugsweise erfolgt das Hinterspritzen der Metallfolie 5 über deren gesamte Erstreckung und damit über die gesamte Erstreckung des Einsatzes 8 im Fertigungsendzustand. Bei der Kunststoffhülse 3 handelt es sich um ein Spritzgussteil.
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Die 1a verdeutlicht eine Ausführung einer Schraubgewindeaufnahme 1, die durch die Integration von zusätzlichen Funktionselementen 12 in die von der Kunststoffhülse 3 wegweisende Oberfläche 10 der Metallfolie 5 charakterisiert ist. Diese Funktionselemente 12 können ein Gewinde oder andere Strukturen zur Beeinflussung der Oberflächenbeschaffenheit des Einsatzes und/oder Verbesserung des Zusammenwirkens mit dem Befestigungselement und/oder anderer Funktionen beinhalten. Im dargestellten Fall sind beispielhaft in die Metallfolie 5 parallel zur Längsachse L verlaufende Längsnuten 13 vorgesehen, welche einen verbesserten Eingriff des Gewindes und Kraftübertragung zur Kunststoffhülse des Befestigungselementes insbesondere einer schneidenden Metallschraube gewährleisten sollen. Denkbar wäre für die Aufnahme von großen Schrauben auch die Ausbildung eines Gewindes. Die Funktionselemente 12, beispielsweise auch ein Innengewinde können durch den Spritzdruck und eine entsprechende Werkzeuggeometrie im Spritzgußprozeß ausgeformt werden.
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Bezüglich der Ausführung der Querschnittsgeometrie des Hohlraumes 2 und des Verlaufes in Längsrichtung, das heißt parallel zur Längsachse L, besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Die konkrete Ausgestaltung ist im Wesentlichen abhängig von der Geometrie und der Funktionsweise der verwendeten Befestigungselemente. Dabei kann eine Variation hinsichtlich der Geometrie in Längsrichtung durch Änderung der Querschnittsgeometrie sowie auch eine Änderung hinsichtlich der Dimensionierung der jeweiligen Querschnittsfläche erfolgen.
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Im dargestellten Fall umfasst die Schraubgewindeaufnahme 1 einen ersten Endbereich 11.1 und einen zweiten Endbereich 11.2, wobei beispielhaft die Querschnittsgeometrie zwischen erstem und zweiten Endbereich 11.1, 11.2 durch den von der Metallfolie 5 umschlossenen Hohlraum 2 frei von einer Änderung ist. Am ersten Endbereich 11.1 ist ferner beispielhaft ein an der Kunststoffhülse 3 in Umfangsrichtung umlaufender Bund 14 vorgesehen, welcher eine Flansch- beziehungsweise Anlagefläche zur Anlage der Schraubgewindeaufnahme 1 an einem der miteinander zu verbindenden Bauteile ermöglicht. Der zweite Endbereich 11.2 ist durch eine kleinere Öffnung 15 als am ersten Endbereich 11.1 charakterisiert.
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Bezüglich der Geometrie der Kunststoffhülse 3 bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese ist an die Kontur der Metallfolie 5 oder eines Verstärkungselementes, beispielsweise einer Hülse im Fügebereich 7 mit dieser angepasst, im dargestellten Fall die Innenkontur 16 an die Außenkontur der Metallfolie 5 als Einsatz 8.
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Als Metallfolien finden insbesondere Aluminiumfolien oder Edelstahlfolien Verwendung. Deren Dicke liegt zwischen 10 μm bis 1000 μm, vorzugsweise 25 μm bis 250 μm, ganz besonders bevorzugt 50 μm bis 150 μm.
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Gegenüber der Ausführung in der 1a mit an der von der Kunststoffhülse 3 weggerichteten Oberfläche der Metallfolie 5 ausgebildeten Funktionselementen 12 zeigt die Ausführung in 1b eine Schraubgewindeaufnahme 1, bei welcher zumindest ein Teilbereich des Einsatzes 8, vorzugsweise der gesamte Einsatz an der später zum Befestigungselement weisenden Oberfläche 10 mit glatter Oberfläche, d. h. frei von derartigen Strukturen und Funktionselementen, ausgeführt ist. In diesem Fall kann die Schraubgewindeaufnahme 1 in einer ersten Funktionsvariante zumindest teilweise, hier vollständig als Durchführung ausgebildet sein, das heißt, das Befestigungselement wird in Richtung der Längsachse L durch den Einsatz 8 beziehungsweise den jeweilig dafür vorgesehenen Teilbereich des Einsatzes 8 hindurchgeführt und ist frei von einem Kraft- oder Formschluss mit diesem.
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In der zweiten Funktionsvariante dient die Schraubgewindeaufnahme 1 zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung, wobei beim Eindringen des Befestigungselementes die Metallfolie 5 verformt wird, insbesondere das Gewinde eines Befestigungselementes sich in die Metallfolie 5 einschneidet oder einfurcht, d. h. einformt. Dies setzt jedoch voraus, dass derartige Schraubgewindeaufnahmeen 1 hinsichtlich der Querschnittsabmessungen des Innenraumes 4 derart bemessen sind, dass eine Überschneidung mit dem Gewinde des Befestigungselementes existiert. Vorteilhaft ist diese Verbindung im Vergleich zu einer Verbindung einer Schneidschraube in ein weitestgehend flachem Blech, da sich das Gewinde eines Befestigungselementes, hier die Schneidschraube, durch Einschrauben in die Metallfolie oder das metallische Verstärkungselement einformt, d. h. einschneidet oder einfurcht oder einbohrt, wobei die Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) oder das metallische Verstärkungselement sowohl im Ursprungszustand vor dem Umspritzen, sowie im mittels Umspritzen fixierten Zustand rohrförmig in Richtung der Achse des befestigten Befestigungselementes vorliegt und somit eine Vielzahl von Gewindegängen, mehr als 1 Gewindegang, bevorzugt mehr als 3 oder mehr als 5 oder sogar mehr als 10 Gewindegänge, eingreifen. Die Zahl der Gewindegänge im Eingriff ist somit klar definiert, da die Länge des rohrförmigen Bereiches mit metallischer Verstärkung durch das Verstärkungselement oder die Metallfolie klar definiert ist. Dies ist für die Auslegung einer Schraubverbindung sehr wichtig.
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Die in den 1a und 1b dargestellten Ausführungen sind beispielhaft und dienen der Verdeutlichung des Grundaufbaus und der Grundfunktion der Schraubgewindeaufnahme 1.
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Die 2a bis 2c verdeutlichen beispielhaft weitere Varianten erfindungsgemäßer Ausführungen von Schraubgewindeaufnahmeen 1. Diese können für sich allein an den unterschiedlichsten Ausführungen oder aber in Kombination miteinander eingesetzt werden. Die Darstellungen sind beispielhaft. Bezüglich des mittels der Metallfolie 5 oder des Verstärkungselementes überdeckten Flächenbereiches an der Kunststoffhülse 3 besteht ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dargestellt sind hier Varianten mit zumindest teilweiser Überdeckung.
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Die 2a verdeutlicht eine Variante gemäß 1 mit Anordnung zumindest einer Metallfolie 5 als Einsatz 8 am Innenumfang 4 der Kunststoffhülse 3. Diese ist hier derart ausgebildet und angeordnet, dass diese den Innenumfang 4 nahezu vollständig überdeckt.
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Die 2b zeigt eine Variante mit Anordnung zumindest einer Metallfolie 5 im Bereich des Außenumfanges 17 der Kunststoffhülse 3. Diese ist hier derart ausgebildet und angeordnet, dass diese den Außenumfang 17 der Kunststoffhülse teilweise überdeckt. Auch der Außenbereich kann Funktionselemente, beispielsweise ein Gewinde aufweisen. Ist beispielsweise der Innenbereich der Kunststoffhülse als Sechskant und der Außenbereich als Gewinde ausgebildet, ist somit die Funktion einer Schraube darstellbar.
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2c zeigt eine Kombination der Varianten gemäß der 2a und 2b mit Anordnung jeweils zumindest einer Metallfolie 5a im Bereich des Innenumfanges 4 und 5b des Außenumfanges 17 der Kunststoffhülse 3. Die Metallfolie 5b ist hier derart ausgebildet und angeordnet, dass diese den Außenumfang 17 der Kunststoffhülse teilweise überdeckt.
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Zeigen die 2a bis 2c Varianten der grundlegenden Anordnung an der Schraubgewindeaufnahme 1, verdeutlichen die 3a bis 3c weitere mögliche Modifikationen, die ebenfalls für sich allein oder in Kombination mit den in den anderen Figuren beschriebenen Modifikationen zum Einsatz gelangen können.
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3a zeigt eine Ausbildung mit Querschnittsänderung des Innenraumes 4 parallel zur Längsachse L. Die Schraubgewindeaufnahme 1 weist dazu zumindest zwei Teilbereiche 18.1, 18.2 unterschiedlichster Dimensionierung auf. Der erste, in Einführrichtung des Befestigungselementes vorgeordnete Bereich 18.1 ist durch eine größere Querschnittsfläche charakterisiert als der der zweite Bereich 18.2. Der erste Bereich 18.1 übernimmt die Aufgabe einer Durchführung, der zweite Bereich 18.2 dient der Erhöhung der Festigkeit der Verbindung.
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3b verdeutlicht anhand eines Details aus einem Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Schraubgewindeaufnahme 1 die Möglichkeit der Realisierung eines zusätzlichen Formschlusses zwischen Metallfolie 5 oder Verstärkungselement und Kunststoffhülse 3. Dazu weist die Metallfolie 5 im unbearbeiteten Zustand zumindest eine Ausnehmung 19 auf, welche beim Hinterspritzen mit Kunststoff unter Ausbildung eines in diese eingreifenden Formschlusselementes 20 unter Ausbildung der formschlüssigen Verbindung 21 gefüllt wird.
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Die 3c zeigt in einer Ansicht von oben ein Variante mit einer Vielzahl einzelner Metallfolien 5.1 bis 5.n. Deren Lage gegenüber der Kunststoffhülse 3 ist durch den bei der Herstellung bedingten Stoffschluss definiert.
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Die 4a und 4b verdeutlichen jeweils anhand eines Signalflussbildes den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Schraubgewindeaufnahme 1. Beide Verfahren beinhalten als wesentlichen Verfahrensschritt die Erzeugung der Kunststoffhülse 3 durch Umspritzen der zumindest einen Metallfolie 5 oder des Verstärkungselementes. Dabei wird zwischen einem Verfahren mit zumindest teilweise vorgeformter Metallfolie 5 gemäß 4b und der wesentlichen Formgebung während des Verfahrens gemäß 4a unterschieden.
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Im ersten Verfahrensschritt VA erfolgt die Bereitstellung zumindest einer Metallfolie 5 oder eines Verstärkungselementes vordefinierter Dicke im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, vorzugsweise 25 μm bis 250 μm, ganz besonders bevorzugt 50 μm bis 150 μm. Im Verfahrensschritt VB erfolgt die Bereitstellung eines Formwerkzeuges zur Ausbildung der Kunststoffhülse 3. Im Verfahrensschritt VC erfolgt die Formgebung der Metallfolie 5 und im Verfahrensschritt VD die Ausbildung/Ausformung der Kunststoffhülse 3.
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Für das Verfahren mit Formgebung der Metallfolie 5 während der Herstellung der Kunststoffhülse 3 erfolgt die Bereitstellung der zumindest einen Metallfolie 5 weitestgehend im abgewickelten Zustand bezogen auf die geformte Metallfolie. Diese wird in das Formgebungswerkzeug eingelegt und zur Ausbildung der Kunststoffhülse 3 hinterspritzt, wobei die Metallfolie 5 dabei aufgrund des Druckes des Spritzgusswerkzeuges verformt wird. In einer besonders vorteilhaften Ausführung gemäß der 4a ist es vorgesehen, dass das Formwerkzeug für die Ausbildung und Formgebung der Metallfolie 5 vom Formwerkzeug für die Ausbildung der Kunststoffhülse 3 mit gebildet wird. Dazu weist das Formwerkzeug vorzugsweise einen Kern auf, an welchem die Metallfolie 5 ausgeformt wird. Dadurch wird sowohl die Metallfolie 5 in die Form gebracht als auch die Kunststoffhülse 3 in einem Arbeitsschritt ausgebildet.
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4b verdeutlicht das Verfahren, bei welchem die Formgebung der Metallfolie 5 vollständig vor oder aber nur teilweise während der Herstellung der Kunststoffhülse 3 erfolgt. Hier ist ein separater Formgebungsschritt VC vorgesehen, wobei dann die vorgeformte Metallfolie 5 in das Formwerkzeug für die Kunststoffhülse 3 eingelegt wird.
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Die 5 und 6 verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung die Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schraubgewindeaufnahme 1. Die 5a bis 5f verdeutlichen eine besonders vorteilhafte Ausführung der Herstellung und Verwendung einer Schraubgewindeaufnahme 1 entsprechend dem Verfahren in 4a für eine Ausführung der ersten Variante wie beispielsweise in 1a oder 1b dargestellt mit Modifikation gemäß 3a. Bei dieser wird die Metallfolie 5 im abgewickelten Zustand bereitgestellt, beispielsweise durch Stanzen oder ein anderes Trennverfahren aus einem Folienhalbzeug. Erkennbar ist eine Ausnehmung 22, welche im Fertigungsendzustand der Schraubenaufnahme 1 der Öffnung 15 der Metallfolie 5 entspricht. Die Metallfolie 5 wird durch Umformen aus dem abgewickelten Zustand in die gewünschte Form gebracht. Dazu wird die Metallfolie 5 im abgewickelten Zustand in das Formwerkzeug 23 für die Kunststoffhülse 3 eingelegt, welches als Spritzgusswerkzeug ausgebildet ist. Dieses ist zumindest als zweiteiliges Formwerkzeug ausgebildet und umfasst einen Kern 23.1, der der Ausbildung/Ausformung der Innenkontur des Einsatzes 8 dient. Der Kern 23.1 weist die Negativform der Innenkontur des von der Metallfolie 5 gebildeten Bereiches des Hohlraumes 2 auf. Der Kern 23.1 wirkt mit einem weiteren Teil 23.2 des Formwerkzeuges 23 zusammen, wobei beide Teile einen Hohlraum beschreiben, der der Form der Kunststoffhülse 3 mit Metallfolie 5 entspricht. Dabei wird beim Schließen des Werkzeuges die Negativform unter Berücksichtigung der Wandstärke für die Metallfolie 5 für die Kunststoffhülse 3 ausgebildet. Das Schließen ist in 5b dargestellt. Dabei erfolgt bereits beim Schließen des Werkzeuges eine Verformung der Metallfolie 5 zur Ausbildung des Einsatzes 8. Die vollständige Formgebung erfolgt während des Gießverfahrens durch das Hinterspritzen der Metallfolie 5 in 5c. Dabei sind die beim Spritzgussverfahren vorhandenen Kräfte derart bemessen, dass diese die Metallfolie 5 hinsichtlich ihrer Formgebung an die Negativform des Kerns 23.1 anpassen. Die Formgebung erfolgt somit aktiv durch Druck auf die vom Kern 23.1 abgewandte Seite 24 der Metallfolie 5 und Abformung am Außenumfang des Kernes 23.1 durch Anlegen der Seite 25 an die durch den Kern 23.1 vorgegebene Kontur unter Ausbildung der Oberfläche 10. Im dargestellten Fall ist das Formwerkzeug 23 mit einem Kern 23.1 ausgeführt, der mehrere Querschnittsbereiche aufweist. Diese einzelnen Bereiche sind hier mit 23.1a bis 23.1c bezeichnet, welche wiederum die Ausbildung entsprechend unterschiedlicher Querschnittsflächenbereiche an der Metallfolie 5 und damit bei der ersten Variante dem Einsatz 8 bewirken.
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Die 5c verdeutlicht dabei die fertige Schraubgewindeaufnahme 1 mit Einsatz 8 und Kunststoffhülse 3 nach Fertigstellung im Formwerkzeug 23. Ferner ist das Verfahren dadurch charakterisiert, dass vorzugsweise entweder auf die Seite 24 der Metallfolie ein Haftvermittler 9 aufgetragen wird, der unter den Betriebsbedingungen bei der Erstellung des Spritzgussteils in Form der Kunststoffhülse 3 einen Stoffschluss zwischen der Metallfolie 5 und Kunststoffhülse 3 bildet.
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Die erzeugte Schraubgewindeaufnahme 1 umfasst zumindest zwei unterschiedliche Teilbereiche 18.1, 18.2. Die 5f verdeutlicht eine gemäß den 5a bis 5c hergestellte Schraubgewindeaufnahme 1 im Funktionszustand mit eingeführter Schraube 26. Erkennbar ist dabei, dass die unterschiedlichen Bereiche 18.1, 18.2 unterschiedliche Funktionen aufweisen, wobei hier lediglich der in Längsrichtung hintere Bereich 18.2 dem Einschneiden der Schraube 26 dient. Die 5d zeigt die Schraubgewindeaufnahme 1 hergestellt gemäss den 5a bis 5c. 5e zeigt die hierfür verwendete Abwicklung der Metallfolie.
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Die 6a bis 6d verdeutlichen für eine Ausführung gemäß 1a eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser erfolgt die Bereitstellung der Metallfolie 5 zumindest teilumgeformt, hier als zylindrisches Element. Die Metallfolie 5 ist bereits gerollt und wird in diesem vorgeformten Zustand um den Kern 23.1 des Formwerkzeuges 23 angelegt oder entspricht wie hier in 6a dargestellt einer zylindrischen, geschweißten Folie. Ferner ist das Formwerkzeug, insbesondere der den Kern 23.1 tragende Teil, derart ausgebildet, dass dieser Zentrierungen 27 für die Aufnahme der vorgeformten Metallfolie 5 bildet. Im dargestellten Fall handelt es sich in Abhängigkeit von der Ausbildung der Formgebung des Kerns 23.1 (formende bzw. formgebende Kern) um eine in der Kernwurzel ausgebildete Vertiefung, vorzugsweise eine Mehrzahl von derartigen Vertiefungen beziehungsweise eine Vertiefung in Form einer umlaufenden Nut 28. In diese wird die bereits vorgeformte Metallfolie 5 eingelegt. Die dargestellte Zentrierung ist beispielhaft. Diese dient dem Halten der Metallfolie 5 bis zum Schließen des Spritzgusswerkzeuges und während des Füllvorganges. Ferner erkennbar ist hier die Ausgestaltung des Kerns 23.1 mit in Längsrichtung ausgebildeten Nuten 30 zur Ausführung einer entsprechend vordefinierten Innenkontur beziehungsweise Oberfläche 10 der Metallfolie 5 mit den Funktionselementen 12, insbesondere den Längsnuten 13 gemäß 6c für die nach der Formgebung durch das Spritzgießen vorliegende Metallfolie 5 in der Ansicht von oben. Als Kunststoffaufnahme ist der Bereich zu verstehen, in dem die Metallfolie oder das metallische Verbindungselement aufgenommen, bzw. angeordnet ist. Dieser Bereich ist in der Regel zylindrisch gestaltet, um Kunststoffmaterial zu sparen und bildet somit eine Kunststoffhülse (3), welche an einer oder an beiden Seite offen sein kann. Die Kunststoffaufnahme muss allerdings nicht in Form einer Kunststoffhülse (3) vorliegen, sie kann jegliche Geometrie haben und Beispielsweise irgendein Bereich eines Kunststoffbauteils darstellen. Beim Spritzgussvorgang gemäß 6b wird die Metallfolie 5 fixiert und/oder umgeformt. Dabei können unterschiedliche Konturen entstehen. Hierbei sei angemerkt, dass neben der dargestellten möglichen Formgebung auch Gewinde, andere Formschlusselemente, Bereiche mit einer Oberflächenstruktur oder andere Formen ausgeformt werden können. Entscheidend ist, dass in diesem Fall dann dafür Sorge getragen wird, dass der Kern in entsprechender Weise aus dem Formwerkzeug entfernt werden kann. In diesem Fall muss das Werkzeug zur Entformung bewegliche, rotierende Werkzeugkerne besitzen.
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In einer Weiterbildung wird ein oder mehrere formgebende Kerne, welche beispielsweise als Formgebungselemente ein Außengewinde aufweisen und somit ein Innengewinde an die Metallfolie geformt wird mit der Kunststoffhüse (3) nach dem Spritzgießprozess aus dem Formgebungswerkzeug entnommen wird. Der Kern verbleibt somit in der Kunststoffhülse (3) mit Metallfolie und kann entweder anschließend herausgeschraubt oder anderweitig herausgelöst werden oder auch für die weitere Funktion der Baugruppe dort verbleiben.
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Die formgebende Kerne können eine Gewindestande oder Schraube, aus Metall oder Kunststoff darstellen, welche neben den Formgebungselementen weitere Funktionselemente, wie Ringe, Haken, Seilklemmen, Schnapper, doppelseitig oder kreisförmig wirkende Schnapper, Lageraufnahmen, Gleitlager, Befestigungselement oder weiter Gewindeaufnahmeeinrichtungen oder Durchgangsöffnungen für das selbe oder ein weiteres Gewinde aufweisen und somit einen Seilspanner oder eine Verstellvorrichtung für eine Lichtweitenregelung, ein Ventil oder einen Schieber oder eine Schlauchschelle bilden können aber nicht müssen und somit auch eine einfache Gewindestande darstellen können. Sie verbleiben somit zeitweise oder dauerhaft in der Schraubgewindeaufnahme.
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Weiter können die mit der Kunststoffhülse (3) entnommenen formenden Kerne aus einem ohne Herausschrauben entfernbaren Material, wie löslichen oder schmelzbaren Kunststoff oder Kunststoffmischungen sein, niedrig schmelzenden Metall oder Metelllegierungen sein. Ein Kunststoffmaterial mit magnetischen Metallfasern kann beispielsweise mittels magnetischer Induktion aufgeschmolzen und entfernt werden. Hierbei ist die Metallfolie entsprechend aus einem nicht magnetischen Metall.
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Das Entfernen ohne Schrauben kann auch durch mechanisches Teilen geschehen, welches beispielsweise durch Hinterschneidungen oder Unterbrechungen am Kern und einer Werkzeugbewegung, wie die Werkzeugöffnungs- oder Entformungsbewegung ausgelöst und/oder hervorgerufen werden kann. Das Teilen des Kerns ist bei Kunststoff mit hohem Verstärkungsgrad von z. B. 50 bis 80% Glasfasern aufgrund der Sprödigkeit und geringen Bruchdehnung besonders gut zu realisieren.
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Ist der formende Kern aus Kunststoff, ist es vorteilhaft diesen aus hochverstärktem thermoplastischen Kunststoff mit hoher Festigkeit und vor allem hoher Druckfestigkeit zu bilden. Vorteilhaft sind Polymere oder einer Kombination von Polymeren, mit 10 bis 80%, bevorzugt 51 bis 80%, besonders bevorzugt 60 bis 80% Verstärkung, aus Glasfasern, Mineralien oder Metallfasern zumindest eines der nachfolgend genannten Materialien verwendet wird:
Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS),
Polyamide (PA),
Polyphthalamid (PPA),
Polycarbonat (PC),
Polyethylenterephthalat (PET),
Polyethylen (PE),
Polypropylen (PP),
Polybutylenterephthalat (PBT),
Polyacetal (POM),
Polyphenylensilfon (PPS).
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Als weiteres Entfernen ohne Schrauben kann der formende Kern durch eine spitze furchende oder schneidende Schraube beim Einschrauben aufgeschmozen und verdrängt werden. In diesem Fall ist der Kern vorzugsweise aus thermoplastischen unverstärktem Kunststoff. Der verdrängte Kunststoff kann nach dem Einschrauben des weiteren als Sicherung gegen Lockern einer Schraube dienen.
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Der formgebende Kern auch innen Hohl ausgestaltet sein. Die kann vorteilhaft sein um das Teilen des Kerns einfacher zu realisieren, Material zu sparen oder die Schraube, welche des Kern aufschmelzen soll zu führen oder zentrieren. Insbesondere kann hat der formgebende Kern nur noch eine sehr dünne hülsenartige Form mit Gewindekonturen. Entspricht diese sehr dünne Hülse nicht ganz der Kontur des Werkzeugkernes, so kann durch den Spritzdruck zwar die Gewindekontur in die Folie geformt werden, aber der sehr dünne Kern wird bereits beim Umspritzen der Metallfolie ebenfalls durch den Spritzdruck geteilt. Nach dem Entformen fällt dann der geteilte Kern aus dem geformten Gewinde oder Gewindesegmenten der Metallfolie.
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Der Kern kann ebenfalls ein Kunststoffkern aus mehreren Kunststoffen sein, welcher im Mehrkomponentenspritzguss hergestellt wird. Die ist besonders vorteilhaft, wenn die Formgebungselemente des Kern für beispielsweise ein Gewinde aus einem anderen Kunststoffmaterial sind, wie der Rest des Kerns und nur mässige Haftung zwischen den beiden Kunststoffen besteht. Es sind auch anderen Kombination möglich, welche ein Teilen des Kerns unterstützen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der formende Kern auch ein Einlegeteil sein, welcher nach dem Spritzgießprozess mit der Kunststoffhülse 3 aus dem Formgebungswerkzeug entnommen wird. Der Kern kann verschiedene Formgebungselement und Formen aufweisen. Dies kann ein Gewinde, eine Gewindestande oder eine Schraube, jeweils aus Metall oder Kunststoff sein. An dem Kern, welcher Formgebungselemente aufweist, d. h. z. B. der Gewindestange oder Schraube, können weitere Funktionselemente, wie Ringe, Haken, Seilklemmen, Schnapper, doppelseitig oder kreisförmig wirkende Schnapper, Lageraufnahmen, Gleitlager, Befestigungselement oder weiter Gewindeaufnahmeeinrichtungen oder Durchgangsöffnungen für das selbe oder ein weiteres Gewinde, der z. B. Gewindestange oder Schraube, aufweisen. Zur Ausgestaltung von besonderen Funktionen des Bauteils ist die Verwendung von mehreren Kernen auch in einer Schraubgewindeaufnahme, d. h. Metallfolie vorgesehen. Somit können einen Seilspanner aus einer Kunststoffhülse mit Metallinnengewinde und zwei Gewindestangen mit Haken oder Ösen an jeder Seite hergestellt werden. Auch die Verstellung von Verstellvorrichtung ist möglich. Diese können für eine Lichtweitenregelung, ein Ventil, ein Schieberventil oder andere Schieber sein. Auch die Herstellung von Getrieben, wie Spindelgetrieben, Lenkgetrieben oder axiale Verstellgetriebe ist einfach zu realisieren. Hier sollte die Metallfolie ein reib- und verschleißoptimiertes Material, welches auf die Materialeigenschaften der Spindel, d. h. Gewindestange, welche aus Metall oder Kunststoff sein kann. Neben der bereits genannten Kunststoffauswahl sind hier Kunststoffe mit reib- und verschleissoptimierten Zusätzen, insbesondere in Polyamidkunststoffen, zu verwenden. Diese Zusätze können Silikonöl, PTFE, Aramidfasern, HDPE oder Vernetzungshilfsmittel (z. B. zur anschliessenden Strahlenvernetzung) sein. Mit Durchgangsöffnungen für das selbe Gewinde können beispielsweise Schlauchschellen realisiert werden.
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Die 6d verdeutlicht den Montageprozess. Erkennbar ist auch hier die fertiggestellte Schraubenaufnahme 1 im Funktionszustand mit einer Schraube 26.
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Die Ausführung gemäß der 5a bis 5f wird bevorzugt für Schraubgewindeaufnahmeen 1 für Schrauben mit geringem Schraubendurchmesser verwendet, während Ausführungen gemäß der 6a bis 6d für große Schraubendurchmesser zum Einsatz gelangen.
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Erfindungsgemäß können mit dieser Ausbildung auch Unterlegscheiben ausgeführt werden. Dabei kann die Folie mechanisch, formschlüssig oder mittels gefederter beweglicher Kerne oder mittels Vakuumsintermetallkernen und Vakuum im Werkzeug bis zum Schließen des Spritzgießwerkzeuges und während des Füllvorganges fixiert werden.
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Die 7a bis 7c verdeutlichen eine Schraubgewindeaufnahme 1 in Form eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt aus einem Dübel 31. 7a zeigt eine Variante gemäß 2b für die Ausgestaltung von Dübeln 31 mit Metallfolie 5 am Außenumfang 17 der Kunststoffhülse 3. Die Metallfolie 5 ist entsprechend der Funktion als Dübel 31 ausgeformt. 7d bis 7f verdeutlichen den Eingriff eines Gewindes einer Schraube in die Dübel 31 der 7a bis 7c. Die Metallfolie am Außenumfang des Dübels bietet Vorteile in einer hochfesten Verkrallung in einem Befestigungsloch. Der hohe E-Modul der Metallfolie reduziert die mögliche Verformung und verhindert das Lösen der Verbindung. Durch Einschneiden des Schraubengewindes im Kunststoff- und Metallfolienbereich können sehr hohe Kräfte innerhalb des Dübels zur Verspannung und/oder Deformation aufgebracht werden. Dies dient der Befestigung des Dübels im Verbindungsbereich, beispielsweise einem Bohrloch. In den gezeigten beispielhaften Ausführungen dient ein Loch in der Folie in der Position der Längsachse L einer Zentrierung der Schraube. Durch die Folienanordnung ist ein erhöhter Kraftfluss vom Innenring 32, welcher im Kontakt mit der Schraube ist, mit dem Außenumfang möglich. Der Schraubeneingriff ist hier nicht normgerecht dargestellt, da die Verformung des Dübels durch das Einschrauben der einschneidenden Schraube keine definierte Kontur ergibt.
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Die 8b verdeutlicht eine vorteilhafte Weiterentwicklung gemäß 7a mit Ausbildung als Dübel 31 und Verstärkung der Kunststoffhülse 3 am Innen- und Außenumfang mittels mehrerer Metallfolien 5a, 5b entsprechend der Variante gemäß 2c. 9 verdeutlicht dabei die Positionierung der Metallfolien 5a und 5b zur Herstellung einer derartigen Schraubenaufnahme 1 in Form eines außen- und innenverstärkten Dübels 31 im Formwerkzeug 23. 9 zeigt die Positionierung der einzelnen Metallfolien 5a und 5b zur Erzeugung eines Teilbereiches am Innen- oder Außenumfang der Kunststoffhülse 3. Dazu sind eine Mehrzahl derartiger Metallfolien 5a, 5b als Folieneinleger vorgesehen. Die 10a, 10b und 11a und 11b verdeutlichen mögliche Ausbildungen dieser. 10a zeigt die Ausbildung der an der Innenkontur anliegenden Metallfolie 5a im Grundzustand beispielhaft mit vier Laschen und Durchgangsöffnung zum Zwecke des Durchspritzens zum Druckaufbau zur Verformung der am Außenumfang 17 vorgesehen Metallfolie 5b. 10b zeigt eine Ausbildung der am Außenumfang 17 vorgesehen Metallfolie 5b mit 4 Laschen. Vorzugsweise wird die Anzahl der Laschen erhöht, um größere Metallflächen zu erzielen und damit die übertragbare Kraft zu vergrößern. Die 11a und 11b verdeutlichen entsprechende Folieneinleger mit nur zwei Laschen im Winkel von 180° zueinander, wobei diese Ausführung durch eine vereinfachte und ressourcenschonende Herstellung charakterisiert ist.
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Dabei weisen die Folieneinleger jeweils einen Kernbereich auf, der im verformten Zustand dem Endbereich entspricht, von dem sich im abgewickelten, das heißt im Grundzustand die einzelnen Laschen in radialer Richtung weg erstrecken. Hierbei kann der Einsatz beziehungsweise die Verstärkung der Kunststoffhülse 3 am Außenumfang aus mehreren derartigen Folieneinlegern ausgebildet werden, wobei diese identisch ausgeführt, jedoch in Umfangsrichtung der Achse L jeweils versetzt zueinander in einem vordefinierten Winkelbereich je nach Ausführung angeordnet sind. Dabei werden die Folieneinleger in Form der einzelnen Metallfolien 5a, 5b im abgewickelten, das heißt im Grundzustand, in das Gusswerkzeug eingelegt. Damit diese positioniert sind, wird vorzugsweise eine vertikale Spritzgussmaschine zum Einsatz gelangen. Nach Schließen des Werkzeuges wird die Folie beziehungsweise werden die einzelnen Folien in die Vertiefung am Werkzeug gedrückt. Die Laschen legen sich dann an die Werkzeugwand, insbesondere den Kern an. Bei Verwendung von mehreren Folien ist dabei ein Halteelement für jede einzelne Folie notwendig, damit nicht beide Folien an der gleichen Werkzeugwand beziehungsweise am gleichen Werkzeugwandbereich liegen. 9 zeigt dabei die Situation nach dem Schließen des Werkzeuges. Erkennbar ist die Anspritzbohrung 29 im Kernbereich der Folieneinleger 5a. Die Endbereiche der Laschen sind am Werkzeug fixiert und die Metallfolie 5a in Form des entsprechenden Folieneinlegers um den Kern 23.1 positioniert. In Analogie gilt dies auch für die Metallfolie 5b. Allerdings ist diese nicht am Formwerkzeug befestigt. So können über den sich aufbauenden Spritzdruck zwischen den beiden Metallfolien 5a und 5b beziehungsweise bei Mehrzahl dieser den jeweils dem Innen- und Außenumfang zugeordneten Metallfolien 5a, 5b diese in die gewünschte Form durch Anlegen an die Werkzeugwandung gebracht werden.
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12a zeigt eine besonders bevorzugte Variante der Ausführung 5a bis 5f mit der zusätzlichen Möglichkeit in einem Spritzgussprozess mit beispielsweise nur einem Anspritzpunkt eine Vielzahl von Schraubgewindeaufnahmeen 1 auszubilden. Die in 12b dargestellte Folie kommt bevorzugt in 12a zum Einsatz und ist vorteilhaft bezüglich ihrer günstigen Stanzkontur und einfachen Handhabung.
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Die nachfolgenden Sätze stellen weitere Aspekte der Erfindung dar und sind Teil der Beschreibung und keine Ansprüche. Sätze:
- 1. Schraubgewindeaufnahme (1), umfassend eine zumindest einseitig offene, einen Hohlraum (2) bildende Kunststoffhülse (3), wobei die Kunststoffhülse (3) als Spritzgussteil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass über zumindest einen Teilbereich am Innen- und/oder Außenumfang (4, 17) mit zumindest einer hinsichtlich seiner Form flexiblen und mittels Spritzdruck umformbaren Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) oder einem metallischen Verstärkungselement, welche vor dem Hinterspritzen oder Umspritzen eine glatte Oberfläche, frei von Funktionselementen, wie Gewinden, aufweist und stoffschlüssig unter Ausbildung einer Grenzschicht (6), welche einen Haftvermittler darstellt, durch den Spritzprozess im Fügebereich (7) verbunden und in seiner Lage fest definiert und in seiner Form fixiert ist.
- 2. Schraubgewindeaufnahme (1) nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kunststoffhülse (3) und der zumindest einen Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder dem metallischen Verstärkungselement derart ausgebildet ist, dass diese druck- und flüssigkeitsdicht ist.
- 3. Schraubgewindeaufnahme (1) nach einem der vorigen Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) aus einem der nachfolgend genannten Materialien besteht:
Aluminium, Stahl, Edelstahl, Metalllegierung, Eisenlegierung, elektrisch hoch leitfähigen Metall- oder Metalllegierung, hoch wärmeleitfähigen Metall- oder Metalllegierung, Kupfer.
- 4. Schraubgewindeaufnahme (1) nach einem der vorigen Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschicht (6) umfasst:
– ein thermoplastisches Haftsystem
– ein thermoplastisch-teilvernetzendes Haftsystem
– ein vernetzendes Haftsystem
- 5. Schraubgewindeaufnahme (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aufnahme eines Befestigungselementes vorgesehenen Hohlraum (2) Bereiche unterschiedlichen Querschnittsprofiles und/oder Dimensionierung aufweist.
- 6. Schraubgewindeaufnahme (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement an der von der Kunststoffhülse (3) freien Seite zumindest teilweise eine glatte Oberfläche (10) aufweist.
- 5. Verfahren zur Herstellung einer Schraubgewindeaufnahme (1) mit einer zumindest einseitig offenen, einen Hohlraum (2) bildenden Kunststoffhülse (3) und mit mindestens einer, über zumindest einen Teilbereich am Innen- und/oder Außenumfang (4, 17) angeordneten und stoffschlüssig mit dieser verbundenen hinsichtlich seiner Form flexiblen, mittels Spritzdruck umformbaren Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) oder einem metallischen Verstärkungselement, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
– Aufbringen eines Haftvermittlers auf die Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder zumindest eines Verstärkungselementes
– Bereitstellung zumindest der Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder zumindest eines Verstärkungselementes mit glatter Oberfläche frei von Funktionselementen, wie Gewinden;
– Bereitstellung eines Formgebungswerkzeuges (23) zur Ausbildung der Kunststoffhülse (3);
– Hinter- oder Umspritzen und somit fixieren in seiner Form und Lage durch thermisches aktivieren eines Haftvermittlers der zumindest einen Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder des Verstärkungselementes unter Druck im Formgebungswerkzeug (23) durch Spritzgießen.
- 6. Verfahren nach Satz 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement vor oder während des Spritzgussprozesses durch bewegliche Elemente im Formgebungswerkzeug (23), insbesondere Spritzgusswerkzeug umgeformt wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorigen Sätze 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement derart positioniert wird, dass mindestens eine entstehende Bindenaht an der Kunststoffhülse überdeckt wird.
- 8. Verfahren nach einem der vorigen Sätze 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement vor der Positionierung im Formgebungswerkzeug vorgeformt wird.
- 9. Verfahren nach einem der vorigen Sätze 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement im Formgebungswerkzeug (23) positioniert und mittels Halteeinrichtungen fixiert werden.
- 10. Verfahren nach einem der vorigen Sätze 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere einzelne Metallfolien (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement eingesetzt werden und diese vor oder während des Formgebungsprozesses derart umgeformt werden, dass mindestens zwei Metallfolien (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) miteinander verbunden werden.
- 11. Verfahren nach einem der vorigen Sätze 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formgebungswerkzeug verwendet wird, in welchem mehrere Schraubgewindeaufnahmeen (1) gleichzeitig hergestellt werden können und die einzelnen, einer Schraubgewindeaufnahme (1) zugeordneten Metallfolien (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen größere Flächenbereiche frei von Ausnehmungen beschreiben, die als Halteflächen für eine Manipatur, insbesondere Vakuumsaugeinrichtung dienen.
- 12. Schraubgewindeaufnahme (1) nach einen Sätze 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kunststoffhülse (3) einem Polymer oder einer Kombination von Polymeren, mit 10 bis 70%, bevorzugt 15 bis 40%, besonders bevorzugt 15 bis 25% Glasfaserverstärkung oder keine Glasfaserverstärkung, zumindest eines der nachfolgend genannten Materialien verwendet wird:
Polycarbonat + Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS),
Polyamide (PA),
Polyphthalamid (PPA),
Polycarbonat (PC),
Polyethylenterephthalat (PET),
Polyethylen (PE),
Polypropylen (PP),
Polybutylenterephthalat (PBT),
Polyacetal (POM).
- 13. Verfahren nach einem vorherigen Sätze 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement Ausnehmungen aufweist, die während des Vergießens formschlüssige Verbindungen (21) mit der entstehenden Kunststoffhülse (3) ausbilden.
- 14. Verfahren nach einem der vorherigen Sätze 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metallfolie (5, 5a, 5b, 5.1–5.n) und/oder das Verstärkungselement vor dem Spritzprozesses durch Werkzeugelemente im Formgebungswerkzeug (23), d. h. Spritzgusswerkzeug umgeformt wird.
-
Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraubgewindeaufnahme
- 2
- Hohlraum
- 3
- Kunststoffaufnahme, Kunststoffhülse
- 4
- Innenumfang
- 5, 5a, 5b, 5.1–5.n
- Metallfolie
- 6
- Grenzschicht
- 7
- Fügebereich
- 8
- Einsatz
- 9
- Haftvermittler
- 10
- Oberfläche
- 11.1
- Endbereich
- 11.2
- Endbereich
- 12
- Funktionselement
- 13
- Nut
- 14
- Bund
- 15
- Öffnung
- 16
- Innenkontur
- 17
- Außenumfang
- 18.1, 18.2
- Teilbereich
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Formschlusselement
- 21
- formschlüssige Verbindung
- 22
- Ausnehmung
- 23
- Formwerkzeug
- 23.1
- Kern
- 23.1a, 23.1b
-
- 23.1c
- Bereich
- 23.2
- Teilwerkzeug
- 24
- Seite
- 25
- Seite
- 26
- Schraube
- 26.1
- Gewinde der Schraube
- 27
- Zentrierung
- 28
- Nut
- 29
- Anspritzbohrung
- 30
- Nut
- 31
- Dübel
- 32
- Innenring
- VA–VD
- Verfahrensschritte
- L
- Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3209920 A1 [0005]
- DE 102006030894 A1 [0006]
- DE 10253448 A1 [0007]
