DE4227272A1 - Verwendung eines Befestigungselements aus Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Befestigungs­ elements, insbesondere einer Schraube, Mutter, eines Ge­ windeeinsatzes oder eines Niets aus Kunststoff an oder in einem Bauteil aus Kunststoff.

Kunststoffschrauben und -gewindeeinsätze aus Kunststoff in Verbindung mit Bauteilen aus Metall oder Kunststoff sind bekannt. Diese Schrauben bzw. Gewindeeinsätze sind in gleicher Weise wie entsprechende Schrauben oder Gewin­ deeinsätze aus Metall gestaltet und werden in derselben Weise als Befestigungselemente verwendet, wobei die Fe­ stigkeit der Verbindung von der Festigkeit des Kunst­ stoffs abhängt. Um eine gegenüber Metallschrauben bzw. -gewindeeinsätzen annähernd gleiche Festigkeit zu errei­ chen, ist es bekannt, hochwertige Kunststoffe mit guten Festigkeitseigenschaften, z. B. Polyamid-Kunststoff (PA), vorzugsweise glasfaserverstärkt, zu verwenden und das Bauteil aus kostengünstigem Kunststoff geringer Festig­ keit herzustellen.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Schrauben bzw. Gewin­ deeinsätzen aus Kunststoff, daß sie, genauso wie entspre­ chende Metallteile, von dem Bauteil abgeschraubt und aus­ sortiert werden müssen, bevor sich das Bauteil und/oder die Schrauben bzw. Gewindeeinsätze zur Herstellung gleichartiger oder anderer Kunststoffteile wiederverwer­ ten lassen.

Zwar ist eine Wiederverwertung des Materials dieser Bau­ elemente nach dem Sortieren möglich, jedoch ist der Auf­ wand für eine derartige Wiederverwertung aufgrund der er­ forderlichen Demontage und des Sortierens hoch.

Kunststoffschrauben bzw. -gewindeeinsätze werden daher in der Regel nur dann verwendet, wenn ihr Einsatz gegenüber Metallschrauben bzw. -gewindeeinsätzen aus anderen Grün­ den, z. B. dem Korrosionsschutz, vorteilhaft erscheint.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglich­ keit zu schaffen, Befestigungselemente wie Schrauben oder Gewindeeinsätze zusammen mit dem Bauteil, mit dem sie verbunden sind, wiederzuverwerten.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird vorgeschlagen, daß das Befestigungselement und das Bauteil erfindungsge­ mäß aus bei einer gemeinsamen Wiederverwertung kompa­ tiblen Kunststoffen bestehen.

In diesem Zusammenhang bedeutet kompatibel, daß sich das Kunststoffmaterial der Schrauben bzw. Gewindeeinsätze mit dem des Bauteils beim Einschmelzen und Regranulieren vollständig mischt und homogen verteilt, ohne daß eine thermische Schädigung des einen oder anderen Kunststoff­ materials eintritt und ohne daß Verstopfungen von Spritz­ düsen, Angußkanälen oder schädliche Einlagerungen in einem daraus gefertigten Spritzgußteil auftreten. Dabei kann die Werkstoffpaarung so gewählt werden, daß sich auch eine synergistische Wirkung ergibt.

Die Kompatibilität wird gefördert, wenn der Schmelzpunkt des Kunststoffs für das Befestigungselement etwa gleich dem des für das Bauteil verwendeten Kunststoffs ist und die Kunststoffe insbesondere artgleich sind. Artgleich sind z. B. die Polyolefine untereinander sowie die Poly­ amide. Dabei kann der Kunststoff für das Befestigungsele­ ment härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil eingestellt sein und insbesondere festig­ keitserhöhende Füllstoffe wie Glasfasern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe enthalten.

Für das Befestigungselement ist z. B. ein schlagzäh modi­ fiziertes Polyamid (PA) mit 50% Glasfaseranteil geeignet, das sich gemischt mit anderen, einfachen Polyamiden für das Bauteil wiederverwerten läßt. In der gleichen Weise läßt sich ein Polypropylen (PP), das chemisch mit Poly­ äthylen (PE) gekoppelt ist und 40% Glasfaseranteil ent­ hält, als Material für das Befestigungselement mit allen Polyolefinen als Material für das Bauteil wiederverwer­ ten. Des weiteren sind ein Homopolymerisat des Polyoxyme­ thylens (POM) mit 40% Glasfaseranteil für das Befesti­ gungselement und das gleiche Homopolymerisat ohne Glasfa­ seranteil für das Bauteil geeignet. Auch ein Copolymeri­ sat von POM mit 40% Glasfaser läßt sich mit einem ent­ sprechenden Copolymerisat kombinieren. Eine weitere Mate­ rialkombination ist mit einem schlagzäh modifizierten Po­ lybuthylenterephthalat PBTP mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen PBTP oder einem schlagzäh modifizierten Polyäthylenterephthalat (PETB) mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen (PETB) gegeben, wobei der Glasfaser­ gehalt durchaus variieren kann.

Werden die Bauteile mit den Befestigungselementen aufge­ schmolzen und regranuliert, mischen sich die Materialien der Befestigungselemente und des Bauteils problemlos, und die Füllstoffe, z. B. die Glasfasern verteilen sich gleichmäßig in der gesamten Schmelze. Das regranulierte Material läßt sich zu allen Bauteilen verarbeiten, bei denen es auf einen geringen Stoffanteil, der von den Be­ festigungselementen herrührt, nicht ankommt. Nur für die Befestigungselemente selber sollte aus Festigkeitsgründen stets jungfräuliches Material verwendet werden.

Aufgrund der höheren Festigkeit des für die Befestigungs­ elemente verwendeten Materials ist es möglich, eine Schraube oder einen Gewindeeinsatz mit einem selbstfur­ chenden Gewinde zu versehen, so daß sich die Schraube oder der Gewindeeinsatz in ein vorgeformtes oder vorge­ bohrtes Loch direkt einschrauben läßt.

Um den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs Rechnung zu tragen, insbesondere die Kerbbeanspruchungen in den Gewinderillen zu vermindern und dadurch die Lastaufnahme­ fähigkeit der Gewindegänge zu optimieren, können diese beispielsweise um eine Ganghöhe axial gegeneinander ver­ setzt sein und einen Abstand voneinander aufweisen, der mindestens dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht. Auf diese Weise lassen sich die Gewinderillen breit und mit großem Radius ausrunden, wodurch eine Kerbwirkung in die­ sem Bereich des Gewindeprofils vermieden wird. Des weite­ ren lassen sich Schrauben oder Gewindeeinsätze mit so ge­ stalteten Gewindegängen im Spritzguß-Verfahren mit einer zweiteiligen Form herstellen, wenn die Formtrennebene in die Sprungstellen gelegt wird.

Es ist auch möglich, die Gewindehöhe in Eindrehrichtung von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert in Umfangs­ richtung stetig zunehmen zu lassen und über die Ein­ schraublänge wenigstens einmal, vorzugsweise nach jedem halben Gewindegang über einen Absatz auf den Kleinstwert zu vermindern, so daß der Absatz eine Ausdrehsperre bil­ det. Durch diese Ausdrehsperre wird verhindert, daß sich eine angezogene Schraube lockert oder löst oder sich ein Gewindeeinsatz mit einer darin eingedrehten Schraube aus dem Bauteil herausdreht.

Weist die Schraube oder der Gewindeeinsatz ein selbstfur­ chendes Gewinde auf, kann am Einschraubende wenigstens eine Schneidnut vorhanden sein, während der axiale Ver­ satz der Gewindegänge und/oder die veränderliche Gewinde­ höhe für die Ausdrehsperre erst am Ende der Schneidnut beginnen.

Die Kunststoffschrauben können auch in Holzteile, bei­ spielsweise im Modellbau eingedreht werden und lassen sich problemlos mitbearbeiten, ohne daß Schäden an den Schneidmessern entstehen. Die Holzelemente können mit den Kunststoffschrauben bei der Entsorgung ohne Rückstände z. B. verbrannt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Kunststoffkopfschraube mit selbstfurchendem Gewinde,

Fig. 2 eine Axialansicht auf den Gewindeschaft der Schraube gemäß Fig. 1,

Fig. 3 die Seitenansicht eines Gewindeschaftes mit einem anderen Gewinde,

Fig. 4 eine um 90° versetzte Ansicht des Gewindeschafts gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Axialansicht auf den Gewindeschaft der Fig. 3 und 4,

Fig. 6 die Seitenansicht eines Gewindeeinsatzes mit Ausdrehsicherung,

Fig. 7 eine Axialansicht auf den Gewindeeinsatz gemäß Fig. 6 und

Fig. 8 die Seitenansicht eines Gewindeeinsatzes mit Ausdrehsicherung und axialem Versatz der Gewin­ degänge.

Eine Kopfschraube 1 besteht aus einem Sechskantkopf 2 mit einem Schaft 3, der ein Rundgewinde 4 aufweist. Am freien Schaftende sind zwei um 180° versetzte Schneidnuten 5 an­ geordnet, während diametral gegenüberliegend jeder Gewin­ degang Anflachungen oder Nuten 6 besitzt. Die Schraube 1 besteht aus einem Kunststoff, der mit dem Kunststoff des Bauteils, in das die Schraube 1 eingeschraubt werden soll, kompatibel, insbesondere artgleich ist. Jedoch ist der Kunststoff der Schraube 1 vorzugsweise härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil und enthält festigkeitserhöhende Füllstoffe wie Glas­ fasern, Glaskugeln, Kohlefasern oder Mineralstoffe. Die Schraube 1 läßt sich daher in eine Bohrung des Bauteils eindrehen und furcht sich dabei das Rundgewinde 4 selber.

Während das in Fig. 1 dargestellte Rundgewinde bereits weitgehend unempfindlich gegen Kerbwirkung ist, läßt sich mit dem in den Fig. 3 bis 5 und 8 dargestellten Gewinde in noch erhöhtem Maße den Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs Rechnung tragen.

In Fig. 3 bis 5 ist nur ein Schaft 7 dargestellt, der entweder, wie in Fig. 1 einen Kopf, insbesondere Sechs­ kantkopf tragen kann oder als Gewindestift dient. Ebenso kann das in Fig. 3 bis 5 dargestellte Bauteil als Gewin­ deeinsatz ausgebildet sein. Bei dem in Fig. 3 bis 5 dar­ gestellten Gewinde handelt es sich um ein Spitzgewinde 8, dessen Gewinderille 9 die doppelte Breite der Ganghöhe eines normalen Gewindes aufweist. Jeweils ein Gewindegang 10 läuft um 360°, d. h. einmal um den Gewindeschaft 7 herum. Nach 360° ist der nächste Gewindegang 10 um den Betrag einer Ganghöhe axial versetzt und läuft so wie­ derum einmal um den Schaft 7 herum. Das gleiche Spiel wiederholt sich Gang für Gang. Die Schraube erhält da­ durch bei jedem Gang eine Sprungstelle 11.

Es ist auch möglich, jeweils um 180° gegeneinander ver­ setzte Sprungstellen vorzusehen. Dies hat den Vorteil, daß sich diese Schrauben in einer zweigeteilten Spritz­ gußform, deren Trennebene durch die Ebene der Sprungstel­ len verläuft, herstellen lassen.

Der in Fig. 6 bis 8 dargestellte Gewindeeinsatz 12 be­ sitzt eine Ausdrehsperre, bei der die Gewindehöhe jedes Gewindeganges 13 von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert in Umfangsrichtung stetig zunimmt und sich nach jedem halben Gewindegang 13 über einen Absatz 14 auf den Kleinstwert vermindert. Der hier befindliche Absatz 14 stellt die Ausdrehsperre dar. Wird der Gewindeeinsatz 12 nämlich im Uhrzeigersinn in eine Bohrung eines Bauteils eingeschraubt - zu diesem Zweck läßt sich ein Einschraub­ werkzeug mit Zapfen in Axialnuten 15 einsetzen - wird das Material des Bauteils in der Bohrung teilweise verdrängt und weicht teilweise elastisch aus, so daß es sich nach Beendigung des Einschraubens hinter den Absätzen 14 ver­ krallt und ein Ausdrehen des Gewindeeinsatzes 12 nur un­ ter großem Kraftaufwand möglich ist. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung weist jede Gewinderille, wie be­ reits bezüglich Fig. 3 bis 5 beschrieben, die doppelte Breite der Ganghöhe eines normalen Gewindes auf. Jeweils ein halber Gewindegang 13 läuft um 180° um den Gewinde­ schaft 12 herum. Nach 180° ist der nächste halbe Gewinde­ gang 13 um den Betrag einer Ganghöhe axial versetzt. Der Gewindeeinsatz 12 erhält dadurch bei jedem halben Gang 13 einen Sprung, dessen größerer am Ende des halben Gewinde­ gangs 13 den Absatz 14 und damit die Ausdrehsperre bil­ det.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Befestigungs­ elemente aus Kunststoff zusammen mit einem Bauteil aus einem mit dem Kunststoff der Befestigungselemente kompa­ tiblen Kunststoff ist es möglich, aus dem Material des Bauteils und der Befestigungselemente regranulierten Kunststoff herzustellen, ohne daß es erforderlich ist, die Befestigungselemente und Bauteile voneinander zu trennen, wodurch ein erheblicher Aufwand bei der Wieder­ verwertung vermieden wird. Dennoch sind die Verbindungen ausreichend fest, da sich innerhalb einer Gruppe von kom­ patiblen Kunststoffen stets hochfeste, für Befesti­ gungselemente mit kostengünstigeren, für die Bauteile ge­ eigneten Kunststoffen kombinieren lassen.

Claims (9)

1. Verwendung eines Befestigungselements, insbesondere einer Schraube (17), Mutter, eines Gewindeeinsatzes (12) oder Niets aus Kunststoff zusammen mit einem Bauteil aus einem mit dem Kunststoff des Befesti­ gungselements bei einer gemeinsamen Wiederverwertung kompatiblen Kunststoff.

2. Befestigungselement zur Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Kunststoffs für das Befestigungselement etwa gleich dem des für das Bauteil verwendeten Kunststoffs ist.

3. Befestigungselement zur Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe artgleich sind.

4. Befestigungselement zur Verwendung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff für das Befestigungselement härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bau­ teil eingestellt ist.

5. Befestigungselement zur Verwendung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff für das Befestigungselement festigkeitser­ höhende Füllstoffe wie Glasfasern, Glaskugeln, Kohle­ fasern oder Mineralstoffe enthält.

6. Befestigungselement nach Anspruch 4 oder 5, gekenn­ zeichnet durch ein selbstfurchendes Gewinde (4, 8).

7. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Gewindegänge (10) um eine Ganghöhe axial versetzt sind und einen Abstand von­ einander aufweisen, der mindestens dem Zweifachen der Ganghöhe entspricht.

8. Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindehöhe in Ein­ drehrichtung von einem Kleinstwert bis zu einem Größtwert stetig zunimmt, über die Einschraublänge wenigstens einmal über einen Absatz (14) auf den Kleinstwert vermindert ist und der Absatz (14) eine Ausdrehsperre bildet.

9. Befestigungselement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (1, 7) oder der Ge­ windeeinsatz (12) wenigstens eine Schneidnut (5) auf­ weist und der axiale Versatz der Gewindegänge (10) und/oder die veränderliche Gewindehöhe für die Aus­ drehsperre (14) am Ende der Schneidnut (5) beginnen.