DE3209920C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffteil mit mindestens einem ein Innen- oder Außengewinde aufweisenden Gewindeein­ satz bzw. -ansatz, der mit einer zylindrischen Einsteckpartie in einer komplementär ausgebildeten zylindrischen Aufnahme­ bohrung des Kunststoffteils abgedichtet und in Axialrichtung unverschieblich einsitzt, wobei sowohl die Außenwand der Ein­ steckpartie als auch die Innenwand der Aufnahmebohrung glatt­ flächig ausgebildet ist.

In der Pneumatik oder Hydraulik werden oft Bauteile mit Innen- oder Außengewinde z. B. als Ventil benötigt. Ihre Her­ stellung auf mechanischem Wege oder durch Spritzen ist jedoch schwierig und wirft viele Probleme auf, z. B. hinsichtlich der Stabilität und Maßhaltigkeit bzw. Dichtheit oder bei der Ver­ bindung mit anderen Bauteilen, z. B. über Schraubverbindungen. Man hat deshalb auch schon in der DE-OS 29 37 443 vorgeschlagen, einen Kunststoffteil der hier in Frage stehenden Art mit einem metallischen Einsatzstück zu versehen, der ein Gewinde trägt. Um hierbei eine dichte Verbindung zwischen den Teilen zu er­ reichen, ist der Kunststoffteil mit einer zylindrischen Auf­ nahme ausgebildet, wobei zwischen dieser Aufnahme und dem mit Gewinde versehenen metallischen Einsatzstück eine Ringdichtung als Dichtsicherung vorgesehen ist. Um eine axiale Verschiebung der beiden Teile gegeneinander zu verhindern, muß das Metall­ stück eine verhältnismäßig komplizierte Gestalt erhalten. Wegen des erforderlichen zusätzlichen Dichtringes ist nicht nur der Gesamtaufbau aufwendig, sondern erfordert auch die Montage besondere Sorgfalt. Weil die Einheit aus zwei ver­ schiedenen Materialarten mit verschiedenen Wärmeausdehnungs­ koeffizienten besteht, können sich u. U., z. B. bei wechselnder Wärmebeaufschlagung, Wärmespannungen ergeben. Man hat auch schon in der DE-AS 26 28 832 ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem man bolzenartige Gewindeeinsätze in entsprechenden Aus­ nehmungen von Kunststoff-Formteilen in zuverlässiger Weise verankern kann, wobei die Gewindeeinsätze an ihrem Außen­ umfang keilförmige Rippen besitzen, die in komplementären Ver­ tiefungen der Ausnehmung verrasten. Diese Konstruktion ist sehr kompliziert und aufwendig, ganz abgesehen davon, daß die Gefahr von Undichtheiten recht groß ist.

Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Kunststoffteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, dessen Herstellung einfach und kostengünstig ist und der trotzdem eine hohe Gewindefestigkeit des Gewindeein­ satzes bzw. -ansatzes und eine sichere und gasdichte Ver­ bindung zwischen dem Gewindeeinsatz bzw. -ansatz und dem Kunststoffteil gewährleistet.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz aus hartem Kunststoffmaterial, z. B. glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial besteht, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz einen Bund be­ sitzt, an dessen dem Kunststoffteil zugewandter Axialseite eine rundumlaufende, gleichmäßig an der gegenüberliegenden Seite des Kunststoffteils aufliegende und an sich bekannte Schweißrippe angeordnet ist und daß die Schweißrippe einer das Kunststoffteil mit dem Gewindeeinsatz bzw. -ansatz unter Abdichtung fest verbindenden und durch Ultraschall­ schweißen hergestellten Schweißnaht zugeordnet ist.

Das Einsatzstück aus hartem Kunststoffmaterial kann nunmehr einschließlich der Gewindepartie auf einfache Weise in einem Kunststoffspritzverfahren ohne Nacharbeiten hergestellt werden, ohne daß hierbei eine Verringerung der Festigkeit zu befürchten ist. Die Schweißrippe und die Ultraschallverschweißung bewirken einerseits eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Einsatzstück und dem Kunststoffteil, andererseits wird gleichzeitig auch eine kraftschlüssige Befestigung des Einsatzstücks im Kunst­ stoffteil erreicht. Schließlich kann nunmehr auch das Auftreten von störenden Wärmespannungen bei größeren Temperaturschwan­ kungen vermieden werden.

Zwar ist die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Kunststoffteilen durch das Ultraschallschweißverfahren mit Hilfe von Schweißrippen als sogenannte Energierichtungs­ geber bereits bekannt, z. B. aus der ganz allgemeinen Be­ schreibung in der Veröffentlichung im "Plastverarbeiter" oder aus der DE-PS 23 38 908, die das flüssigkeitsdichte Einschweißen eines verschließbaren Gießstutzens in eine Öffnung eines dünnwandigen und flexiblen und bis auf diese Öffnung geschlossenen Flüssigkeitsbehälters aus dem gleichen Kunststoff zeigt, jedoch zeigen diese Veröffentlichungen die Anwendung auf völlig anderen Gebieten unter anderen Bedingungen und mit teilweise anderem Effekt.

Aus der DE-AS 20 30 422 und der DE-OS 19 51 223 ist es bereits bekanntgeworden, Gewindeeinsatzteile aus Metall mit Hilfe eines Ultraschall-Schweißverfahrens in einem Kunststoffteil zu befestigen. In beiden Fällen erfolgt jedoch das Einsetzen der Einsatzstücke in die Aufnahmebohrung unter hohem Druck, wobei gleichzeitig das gesamte Einsatzstück mit Ultraschall be­ aufschlagt wird. Die Wandungen der Einsatzstücke sind nicht glattflächig ausgebildet, sondern mit einer Vielzahl von Nuten, Kanten, Rändern od. dgl. versehen. Der Durchmesser der Aufnahmebohrungen entspricht in etwa dem Nenndurchmesser der Einsatzstücke, der absolute, über die Rändel, Kanten od. dgl. gemessene Außendurchmesser der Einsatzstücke ist größer als der Durchmesser der Aufnahmebohrungen. Beim Einpressen der Einsatz­ stücke in die Aufnahmebohrung hat die gleichzeitige Beauf­ schlagung mit Ultraschall die Wirkung, daß das Material des Kunststoffteils an den dem Einsatzstück benachbarten Stellen örtlich aufweicht oder schmilzt, so daß ein Eintreiben des Einsatzstückes möglich ist. Im eingesetzten Zustand des Ein­ satzstückes fließt das aufgeweichte Kunststoffmaterial in die Zwischenräume der Nuten, Kanten, Rändel od. dgl. und bewirkt in erkaltetem Zustand des Kunststoffteils eine formschlüssige Verbindung zwischen diesem und dem Einsatzstück. Im Gegensatz zu dem beim erfindungsgemäßen Gegenstand durchgeführten Schweißverfahren erfolgt also keine kraftschlüssige Ver­ bindung zwischen den beiden Teilen, da das metallische Einsatz­ stück nicht angeschmolzen wird. Andererseits ist jedoch die hier gezeigte Ausnutzung der Ultraschallenergie beim Erfindungs­ gegenstand nicht durchführbar, da dort das Einsatzstück aus Kunststoffmaterial besteht und bei mehr als nur kurzfristiger Ultraschallbeaufschlagung ebenfalls schmelzen würde, so daß eine Beschädigung des Gewindes unausweichlich wäre.

Auf die oben beschriebene Weise erhält man also beim Erfindungs­ gegenstand ein Kunststoffteil mit Gewinde, das in verschraub­ tem Zustand luftdicht ist, bei dem die Festigkeit fast so gut wie beim Metall ist, dessen Herstellung jedoch billiger als bei Metall ist, da man nicht teuere Maschinen stillstehen lassen muß zum Einlegen der Metallteile in die offenstehende Werkzeugform und dessen Herstellung auch deswegen kostengünstig ist, weil das Einpressen und Ultraschallschweißen der Gewinde­ büchse gleichzeitig erfolgen können, zudem auch noch besondere Gummidichtungen, z. B. O-Ringe, wie sie üblicherweise bei Metall­ büchsen verwendet werden, eingespart werden können.

Weiter vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor, so z. B. wird mit der Maßnahme nach Anspruch 2 eine einfache zuverlässige Führung des Einsatzteils in der Ausnehmung erreicht, wobei gleichzeitig die er­ forderliche gasdichte und haltbare Verbindung z. B. durch Ultraschallschweißen auf ganz einfache Weise hergestellt werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert: In dieser zeigt die einzige Figur einen axialen Schnitt durch einen Kunststoffteil mit einer Büchse.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Kunststoffteil mit einer Auf­ nahmebohrung 12 dargestellt, die in Richtung des Pfeiles 14 eine Durchmessererweiterung in drei Stufen 16, 18, 20 aufweist. In dieser Durchmessererweiterung ist ein Gewindeeinsatz 22 angeordnet, der komplementäre Gestalt zur Aufnahmebohrung 12 besitzt. Der zylindrische Innenteil des Gewindeeinsatzes 22 ist mit Innengewinde 26 versehen. An der einen axialen, in Richtung auf den Kunststoffteil 10 weisenden Seite 40 des Gewindeeinsatzes 22 ist eine sich rundumlaufend erstreckende Rippe 42 ausgebildet, die mit der gegenüberliegenden Stufe 20 des Kunststoffteils 20 auf den ganzen Umfang in Berührung steht. Durch diese Rippe 42 wird eine gasdichte Verbindung zwischen dem Gewindeeinsatz 22 und dem Kunststoffteil herge­ stellt, indem die beiden Teile 10 und 22 durch Ultraschall­ schweißen verbunden werden. Das eigentliche Kunststoffteil 10 besteht aus relativ weichem Kunststoffmaterial, z. B. Polyamid, Polyurethan, und wird durch Spritzen hergestellt, während der Gewindeeinsatz 22 aus einem harten Kunststoffmaterial, z. B. glas- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht. Somit ist gewährleistet, daß auch bei Kunststoffteilen, die aus weichem Kunststoffmaterial hergestellt sind, eine Gewinde­ festigkeit erreicht wird, wie sie z. B. bei Metall üblich ist, und welche die erforderliche Dichtheit garantiert.

Bei der Herstellung, z. B. beim Spritzen des Kunststoffteiles, wird an der Stelle, an der bei der fertigen Einheit das Gewinde vorhanden sein soll, eine Aufnahmebohrung herge­ stellt, deren Durchmesser, im Falle, daß ein Innengewinde vorhanden sein soll, größer ist als der Durchmesser des durch das vorgesehene Innengewinde definierten Zylinders. Nach der Herstellung und ggf. Erstarrung bzw. Auskühlung des Kunst­ stoffteiles wird in die Aufnahmebohrung ein Gewindeeinsatz 22 mit komplementärer Gestalt zur Aufnahmebohrung und mit dem erforderlichen Innengewinde eingepreßt, und mit dem Kunst­ stoffteil 10 durch Ultraschallschweißen über die vorher ange­ formte Rippe verbunden.

Claims (4)

1. Kunststoffteil mit mindestens einem ein Innen- oder Außengewinde aufweisenden Gewinde­ einsatz bzw. -ansatz, der mit einer zylindrischen Einsteckpartie in einer komplementär ausgebildeten zylindrischen Aufnahmebohrung des Kunststoffteils abgedichtet und in Axialrichtung unverschieblich einsitzt, wobei sowohl die Außenwand der Ein­ steckpartie als auch die Innenwand der Aufnahme­ bohrung glattflächig ausgebildet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz (22) aus hartem Kunststoffmaterial, z. B. glas­ faser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial besteht, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz (22) einen Bund (48) besitzt, an dessen dem Kunst­ stoffteil (10) zugewandter Axialseite (40) eine rundumlaufende, gleichmäßig an der gegenüberliegenden Seite (20) des Kunststoffteiles (10) aufliegende und an sich bekannte Schweißrippe (42) angeordnet ist und daß die Schweißrippe (42) einer das Kunststoffteil (10) mit dem Gewindeeinsatz bzw. -ansatz (22) unter Abdichtung fest verbindenden und durch Ultraschallschweißen hergestellten Schweißnaht zugeordnet ist.

2. Kunststoffteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufnahmebohrung (12) die Form eines abgestuften Zylinders besitzt, in dem die komplementär ausgebildete Einsteckpartie und der Bund (48) einsitzen.

3. Kunststoffteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz mit seiner Einsteckpartie und gegebenen­ falls mit dem Bund (48) in die komplementäre Aufnahmebohrung (12) eingepaßt ist.

4. Kunststoffteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeeinsatz bzw. -ansatz mit seiner Einsteckpartie und gegebenenfalls mit dem Bund (48) in die komplementäre Aufnahmebohrung (12) eingepreßt ist.