DE1296355B - Verfahren zum Anbringen oder Einbetten von Teilen, insbesondere von Metallteilen, in Kunststoffkoerper - Google Patents

Description

• In der Kunststoff-Technik ist es häufig erforderlich, daß an Kunststoffen oder Kunststoffteilen Bauelemente aus anderen Materialien, insbesondere aus Metall, angebracht oder eingebettet werden müssen.
• Hierbei kann es sich z. B. um Befestigungselemente wie Schrauben, Muttern, Nieten, um Stehbolzen, Scharniere, Ösen, Drähte, Kontakt-Teile od. ä. handeln.
• Solche Teile wurden bisher üblicherweise dadurch angebracht, daß sie in Kunststoffe oder Kunststoffteile eingespritzt, eingeklebt, eingebettet, eingegossen oder angeklebt wurden ; Vielfach sind solche herkömmlichen Verfahren umständlich, zeitraubend und kostspielig. Werden z. B. beim Herstellen von Kunststoff-Spritzteilen solche Bauelemente in die Spritzform eingelegt, so daß sie beim Spritzen der Kunststoffteile sofort fest in diesen verankert sind, so verzögert die Einlegearbeit den Spritzvorgang oft ganz wesentlich. Fallen während des Spritzvorgangs eingelegte Metallteile aus den in der Form dafür vorgesehenen Ausnehmungen heraus, kann es leicht vorkommen, daß dadurch teure, wertvolle Werkzeuge erheblich beschädigt werden. Das Anbringen von Metallteilen in oder an Kunststoffteilen nach den herkömmlichen Methoden führt außerdem oft dazu, daß an den Anbringungs- bzw. Einbettungsstellen unerwünschte Spannungen auftreten, die zu Rißbildungen und damit zu erheblichen Ausschußquoten in der Fertigung führen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anbringen oder Einbetten von Teilen, insbesondere von Metallteilen, in Kunststoffkörpern zu schaffen, welches die geschilderten Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß auf das einzubettende Teil Ultraschallschwingungen zur Einwirkung gebracht werden und das Teil dabei in den sich durch die Ultraschallschwingungen plastifizierenden Kunststoff eingedrückt wird.
• Die eingeleiteten Schwingungen erzeugen an den Berührungsflächen zwischen dem einzubettenden Teil und dem Kunststoffkörper Wärme und bewirken eine schnelle Plastifizierung des Kunststoffs innerhalb der Berührungszone. Durch den gleichzeitig ausgeübten Druck sinkt das Teil in den Kunststoff ein. Sobald die Ultraschallschwingungen unterbrochen werden, erhärtet der plastifizierte Kunststoff sehr schnell, und durch den bei der Materialabkühlung auftretenden Schrumpfprozeß wird das Metallteil fest in dem Kunststoff verankert. Vorteilhaft ist es, wenn die Länge eines Ultraschallerzeugers, das einzubettende Teil und den Kunststoffkörper sowie gegebenenfalls eine Auflage einerseits und die Ultraschallfrequenz andererseits so aufeinander abgestimmt wird, daß etwa in der Berührungsfläche zwischen dem einzubettenden Teil und dem Kunststofikörper sich ein Schwingungsbauch befindet.
• Dabei kann es zweckmäßig sein, eine schwingungsfähige Auflage zu verwenden. Es bilden sich dann mit geringen Verlusten stehende Wellen aus, so daß der überwiegende Teil der eingeleiteten Energie tatsächlich in der Berührungsfläche, wo der Schwingungsbauch sich ausbildet, wirksam wird.
• Wenn man größere Teile in den Kunststoff einbetten will, kann es vorteilhaft sein, wenn in dem Kunststoffkörper eine Ausnehmung angebracht wird, welche etwa die Form der einzubettenden Teile, aber etwas kleinere Abmessungen besitzt. Es wird dann die Menge des zu plastifizierenden Materials möglichst klein gehalten und mit geringstmöglicher Beeinflussung oder Verformung des Kunststoffkörpers und geringstmöglicher Leistung eine sichere Einbettung des Teils erreicht.
• Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
• Fig. la bis lc und Fig. 2a bis 2c zeigen zwei Methoden zum Einbetten von Schrauben in Kunststoffteile; Fig. 3a bis 3c und Fig. 4a bis 4c zeigen Methoden zum Einbetten einer Mutter in einen Kunststoffkörper; Fig. 5a bis 5c und Fig. 6a bis 6c zeigen Methoden zur Befestigung eines Drahtes oder eines Kontaktelements auf einer Kunststoffplatte.
• In F i g. list mit 10 eine Schraube mit einem Rändelkopf bezeichnet, die in einen Kunststoffkörper 2 eingebettet werden soll. Zu diesem Zweck wird die Schraube 4 mit ihrem Schaft 14 in einer entsprechenden Ausnehmung 16 eines Ultraschallübertragers 1 gehalten. Der Kunststoffkörper 2 liegt auf einer schwingungsfähigen Auflage 3 auf. Der Übertrager 1 wird mittels eines nicht dargestellten magnetostriktiven Schwingers zu Längsschwingungen erregt. Wie aus der Kurve22 ersichtlich ist, sind die Teile so aufeinander abgestimmt, daß im Bereich des in den Kunststoff einzubettenden Schraubenkopfes ein Schwingungsbauch entsteht.
• Der Ultraschallübertrager 1 wird dann nach unten bewegt und drückt dabei den Kopf der Schraube 4 an den Kunststoffkörper 2 an. Dabei wird Ultraschallenergie auf den Kunststoffkörper 2 übertragen.
• Durch geeignete Abstimmung ist dafür gesorgt, daß im Bereich des Schraubenkopfes immer noch ein Schwingungsbauch besteht. Durch die Schwingungen wird das Material des Kunststoffkörpers 2 an der Berührungsstelle erwärmt und plastifiziert, und unter dem Einfluß des ausgeübten Drucks sinkt der Schraubenkopf in den Kunststoffkörper 2 ein. Wenn der Ultraschallübertrager 1 in die in Fig. lb dargestellte Lage gelangt ist, werden die Ultraschallschwingungen abgeschaltet. Das plastifizierte Material erkaltet und erhärtet, wobei ein gewisser Schrumpfprozeß auftritt. Das hat zur Folge, daß der Schraubenkopf fest und unverrückbar in dem Kunststoff gehalten wird und nur der Schaft 14 der Schraube 4 aus dem Kunststoffkörper 2 herausragt.
• Nach Entfernen des Ultraschallübertragers 1 ergibt sich die Anordnung von F i g. 1 c.
• Es kann manchmal vorteilhaft sein, wenn das in den Kunststoff einzubettende Teil nicht mit dem Ultraschallübertrager 1, sondern mit der Auflage 3 in Kontakt ist. Es werden dann von dem Ultraschallübertrager 1 Schwingungen auf den Kunststoffkörper 2 und über diesen auf die Schraube 4 und die Auflage 3 eingeleitet. Die Teile sind dann so aufeinander und auf die Frequenz der Ultraschallschwingungen abgestimmt, daß ein Schwingungsbauch im Bereich des Schraubenkopfes entsteht (Kurve 21). Die Schraube 4 ist in eine Ausnehmung 24 der Auflage 3 eingebettet. Die Auflage 3 wird vorteilhaft von einem schwingungsfähigen Körper gebildet. Wenn über den Ultraschallübertrager 1 ein Druck auf den Kunststoffkörper2 ausgeübt wird, wird ebenfalls, wie in F i g. 1, der Kunststoff plastifiziert und die Schraube 4 in den Kunststoffkörper 2 eingedrückt. Nach Abheben des Ultraschallübertragers ergibt sich die Anordnung nach Fig. 2c.
• F i g. 3 und 4 zeigen in analoger Weise, wie F i g. 1 bzw. 2, die Einbettung einer Mutter 28 in den Kunststoffkörper 2. Damit nicht unnötig viel Material plastifiziert zu werden braucht, wird in dem Kunststoffkörper 2 bei dem vorangehenden Spritzvorgang od. dgl. eine Ausnehmung 32 vorgesehen, welche in ihren Abmessungen geringfügig kleiner ist als die Mutter 28. Es braucht daher nicht soviel Material plastifiziert zu werden, als wenn die Mutter in eine plane Kunststofffläche eingedrückt werden müßte, wie der Schraubenkopf von F i g. 1 und 2. Dadurch wird der Energiebedarf verringert, und es können auch weniger leichte Spannungen in dem Material entstehen. Im Falle einer eingelassenen Mutter ist noch wichtig, daß nicht die zentrale Gewindebohrung von dem Kunststoff ausgefüllt wird, was der Fall wäre, wenn man mit der Mutter 28 in der gleichen Weise verfahren würde, wie mit der Schraube von Fig. 1 und 2.
• Fig. 5 und 6 zeigen in ähnlicher Form wie Fig. 1 und 2 die Befestigung von Drähten, Kontaktfedern, Lötösen oder sonstigen Kontaktteilen34 auf einer Kunststoffplatte oder einem sonstigen Kunststoffkörper. Das dürfte eine wichtige Anwendung der vorliegenden Erfindung sein. Durch geeignete Formgebung des Ultraschallübertragers 1 (Fi g. 5) oder der Auflage 3 (Fig. 6) wird sichergestellt, daß die Ultraschallschwingungen gleichmäßig und in der richtigen Richtung auf der gesamten Fläche des einzubettenden Kontaktteils 34 wirksam wird.
• Die Erfindung gestattet es, auch noch nachträglich an irgendwelche fertigen Kunststoffteile bestimmte Metallteile od. dgl. anzusetzen, ohne daß dazu schon bei der Herstellung der Kunststoffteile besondere Vorkehrungen getroffen werden müßten.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Anbringen oder Einbetten von Teilen, insbesondere von Metallteilen, in Kuststoffkörper, dadurch gekennzeichn e t, daß auf das einzubettende Teil Ultraschallschwingungen zur Einwirkung gebracht werden und das Teil dabei in den sich durch die Ultraschallschwingungen plastifizierenden Kunststoff eingedrückt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines Ultraschallerzeugers, das einzubettende Teil und der Kunststoffkörper sowie gegebenenfalls eine Auflage einerseits und die Ultraschallfrequenz andererseits so aufeinander abgestimmt werden, daß etwa in der Berührungsfläche zwischen dem einzubettenden Teil und dem Kunststoffkörper sich ein Schwingungsbauch befindet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwingungsfähige Auflage verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kunststoffkörper eine Ausnehmung angebracht wird, welche etwa die Form der einzubettenden Teile, aber etwas kleinere Abmessungen besitzt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß das einzubettende Teil in der Auflage geführt wird.