DE19506933A1 - Hülse zum Einsatz in eine Durchgangsbohrung eines Kunststoffteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hülse zum Einsatz in eine zum Hin­ durchführen einer Schraube bestimmte Durchgangsbohrung eines Kunststoffteiles, die bei in einem angrenzenden Teil angezoge­ ner Schraube die Schraubkraft aufzunehmen hat.

Eine den vorgenannten Zweck erfüllende Hülse ist aus DE 40 01 818 A1 bekannt. In jenem Dokument ist nicht angegeben, aus welchem Material die Hülse bestehen soll. Sinngemäß muß aller­ dings davon ausgegangen werden, daß die Hülse aus einem härte­ ren Material zu bestehen hat als das Kunststoffteil, in das es einzusetzen ist. Aus anderen vergleichbaren Fällen, in denen Verstärkungsteile in Kunststoffe eingebracht werden, ist dar­ über hinaus bekannt, daß als Material für diese Einlage Metall gewählt wird.

Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Pro­ blem, für die Hülse ein Kunststoffmaterial einsetzen zu kön­ nen, mit dem die von einer Schraubverbindung ausgehenden Kräf­ te bei insbesondere Wärmeeinwirkung verformungsfrei, d. h. mit geringen Setzverlusten, aufgenommen werden können. Die Kunst­ stoffeigenschaften sollen durch geeignete Verfahrenstechniken über diese Aufgabe günstig beeinflußt werden. Kunststoff als Material für die Hülse wird insbesondere deshalb angestrebt, um ein Recyclen oder Entsorgen des Kunststoffteiles mit der darin befindlichen Hülse zu vereinfachen. Denn sowohl für ein Recyclen wie auch für ein Entsorgen eines Teiles ist es wichtig, daß dieses insgesamt aus gleichem oder doch zumindest artgleichem Material besteht. Bei einer Ausbildung der Hülse aus reinem Kunststoff werden die bei einer Schraubverbindung insbesondere bei höheren Temperaturen geforderten Eigenschaf­ ten einer Unverformbarkeit und Kriechfestigkeit bislang nicht erreicht.

Hier schafft nach der Erfindung eine Hülse in einer Ausführung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 in überraschend guter und einfacher Weise Abhilfe.

Bei dieser Lösung sorgen die eingebrachten Verstärkungseinla­ gen für eine ausreichende Druck- und Kriechfestigkeit auch bei hohen Temperaturen sowie geringe Wärmeausdehnung.

Als Verstärkungseinlagen eignen sich insbesondere Fasern mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie beispiels­ weise Kohle- oder Glasfasern.

Die Verstärkungseinlagen und der Kunststoff, in die sie zur Verstärkung einzubringen sind, können in ihren Mengenanteilen materialmäßig so zusammengestellt werden, daß der Wärmeausdeh­ nungskoeffizient und das Kriechverhalten des zu erzeugenden Verbundkunststoffwerkstoffes mit Bezug auf eine aufzunehmende Verschraubungskraft optimal ausgerichtet werden können. Für die Erzielung einer hohen Druckfestigkeit und eines geringen Kriechverhaltens ist eine Orientierung der Verstärkungseinla­ gen parallel zur Hülsenlängsachse optimal. Die Fasergehalte sind abhängig von dem jeweils eingesetzten Verarbeitungsver­ fahren und dem zur Anwendung gelangenden Kunststoffmaterial.

Bei Polymerwerkstoffen lassen sich folgende Beispiele für Fa­ sergehalte anführen:

Zur Herstellung der erfindungsgemäß einlageverstärkten Hülsen gibt es im Stand der Technik viele an sich allgemein bekannte auf die erfindungsgemäßen Verhältnisse ohne weiteres speziell werkzeug- und fertigungstechnisch ausrichtbaren Verfahren.

Bei Granulat (Duro- und Thermoplast) mit bereits eingelagerten Verstärkungsfasern kann eine Hülse durch Extrusion erzeugt werden. Bei diesem Verfahren wird ohne größeren Aufwand die erfindungsgemäße Vorzugsorientierung der Verstärkungsteile durch den Prozeß selbst erzeugt. Die durch das Schergefälle im Extrusionsspalt erzeugte Anisotropie ist mit den ent­ sprechenden Fasergehalten exakt abzustimmen.

Möglich ist auch eine Spritzgießfertigung. Hierbei müssen zur Erzeugung der Vorzugsorientierung Angußgestaltung und Form­ füllung gezielt abgestimmt werden.

Bei Anwendung des Pultrusionsverfahrens, bei dem die Matrix ein Thermo- oder Duroplast sein kann, können Endlosfasern eingesetzt werden, wobei noch bessere Eigenschaften erzielt werden.

Die erfindungsgemäß aufgebaute Hülse kann auch als ein Gewin­ deeinlegeteil mit Bezug auf einen Einsatz in einem Kunststoff­ teil ausgebildet sein. Hierbei sind relativ hohe Fasergehalte erforderlich. Bei Anwendung der Pultrusion ist für eine gute Kraftübertragung im Gewinde ein mit kurzen Fasern verstärkter Kunststoff erforderlich.

Vorteilhafte Anwendungsfälle für die erfindungsgemäße Hülse ergeben sich bei einer Befestigung von Kunststoffteilen im Mo­ torraum eines Fahrzeuges. Solche Teile können beispielsweise Ansaugrohre, eine Ölwanne, eine Zylinderkopfhaube oder Aggre­ gategehäuse usw. sein.

Gegenüber Hülsen aus Metall sind die erfindungsgemäßen Hülsen leichter und preisgünstiger. Bei durch Pultrusion hergestell­ ten Hülsen können die einzelnen Hülsen von einem theoretisch endlos geformten Rohr in jeweils passende Längen abgetrennt werden. Die während der Extrusion in das Kunststoffmaterial eingemischten Langfasern oder Endlosfasern orientieren sich in dem fließenden Extrusionsmaterial praktisch selbsttätig in Längsrichtung aus.

Die Hülsen können in vorhandene Durchgangsöffnungen eines Kunststoffbauteiles nachträglich eingesetzt werden oder aber auch bereits bei Herstellung des Kunststoffteiles gleichzeitig mit ein- bzw. angeformt werden.

Als faserverstärkte Kunststoffteile sind zwar beispielsweise Muttern (DE 34 07 229 C) oder auch Niete (US 4865792) bekannt. Dort sind die Fasern allerdings nicht in der erfindungsgemäßen Weise in Achsrichtung dieser Teile ausgerichtet, sondern senk­ recht zu dieser Richtung. Bei diesen soll auch nicht das Warm- Setzverhalten der Verschraubung optimiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.

Diese zeigt einen Schnitt durch eine Schraubverbindung.

Auf einer Metallunterlage 1 liegt ein Kunststoffteil 2 auf. Dieses Kunststoffteil 2 besitzt eine Durchgangsbohrung, an de­ ren Innenumfang eine Hülse 3 aus faserverstärktem Kunststoff fest angebracht ist.

Das Kunststoffteil 2 ist über eine Kopfschraube 4 auf die Un­ terlage 1 aufgespannt, wozu die Kopfschraube 4 in diese Unter­ lage eingeschraubt ist.

Zwischen dem Kopf der Kopfschraube 4 und dem Kunststoffteil 2 befindet sich eine Unterlegscheibe 5, die radial über die Hül­ se 3 hinausragt. Über diese Unterlegscheibe 5 wird die Kraft der Kopfschraube 4 sowohl auf die Hülse 3 als auch auf das Bauteil 2 aufgebracht.

In der Zeichnung ist ein Teil der im Schnitt gezeigten Hülse 3 aufgebrochen. In diesem aufgebrochenen Bereich lassen sich die den Kunststoff dieser Hülse verstärkenden Fasern 6, die sich über die gesamte Hülsenhöhe erstrecken, gut erkennen.

Da für die Hülse 3 und das Kunststoffbauteil 2 artgleiche Kunststoffe einsetzbar sind, ist das Kunststoffteil 2 ohne weiteres zusammen mit der Hülse 3 recyclebar. Die eingebrach­ ten Fasern stellen insoweit kein Hindernis dar.

Claims (3)

1. Hülse zum Einsatz in eine zum Hindurchführen einer Schraube bestimmte Durchgangsbohrung eines Kunststoffteiles, die bei in einem angrenzenden Teil angezogener Schraube die Schraubkraft aufzunehmen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) ein mit langgestreckten in Achsrichtung aus­ gerichteten etwa die gesamte Länge der Hülse (3) erfassenden Verstärkungseinlagen verstärkter Kunststoff ist.

2. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlagen einzelne sich etwa über die ge­ samte Länge der Hülse (3) erstreckende Fasern (6) sind.

3. Hülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese mit einem Innengewinde versehen als ein Gewinde­ einlegeteil ausgebildet ist.