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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Befestigungsmittel mit Einsätzen und insbesondere Einsätze, die an thermoplastischen Trägern montiert werden sollen.
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Stand der Technik
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Derzeit kann ein Einsatz, der an einem thermoplastischen Träger montiert werden soll, eine Schraubenmutter, eine Niete, eine Schraube oder ein Bolzen oder eine beliebige Form gemäß ihrer Funktion sein. Die thermoplastischen Träger werden im allgemeinen aus einem unter Wärmeeinwirkung verformbaren Kunststoff hergestellt. Die Träger können auch aus einem Harz hergestellt sein. Das Harz kann ein fließfähiges, aushärtbares Material sein, das aus Polyester oder Epoxyd hergestellt ist. Die Einsätze werden während eines Spritzgussverfahrens des Trägers oder nach der Herstellung des Trägers an den thermoplastischen Trägern montiert. Solche Einsätze müssen angepasst werden, um Zug- und Druckkräfte auszuhalten, um einen guten Halt der mechanischen Verbindung zwischen dem thermoplastischen Träger, an dem sie montiert sind, und einem anderen Teil, das man an dem Träger befestigen möchte, zu garantieren.
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Derzeit existieren Einsätze mit einem Hauptteil, dessen Außenseite gerändelt ist, d. h. eine Seite, an der man durch Walzen einen Abdruck durch Verformung des Materials herstellt, indem in mehreren Durchgängen an der Außenseite eine oder mehrere Rändelräder eindringen. Durch das Rändeln können Längsnuten erzeugt werden, die sich entlang einer Längsachse des Einsatzes erstrecken und horizontale Nuten senkrecht zu den Längsnuten oder auch in Bezug auf die Längsachse geneigte, sogenannte ”zickzackförmige” Nuten. Aber diese Einsätze garantieren keinen ausreichenden mechanischen Halt an dem Träger, nachdem ein weiteres Teil an dem Einsatz montiert wurde.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen, und insbesondere Mittel bereitzustellen, um einen ausreichenden mechanischen Halt eines an einem thermoplastischen Träger montierten Einsatzes zu garantieren.
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Nach einem Aspekt der Erfindung, wird ein Einsatz vorgeschlagen, der an einem thermoplastischen Träger montiert werden soll, umfassend ein Hauptteil, das sich entlang einer Längsachse des Einsatzes erstreckt, wobei das Hauptteil einen Abschnitt aufweist, an dem mindestens eine Längsnut an einer Außenseite des Abschnittes gebildet ist, die sich entlang der Längsachse erstreckt.
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Darüberhinaus ist mindestens eine spiralförmige Nut an der Außenseite des Abschnittes gebildet.
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Somit wird ein Einsatz bereitgestellt, der das Eindringen des Materials des thermoplastischen Trägers um den Einsatz herum verbessert, um einen besseren mechanischen Halt an dem Träger zu garantieren. Insbesondere erhöht eine spiralförmige Nut die Ausreißfestigkeit des Einsatzes, weil sie eine Schlupfdrehung des Einsatzes zum Inneren des Trägers hin begünstigt und die Scherspannungen entlang der Längsachse des Einsatzes begrenzt.
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Das Hauptteil kann aus Metall sein.
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Die spiralförmige Nut kann eine Neigung zwischen 3° und 11° besitzen.
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Das Hauptteil kann hohl sein und ein Innengewinde mit einer Gangrichtung aufweisen, die mit der der spiralförmigen Nut identisch ist.
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Somit erleichtert eine spiralförmige Nut das Festziehen einer Schraube in dem Einsatz und die Befestigung der Schraube an dem Träger, da der Einsatz beim Einschrauben der Schraube noch mehr in den Träger eindringen kann.
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An der Außenseite des Abschnittes können auch mehrere spiralförmige Nuten hergestellt werden.
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Damit erhöht man die Ausreißfestigkeit des Einsatzes.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Befestigungsvorrichtung vorgeschlagen, die einen thermoplastischen Träger und einen Einsatz, wie oben definiert, aufweist, der an dem thermoplastischen Träger montiert ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für eine Befestigungsvorrichtung, wie oben definiert, vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines Einsatzes, wie oben definiert;
- – Bereitstellen eines thermoplastischen Trägers;
- – Inkontaktbringen des Einsatzes mit dem thermoplastischen Träger; und
- – Erwärmen des thermoplastischen Trägers, um ihn zu erweichen, und um den Einsatz in den erweichten thermoplastischen Träger aufzunehmen.
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Nach einer weiteren Ausführungsart wird ein Herstellungsverfahren für eine Befestigungsvorrichtung, wie oben definiert, vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines Einsatzes, wie oben definiert;
- – Einbringen eines Einsatzes in eine Form; und
- – Einspritzen eines thermoplastischen Materials in die Form und um das Hauptteil des Einsatzes herum.
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Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich detaillierter aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsarten der Erfindung, die in nicht einschränkend zu verstehenden Beispielen in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine perspektivische Seitenansicht einer Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Einsatzes;
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2 eine perspektivische Ansicht von unten des in 1 gezeigten Einsatzes;
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3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 in schematischer Darstellung eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsart eines Einsatzes;
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5 in schematischer Darstellung eine vergrößerte perspektivische Seitenansicht des in 1 gezeigten Einsatzes; und
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die 6 und 7 in schematischer Darstellung die Hauptschritte der beiden Herstellungsverfahren einer Vorrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
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In den 1 bis 3 ist eine Ausführungsart eines Einsatzes 1 gezeigt, der an einem thermoplastischen Träger 2 montiert werden soll. In 3 ist eine Befestigungsvorrichtung 3 gezeigt, die einen an dem thermoplastischen Träger 2 montierten Einsatz 1 aufweist. Der Einsatz 1 kann eine Schraubenmutter sein, wie in den 1 bis 3 und 6 und 7 gezeigt, oder eine Schraube, wie in 4 gezeigt, oder auch ein Vollstab oder Hohlstab. Eine Schraubenmutter ist ein Hohlkörper mit Gewinde, d. h. der ein Innengewinde aufweist, das an einem anderen Gewindeteil befestigt werden soll. Eine Schraube oder ein Bolzen ist ein massives Gewindeteil, d. h. das ein Außengewinde besitzt. Vorzugsweise ist der Einsatz 1 aus Metall, z. B. aus Stahl. Der Einsatz 1 umfasst ein Hauptteil 4, wie einen Schaft, der sich entlang einer Längsachse A des Einsatzes 1 erstreckt. Der Einsatz 1 kann einen Auflagekopf 5 aufweisen, der an einem Ende des Hauptteils 4 angeordnet ist. Der Auflagekopf 5 umfasst eine erste Fläche 6, die in Richtung der Längsachse A ausgerichtet ist, d. h. gegenüber dem Hauptteil 4 des Einsatzes angeordnet. Die erste Fläche 6 soll mit einer Fläche 7 des Trägers 2 in Kontakt sein, damit der Einsatz 1 an dem Träger 2 anliegen kann. Der Auflagekopf 5 umfasst ebenfalls eine zweite Fläche 8 gegenüber der ersten Fläche 6, die entlang einer Richtung entgegengesetzt zu der der Längsachse A ausgerichtet ist. Das Hauptteil 4 hat vorzugsweise eine zylindrische Form. Unter Zylinder wird hier ein massiver Körper verstanden, der durch eine zylindrische Fläche begrenzt ist, die durch eine Gerade, sogenannte Mantellinie, erzeugt ist, die durch eine flache, geschlossene Kurve, sogenannte Leitlinie, und zwei Ebenen verläuft, die die Mantellinien schneiden. Das Hauptteil 4 kann auch eine konische Form aufweisen. Das Hauptteil 4 kann massiv oder hohl und mit einem Durchgangs- oder Sackloch versehen sein.
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Das Hauptteil 4 des Einsatzes 1 umfasst einen Abschnitt T, an dem mindestens eine Längsnut 9 an einer Außenseite 10 von Abschnitt T gebildet ist. Mit Außenseite 10 ist die Außenfläche des Hauptteils 4 gemeint. Wenn das Hauptteil 4 hohl ist, weist es auch eine Innenfläche 11 auf. Der Abschnitt T erstreckt sich teilweise entlang des Hauptteils 4. Der Abschnitt T kann sich z. B. vollständig entlang dem Hauptteil 4 erstrecken und in dem Fall weist das Hauptteil 4 nur den Abschnitt T auf. Außerdem können an der Außenseite von Abschnitt T mehrere Längsnuten 9 gebildet sein. Vorzugsweise verlaufen die Längsnuten 9 parallel zueinander. Insbesondere verlaufen die Längsnuten 9 vollständig entlang von Abschnitt T, wie in 1 gezeigt, d. h. dass die Längsnuten 9 zwischen den beiden Enden von Abschnitt T verlaufen. Darüberhinaus können die Längsnuten 9 parallel zu der Längsachse A verlaufen, mit anderen Worten, sie können entlang der Längsachse A verlaufen.
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Insbesondere und wie in 5 gezeigt, ist an der Außenseite 10 von Abschnitt T eine spiralförmige Nut 12 gebildet. Die spiralförmige Nut 12 hat Spiralform. Mit anderen Worten, die Form der spiralförmigen Nut 12 entspricht einer Kurve, deren Tangente G einen konstanten Winkel B mit einer festen Richtung F bildet. Der konstante Winkel B entspricht der Neigung der spiralförmigen Nut 12. Die spiralförmige Nut 12 verläuft durch den Abschnitt T über die gesamte Höhe von Abschnitt T, d. h. zwischen den beiden Enden von Abschnitt T. In 5 ist eine vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Einsatzes 1 gezeigt. Vorzugsweise hat die spiralförmige Nut 12 eine Neigung B zwischen 3° und 11°. In dem in 5 gezeigten Beispiel beträgt die Neigung B ungefähr 5,77°. Es ist ebenfalls eine Ganghöhe C der spiralförmigen Nut 12 gezeigt. Die Ganghöhe C entspricht der Distanz, die die beiden folgenden Tangenten G, G' trennt. Darüberhinaus erzeugt die Bildung der Längsnuten 9 und der spiralförmigen Nut 12 vorspringende Elemente 13 an der Außenseite 10 von Abschnitt T. Mit anderen Worten, die 12 vorspringenden Elemente 13 sollen mindestens eine spiralförmige Nut 12 begrenzen. Die Elemente 13 haben eine hexaedrische Form. Die Ganghöhe C entspricht auch dem Abstand, der zwei angrenzende Elemente, die sich entlang der Längsachse A befinden, voneinander trennt. Insbesondere haben die Elemente 13 eine erste Oberseite 14 und eine zweite Unterseite 15. Die Neigung der Oberseiten 14 kann anders sein als die der Unterseiten 15. Vorzugsweise haben die Oberseiten einen Neigungswinkel zu einer Achse, senkrecht zu der Längsachse A, der größer ist als der Neigungswinkel der Unterseiten 15.
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Außerdem können mehrere spiralförmige Nuten 12 an der Außenseite 10 von Abschnitt T gebildet sein. Die spiralförmigen Nuten 12 haben somit jeweils Ausgangspunkte an unterschiedlichen Positionen an der Außenseite 10 von Abschnitt T. Mit anderen Worten, die Ausgangspunkte sind zu der Längsachse A winklig versetzt. Somit erhält man ein Hauptteil 4, dessen spiralförmige Nuten 12 miteinander verflochten sind, was die Ausreißfestigkeit erhöht. Beim Ausreißen wird entlang einer entgegengesetzten Richtung zu der Längsachse A eine Kraft auf den Einsatz 1 ausgeübt. Alternativ können die spiralförmigen Nuten 12 unterschiedliche Neigungen zueinander haben.
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Im allgemeinen wird der Einsatz 1 an dem thermoplastischen Träger 2 montiert, indem der Träger 2 erwärmt wird, um ihn zu erweichen, und um den Einsatz 1 in dem Träger 2 aufzunehmen. Man kann den Einsatz 1 auch während des Spritzgießens des Trägers 2 durch Einspritzen des Materials montieren. In jedem Fall zirkuliert während der Montage an dem Träger 2 geschmolzenes Material um das Hauptteil 4 des Einsatzes 1 herum.
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Insbesondere sind die Längsnuten 9 und die spiralförmige Nut 12 in dem Hauptteil 4 mit einer bestimmten Tiefe P gebildet. Die Tiefe P der Nuten entspricht der Höhe der vorspringenden Elemente 13. Die Tiefe P der Nuten 9 und 12 definiert ein bestimmtes Volumen, das sogenannte Verdrängungsvolumen, so dass das geschmolzene Material des thermoplastischen Trägers 2 während der Montage des Einsatzes 1 an dem Träger 2 aufgenommen werden kann, d. h. dass sich während der Montage des Einsatzes 1 ein Volumen an geschmolzenem Material zwischen die vorspringenden Elemente 13 setzt. Dadurch vermeiden die Nuten, 9, 12 eine Verdrängung des geschmolzenen Materials des Trägers in Richtung des Auflagekopfes 5. Bei Nichtvorhandensein von Nuten kann nämlich eine Verdrängung von geschmolzenem Material des Trägers in Richtung Auflagekopf 5 verdrängt werden und somit besteht die Gefahr, dass der Kontakt des Auflagekopfes 5 mit der Fläche 7 des Trägers 2 verhindert wird, und eine schlechte Platzierung des Einsatzes 1 aufgrund der Bildung eines Wulstes aus inadäquatem Material unter dem Auflagekopf 5, d. h. gegenüber der ersten Fläche 6 des Auflagekopfes 5, auftritt.
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Außerdem kann das geschmolzene Material des Trägers 2 aufgrund der spiralförmigen Nut 12 leichter um das Hauptteil 4 des Einsatzes 1 herum zirkulieren. Die spiralförmige Nut 12 ermöglicht auch ein Abführen der Luft aus den Längsnuten 9 heraus und verringert die Gefahr des Lufteinschlusses um den Einsatz 1 herum. Diese Einschlüsse bilden Hohlräume um den Einsatz 1 herum, also heterogene Elemente in dem Träger 2, und Schwachpunkte im Hinblick auf mechanische Belastungen.
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Außerdem hat die spiralförmige Nut 12 eine Gangrichtung, d. h. dass ihr Winkel B zu der festen Richtung F positiv sein kann, und in diesem Fall sagt man, dass die Gangrichtung ein Rechtsgang oder negativ ist und man sagt, dass die Gangrichtung ein Linksgang ist. In 5 ist eine spiralförmige Nut 12 mit einem Rechtsgang gezeigt. Der Einsatz 1 kann ein hohles Hauptteil 4 mit einem Innengewinde 16 aufweisen, wie in 3 gezeigt, d. h. an der Innenseite 11 des Hauptteils 4 gebildete und spiralförmig angeordnete Gewinde haben einen Rechtsgang oder einen Linksgang. Vorteilhafterweise ist die Gangrichtung der spiralförmigen Nut 12 identisch mit der des Innengewindes 16.
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Im allgemeinen erhöht die Neigung B der spiralförmigen Nut 12 die Ausreißfestigkeit. Die Neigung B verleiht dem Einsatz 1 nämlich eine Schlupfdrehung in Richtung des Inneren des Trägers 2 und begrenzt die Scherspannungen entlang der Längsachse A des Einsatzes 1. Die spiralförmige Nut 12 erhöht den mechanischen Halt des Einsatzes 1 in dem Träger 2. Insbesondere erleichtert die spiralförmige Nut 12 das Festziehen einer Schraube in dem Einsatz 1, wenn die Gangrichtung der spiralförmigen Nut 12 mit der Gangrichtung des Innengewindes 16 des Einsatzes 1 identisch ist. In dem Fall gilt: wenn man nach der Montage des Einsatzes an dem Träger 2 eine Schraube in den Einsatz 1 einschraubt, neigen die auf den Einsatz 1 übertragenen, schwachen Drehungen dazu, den Einsatz 1 weiter in den Träger 2 hinein zu versenken, wodurch die Gefahr der Scherspannung des zwischen den vorspringenden Elementen 13 und in den Längsnuten 9 verdrängten Materials vermieden wird.
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In 3 ist der thermoplastische Träger 2 gezeigt, an dem der oben definierte Einsatz 1 montiert ist. Der Auflagekopf 5 ragt von der Fläche 7 des Trägers 2 vor, die mit dem Auflagekopf 5 in Kontakt ist.
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In 4 ist ein Einsatz 1 von der Art einer Schraube mit einem massiven Gewindeschaft 17 gezeigt, d. h. die ein Außengewinde 18 aufweist. Der Schaft 17 erstreckt sich von der zweiten Fläche 8 des Auflagekopfes 5 entlang der Richtung entgegengesetzt zu der der Längsachse A.
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In 6 ist eine erste Ausführungsart eines Herstellungsverfahrens der oben definierten Befestigungsvorrichtung 3 gezeigt. In dieser ersten Ausführungsart wird der Einsatz 1 nach dem Spritzgießen des Trägers 2 eingesetzt. Das Verfahren umfasst die folgenden Hauptschritte:
- – Bereitstellen eines Einsatzes 1, wie oben definiert;
- – Bereitstellen eines thermoplastischen Trägers 2;
- – Inkontaktbringen des Einsatzes 1 mit dem thermoplastischen Träger 2; und
- – Erwärmen des thermoplastischen Trägers 2, um ihn zu erweichen, und um den Einsatz 1 in den erweichten thermoplastischen Träger 2 aufzunehmen.
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Man kann den thermoplastischen Träger 2 erwärmen, indem der Einsatz 1 durch Kontakt oder durch Induktion erwärmt wird. Durch Erwärmen des Einsatzes 1 erfolgt eine Wärmeübertragung auf den Träger 2, um ihn zu erweichen. Man kann den Einsatz 1 erwärmen, indem man Ultraschall verwendet, der Mikroverschiebungen des Einsatzes 1 gegenüber dem Träger 2 erzeugt, was somit eine Erwärmung des Trägers 2 und sein Erweichen während der Progression des Einsatzes 1 in dem Träger 2 verursacht. Nach diesem Verfahren begrenzt die spiralförmige Nut 12 das Spritzen von geschmolzenem Material in Richtung des Auflagekopfes 5, wenn der Einsatz 1 in dem Träger 2 in Richtung der Längsachse A fortschreitet. Dadurch wird das Erzeugen eines inadäquaten Wulstes, der von der Fläche 7 des Trägers 2 hervorsteht, vermieden, und man begünstigt eine korrekte Positionierung des Einsatzes 1, d. h. eine Position, in der die erste Fläche 6 des Auflagekopfes 5 parallel zu der Fläche 7 des Trägers 2 ist.
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In 7 ist eine zweite Ausführungsart eines Herstellungsverfahrens einer Befestigungsvorrichtung 3 gezeigt. In dieser zweiten Ausführungsart wird der Einsatz 1 während des Spritzgießens des Trägers 2 aufgenommen. Das Verfahren umfasst die folgenden Hauptschritte:
- – Bereitstellen eines Einsatzes 1, wie oben definiert;
- – Einbringen des Einsatzes 1 in eine Form 19; und
- – Einspritzen eines thermoplastischen Materials in die Form 19 und um das Hauptteil 4 des Einsatzes 1 herum.
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Die Form 19 umfasst eine erste Seite 20, die einen Hohlraum 21 besitzt, der den Einsatz 1 aufnehmen soll, und eine zweite Seite 22, die den Hohlraum 21 abdeckt, um die Fläche 7 des Trägers 2 zu bilden. Das Verfahren umfasst einen Schritt der Positionierung des Einsatzes 1 in die Form 19. Insbesondere wird während des Schrittes der Positionierung des Einsatzes 1 das Hauptteil 4 in den Hohlraum 21 gesetzt und der Auflagekopf 5 wird an einer Innenwand 23 der zweiten Seite 22 der Form 19 zur Anlage gebracht. Insbesondere wird die zweite zweiten Fläche 8 des Auflagekopfes 5 gegen die Innenwand 23 gedrückt. Anschließend wird ein fließfähiges, aushärtbares Material wie Kunststoff in den Hohlraum 21 um das Hauptteil 4 des Einsatzes 1 gespritzt, um die Befestigungsvorrichtung 3 zu erhalten. Nach dieser Ausführungsart begünstigt die spiralförmige Nut 12 das Fließen des eingespritzten, geschmolzenen Materials um das Hauptteil 4 herum und vermeidet die Bildung von Hohlräumen um das Hauptteil 4 des Einsatzes 1 herum.
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Ein solcher Einsatz ermöglicht die Montage eines Teils an einem thermoplastischen Träger, indem die Haftung des Einsatzes an dem Träger nach der Montage verbessert wird, und er ist insbesondere für die Automobilindustrie, die Schiffsindustrie oder die Luftfahrtindustrie geeignet.
