DE19506933C2 - Hülse zum Einsatz in eine Durchgangsbohrung eines Kunststoffteiles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hülse zum Einsatz in eine zum Hindurchführen einer Schraube bestimmte Durchgangsbohrung ei­ nes Kunststoffteiles, die bei in einem angrenzenden Teil an­ gezogener 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 allerdings davon ausgegangen werden, daß die Hülse aus einem härteren Material zu bestehen hat als das Kunststoffteil, in das es einzusetzen ist. Aus anderen vergleichbaren Fällen, in denen Verstärkungsteile in Kunststoffe eingebracht werden, ist darüber hinaus bekannt, daß als Material für diese Einla­ ge Metall gewählt wird.

Aus DE 80 51 054 U1 sind stegartige Distanzhalter für eine Schraube mit einem Schraubkopf bekannt. Die dortigen Distanz­ stege können aus Kunststoff hergestellt sein. Es handelt sich allerdings dort nicht um Distanzhülsen, sondern lediglich um Distanzstege in der Form von Schneiden, die sich beim Einfüh­ ren der Schrauben in die Durchgangsbohrung in die Rohrungswand gegebenenfalls einschneiden können. Derartige Distanzstege sind nicht dazu geeignet, hohe Kräfte aufzunehmen. Dies ergibt sich unter anderem auch durch die spitze schneidenartige Auf­ lage der Distanzstege auf dem Gegenstück, wodurch sie sich allmählich in das Gegenstück eingraben können.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem bei einer gat­ tungsmäßigen Hülse ein Kunststoffmaterial einsetzen zu kön­ nen, mit dem die von einer Schraubverbindung ausgehenden Kräfte bei insbesondere Wärmeeinwirkung verformungsfrei, d. h. mit geringen Setzverlusten, aufgenommen werden können. Die Kunststoffeigenschaften sollen durch geeignete Verfahren­ stechniken über diese Aufgabe günstig beeinflußt werden. Kunststoff als Material für die Hülse wird insbesondere des­ halb angestrebt, um ein Recyclen oder Entsorgen des Kunst­ stoffteiles 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:

a) Pultrusion (Endlosfasern)

b) Spritzguß oder Extrusion

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 (2)

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) aus mit langgestreckten, in Achsrichtung ausgerichteten, etwa die gesamte Länge der Hülse (3) erfas­ senden Verstärkungseinlagen verstärktem Kunststoff besteht und an ihren Enden flächenschlüssig in die jeweilige Oberflä­ che des die Durchgangsbohrung enthaltenden Kunststoffteiles übergeht.

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