DE1916509B2

DE1916509B2 - PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR FASTENING METAL PARTS TO PLASTIC CARRIERS

Info

Publication number: DE1916509B2
Application number: DE19691916509
Authority: DE
Inventors: Hugo; Schmidt Eberhard; Strube Wolfdietrich Dipl.-Ing.; 8000 München Angermaier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-31
Filing date: 1969-03-31
Publication date: 1976-03-11
Also published as: DE1916509A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Befestigen von stift- oder streifenartigen Metallteilen an Kunststoffträgern unter Anwendung von beim Eindringen der Metallteile in den Kunststoff auf diese ein wirkenden hochfrequenten — insbesondere im Ultra-•challbereich liegenden Schwingungen.The invention relates to a method and a device for performing the method for Attaching pin-like or strip-like metal parts to plastic carriers using upon penetration the metal parts in the plastic act on them at high frequencies - especially in the ultrasonic range lying vibrations.

Die Anwendung von Ultraschallenergie zum Einbetlen von Metallteilen in Kunststoffe ist bekannt. Dabei wird durch den Druck eines schwingenden Werkzeuges bzw. eines Schwingkopfes der Kunststoff an der Stelle, •n welcher das einzubettende Metallteil den Kunststoff berührt, erweicht. Hierbei sinkt das Metallteil in die f>5 Kunststoffmasse ein, wobei nach Beendigung der Schwingungen der Kunststoff wieder erstarrt und durch die dabei erfolgende leichte Schrumpfung des Kunststoffes das Metaliteil formschlüssig und spannungsfrei umschließt. Zur Durchführung dieser bekannten Verfahren wird in dem Kunststoff an der Einbeitstelle eine Bohrung oder öffnung vorgesehen, deren Weite um ein geringes kleiner ist als der Querschnitt des einzubettenden Metallteils. Die Metallteile, z.B. Schraubenmuttern, Lagerbüchsen od. dgl. mußten, um ein späteres Verdrehen oder Herausziehen unmöglich zu machen, an ihrem Umfang mit z. B. von der genauen Kreisbahn abweichenden Vorsprüngen, Kanten, Einschnitten oder Riffelungen versehen sein, was deren Herstellung nicht unwesentlich verteuerte. Es ist auch bekannt, in der Sonotrode eine Führungsöffnung für das einzubettende Metallteil vorzusehen.The use of ultrasonic energy for embedding of metal parts in plastics is known. This is done by the pressure of a vibrating tool or an oscillating head, the plastic at the point • n which the metal part to be embedded the plastic touches, softens. Here, the metal part sinks into the f> 5 plastic compound, and after the Vibrations of the plastic solidified again and due to the slight shrinkage of the Plastic encloses the metal part in a form-fitting and tension-free manner. To carry out this known The process is carried out in the plastic at the insertion point a bore or opening is provided, the width of which is slightly smaller than the cross section of the metal part to be embedded. The metal parts, e.g. nuts, bearing bushes or the like, had to be to make a later twisting or pulling out impossible, on its circumference with z. B. from the exact Circular path deviating projections, edges, incisions or corrugations be provided what their Production not insignificantly more expensive. It is also known to have a guide opening for in the sonotrode to provide the metal part to be embedded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches stift- oder streifenartige, also kleine und schmale Metallteile, wie Anschlußfahnen oder Anschlußstifte für elektrische Schaltungsträger, rationell an Kunststoffträgern aus thermoplastischem' oder auch duroplastischem Material verdrehur.gsfest und zugfest befestigt werden können, ohne daß längsverlaufende Ausnehmungen an den Metallteilen erforderlich sind.The invention is based on the object of creating a method by which pen-like or strip-like, So small and narrow metal parts, such as terminal lugs or connection pins for electrical circuit carriers, efficiently on plastic carriers made of thermoplastic ' or even duroplastic material can be attached torsionally and tensile strength without that longitudinal recesses are required on the metal parts.

Es würde durch Versuche festgestellt, daß die durch die hochfrequenten, insbesondere im Ultraschallbereich liegenden Schwingungen erweichte Kunststoffmasse in gewissen Grenzen zu fließen vermag, d. h. sie paßt sich dem Profil des in sie eindringenden Körpers an und füllt Hohlräume, die durch den eindringenden Körper theoretisch entstehen könnten, sofort wieder aus.Experiments have shown that the high frequency, especially in the ultrasonic range Lying vibrations softened plastic mass is able to flow within certain limits, d. H. she adapts the profile of the penetrating body and fills cavities created by the penetrating body theoretically could arise again immediately.

Von dieser Erkenntnis ausgehend sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, daß auf der, der Eindrückrichtung abgewandten Seite des Kunststoffträgers ein Anschlag vorgesehen ist, auf welchen das in Eindrückrichtung durch die auf den Kunststoffträger zu gerichtete bewegung eines Schwingkopfes eindringende Metallteil unter Druck aufläuft und innerhalb des Kunststoffträgers eine seitliche Ausknickung erfährt. Durch dieses Ausknicken bzw. Verbiegen des dünnen Metallteils infolge des beidseitig auf das Metallteil einwirkenden Druckes schiebt bzw. fließt der durch die hochfrequenten Schwingungen erweichte Kunststoff in den ursprünglich von dem Metallteil ausgefüllten Raum innerhalb des Kunststoffträgers und stellt die Formschlüssigkeit her. Der Widerstand gegenüber auf das Metallteil später einwirkenden Zugkräften wird dadurch um ein Vielfaches erhöht. Ebenso ist z. B. ein derartig eingebetteter runder Metallstift gegen Verdrehen gesichert. Eine rationelle Fertigung von mit Metallteilen bestückten Kunststoffträgern, etwa von mit Anschlußfahnen oder Anschlußstiften bestückten Schaltungsplatten läßt sich insbesondere dann erzielen, wenn die Metallteile in die volle, ungelochte Kunststoffmasse eingedrückt werden. In kontinuierlichen Verfahrensschritten können hierbei die Stifte oder Fahnen von einer einfachen Drahtrolle abgetrennt, in den vollen Kunststoftträger eingedrückt und gleichzeitig gegen Herausziehen und gegen Verdrehen abgesichert werden. Wenn z. B. das Metallteil in dem Schwingkopf, der durch einen bekannten Schwinggenerator angetrieben wird, oder in einem sonstigen Führungselement geführt wird, ist gewährleistet, daß die Ausknickung jeweils innerhalb der Kunststoffmasse erfolgt. In jedem Falle werden beim Metalheil besondere aufwendige Maßnahmen, wie Riffelungen, Nasen, Warzen od. dgl. entbehrlich.Based on this knowledge, the solution according to the invention provides that on the, the indentation direction facing away from the side of the plastic carrier a stop is provided on which the push-in direction Metal part penetrating due to the movement of an oscillating head directed towards the plastic carrier runs under pressure and experiences a lateral kink inside the plastic carrier. By this buckling or bending of the thin metal part as a result of the acting on both sides of the metal part Pressure pushes or flows the plastic softened by the high-frequency vibrations into the original by the metal part filled space within the plastic carrier and provides the form fit here. The resistance to tensile forces acting later on the metal part is thereby reduced by one Increased many times. Likewise z. B. such an embedded round metal pin secured against rotation. An efficient production of plastic carriers fitted with metal parts, such as terminal lugs or circuit boards equipped with connection pins can be achieved in particular when the metal parts are in the full, unperforated plastic mass must be pressed in. In continuous process steps can Here the pins or flags are separated from a simple roll of wire, in the full plastic carrier pressed in and at the same time secured against being pulled out and against twisting. If z. B. that Metal part in the oscillating head, which is driven by a known oscillating generator, or in Another guide element is performed, it is ensured that the buckling within the Plastic mass takes place. In any case, special complex measures such as corrugation, Noses, warts or the like can be dispensed with.

Werden bezüglich der Lage des Metallteils im Kunststoffträger besonders hohe Anforderungen gestellt, so wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dasIf particularly high requirements are made with regard to the position of the metal part in the plastic carrier, so is according to a development of the invention that

Metallteil entlang einer in dem Kunststoffträger an der Eindruckstelle vorgesehenen Führungsbohrung eingedrückt. Metal part along one in the plastic carrier on the Indented guide hole provided.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Einrichtung derart ausgestaltet, daß der Anschlag an seiner an dem Kunststoffträger anliegenden Anschlagfläche eine Zentrierkerbung aufweist Die Genauigkeit der Lage des Meta'lteils im Kunststoffträger wird durch diese Zentrierkerbung, in welche das eingedrückte Metallteil eingreift, beträchtlich erhöht.To carry out the method according to the invention, a device is designed such that the The stop has a centering notch on its stop surface resting against the plastic carrier Accuracy of the position of the metal part in the plastic carrier is increased considerably by this centering notch, in which the pressed-in metal part engages.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Anschlag und/oder der Schwingkopf eine Führungsöffnung auf, in welcher der aus dem Kunststofflager herausragende Teil des Metallteils formschlüssig geführt ist. Je nachdem, ob das Metallteil, z. B. der Metallstift in seiner endgültigen Lage einseitig oder beidseitig des Kunststoffträgers herausragt, ist der Schwingkopf oder aber der Schwingkopf und der Anschlag mit einer sacklochartigen Führungsöffnung versehen, welche ein Ausweichen des Metallteils außerhalb des Kunststoffträgers verhindert.According to a development of the invention, the stop and / or the oscillating head has a guide opening in which the protruding from the plastic bearing Part of the metal part is guided in a form-fitting manner. Depending on whether the metal part, e.g. B. the metal pin in its final position protrudes on one or both sides of the plastic carrier, is the oscillating head or but the oscillating head and the stop are provided with a blind hole-like guide opening which allows for evasion of the metal part outside the plastic carrier.

Die Stelle, an welcher eine Ausknickung des Metallteils zu erfolgen hat, kann in vorteilhafter Weise dadurch genau bestimmt und festgelegt werden, daß das Metallteil an der Ausknickstelle eine Querschnittsverengung aufweist.The point at which a buckling of the metal part has to take place can thereby advantageously precisely determined and established that the metal part has a cross-sectional constriction at the kink having.

Die Erfindung wird durch die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert. Es bedeutetThe invention is explained in more detail below by means of the exemplary embodiments shown in the drawing. It means

F i g. 1 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit zwei stiftartigen Metallteilen bestückter Kunststoffträger, F i g. 1 a plastic carrier equipped with two pin-like metal parts according to the method according to the invention,

F i g. 2 eine schematisch dargestellte Einrichtung zur Durchführung des erlindungsgemäßen Verfahrens,F i g. 2 a schematically illustrated device for carrying out the method according to the invention,

F i g. 3 ein weiterer auf die erfindungsgemäße Weise mit verschiedenen Metallteilen bestückter Kunststoffträger, F i g. 3 another plastic carrier equipped with various metal parts in the manner according to the invention,

Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,4 shows a further embodiment of a device to carry out the method according to the invention,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer der Einrichtung gemäß F i g. 4 ähnlichen Einrichtung.F i g. 5 shows a schematic representation of one of the devices according to FIG. 4 similar facility.

In F i g. 1 ist mit 1 ein etwa L-förmiger Kunststoffträger bezeichnet, />,n dessen einem Schenkel zwei runde Stifte 2 durch Einbetten befestigt sind. Wie gestrichelt angedeutet, weisen die beidseitig aus dem Kunststoffträger 1 herausragenden Stifte 2 innerhalb des Kunststoffträgers 1 eine seitliche Ausknickung 3 auf, durch welche die Stifte 2 gegen Herausziehen sowie gegen Verdrehen gesichert sind. Dieser bestückte Kunststoffträger 1 bildet etwa einen Teil einer elektrischen Anlage mit den Stiften 2 als elektrische Anschluß- und Verbindungselemente. In Fig. 1 is with 1 an approximately L-shaped plastic carrier denotes, />, n whose one leg two round ones Pins 2 are attached by embedding. As indicated by dashed lines, the pins 2 protruding from the plastic carrier 1 on both sides point inside the plastic carrier 1 a lateral kink 3, through which the pins 2 against pulling out and against Are secured against twisting. This populated plastic carrier 1 forms approximately part of an electrical system with the pins 2 as electrical connection and connecting elements.

In F i g. 2 sind mit 4 und 5 Teile einer Einrichtung zur Erstellung des in F i g. 1 dargestellten, bestückten Kunststoffträgers 1 in einer Schnittansicht dargestellt. Dabei weist ein Schwingkopf 4, welcher durch einen nicht dargestellten Schwinggenerator zu hochfrequenten, insbesondere im Ultraschallbereich liegenden Schwingungen in Pfeilrichtung veranlaßt wird, eine Führungsöffnung 6 auf. in welcher der in den Kunststoffträger 1 einzubettende Stift 2 geführt ist. Das Eindrücken des Stiftes 2 geschieht im Ausführungsbeispiel von oben nach unten, wobei sich während dem EinIn Fig. 2 are with 4 and 5 parts of a device for Creation of the in F i g. 1 shown, equipped plastic carrier 1 shown in a sectional view. An oscillating head 4, which by means of an oscillating generator (not shown), has high-frequency, in particular vibrations lying in the ultrasonic range is caused in the direction of the arrow, a Guide opening 6. in which the pin 2 to be embedded in the plastic carrier 1 is guided. The pin 2 is pressed in in the exemplary embodiment from top to bottom, being during the a

drücken infolge der hochfrequenten Schwingungen die mit dem Stift in Berührung stehende Kunststoffmasse erweicht. An der in der Figur unteren Begrenzung des Kjnststoffträgers 1 ist ein widerstandsfähiger, z. B. aus Metall bestehender Anschlag 5 stabil angesetzt, welcher ebenfalls mit einer sacklocharligen Führungsöffnung 7 versehen ist. Nachdem der Stift 2 den Kunststoffträger 1 geradlinig durchstoßen hat, gelangt er in die Führungsöffnung 7, in welcher er schließlich auf die untere Begrenzung der Führungsöffnung 7 aufläuft. Da das Eindrücken des Stiftes 2 unter Druck geschehen muß und daher das Auflaufen des Stiftes 2 auf den Anschlag 5 ebenfalls unter Druck geschieht, erfährt der außerhalb des Kunststoffträgers 1 geführte Stift 2 innerhalb der Kunststoffmasse eine Ausknickung 3, was zur Folge hat, daß der erweichte Kunststoff sofort den freigewordenen Raum ausfüllt. Die Ausknickstelle kann von vornherein durch eine Querschnittsverengung, etwa durch eine Einquetschung genau festgelegt werden. Due to the high-frequency vibrations, press the plastic compound that is in contact with the pen softened. At the lower limit in the figure of the plastic carrier 1 is a resistant, z. B. off Existing metal stop 5 is attached in a stable manner, which also has a blind guide opening 7 is provided. After the pin 2 has pierced the plastic carrier 1 in a straight line, it arrives in the guide opening 7, in which it finally runs onto the lower limit of the guide opening 7. There the pressing of the pin 2 must be done under pressure and therefore the run-up of the pin 2 on the stop 5 also happens under pressure, the pin 2 guided outside the plastic carrier 1 experiences inside the plastic mass a kink 3, with the result that the softened plastic immediately the fills the vacated space. The kink can from the outset by a cross-sectional constriction, be precisely determined by a squeeze.

Der Kunststoffträger 8 gemäß F i g. 3 weist, wie die Schnittdarstellung zeigt, eine Nut 9 auf. Bei dieser Ausführung sollen Stifte 10, 11 und 12 unterschiedlichen Querschnittes nur über die obere Begrenzung des zwischen Nut 9 und der oberen Fläche 81 gebildeten Steges 82 in der endgültigen Lage herausragen. Ein in die Nut 9 eingeführter Anschlag 13 weist deshalb an seiner an dem Kunststoffträger 8 anliegenden Anschlagfläche eine Zentrierkerbung 14 auf, in welche der nach dem vorbeschriebenen Verfahren eingedrückte Stift z. B. 10 eingreift bzw. sich darin zentrierend abstützt. Der Anschlag 13 wird daraufhin entfernt.The plastic carrier 8 according to FIG. As the sectional illustration shows, FIG. 3 has a groove 9. In this version should pins 10, 11 and 12 different cross-section only over the upper limit of the between Groove 9 and the web 82 formed on the upper surface 81 protrude in the final position. One in the The stop 13 inserted in the groove 9 therefore has its stop surface resting against the plastic carrier 8 a centering notch 14 into which the pin pressed according to the method described above, for. B. 10 engages or is supported in a centering manner. The stop 13 is then removed.

Selbstverständlich können die nach dem beschriebenen Verfahren befestigten Metallteile jede beliebige Form haben. Sie können in Form von Fahnen, Stiften, Krampen od. dgl. ausgebildet sein. Weiterhin besteht völlige Freiheit darüber, ob das Metallteil in die volle, ungelochte Masse eines Kunststoffträgers eingedrückt wird oder ob zur genaueren lagemäßigen Orientierung der Metallteile besondere Führungsbohrungen an den vorbestimmten Eindrückstellen des Kunststoffträgers, die etwa dem Querschnitt der Metallteile entsprechen, vorgesehen sind.Of course, the metal parts attached by the method described can be any Have shape. They can be in the form of flags, pins, staples or the like. Still exists Complete freedom as to whether the metal part is pressed into the full, unperforated mass of a plastic carrier or whether special guide holes on the for more precise orientation of the metal parts predetermined indentation points of the plastic carrier, which correspond approximately to the cross-section of the metal parts, are provided.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist ein Kunststoffträger 15 in einen, eine rechtwinklige Aufnahme bildenden Block 16 gelagert, dessen vertikaler Schenkel eine Zentrierkerbung 17 aufweist. Ein in einem Führungselement 18 geführtes Metallteil 19 wird in Pfeilrichtung in Höhe der Zentrierkerbung 17 in den Kunststoffträger 15 eingedrückt, während ein Schwingkopf 20 in einer zur Eindrückrichtung rechtwinkligen Richtung auf eine Begrenzungsfläche des Kunststoffträgers 15 einwirkt. Das Metallteil 19 trifft auf die Zentrierkerbung 17 bzw. auf den als Anschlag dienenden vertikalen Schenkel des Blockes 16 und knickt aus.In the embodiment according to FIG. 4 is a plastic carrier 15 in one, a right-angled receptacle forming block 16, the vertical leg of which has a centering notch 17. An in a guide element 18 guided metal part 19 is in the direction of the arrow at the level of the centering notch 17 in the Plastic carrier 15 pressed in, while an oscillating head 20 in a direction at right angles to the pressing direction Acts in the direction of a boundary surface of the plastic carrier 15. The metal part 19 meets the centering notch 17 or on the vertical leg of the block 16 serving as a stop and kinks.

Der Ausknickvorgang kann erleichtert werden, wenn, wie in F i g. 5 dargestellt, ein Metallteil 21 in der Nähe des strichpunktiert angedeuteten Bereichs einer Querschnittsänderung eines z. B. mit Flanschen versehenen Kunststoffträgers 21 eingedrückt wird, da in diesem Bereich infolge Reflexion an den Querschnittssprüngen eine besonders große Umwandlung der Schwingungsenergie erfolgt.The buckling process can be facilitated if, as shown in FIG. 5, a metal part 21 is shown in FIG Proximity of the dot-dashed area of a change in cross-section of a z. B. flanged Plastic carrier 21 is pressed in, since in this area, due to reflection at the cross-sectional jumps, a particularly large conversion of the Vibration energy takes place.

Hierzu 2 Blast ZeichnungenFor this 2 blast drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for attaching pin-like or strip-like metal parts to plastic carriers, under Application of high-frequency acting on the metal parts in the plastic, in particular vibrations lying in the ultrasonic range, characterized in that that on the side facing away from the push-in direction of the plastic carrier (1, 8, 15, 22) a stop (5, 13, 16) is provided, on which the in the push-in direction through the on the plastic carrier directed movement of an oscillating head (4, 20) penetrating metal halves (z. B. pin 2) below Pressure builds up and undergoes a lateral kink (3) within the plastic carrier.

2. The method according to claim 1, characterized in that the metal part (pins 2, 10, 11, 12) along a guide hole provided in the plastic carrier (1 or 8) at the indentation point will.

3. The method according to the preceding claims, characterized in that the metal part (21) is pressed in in the area of a change in cross-section of the plastic carrier (22).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ultrasonic energy in a direction which is angled, preferably right-angled, to the pressing direction for the metal part (19, 21) is fed onto the plastic carrier (15, 22).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the metal part (2) on the kink point (3) is provided with a cross-sectional constriction.

6. Device for performing the method according to claims 1 to 5, characterized in that that the stop (13, 16) on its stop surface resting against the plastic carrier (8, 15, 22) has a centering notch (14,17).

7. Device for performing the method according to claims 1 and 2, characterized in that that the stop (5) and / or the oscillating head (4) have a guide opening (7 or 6) has, in which the protruding from the plastic carrier part of the metal part positively is led.