DE19755985A1 - Einbetten von Metallelementen in Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbetten von Metall­ elementen in Kunststoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise 3, bei dem das Metallelement auf eine Verfahrenstemperatur erhitzt wird und unter Krafteinwirkung in einen Kunststoffkörper eingepreßt wird, wobei die Vorrichtung zum Einpressen einen Preßdorn aufweist.

Es ist bekannt, Metallelemente, wie beispielsweise Messinghülsen zu erhitzen und im erhitzten Zustand in eine in einem Kunststoffkörper ausgebildete Öffnung einzu­ pressen. Die Erhitzung der Messinghülse geschieht derart, daß die Messinghülsen in einen erhitzten Raum verbracht werden, in dem sie sich aufgrund eines stattfin­ denden Temperaturausgleichs auf Verfahrenstemperatur erhitzen. Die Messinghül­ sen müssen daher eine bestimmte Zeit, welche regelmäßig einige Minuten beträgt, in dem Raum verbleiben.

Für eine Serienproduktion werden die Messinghülsen auf einer Transportvorrichtung durch den erhitzten Raum geführt. Die Transportvorrichtung ist so ausgebildet, daß die Dauer des Transports durch den erhitzten Raum solange dauert, bis die Tempe­ ratur der Hülsen der Verfahrenstemperatur entspricht.

Nachdem die Hülsen den erhitzten Raum verlassen haben, werden sie mittels einer geeigneten Vorrichtung auf die Einpreßstelle gesetzt und dort mittels eines Einpreß­ dorns in den Kunststoffkörper gepreßt. Da die Messinghülsen erhitzt sind, wird der an die Messinghülse angrenzende Teil des Kunststoffkörpers weich und verformt sich plastisch. Durch Wärmeabgabe an die Umgebung erkalten die Messinghülsen wieder, wodurch sich der Kunststoff wieder verfestigt. Auf die Messinghülse wird solange Druck ausgeübt, bis der an die Messinghülse angrenzende Teil des Kunst­ stoffkörpers wieder soweit erstarrt ist, daß die Messinghülse fest mit dem Kunst­ stoffkörper verbunden ist.

Das bekannte Verfahren beziehungsweise die entsprechende Vorrichtung haben den Nachteil, daß die Dauer des Gesamtprozesses sehr lang ist. So muß der Dorn etwa eine halbe Minute auf die Messinghülse Kraft ausüben. Die zur Erhitzung der Messinghülsen benötigte Zeit von etwa drei bis fünf Minuten kann zwar dadurch kompensiert werden, daß der erhitzte Raum sehr viele Messinghülsen aufnehmen kann, wodurch pro Zeiteinheit dem Raum genügend erhitzte Hülsen entnommen werden können, jedoch schwankt die Temperatur, auf der sich die Hülsen befinden, um einen relativ großen Bereich. Dies ist sehr problematisch, da die Temperatur für die Qualität der Einbettung der Hülsen in den Kunststoffkörper sehr bedeutend ist. Darüber hinaus hat die bekannte Vorgehensweise bei Störungen des Produktions­ ablaufs sehr große Nachteile. Denn der Durchlauf der Hülsen durch den erhitzten Raum kann nicht unterbrochen werden, da hierdurch die Hülsen auf eine zu hohe Temperatur erhitzt würden.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein eingangs genanntes Verfahren beziehungsweise eine eingangs genannte Vorrichtung derart auszubilden, daß die Zeit für den Ein­ preßvorgang reduziert wird und die Qualität der Einbettung der Metallelement in den Kunststoffkörper verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 beziehungsweise 3. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird die Einpreßstelle nach dem Einpressen des Metallele­ ments gekühlt.

Durch die Kühlung des Metallelements nach dem Einpressen in den Kunststoffkör­ per wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der durch das erhitzte Metallelement erweichte Bereich des Kunststoffkörpers sehr schnell wieder soweit erstarrt, daß das Metallelement fest im Kunststoffkörper sitzt ohne daß auf ihm Druck ausgeübt wer­ den muß. Hierdurch wird die für die Einbettung des Metallelements in den Kunst­ stoffkörper benötigte Zeit sehr stark reduziert. Statt einer zuvor benötigten Zeit von etwa einer halben Minute wird nun nur noch etwa eine halbe Sekunde benötigt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlung der Einpreßstelle mittels Preßluft ge­ schieht, welche aus unterschiedlichen Richtungen auf die Einpreßstelle geleitet wird. Hierzu weist der Preßdorn an seinem dem Metallelement zugewandten Ende mehre­ re Düsen auf. In vorteilhafter Weise sind die Austrittsöffnungen der Düsen gleich­ mäßig verteilt auf dem Umfang eines Kreises angeordnet. Die Kühlung der Einpreß­ stelle läßt sich mittels Preßluft besonders leicht realisieren, da Preßluft leicht bereit­ zustellen ist. Darüber hinaus wird die Einpreßstelle durch die Verwendung von Preßluft nicht verschmutzt sondern gereinigt.

Dadurch, daß die Düsen am Preßdorn angeordnet sind, können die Austrittsöffnun­ gen so ausgebildet sein, daß die Preßluft in Abhängigkeit der Geometrie des Metal­ lelements an Stellen geleitet wird, wo eine sehr wirksame Kühlung erreicht werden kann. Bei einer etwa zylinderförmigen Geometrie des Metallelements ist eine auf dem Umfang eines Kreises gleichmäßig verteilte Anordnung der Austrittsöffnungen der Düsen sehr wirksam.

Darüber hinaus hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn der Preßdorn auf einer dem Metallelement zugewandten Stirnseite wenigstens eine Austrittsöffnung einer Düse aufweist. Durch die auf der Stirnseite angeordnete Austrittsöffnung kann Preßluft zentral auf das Metallelement geleitet werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Metallelement Ausnehmungen wie beispielsweise Bohrungen aufweist. Die Preßluft kann dann in die Ausnehmung eindringen und das Metallele­ ment von innen kühlen. Durch die auf der Stirnseite angeordnete Austrittsöffnung der Düse wird somit eine sehr wirksame Kühlung des Metallelements erreicht.

In besonders vorteilhafter Weise sind die Düsen mit einer Zuführleitung verbunden, welche im Inneren des Preßdorns verläuft. Ein derart ausgebildeter Preßdorn hat den großen Vorteil, daß er nicht sehr störanfällig ist, da die Zuführleitung sehr ge­ schützt verläuft.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Metallelement induktiv erhitzt wird. Durch die induktive Erhitzung kann jedes Metallelement individuell erhitzt werden. Hierdurch ist es möglich den Erhitzungsvorgang in Abhängigkeit des Metallelements zu regeln. Durch die induktive Erhitzung lassen sich somit die Metallelemente sehr genau auf eine bestimmte Temperatur erhitzen. Die Folge hiervon ist, daß die Qua­ lität der Einbettung des Metallelements in einen Kunststoffkörper verbessert ist.

Darüber hinaus können die Metallelemente durch die induktive Erhitzung in sehr kurzer Zeit auf Verfahrenstemperatur gebracht werden. Es ist daher nicht mehr nö­ tig, eine größere Menge von Metallelementen gleichzeitig einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Hierdurch kann der Prozeß problemlos unterbrochen werden.

In besonders vorteilhafter Weise kann das induktive Heizgerät eine an die Geome­ trie des Metallelements angepaßte Heizspule aufweisen. Durch die angepaßte Heiz­ spule ist es möglich, das Metallelement sehr gezielt zu erwärmen. Hierdurch kann die Erwärmung sehr effektiv durchgeführt werden. So ist es beispielsweise möglich, die eingangs genannten Messinghülsen in etwa 1,5 Sekunden auf eine Verfahrens­ temperatur von etwa 300° C zu erhitzen.

Des weiteren ist es besonders günstig, wenn das induktive Heizgerät eine auf das Metallelement abgestimmte Regelung enthält. Durch die abgestimmte Regelung kann zum einen erreicht werden, daß das Metallelement mit sehr hoher Energie er­ hitzt wird, und zum anderen, daß sich die Endtemperatur des Metallelements in sehr engen Grenzen befindet. Durch das genaue Einhalten der Verfahrenstemperatur kann die Zeit, während der die Einpreßkraft auf das Metallelement ausgeübt wird, sehr genau eingestellt werden. Durch die genaue Einstellung ist es möglich, auf ei­ nen aus Sicherheitsgründen sonst erforderlichen Zeitzusatz zu verzichten. Dies wirkt sich ebenfalls sehr günstig auf die Gesamt-Einbettdauer des Metallelements in den Kunststoffkörper aus.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen auf einer Metallhülse aufgesetzten Preßdorn in schematischer Anordnung teilweise im Schnitt,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des auf die Metallhülse aufgesetzten un­ teren Teils des in Fig. 2 dargestellten Preßdorns im Schnitt und

Fig. 4 die der Metallhülse zugewandte Stirnseite des in Fig. 2 dargestellten Preßdorns.

Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, ist eine Metallhülse 1 in einem Kunst­ stoffkörper 2 eingebettet. Die Hülse 1 ist konisch und weist eine Ringnut 14 auf. Da die Einbettung der Metallhülsen 1 in den Kunststoffkörper 2 in Serienfertigung erfolgt, befindet sich bereits eine weitere Metallhülse 1a, welche in einen nächsten Kunststoffkörper 2' eingebettet werden soll, in einem sogenannten Übergabelement 6. Darüber hinaus befindet sich gleichzeitig eine dritte Hülse 1b in einer Aufheiz­ spule 7 eines induktiven Heizgerätes 8.

Des weiteren ist ein Preßdorn 3 vorgesehen, mittels welchem die Hülse 1a durch ein Führungselement 9 auf den Kunststoffkörper 2' geschoben und in eine im Kunst­ stoffkörper 2' ausgebildete Öffnung 14 eingepreßt wird. Auf den Preßdorn 3 wird mittels eines Zylinders 10 Kraft ausgeübt. Zwischen dem Zylinder 10 und dem Preß­ dorn 3 ist eine Druckmeßdose 11 angeordnet. Des weiteren ist am Preßdorn 3 eine Hervorstehung 12 angeordnet, welche zur Betätigung eines Wegmeßtasters 13 dient.

Wie insbesondere den Fig. 2 bis 4 entnommen werden kann, weist der Preßdorn 3 an seinem der Hülse 1 zugewandten Ende sechs Düsen 4 auf, deren Austrittsöff­ nungen gleichmäßig verteilt auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind. Des weiteren weist der Preßdorn 3 auf seiner, der Hülse 1 zugewandten Stirnseite im Zentrum eine Austrittsöffnung einer weiteren Düse 4a auf. Die Düsen 4, 4a sind mit einer Zuführleitung 5 verbunden. Die Zuführleitung 5 ist ein Kanal, welcher sich im Inneren des Preßdorns 3 von seinem der Hülse 1 abgewandten Ende bis zu seinem der Hülse 1 zugewandten Ende erstreckt. Die Zuführleitung 5 ist an ihrem der Hülse 1 abgewandten Ende mit einer nicht gezeigten Versorgungsleitung verbunden.

Im folgenden wird die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung kurz be­ schrieben.

Nachdem die sich in der Aufheizspule 7 des induktiven Heizgerätes 8 befindliche Messinghülse 1b auf Verfahrenstemperatur erhitzt worden ist, wird die Messinghülse 1b an das Übergabeelement 6 abgegeben. Das Übergabeelement 6 verändert seine Lage so weit, bis sich die Messinghülse 1b unterhalb des Preßdorns 3 in der Positi­ on befindet, in der in Fig. 1 die Messinghülse 1a eingezeichnet ist.

Nachdem sich die Messinghülse 1a unterhalb des Preßdorns 3 befindet, übt der Zy­ linder 10 auf den Preßdorn 3 eine Kraft aus, wodurch der Preßdorn 3 die Messing­ hülse 1a durch das Führungselement 9 auf den Kunststoffkörper 2' schiebt und sie in die im Kunststoffkörper 2' ausgebildete Öffnung 14 einpreßt. Zur Kontrolle der Einpreßkraft ist zwischen dem Preßdorn 3 und dem Zylinder 10 eine Druckmeßdose 11 angeordnet.

Durch das Verschieben des Preßdorns 3 durch den Zylinder 10 senkt sich die Her­ vorstehung 12 auf den Wegmeßtaster 13. Bei Erreichen der Einpreßposition gibt der Wegmeßtaster 13 ein Signal ab. Sobald die Messinghülse 1a in die Öffnung 14 des Kunststoffteils 2' eingepreßt ist, tritt aus den Düsen 4, 4a Preßluft aus, mittels wel­ cher die Messinghülse 1a beziehungsweise die Einpreßstelle gekühlt wird. Durch die Anordnung der Düsen 4, 4a an dem mit der Messinghülse 1a in Verbindung stehen­ den Ende des Preßdorns 3 ergibt sich eine sehr wirkungsvolle Kühlung der Mes­ singhülse 1a.

Claims (10)

1. Verfahren zum Einbetten von Metallelementen (1) in einen Kunststoffkörper (2), bei dem das Metallelement (1) auf eine Verfahrenstemperatur erhitzt wird und unter Krafteinwirkung in den Kunststoffkörper (2) eingepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßstelle nach dem Einpressen des Metallelements (1) gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Einpreßstelle mittels Preßluft geschieht, welche aus unter­ schiedlichen Richtungen auf die Einpreßstelle geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallelement (1) induktiv erhitzt wird.

4. Vorrichtung zum Einbetten von Metallelementen (1) in einen Kunststoffkörper (2), mit einem Preßdorn (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdorn (3) an seinem dem mit Metallelement (1) zugewandten Ende we­ nigstens eine Düse (4, 4a) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen der Düsen (4) gleichmäßig verteilt auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdorn (3) auf einer dem Metallelement (1) zugewandten Stirnseite we­ nigstens eine Austrittsöffnung einer Düse (4a) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (4) mit einer Zuführleitung (5) verbunden sind, welche im Inneren des Preßdorns (3) verläuft.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein induktives Heizgerät (8) vorgesehen ist, mittels dem die Metallelemente (1) auf Verfahrenstemperatur erhitzbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Heizgerät (8) eine an die Geometrie des Metallelements (1) ange­ paßte Heizspule (7) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Heizgerät (8) eine auf das Metallelement (1) abgestimmte Rege­ lung enthält.