WO2010057742A1 - Verbundbauteil mit grundkörper und gewindeeinsatz - Google Patents

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WO2010057742A1
WO2010057742A1 PCT/EP2009/063989 EP2009063989W WO2010057742A1 WO 2010057742 A1 WO2010057742 A1 WO 2010057742A1 EP 2009063989 W EP2009063989 W EP 2009063989W WO 2010057742 A1 WO2010057742 A1 WO 2010057742A1
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threaded insert
bore
base body
threaded
insert
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PCT/EP2009/063989
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Hausch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00—Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/12—Nuts or like thread-engaging members with thread-engaging surfaces formed by inserted coil-springs, discs, or the like; Independent pieces of wound wire used as nuts; Threaded inserts for holes
    • F16B37/122—Threaded inserts, e.g. "rampa bolts"
    • F16B37/125—Threaded inserts, e.g. "rampa bolts" the external surface of the insert being threaded
    • F16B37/127—Threaded inserts, e.g. "rampa bolts" the external surface of the insert being threaded and self-tapping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
    • F16L41/08—Joining pipes to walls or pipes, the joined pipe axis being perpendicular to the plane of the wall or to the axis of another pipe
    • F16L41/10—Joining pipes to walls or pipes, the joined pipe axis being perpendicular to the plane of the wall or to the axis of another pipe the extremity of the pipe being screwed into the wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L47/00—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics
    • F16L47/20—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics based principally on specific properties of plastics
    • F16L47/24—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics based principally on specific properties of plastics for joints between metal and plastics pipes

Definitions

  • the invention is based on a composite component comprising a base body which contains at least one thermoplastic material, and a threaded insert made of a heatable by induction and / or good heat conducting material which is inserted into a blind hole of the base body. Furthermore, the invention relates to a method for fastening a threaded insert in a base body.
  • Thread inserts made of a material different from the material of the base body are used, for example, if the loads in the area of the thread insert exceed the loads which are absorbed by the base body.
  • the threaded inserts are made of a metal or other pressure or tensile material.
  • a threaded insert By using such a threaded insert is avoided, for example, that a bolted component breaks out on the body by acting on the attachment force or loosens and dissolves.
  • such threaded inserts include an internal thread into which the attachment is screwed.
  • pipelines can be screwed to a liquid container, the liquid in the liquid container being under pressure, so that a thread formed in the plastic container would not be able to withstand the forces imposed by the pressure force.
  • an additional strength is achieved by the use of the threaded insert.
  • Thread inserts currently used are made of brass, for example, and have on their outside a cross knurling and a groove for receiving a sealing ring.
  • the threaded insert is heated and then into a hole in the Basic body pressed.
  • the thread geometry of the attached thread on the outside of the threaded insert is designed so that the thread when screwing automatically into the
  • Plastic flows together behind the inserted part, which may possibly lead to a reduction in strength.
  • the material confluence can result in out-of-roundness of the overmolded material.
  • An inventively designed composite component comprises a base body containing at least one thermoplastic material, as well as a threaded insert of a heatable by induction and / or good heat conducting material, which is inserted into a bore of the base body.
  • the threaded insert has a rolled external thread with which it is fixed in the base body, wherein the main body is melted into threads of the external thread.
  • the inventive shape of the composite component is further a great stability against external loads, for example, by high fluid pressures when the composite component, for example, flows through a high-pressure liquid or contains such, or attack other strong forces on the composite component obtained ,
  • a sealing element is positioned between the base body and the threaded insert.
  • Gas can escape from the composite component or enters the composite component and so for example, contaminates a liquid contained in the composite component or a liquid flowing through.
  • the sealing element is a sealing ring which is received in a groove on the bottom or in a radial narrowing of the bore.
  • the force is set, for example, by the torque to be applied when screwing in the thread insert and the screwing depth.
  • the sealing ring used is particularly preferably a quadring.
  • a quadring As Quadring while a O-ring is called, which has an approximately square cross-section.
  • the advantage of a quadring, for example, over an O-ring, is that the quadring seals in two directions.
  • the quadring has a sealing lip, so that a larger fitting sealing surface is achieved.
  • the bore into which the threaded insert is screwed has a roundness tolerance which is less than 200 ⁇ m.
  • the threaded insert is in principle any good heat conducting material, preferably by induction heatable material. Particularly preferred is the material of which the base body is made, selected from the group consisting of aluminum, brass or surface-treated steels.
  • the threaded insert is made of aluminum, it is preferable to use a high strength aluminum.
  • the advantage of using aluminum is its low density. In this way, the composite component can also be used in lightweight components.
  • Heating of the threaded insert until reaching the melting temperature melts the thermoplastic material in the immediate vicinity of the threaded insert.
  • the molten thermoplastic penetrates into the threads of the threaded insert and seals it against the environment.
  • the seat of the threaded insert in the body is further stabilized and sealed.
  • tension in the plastic is relaxed by the heating.
  • the threaded insert changes the position in the bore during the solidification of the plastic, it is preferable to fix the threaded insert until reaching the glass transition temperature of the plastic. As a result, the threaded insert, for example against buoyancy efforts during solidification of the plastic at its position in the bore can be maintained.
  • a sealing element is inserted into a groove formed in the bore.
  • the sealing element is, as already described above, preferably a sealing ring, in particular a quadring.
  • the groove into which the sealing element is inserted, at the bottom or in a radial narrowing of the bore is formed.
  • the bore has a bottom, if this is formed for example as a blind hole. In a design as Blind hole can attach only one attachment to the body in the threaded insert. If the bore has a radial constriction, then it is possible for a through-bore to be formed through the main body. This can for example be flowed through by a fluid.
  • the heating of the threaded insert in step (b) is preferably carried out inductively.
  • inductive heating of the threaded insert can be specifically heated.
  • a heating of the base insert surrounding the threaded insert takes place only through the hot threaded insert.
  • the base body is melted only in the immediate vicinity of the threaded insert.
  • the structure of the body is not changed.
  • a coil for inductive heating whose diameter corresponds to the diameter of the threaded insert.
  • a heating element formed in the diameter of the threaded insert can be applied to the threaded insert so that it passes through
  • Heat conduction is warmed up. It is also possible, for example, to apply a voltage to the threaded insert, so that the threaded insert is heated according to the principle of resistance heating. However, heating of the threaded insert by induction is preferred.
  • the screwing of the threaded insert in the body is preferably carried out by means of a spindle with low peripheral speed.
  • the screwing process is terminated as soon as the threaded insert abuts the bottom or at the radial constriction of the bore.
  • the striking of the threaded insert is preferably carried out with a predetermined torque. Due to the predetermined torque required for the sealing force is impressed on the sealing element.
  • the force on the sealing element also depends on the depth of the groove, in which the sealing element is inserted, and the dimensions of the sealing element.
  • the spindle is screwed to a screwed in an internal thread of the threaded insert Threaded mandrel attacks. By screwing the threaded mandrel in the internal thread of the threaded insert better handling is achieved. Even if no spindle is used for screwing the threaded insert, it is preferred to use a threaded mandrel, with the aid of which the threaded insert is screwed into the bore.
  • the removal of the threaded mandrel after screwing the threaded insert is achieved for example by reversing the direction of rotation of the spindle. By reversing the direction of rotation of the spindle, the threaded mandrel is thus unscrewed from the internal thread again.
  • the threaded mandrel is first screwed into the inner bore, then the threaded insert is screwed with the threaded mandrel into the bore, and after striking the threaded insert at the bottom or at the radial constriction of the bore, the resistance is overcome, and the mandrel is further rotated and screwed so again out of the internal thread.
  • the single FIGURE shows a section through an inventively designed composite body with a base body and a threaded insert.
  • a composite component comprising a main body into which a threaded insert is inserted, shown.
  • An inventively designed composite component 1 comprises a base body 3 made of a material containing at least one thermoplastic material. In the main body 3, a threaded insert 5 is inserted.
  • the main body 3 is, for example, a container for a liquid or a gas. Also, the main body may be any other component.
  • the main body is in particular a component which contains a gas or a liquid or is traversed by a gas or a liquid.
  • the basic body can also be any component containing a liquid that is used in a motor vehicle.
  • One possible use of the composite component 1 is for example the
  • thermoplastic material which is used for the production of the main body 3
  • any thermoplastic material is suitable.
  • thermoplastics are, for example, polyolefins, for example polyethylenes or polypropylene, polyvinyl compounds, for example polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl esters, polyvinyl alcohols, polyvinyl acetates, polyvinyl acetals, polyvinyl ethers, polyvinyl lactams or polyvinylamines, styrene polymers, for example polystyrene, styrene-acrylonitrile Copolymers or modified, for example rubber-modified, polystyrene and acrylonitrile butadiene styrene, polyacrylic acid, poly (meth) acrylic acid esters, polyacrylates, polymethyl methacrylate, polyacrylamide, polycarbonate, polyoxymethylene, polyphenylene ethers, fluoropolymers, for example poly
  • thermoplastics are polyesters and polyamides.
  • the thermoplastic material may further contain fillers or reinforcing agents.
  • the fillers or reinforcing materials may be present, for example, as a powder or as fibers.
  • Commonly used fillers or reinforcing agents are, for example, glass powder, mineral fibers, whiskers, aluminum hydroxide, metal oxides such as aluminum oxide or iron oxide, mica, quartz powder, calcium carbonate, barium sulfate, titanium dioxide or wollastonite.
  • the thermoplastic contains fibrous reinforcing materials, these may be present as short fibers or as long fibers. When long fibers are used, usually continuous fibers are used. customarily Welded fibers are, for example, glass fibers, carbon fibers or arabin fibers.
  • thermoplastic resin may contain other additives such as thixotropic agents, for example silica, silicates such as aerosils or bentonites, or organic thixotropic agents and thickeners, for example polyacrylic acid, polyurethanes, hydrogenated castor oil, dyes, fatty acids, fatty acid amides, plasticizers, wetting agents, defoamers, lubricants, driers, Crosslinkers, photoinitiators, complexing agents, waxes, pigments or conductive polymer particles.
  • thixotropic agents for example silica, silicates such as aerosils or bentonites
  • organic thixotropic agents and thickeners for example polyacrylic acid, polyurethanes, hydrogenated castor oil, dyes, fatty acids, fatty acid amides, plasticizers, wetting agents, defoamers, lubricants, driers, Crosslinkers, photoinitiators, complexing agents, waxes, pigments or conductive polymer
  • a bore 7 is formed, in which the threaded insert 5 is received.
  • the threaded insert 5 has an external thread 9 with which the threaded insert 5 is screwed into the bore 7.
  • the external thread 9 is rolled.
  • the external thread 9 is not formed by a cutting process as in the threading, but by a pressing process.
  • the threaded insert 5 is heated after screwing into the bore 7 to a temperature above the melting temperature of the thermoplastic material of the base body 3.
  • the thermoplastic melts in the immediate vicinity of the threaded insert 5 and penetrates into the threads 1 1 of the external thread.
  • the heating of the threaded insert takes place until the thermoplastic material begins to melt in the immediate vicinity of the threaded insert. As soon as the thermoplastic material has started to melt in the immediate vicinity of the threaded insert 5, the heating of the threaded insert 5 is terminated.
  • the molten thermoplastic material of the base body 3 that has penetrated into the threads 1 1 can solidify again.
  • the bore for this purpose has a radial constriction 15, in which a groove 17, in which the sealing element 13 is inserted, is formed.
  • the sealing element 13 is a sealing ring, in particular a quadring. Due to the radial constriction, the diameter of the bore 7 decreases from a large diameter in the region of the threaded insert 5 to a smaller diameter. This makes it possible to achieve a passage into the main body 3. In this way, for example, a gas contained in the base body or a liquid contained in the base body 3 can flow out through the bore 7.
  • a pipe is attached, through which the gas or liquid can continue to flow.
  • the bore 7 has no radial constriction 15 but is closed with a bottom.
  • the sealing element 13 is inserted in a groove at the bottom of the bore 7.
  • the material of the sealing element 13 is preferably stable against the temperatures occurring at the threaded insert 5.
  • a sealing element 13 made of an elastomeric material is preferably used, which is stable up to temperatures of at least 280 ° C., in particular up to temperatures of at least 320 ° C. Suitable material is, for example, EPDM.
  • Corresponding sealing elements are known to the person skilled in the art and are commercially available.
  • an internal thread 19 is formed in the threaded insert 5 in the embodiment shown here.
  • the internal thread 19 can be produced by any method known to the person skilled in the art. In general, the internal thread 19 is produced by a thread cutting method.
  • the threaded insert 5 is used, for example, when a high internal pressure acts on the surrounding wall in the case of a flow-through line.
  • the wall and the connection to an adjacent component is reinforced. Even if, for example, a tensile, bending or shearing force acts on a component screwed into the threaded insert 5, the threaded insert 5 serves to reinforce the connection. Breakage is prevented in this way.
  • the threaded insert 5 is further preferably used when a frequent assembly and
  • the threaded insert 5 is made of a good thermal conductivity material. As a result, a uniform heating of the threaded insert 5 can be achieved.
  • the threaded insert 5 is preferably heated via the free surface 21. For this purpose, it is possible, for example, to position a coil above the free surface 21 and to heat the threaded insert 5 inductively.
  • the material used must permit inductive heating in this case.
  • a coil for inductive heating of the threaded insert 5 a copper coil is preferably used. The coil preferably has a diameter which corresponds to the diameter of the threaded insert 5.
  • Suitable materials for the threaded insert 5 are, for example, aluminum, brass or surface-treated steels. Particularly preferred as the material for the threaded insert 5, however, aluminum, in particular high-strength aluminum is used. The use of aluminum has the advantage that the threaded insert 5 can also be used in lightweight components in this case.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, umfassend einen Grundkörper (3) aus einem Material, das mindestens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, sowie einen Gewindeeinsatz (5) aus einem durch Induktion erwärmbaren und/oder gut wärmeleitenden Material, der in eine Bohrung (7) des Grundkörpers (3) eingesetzt ist. Der Gewindeeinsatz (5) weist ein gerolltes Außengewinde (9) auf, mit dem dieser im Grundkörper (3) befestigt ist, wobei der Grundkörper (3) in Gewindegänge (11) des Außengewindes (9) eingeschmolzen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Befestigung eines Gewindeeinsatzes (5) in einem Grundkörper (3) aus einem Material, das einen thermoplastischen Kunststoff enthält, bei dem der Gewindeeinsatz (5), der ein gerolltes Außengewinde (9) aufweist, in eine im Grundkörper (3) ausgebildete Bohrung (7) eingeschraubt wird und anschließend lokal erwärmt wird bis zum Erreichen der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs des Grundkörpers (3), der den Gewindeeinsatz (5) umschließt.

Description

Beschreibung
Titel
Verbundbauteil mit Grundkörper und Gewindeeinsatz
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verbundbauteil, umfassend einen Grundkörper, der mindestens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, sowie einen Gewindeeinsatz aus einem durch Induktion erwärmbaren und/oder gut wärmeleitenden Material, der in ein Sackloch des Grundkörpers eingesetzt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung eines Gewindeeinsatzes in einem Grundkörper.
Gewindeeinsätze aus einem vom Material des Grundkörpers verschiedenen Material werden zum Beispiel eingesetzt, wenn die Belastungen im Bereich des Gewindeein- satzes die Belastungen, die vom Grundkörper aufgenommen werden, übersteigen. Üblicherweise werden die Gewindeeinsätze aus einem Metall oder einem anderen druck- oder zugbeständigen Werkstoff gefertigt. Durch die Verwendung eines solchen Gewindeeinsatzes wird zum Beispiel vermieden, dass ein angeschraubtes Bauteil an den Grundkörper durch eine auf das Anbauteil wirkende Kraft ausbricht oder sich lockert und löst. Üblicherweise umfassen derartige Gewindeeinsätze ein Innengewinde, in das das Anbauteil eingeschraubt wird. So können zum Beispiele Rohrleitungen an einen Flüssigkeitsbehälter angeschraubt werden, wobei die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter unter Druck steht, so dass ein im Kunststoffbehälter ausgebildetes Gewinde den durch die Druckkraft aufgeprägten Kräften nicht standhalten würde. Auch in Anwen- düngen, bei denen eine Zugkraft oder Scherkraft auf das im Gewindeeinsatz angeschraubte Bauteil wirkt, wird durch die Verwendung des Gewindeeinsatzes eine zusätzliche Festigkeit erzielt.
Derzeit eingesetzte Gewindeeinsätze sind zum Beispiel aus Messing gefertigt und wei- sen an ihrer Außenseite eine Kreuzrändelung und eine Nut zur Aufnahme eines Dichtringes auf. Der Gewindeeinsatz wird erwärmt und anschließend in eine Bohrung des Grundkörpers eingepresst. Alternativ ist es auch bekannt, am Gewindeeinsatz ein Außengewinde durch ein spanendes Fertigungsverfahren einzuschneiden und den Gewindeeinsatz in eine im Grundkörper vorhandene Bohrung einzuschrauben. Hierbei ist die Gewindegeometrie des an der Außenseite des Gewindeeinsatzes angebrachten Gewindes so gestaltet, dass der Gewindegang beim Eindrehen automatisch in den
Grundkörper eingeschnitten wird.
Alternativ ist es auch bekannt, zum Beispiel einen metallischen Einsatz in ein Spritzgusswerkzeug einzulegen und anschließend mit einem Kunststoff zur Herstellung des Grundkörpers zu umspritzen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass der
Kunststoff hinter dem eingesetzten Teil zusammenfließt, was gegebenenfalls zu einer Festigkeitsminderung führen kann. Zudem kann durch den Materialzusammenfluss eine Unrundheit des umspritzten Materials resultieren.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verbundbauteil umfasst einen Grundkörper, der mindestens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, sowie einen Gewindeeinsatz aus einem durch Induktion erwärmbaren und/oder gut wärmeleitenden Material, der in eine Bohrung des Grundkörpers eingesetzt ist. Der Gewindeeinsatz weist ein gerolltes Außengewinde auf, mit dem dieser im Grundkörper befestigt ist, wobei der Grundkörper in Gewindegänge des Außengewindes eingeschmolzen ist.
Durch das nachträgliche Einsetzen des Gewindeeinsatzes in den Grundkörper ist es nicht erforderlich, einen Einsatz während des Herstellungsprozesses des Grundkörpers zu umspritzen. Durch das Außengewinde am Gewindeeinsatz, das zudem in den Grundkörper eingeschmolzen ist, wird eine stabile Verbindung von Gewindeeinsatz und Grundkörper erzielt. Durch die erfindungsgemäße Gestalt des Verbundbauteils wird weiterhin eine große Stabilität gegen von außen wirkende Belastungen, zum Beispiel durch hohe Flüssigkeitsdrücke, wenn das Verbundbauteil beispielsweise von einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit durchströmt wird oder eine solche enthält, oder andere starke Kräfte am Verbundbauteil angreifen, erzielt. Insbesondere wenn das Verbundbauteil eine Flüssigkeit enthält oder von einer Flüssigkeit durchströmt wird, ist es bevorzugt, dass zwischen dem Grundkörper und dem Gewindeeinsatz ein Dichtelement positioniert ist. Durch das Dichtelement wird ein gegebenenfalls zwischen dem Gewindeeinsatz und dem Grundkörper entstehender Spalt abgedichtet. Hierdurch wird vermieden, dass zum Beispiel eine Flüssigkeit oder ein
Gas aus dem Verbundbauteil austreten kann oder in das Verbundbauteil gelangt und so beispielsweise eine im Verbundbauteil enthaltene Flüssigkeit oder eine durchströmende Flüssigkeit verunreinigt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Dichtelement ein Dichtring ist, der in einer Nut am Boden oder in einer radialen Verengung der Bohrung aufgenommen ist. Auf diese Weise kann die für eine Abdichtung erforderliche Anpresskraft auf das Dichtelement durch den Druck erzielt werden, den der Gewindeeinsatz beim Einsetzen in den Grundkörper ausübt. Die Kraft wird zum Beispiel über das beim Einschrauben des Ge- windeeinsatzes aufzubringende Drehmoment und die Einschraubtiefe eingestellt.
Um eine gute Abdichtung zu erzielen, ist der verwendete Dichtring besonders bevorzugt ein Quadring. Als Quadring wird dabei ein Rundschnurring bezeichnet, der einen annähernd quadratischen Querschnitt aufweist. Vorteil eines Quadrings zum Beispiel gegenüber einem O-Ring ist, dass der Quadring in zwei Richtungen dichtet. Zudem verfügt der Quadring über eine Dichtlippe, so dass eine größere anliegende Dichtfläche erzielt wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, um eine gute Abdichtung zu erzielen, wenn die Bohrung, in die der Gewindeeinsatz eingeschraubt wird, eine Rundheitstoleranz aufweist, die kleiner ist als 200 μm.
Als Material für den Gewindeeinsatz eignet sich prinzipiell jedes gut wärmeleitende Material, vorzugsweise durch Induktion erwärmbare Material. Besonders bevorzugt ist das Material, aus dem der Grundkörper gefertigt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Messing oder oberflächenbehandelte Stähle. Wenn der Gewindeeinsatz aus Aluminium gefertigt ist, so wird vorzugsweise ein hochfestes Aluminium verwendet. Vorteil der Verwendung von Aluminium ist dessen geringe Dichte. Auf diese Weise lässt sich das Verbundbauteil auch in Leichtbaukomponenten einsetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Befestigung eines Gewindeeinsatzes in einem Grundkörper, der einen thermoplastischen Kunststoff enthält, umfasst folgende Schritte:
a) Einschrauben des Gewindeeinsatzes, der ein gerolltes Außengewinde aufweist, in eine im Grundkörper ausgebildete Bohrung,
b) lokales Erwärmen des Gewindeeinsatzes bis zum Erreichen der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs des Grundkörpers, das den Gewindeeinsatz um- schließt.
Durch das Einschrauben des Gewindeeinsatzes in eine Bohrung im Grundkörper wird bereits eine stabile Verbindung erzielt. Insbesondere lässt sich zum Beispiel durch Vorgabe eines Drehmomentes, mit dem der Gewindeeinsatz in den Grundkörper ein- geschraubt werden soll, eine gezielte Haltekraft vorgeben. Durch das anschließende
Erwärmen des Gewindeeinsatzes bis zum Erreichen der Schmelztemperatur schmilzt der thermoplastische Kunststoff in unmittelbarer Umgebung des Gewindeeinsatzes. Der geschmolzene thermoplastische Kunststoff dringt in die Gewindegänge des Gewindeeinsatzes ein und dichtet diesen so gegen die Umgebung ab. Hierdurch wird der Sitz des Gewindeeinsatzes im Grundkörper weiter stabilisiert und abgedichtet. Zudem werden durch das Erwärmen Spannungen im Kunststoff relaxiert.
Um zu vermeiden, dass der Gewindeeinsatz beim Erstarren des Kunststoffs die Position in der Bohrung ändert, ist es bevorzugt, den Gewindeeinsatz bis zum Erreichen der Glasübergangstemperatur des Kunststoffs zu fixieren. Hierdurch kann der Gewindeeinsatz zum Beispiel gegen Auftriebsbestrebungen beim Erstarren des Kunstastoffs an seiner Position in der Bohrung gehalten werden.
Eine zusätzliche Abdichtung wird dadurch erzielt, dass vorzugsweise vor dem Ein- schrauben des Gewindeeinsatzes in Schritt (a) ein Dichtelement in eine in der Bohrung ausgebildete Nut eingelegt wird. Das Dichtelement ist, wie vorstehend bereits beschrieben, vorzugsweise ein Dichtring, insbesondere ein Quadring. Um zu vermeiden, dass das Dichtelement beim Einschrauben des Gewindeeinsatzes beschädigt wird, ist es bevorzugt, dass die Nut, in die das Dichtelement eingelegt wird, am Boden oder in einer radialen Verengung der Bohrung ausgebildet ist. Die Bohrung weist einen Boden auf, wenn diese beispielsweise als Sackloch ausgebildet ist. Bei einer Gestaltung als Sackloch lässt sich nur ein Anbauteil an den Grundkörper im Gewindeeinsatz anbringen. Wenn die Bohrung eine radiale Verengung aufweist, so ist es möglich, dass eine Durchgangsbohrung durch den Grundkörper ausgebildet ist. Diese kann beispielsweise von einem Fluid durchströmt werden.
Das Erwärmen des Gewindeeinsatzes in Schritt (b) erfolgt vorzugsweise induktiv. Durch das induktive Erwärmen kann der Gewindeeinsatz gezielt erwärmt werden. Ein Erwärmen des den Gewindeeinsatz umgebenden Grundkörpers erfolgt nur durch den heißen Gewindeeinsatz. Somit wird der Grundkörper nur in unmittelbarer Nachbar- schaft zum Gewindeeinsatz aufgeschmolzen. Die Struktur des Grundkörpers wird nicht verändert.
Um den gesamten Gewindeeinsatz gleichmäßig aufzuwärmen, ist es bevorzugt, zur induktiven Erwärmung eine Spule zu verwenden, deren Durchmesser dem Durchmesser des Gewindeeinsatzes entspricht.
Alternativ ist es jedoch zum Beispiel auch möglich, insbesondere bei Verwendung eines gut wärmeleitenden Materials, den Gewindeeinsatz beispielsweise konvektiv zu erwärmen. Hierzu kann zum Beispiel ein im Durchmesser des Gewindeeinsatzes aus- gebildetes Heizelement an den Gewindeeinsatz angelegt werden, so dass dieser durch
Wärmeleitung aufgewärmt wird. Auch ist es zum Beispiel möglich, an den Gewindeeinsatz eine Spannung anzulegen, so dass der Gewindeeinsatz nach dem Prinzip einer Widerstandsheizung erwärmt wird. Bevorzugt ist jedoch die Erwärmung des Gewindeeinsatzes durch Induktion.
Das Einschrauben des Gewindeeinsatzes in den Grundkörper erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Spindel mit niedriger Umfangsgeschwindigkeit. Der Einschraubvorgang wird beendet, sobald der Gewindeeinsatz am Boden oder an der radialen Verengung der Bohrung anschlägt. Das Anschlagen des Gewindeeinsatzes erfolgt dabei vorzugsweise mit einem vorgegebenen Drehmoment. Durch das vorgegebene Drehmoment wird die für die Abdichtung erforderliche Kraft auf das Dichtelement aufgeprägt. Die Kraft auf das Dichtelement hängt dabei auch von der Tiefe der Nut, in die das Dichtelement eingelegt ist, und den Abmessungen des Dichtelements ab.
Um den Gewindeeinsatz in den Grundkörper einzuschrauben, ist es bevorzugt, wenn die Spindel an einem in einem Innengewinde des Gewindeeinsatzes eingeschraubten Gewindedorn angreift. Durch das Einschrauben des Gewindedorns in das Innengewinde des Gewindeeinsatzes wird eine bessere Handhabbarkeit erzielt. Auch wenn keine Spindel zum Einschrauben des Gewindeeinsatzes eingesetzt wird, ist es bevorzugt, einen Gewindedorn zu verwenden, mit dessen Hilfe der Gewindeeinsatz in die Bohrung eingeschraubt wird.
Das Entfernen des Gewindedorns nach dem Einschrauben des Gewindeeinsatzes wird zum Beispiel durch Umkehren der Drehrichtung der Spindel erzielt. Durch das Umkehren der Drehrichtung der Spindel wird somit der Gewindedorn wieder aus dem Innen- gewinde ausgeschraubt.
Alternativ ist es jedoch zum Beispiel auch möglich, das Außengewinde mit einer zum Innengewinde entgegengesetzten Steigung auszuführen. In das Innengewinde lässt sich dann beispielsweise ein Widerstand anbringen, der überschritten werden muss, um den Gewindedorn wieder zu entfernen. In diesem Fall wird der Gewindedorn zunächst in die Innenbohrung eingeschraubt, anschließend wird der Gewindeeinsatz mit dem Gewindedorn in die Bohrung eingeschraubt, und nach Anschlagen des Gewindeeinsatzes am Boden oder an der radialen Verengung der Bohrung wird der Widerstand überwunden, und der Gewindedorn wird weitergedreht und schraubt sich so wieder aus dem Innengewinde heraus.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nach- folgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundkörper mit einem Grundkörper und einem Gewindeeinsatz.
Ausführungsformen der Erfindung
In der einzigen Figur ist ein Verbundbauteil, umfassend einen Grundkörper, in den ein Gewindeeinsatz eingesetzt ist, dargestellt. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verbundbauteil 1 umfasst einen Grundkörper 3 aus einem Material, das mindestens einen thermoplastischen Kunststoff enthält. In den Grundkörper 3 ist ein Gewindeeinsatz 5 eingesetzt.
Der Grundkörper 3 ist zum Beispiel ein Behälter für eine Flüssigkeit oder ein Gas. Auch kann der Grundkörper ein beliebiges anderes Bauteil sein. Der Grundkörper ist insbesondere ein Bauteil, das ein Gas oder eine Flüssigkeit enthält oder von einem Gas o- der einer Flüssigkeit durchströmt wird. So kann der Grundkörper zum Beispiel auch ein beliebiges, eine Flüssigkeit enthaltendes Bauteil sein, das in einem Kraftfahrzeug ein- gesetzt wird. Eine Verwendungsmöglichkeit des Verbundbauteils 1 ist zum Beispiel der
Einsatz als Bremszylinder in einem Kraftfahrzeug.
Als thermoplastischer Kunststoff, der zur Herstellung des Grundkörpers 3 eingesetzt wird, eignet sich jeder beliebige thermoplastische Kunststoff. Üblicherweise eingesetz- te thermoplastische Kunststoffe sind zum Beispiel Polyolefine, beispielsweise Polyethy- len oder Polypropylen, Polyvinylverbindungen, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyvi- nylidenchlorid, Polyvinylester, Polyvinylalkohole, Polyvinylacetate, Polyvinylacetale, Polyvinylether, Polyvinyllactame oder Polyvinylamine, Styrolpolymere, beispielsweise Polystyrol, Styrol-Acryilnitril-Copolymere oder modifiziertes, beispielsweise kautschuk- modifiziertes, Polystyrol sowie Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyacrylsäure, Po- ly(meth)acrylsäureester, Polyacrylate, Polymethylmethacrylat, Polyacrylamid, Polycar- bonat, Polyoxymethylen, Polyphenylenether, Fluorpolymere, beispielsweise Polytetra- fluorethylen, Polyaromaten, beispielsweise Polyphenylensulfid, Polyethersulfone, PoIy- etherketone, Polyimide, Polychinoxaline, Polychinoline oder Polybenzimidazole, PoIy- amide, Polyester, Polyacrylnitril, Cellulose.
Bevorzugte thermoplastische Kunststoffe sind Polyester und Polyamide.
Der thermoplastische Kunststoff kann weiterhin Füll- oder Verstärkungsstoffe enthal- ten. Die Füll- oder Verstärkungsstoffe können zum Beispiel als Pulver oder als Fasern vorliegen. Üblicherweise eingesetzte Füll- oder Verstärkungsstoffe sind zum Beispiel Glaspulver, Mineralfasern, Whisker, Aluminiumhydroxid, Metalloxide wie Aluminiumoxid oder Eisenoxid, Glimmer, Quarzmehl, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Titandioxid oder Wollastonit. Wenn der thermoplastische Kunststoff faserförmige Verstärkungsstof- fe enthält, so können diese als Kurzfasern oder als Langfasern vorliegen. Wenn Langfasern eingesetzt werden, so werden üblicherweise Endlosfasern eingesetzt. Üblicher- weise eingesetzte Fasern sind zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Ara- midfasern.
Ferner kann der thermoplastische Kunststoff weitere Additive wie Thixotropiermittel, zum Beispiel Kieselsäure, Silicate wie Aerosile oder Bentonite, oder organische Thixotropiermittel und Verdicker, beispielsweise Polyacrylsäure, Polyurethane, hydriertes Rizinusöl, Farbstoffe, Fettsäuren, Fettsäureamide, Weichmacher, Netzmittel, Entschäumer, Gleitmittel, Trockenstoffe, Vernetzer, Photoinitiatoren, Komplexbildner, Wachse, Pigmente oder leitfähige Polymerpartikel enthalten.
Im Grundkörper 3 ist eine Bohrung 7 ausgebildet, in der der Gewindeeinsatz 5 aufgenommen ist. Hierzu weist der Gewindeeinsatz 5 ein Außengewinde 9 auf, mit dem der Gewindeeinsatz 5 in die Bohrung 7 eingeschraubt ist. Um eine zusätzliche Verfestigung des Gewindeeinsatzes 5 zu erhalten, ist das Außengewinde 9 gerollt. Hierbei wird das Außengewinde 9 nicht durch ein spanendes Verfahren wie beim Gewindeschneiden, sondern durch ein Pressverfahren geformt.
Um eine dichte und formstabile Verbindung des Gewindeeinsatzes 5 in der Bohrung 7 im Grundkörper 3 zu erzielen, wird der Gewindeeinsatz 5 nach dem Einschrauben in die Bohrung 7 auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffes des Grundkörpers 3 erwärmt. Hierdurch schmilzt der thermoplastische Kunststoff in unmittelbarer Umgebung um den Gewindeeinsatz 5 und dringt in die Gewindegänge 1 1 des Außengewindes 9.
Die Erwärmung des Gewindeeinsatzes erfolgt, bis der thermoplastische Kunststoff in unmittelbarer Umgebung um den Gewindeeinsatz beginnt zu schmelzen. Sobald der thermoplastische Kunststoff in unmittelbarer Umgebung um den Gewindeeinsatz 5 begonnen hat zu schmelzen, wird die Beheizung des Gewindeeinsatzes 5 beendet. Der in die Gewindegänge 1 1 eingedrungene geschmolzene thermoplastische Kunststoff des Grundkörpers 3 kann wieder erstarren.
Eine zusätzliche Abdichtung wird durch Verwendung eines Dichtelementes 13 erzielt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist weist die Bohrung hierzu eine radiale Verengung 15 auf, in der eine Nut 17, in die das Dichtelement 13 eingelegt ist, ausge- bildet ist. Zur Abdichtung wird der Gewindeeinsatz 5 gegen das Dichtelement 13 gedrückt. Das Dichtelement 13 ist ein Dichtring, insbesondere ein Quadring. Durch die radiale Verengung verkleinert sich der Durchmesser der Bohrung 7 von einem großen Durchmesser im Bereich des Gewindeeinsatzes 5 auf einen kleineren Durchmesser. Hierdurch ist es möglich, einen Durchlass in den Grundkörper 3 zu er- zielen. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein im Grundkörper enthaltenes Gas oder eine im Grundkörper 3 enthaltene Flüssigkeit durch die Bohrung 7 ausströmen. Im Gewindeeinsatz 5 ist hierzu zum Beispiel eine Rohrleitung befestigt, durch die das Gas oder die Flüssigkeit weiterströmen kann.
In einer alternativen Ausführungsform ist es zum Beispiel auch möglich, dass die Bohrung 7 keine radiale Verengung 15 aufweist sondern mit einem Boden verschlossen ist. In diesem Fall wird das Dichtelement 13 dabei in einer Nut am Boden der Bohrung 7 eingelegt.
Um zu vermeiden, dass das Dichtelement 13 durch das Beheizen des Gewindeeinsatzes 5 beschädigt wird, ist das Material des Dichtelementes 13 vorzugsweise gegen die am Gewindeeinsatz 5 auftretenden Temperaturen stabil. Es wird vorzugsweise ein Dichtelement 13 aus einem Elastomermaterial eingesetzt, das stabil ist bis zu Temperaturen von mindestens 2800C, insbesondere bis zu Temperaturen von mindestens 3200C. Geeignetes Material ist zum Beispiel EPDM. Entsprechende Dichtelemente sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich.
Um im Gewindeeinsatz 5 ein weiteres Bauteil befestigen zu können, ist im Gewindeeinsatz 5 in der hier dargestellten Ausführungsform ein Innengewinde 19 ausgebildet. Das Innengewinde 19 kann durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden. Im Allgemeinen wird das Innengewinde 19 durch ein Gewindeschneidverfahren hergestellt.
Der Gewindeeinsatz 5 wird zum Beispiel verwendet, wenn bei einer durchströmten Lei- tung ein hoher Innendruck auf die umgebende Wandung wirkt. Durch die Verwendung des Gewindeeinsatzes 5 wird die Wandung und die Verbindung zu einem angrenzenden Bauteil verstärkt. Auch wenn beispielsweise eine Zug-, Biege- oder Scherkraft auf ein im Gewindeeinsatz 5 eingeschraubtes Bauteil wirkt, dient der Gewindeeinsatz 5 zur Verstärkung der Verbindung. Ein Ausbrechen wird auf diese Weise verhindert. Der Gewindeeinsatz 5 wird weiterhin bevorzugt eingesetzt, wenn eine häufige Montage und
Demontage von Bauteilen erforderlich ist. Um ein gezieltes Erwärmen des Gewindeeinsatzes 5 zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass der Gewindeeinsatz 5 aus einem gut wärmeleitfähigen Material gefertigt ist. Hierdurch kann ein gleichmäßiges Erwärmen des Gewindeeinsatzes 5 erzielt werden. Durch das Erwärmen des Gewindeeinsatzes 5 schmilzt wie vorstehend bereits beschrieben der thermoplastische Kunststoff in unmittelbarer Umgebung des Gewindeeinsatzes und kann so die Gewindegänge 11 vollständig ausfüllen. Der Gewindeeinsatz 5 wird vorzugsweise über die freie Oberfläche 21 erwärmt. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, oberhalb der freien Oberfläche 21 eine Spule zu positionieren und den Gewindeeinsatz 5 induktiv zu erwärmen. Das verwendete Material muss in diesem Fall eine induktive Erwärmung zulassen. Als Spule zur induktiven Erwärmung des Gewindeeinsatzes 5 wird vorzugsweise eine Kupferspule eingesetzt. Die Spule hat dabei vorzugsweise einen Durchmesser, der dem Durchmesser des Gewindeeinsatzes 5 entspricht.
Alternativ ist es jedoch zum Beispiel auch möglich, durch Kontaktieren des Gewindeeinsatzes 5 mit einer Heizfläche den Gewindeeinsatz 5 konduktiv zu erwärmen. Auch ist es zum Beispiel möglich, ein beheiztes Gewinde in das Innengewinde 19 des Gewindeeinsatzes 5 einzusetzen, um den Gewindeeinsatz 5 zu erwärmen.
Als Material für den Gewindeeinsatz 5 eignen sich zum Beispiel Aluminium, Messing oder oberflächenbehandelte Stähle. Besonders bevorzugt als Material für den Gewindeeinsatz 5 wird jedoch Aluminium, insbesondere hochfestes Aluminium verwendet. Der Einsatz von Aluminium hat den Vorteil, dass der Gewindeeinsatz 5 in diesem Fall auch in Leichtbaukomponenten eingesetzt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Verbundbauteil, umfassend einen Grundkörper (3) aus einem Material, das mindestens einen thermoplastischen Kunststoff enthält, sowie einen Gewindeeinsatz (5) aus einem durch Induktion erwärmbaren und/oder gut wärmeleitenden Materi- al, der in eine Bohrung (7) des Grundkörpers (3) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (5) ein gerolltes Außengewinde (9) aufweist, mit dem dieser im Grundkörper (3) befestigt ist, wobei der Grundkörper (3) in Gewindegänge (1 1 ) des Außengewindes (9) eingeschmolzen ist.
2. Verbundbauteil gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem
Grundkörper (3) und dem Gewindeeinsatz (5) ein Dichtelement (13) positioniert ist.
3. Verbundbauteil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (13) ein Dichtring, insbesondere ein Quadring, ist, der in einer Nut (17) am Boden (15) oder in einer radialen Verengung der Bohrung (7) aufgenommen ist.
4. Verbundbauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem der Gewindeeinsatz (5) gefertigt ist, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Messing oder oberflächenbehandelte Stähle.
5. Verfahren zur Befestigung eines Gewindeeinsatzes (5) in einem Grundkörper (3) aus einem Material, das einen thermoplastischen Kunststoff enthält, folgende Schritte umfassend:
(a) Einschrauben des Gewindeeinsatzes (5), der ein gerolltes Außengewinde (9) aufweist, in eine im Grundkörper (3) ausgebildete Bohrung (7),
(b) lokales Erwärmen des Gewindeeinsatzes (5) bis zum Erreichen der Schmelz- temperatur des thermoplastischen Kunststoffs des Grundkörpers (3), der den Gewindeeinsatz (5) umschließt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einschrauben des Gewindeeinsatzes (5) in Schritt (a) ein Dichtelement (13) in eine in der Bohrung (7) ausgebildete Nut (17) eingelegt wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (17) in einer radialen Verengung (15) der Bohrung (7) oder am Boden der Bohrung (7) ausgebildet ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (13) ein Quadring ist.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (5) induktiv erwärmt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur induktiven Erwärmung eine Spule verwendet wird, deren Durchmesser dem Durchmesser des Gewindeeinsatzes (5) entspricht.
1 1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (5) mit Hilfe einer Spindel mit niedriger Umfangsgeschwindigkeit in die Bohrung (7) des Grundkörpers (3) eingeschraubt wird, bis der Gewindeeinsatz (5) am Boden (15) oder an der radialen Verengung der Bohrung (7) anschlägt.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel an einem in einem Innengewinde (19) des Gewindeeinsatzes (5) eingeschraubten Gewindedorn angreift, um den Gewindeeinsatz (5) in den Grundkörper (3) einzuschrauben.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindedorn nach dem Einschrauben des Gewindeeinsatzes (5) durch Umkehren der Drehrichtung der Spindel aus dem Gewindeeinsatz (5) entfernt wird.
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