DE4227273C2 - Verwendung einer Gewindebuchse oder eines Gewindestifts aus Kunststoff - Google Patents

Verwendung einer Gewindebuchse oder eines Gewindestifts aus Kunststoff

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Befestigungs­ elements, insbesondere einer Gewindebuchse oder eines Ge­ windestifts aus Kunststoff.
Kunststoffgewindebuchsen und -stifte in Verbindung mit Bauteilen aus Metall oder Kunststoff sind bekannt. Diese bekannten Gewindebuchsen bzw. Gewindestifte sind in glei­ cher Weise wie Schrauben oder Gewindebuchsen aus Metall beschaffen und werden in derselben Weise als Befesti­ gungselemente verwendet, wobei die Festigkeit der Verbin­ dung von der Festigkeit des verwendeten Kunststoffs ab­ hängt. Um eine gegenüber Metallgewindebuchsen bzw. -stif­ ten annähernd gleiche Festigkeit zu erreichen, ist es be­ kannt, hierfür hochwertige Kunststoffe mit guten Festig­ keitseigenschaften, z. B. Polyamid-Kunststoff (PA), vorzugsweise glasfaserverstärkt, zu verwenden und das Bauteil aus einem kostengünstigen Kunststoff geringer Festigkeit herzustellen.
Nachteilig ist bei den bekannten Gewindebuchsen und Ge­ windestiften aus Kunststoff, daß sie, genauso wie ent­ sprechende Metallteile, von dem Bauteil getrennt und aus­ sortiert werden müssen, bevor sich das Bauteil und/oder die Gewindebuchsen oder Gewindestifte zum Herstellen gleichartiger oder anderer Kunststoffteile verwerten las­ sen.
Zwar ist eine Verwertung des Materials dieser Bauelemente nach dem Sortieren möglich, jedoch ist der Aufwand für eine derartige Wiederverwertung aufgrund der erforderli­ chen Demontage und des Sortierens hoch, da sich die Befe­ stigungselemente aufgrund der Art ihrer Verbindung mit dem Bauteil allenfalls nach einem Zerschlagen des Bauteils aussortieren lassen, wobei die Sortenreinheit auf­ grund von noch anhaftenden Materialresten nicht gewähr­ leistet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglich­ keit zu schaffen, Befestigungselemente, insbesondere Ge­ windebuchsen oder Gewindestifte, die mit einem Bauteil aus Kunststoff durch Einpressen, Einkleben, durch Ultra­ schallschweißen oder durch Umspritzen verbunden sind, zu­ sammen mit dem Bauteil wiederzuverwenden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung verhindert somit, daß beispielsweise eine thermische Schädigung des einen oder anderen Kunststoff­ materials eintritt und daß Verstopfungen von Spritzdüsen, Angußkanälen oder unerwünschte Einlagerungen im daraus gefertigten Spritzgußteil auftreten. Die Werkstoffpaarung kann dabei so gewählt sein, daß sich bei der gemeinsamen Verwertung 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/oder die Kunststoffe artgleich sind. Artgleich sind z. B. die Polyolefine und Polyamide untereinander. Dabei kann der Kunststoff für das Befestigungselement härter und/oder schlagzäher als der Kunststoff für das Bauteil eingestellt sein und insbesondere festigkeitserhöhende 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 wie­ derverwenden läßt. In der gleichen Weise läßt sich ein Polypropylen (PP), das chemisch mit Polyäthylen (PE) ge­ koppelt ist und 40% Glasfaseranteil enthält, als Werk­ stoff für das Befestigungselement mit allen Polyolefinen als Werkstoff für das Bauteil wiederverwenden. Des weite­ ren sind ein Homopolymerisat des Polyoxymethylens (POM) mit 40% Glasfaseranteil für das Befestigungselement und das gleiche Homopolymerisat ohne Glasfaseranteil für das Bauteil geeignet. Auch ein Copolymerisat von POM mit 40% Glasfasern läßt sich mit einem entsprechenden Copolymeri­ sat ohne Glasfasern kombinieren. Eine weitere Material­ kombination ist mit einem schlagzäh modifizierten Poly­ buthylenterephthalat (PBTP) mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen PBTP oder einem schlagzäh modifizierten Polyäthylenterephthalat (PETB) mit 40% Glasfaseranteil und einem einfachen PETB gegeben, wobei der Glasfaserge­ halt durchaus noch variieren kann.
Werden die Bauteile mit den Befestigungselementen einge­ schmolzen und regranuliert, mischen sich die Materialien der Befestigungselemente und der Bauteile problemlos, und die Füllstoffe, z. B. Glasfasern, verteilen sich gleich­ mäßig in der Schmelze. Das regranulierte Material läßt sich zu allen Bauteilen verarbeiten, bei denen es auf einen verhältnismäßig geringen Stoffanteil, der von den Befestigungselementen herrührt, nicht ankommt. Nur für die Befestigungselemente selber sollte aus Festigkeits­ gründen stets neu angesetztes Material verwendet werden.
Um eine sichere Verankerung eines Befestigungselements in der Bohrung eines Bauteils zu gewährleisten, kann der in die Bohrung des Bauteils einzupressende, einzuklebende oder durch Ultraschallschweißen zu verbindende oder zu umspritzende Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse oder des Gewindestifts Vertiefungen und Erhöhungen auf­ weisen.
Bei einem Verbinden durch Ultraschallschweißen ist es be­ sonders vorteilhaft, die Erhöhungen spitz auszubilden. Diese spitzen Erhöhungen bilden dann beim Ansetzen der Sonotrode einen Energierichtungsgeber, so daß nur das Ma­ terial des Energierichtungsgebers plastifiziert und als Schweißgut über die Gegenfläche der Bohrung verteilt wird.
Vorteilhafterweise können der Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse oder des Gewindestifts und/oder der ent­ sprechende Innenoberflächenbereich der Bohrung im Bauteil eine Kegelfläche sein, deren Kegelwinkel etwa 8° betragen kann.
Sind sowohl der Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse bzw. des Gewindestifts als auch der Innenoberflächenbe­ reich der Bohrung als Kegelfläche ausgebildet, lassen sich die spitzen Erhöhungen mit den dazwischen befindli­ chen Vertiefungen so bemessen, daß nach Beendigung des Schweißens eine vollflächige Anlage vorliegt und gegebe­ nenfalls überschüssiges geschmolzenes Material in eine im der Bauteiloberfläche benachbarten Bereich der Gewinde­ buchse oder des Gewindestifts angeordnete Ringnut ver­ drängt wird.
Die Erhöhungen können als spitze Ringrippen oder Gewinde­ gänge ausgebildet sein.
Um eine zusätzliche Verdrehsicherung zu schaffen, kann die Außenoberfläche der Gewindebuchse oder des Gewinde­ stifts unrund, vorzugsweise mit mindestens einer Axialnut in der Außenoberfläche versehen sein.
Vorzugsweise können zwei einander diametral gegenüberlie­ gende Axialnuten in der Außenoberfläche angeordnet sein, die etwa im Bereich der Ringnut enden und beim Ultra­ schallschweißen mit Material des Bauteils ausgefüllt wer­ den.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er­ läutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 die Schnittansicht einer Kunststoffgewindebuchse und
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Gewindebuchse gemäß Fig. 1.
Eine Gewindebuchse 1 weist eine Innenbohrung 2 auf, die ein Gewinde aufweisen kann. Ein Gewinde ist dann nicht erforderlich, wenn in die Buchse 1 eine Schraube mit selbstfurchendem Gewinde eingeschraubt wird.
Der in eine Bohrung des nicht dargestellten Bauteils ein­ greifende Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse 1 weist eine größere Anzahl Ringrippen 3 auf, die durch Ringnuten 4 voneinander getrennt sind. Die Ringrippen 3 können auch als Gewindegänge ausgebildet sein. Im Bereich des oberen Endes der Gewindebuchse 1 ist eine gegenüber den Ringnuten 4 größere und tiefere Ringnut 5 angeordnet. Zwei Axialnuten 6 sind einander diametral gegenüberlie­ gend in der Außenoberfläche der Gewindebuchse 1 angeord­ net und enden etwa im Bereich der letzten Ringrippe 3 vor der größeren Ringnut 5.
Die Außenoberfläche der Gewindebuchse 1 ist schwach ke­ gelförmig mit einem Kegelwinkel von etwa 8° gestaltet. Dies läßt sich entweder dadurch erreichen, daß die Höhe der Ringrippen 3 entsprechend dem Kegelwinkel von unten nach oben zunimmt oder dadurch, daß sowohl der Grund der Ringnuten 4 als auch die Spitzen der Ringrippen 3 kegel­ förmig verlaufen, so daß die Ringrippen 3 von unten nach oben die gleich Höhe aufweisen.
Vorzugsweise wird die Gewindebuchse 1 in eine entspre­ chende kegelige Bohrung eines Bauteils eingesetzt, so daß anfangs mehrere Ringrippen 3 an der Innenoberfläche der Bohrung anliegen. Wird nunmehr eine Sonotrode auf die Ge­ windebuchse 1 aufgesetzt, wirken die Spitzen der Ringrip­ pen 3 als Energierichtungsgeber, werden plastifiziert und als Schweißgut über die Innenoberfläche verteilt. Dabei wandert die Gewindebuchse 1 in die Bohrung hinein, so daß nach und nach sämtliche Ringrippen 3 plastifiziert wer­ den.
Die größere Ringnut 5 dient als Toleranzausgleich, falls die Bohrung im Bauteil zu eng bzw. die Gewindebuchse zu groß ist. In diesem Fall wird das geschmolzene Material der Ringrippen 3, nachdem es die Ringnuten 4 ausgefüllt hat, aufsteigend nach oben verdrängt und füllt die grö­ ßere Ringnut 5, ohne daß überschüssiges Material aus der Bohrung austritt.
Die einander diametral gegenüberliegenden Axialnuten 6 dienen als Verdrehsicherung, wenn sich Material des Bau­ teils in diesen Axialnuten 6 verkrallt. Eine weitere Mög­ lichkeit der Verdrehsicherung besteht darin, der Gewinde­ buchse eine unrunde Außenform zu geben, z. B. durch Ab­ flachungen, Einschnitte und Einkerbungen.
Durch die Verwendung eines Kunststoffs für die Gewinde­ buchse bzw. den Gewindestift, der mit dem für das Bauteil verwendeten Kunststoff kompatibel ist, brauchen Gewinde­ buchsen bzw. Gewindestifte und Bauteil vor einer Verwer­ tung nicht voneinander getrennt zu werden. Vielmehr läßt sich das Bauteil zusammen mit den Gewindebuchsen bzw. Ge­ windestiften in üblicher Weise regranulieren, aufarbeiten und so wiederverwenden.

Claims (13)

1. Verwendung eines Befestigungselements, insbesondere einer Gewindebuchse oder eines Gewindestifts aus Kunststoff, in der Bohrung eines Bauteils aus einem mit dem Kunststoff des Befestigungselements bei einer gemeinsamen Verwertung kompatiblen Kunststoff, so daß sich der Kunststoff des Befestigungselements mit dem des Bauteils bei der gemeinsamen Verwertung vollständig mischt und im wesentlichen homogen verteilt, das eingepreßt, eingeklebt, oder mit dem Bauteil durch Ultraschallschweißen oder Umspritzen verbunden ist.
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 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 einem oder mehreren der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Bohrung des Bauteils einzusetzende oder zu um­ spritzende Außenoberflächenbereich der Gewindebuchse (1) oder des Gewindestifts Vertiefungen (4, 5) und Erhöhungen (3) aufweist.
7. Befestigungselement nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erhöhungen (3) spitz ausgebildet sind.
8. Befestigungselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenoberflächenbereich eine Kegelfläche ist.
9. Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kegelwinkel etwa 8° beträgt.
10. Befestigungselement nach einem oder mehreren der An­ sprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Er­ höhungen als spitze Ringrippen (3) oder Gewindegänge ausgebildet sind.
11. Befestigungselement nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im der Bauteiloberfläche benachbarten Bereich der Gewindebuchse (1) oder des Gewindestifts eine Ringnut (5) zur Aufnahme verdrängter, aufstei­ gender Kunststoffschmelze angeordnet ist.
12. Befestigungselement nach einem oder mehreren der An­ sprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine unrunde Außenoberfläche.
13. Befestigungselement nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch mindestens eine in der Außenoberfläche angeord­ nete Axialnut (6).
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