Technologie

Die Verschraubungsmöglichkeiten von Kunststoffbauteilen mit Kunststoffschrauben und -inserts hängt im Wesentlichen von den mechanischen Anforderungen an die kraft- und formschlüssige Verbindung ab. Hier haben die Werkstoffpaarungen von Bauteil und Schraube/Insert einen wesentlichen Einfluss. Während man für kraftschlüssige metallische Bauteilverschraubungen vorzugsweise unter anderem auf DIN/ISO-Schrauben und -Muttern etc. zurückgreift, sind deren Eigenschaften zur Befestigung von Kunststoffbauteilen in der Regel überdimensioniert und aufgrund der Werkstoffkompatibilität weniger geeignet. Direktverschraubungen mit metallischen Schrauben führen bei dynamischer, schwingender und thermischer Bauteilbelastung mittel- und langfristig häufig zu Festsitzproblemen und können zum Versagen der Schraubverbindung führen. Was liegt demnach näher, als ein Kunststoffbauteil auch mit Schrauben bzw. Inserts aus Kunststoff zu verschrauben. Die Lösung ist die Entwicklung des Kunststoff in Kunststoff (K' in K') Verschraubungsprinzips. Dieses ermöglicht mit speziell dafür entwickelten Gewindeprofilen abgestimmte Lösungen für kraft- und formschlüssige Befestigungen, die selbstsichernd, selbstschneidend, selbstformend, verstellbar und toleranzausgleichend sind. Neben den Varianten der K' in K' - Schrauben und -Inserts müssen auch häufig Lösungen in dünneren Blechen und Kunststoffplatten realisiert werden. Für diese Anwendungsbereiche sind die K' in K' - Systeme entwickelt worden. Die verschiedenen entwickelten K' in K' - Systeme bestehen aus einem Unterteil in Form von Hülse, Niet, Clip etc. in Verbindung mit einer/m darauf abgestimmten Schraube/Insert. Als zusätzliche besondere Eigenschaft der Verbindungen ist die Integration von Schwingungs- und Geräuschdämpfung zu nennen (Schraubblindnietsystem, Schraubclipsystem).
Wirkungs- und Funktionsweise der Gewindeprofile Bei den K' in K' - Schraubverbindungen ist die Gewindegeometrie von ausschlaggebender Bedeutung, da sich die K' in K' - Gewinde in die zylindrisch vorgefertigten tolerierten Bohrungen ein "Aufnahmegewinde" formen bzw. schneiden müssen. Das Gewindeprofil: Steigung, Profilhöhe, Flankenwinkel sowie die Radien an der Flankenspitze und im Flankengrund haben wesentlichen Einfluss auf das Schneid- bzw. Umformungsverhalten im Kunststoffträgerteil. Darüber hinaus bestimmt auch der Werkstoff des Trägerteils die Art des K' in K' - Gewindeprofils. Nach Art der Gewindeerzeugung wird zwischen dem patentierten Böllhoff K' in K' - Regelgewinde und dem Böllhoff K' in K' - Rund-Hoch-Gewinde unterschieden. Bei harten, festen Trägerwerkstoffen, die einen überwiegend schneidenden Einschraubprozess notwendig machen, wird das K' in K' - Regelgewinde eingesetzt. Für Applikationen, bei denen die Trägerwerkstoffe eine hohe Dehnung und Schlagzähigkeit aufweisen und somit die Gewindebildung überwiegend in der Umformarbeit ausformen müssen, ist das K' in K' Rund-Hoch-Gewinde vorzuziehen. Wann welche Gewindeart? Harte feste Trägerwerkstoffe = Böllhoff Regelgewinde Trägerwerkstoffe mit hoher Dehnung und Schlagzähigkeit = Böllhoff-Rund-Hoch-Gewinde Herstellung und Materialauswahl Der Gewindewerkstoff muss sich in der Eigenschaft und in der Charakteristik gegenüber dem Trägermaterial wesentlich unterscheiden. Die hierfür ausgewählten Gewindewerkstoffe gehören zu den technischen Hochleistungskunststoffen und zeichnen sich durch erhöhte Temperaturbeständigkeit, hohe Steifigkeit sowie hohe Festigkeit aus. All diese Eigenschaften müssen in einem möglichst großem Gefälle zum Trägerwerkstoff stehen, um die gewünschte Formstabilität in dem Gewindeprofil und in der Schnittgeometrie bei der Schneid- und Umformarbeit zu halten. Die bevorzugten Werkstoffe sind: PA GF PPA GF PEI GF PPS GF PEEK GF hochwertiges glasgefülltes Polyamid 66 Polyphtalamid glasgefüllt Polyetherimid glasgefüllt Polyphenylensulfid glasgefüllt Polyetheretherketon glasgefüllt Die K' in K' - Schrauben und Inserts aus den oben genannten Werkstoffen werden gemäß den werkstofflichen Anforderungen im Spritzgießverfahren gefertigt. Die Temperaturführung in der Spritzeinheit der Maschine sowie in dem besonders dafür ausgelgten Spritzwerkzeug ist Voraussetzung für den hohen Anspruch der Schraubenqualität in der gesamten Fertigungslinie.
Schrauben
Um selbstformend, selbstschneidend in ein Bauteil eindringen zu können, sind in der Teilegeometrie folgende Punkte Voraussetzung: Kopfform und Antrieb Auflage und Kraftübertragung Gewindeschneidegeometrie Gewindeanschnitt Die Funktionsbereiche der K' in K' - Schraube Kopfausführung Hier sind diverse Ausführungen moglich wie z.B. DIN EN ISO 7045 DIN 34812 DIN 34812 Flachkopfschraube mit Kreuzschlitz Flachkopfschraube mit Kreuzschlitz aus Kunststoff Zylinderkopfschraube mit Kreuzschlitz aus Kunststoff Die Variante als Multifunktionskopf, mit Außenantrieb Sechskant und im Innenantrieb wahlweise über Kreuzschlitz, Innensechsrund oder Innenvielzahn, ist herstellbar. Auflage und Kraftübertragung Die Unterseite des Kopfes dient als Auflagefläche beim abgeschlossenen Einschraubvorgang. Der Übergang zum Gewinde spielt eine wesentliche Rolle, um die notwendige Schneid- bzw. Umformungsarbeit vornehmen zu können. Die dynamische Last wird in diesem Bereich aufgenommen und ist deshalb besonders spannungsoptimiert ausgelegt. Das heißt der Übergang ist kegelförmig ausgebildet, so dass sich die Last, die während der Montage/Demontage auf das Gewinde übertragen wird, auf einen größeren Bereich verteilen kann. Die Zentrierrippen unterhalb des Kopfes bewirken eine Zentrierung der K' in K'-Schraube in der Bohrung des zu befestigenden Bauteiles. Sie formen sich beim Schraubvorgang an die Wandung der Aufnahmebohrung und stützen die Verschraubung bei geringer Querlast. Schneidgeometrie Dieser Bereich formt bzw. schneidet das K' in K' - Gewinde in das Kunststoffträgerteil. Details siehe "Umformungsund Schneidarbeit". Der Anschnitt Fur die erste Schneid- bzw. Verdrängungsarbeit wird der Anschnitt benötigt. Er erleichtert am unteren Ende des Gewindes das Einführen der K' in K'-Schraube in die entsprechende Aufnahmebohrung. Wiederholverschraubung Reversible Wiederholverschraubung der K' in K'-Schraube ermöglichen wiederholbare Montage- und Demontagevorgänge ohne Einschränkung des Festsitzes und der Gewindesicherung.
Inserts
Bei diesen UNITEC® K’ in K’-Varianten unterscheiden wir zwei Insert-Typen UNITEC® K’ in K’ zum Ultraschall-Einschweißen und UNITEC® K’ in K’ zum mechanischen Eindrehen
Ultraschall Einbauelemente Der UNITEC® K’ in K’-Kunststoffinsert wird thermisch durch USS (Ultraschall-Schweißen) eingebettet. Beim USS handelt es sich um ein Verfahren, welches zum Fügen thermoplastischer Kunststoffe entwickelt wurde. Hierbei wird durch Grenzflächenreibung und Schwingungsabsorbation der zu verbindenden Teile das Kunststoffmaterial innerhalb kürzester Zeit plastifiziert. Zu diesem Zeitpunkt entsteht zwischen Insert und dem Bauteil eine stoffschlüssige und homogene Verbindung. Die erforderliche Energie wird im Ultraschallgenerator als Wechselspannung erzeugt, in mechanische Schwingungen konvertiert und anschließend mittels Schwingwerkzeug (Sonotrode) eingeleitet. Mit diesem Kunststoffinsert wird im Bauteil, durch den Einsatz glasgefüllter Werkstoffe, ein Gewinde höherer Festigkeit erreicht. Im Gegensatz zu Metallinserts besteht ein kostengünstigeres Recycling, da aufwendige Separierungen von Kunststoff und Metall entfallen. Der Einsatz wird in die konisch geformte Aufnahmebohrung des Trägerteiles eingelegt und mittels Ultraschall eingeschweißt. Der Insert wird also nach dem Entformen des Bauteiles (after moulding) eingeschweißt. Voraussetzung für dieses Ultraschall-Schweißverfahren ist die Verwendung von gleichen Werkstoffklassen von Insert und Bauteil, damit beim Einschweißvorgang wie bereits erwähnt eine stoffschlüssige und homogene Verbindung entstehen kann. Für eine optimale Schweißverbindung sollte die Ultraschallschwingeinheit von autorisierten Einschweiß-Maschinenherstellern bestimmt werden. Aktuell sind metrische Gewinde in den Abmessungen M 3, M 4 , M 5, M 6 und M 8 erhältlich. Amerikanische/ britische Gewindearten sind herstellbar. Mechanische Einbauelemente Mit dem Kunststoffinsert für das mechanische Einschrauben ist es möglich, ein höher festes Gewinde (Innengewinde) im Bauteil einzubringen. Bei der Außengewindegeometrie handelt es sich um das patentierte Böllhoff K' in K' Regelgewinde. Bei dieser Gewindeart ist die Gewindegeometrie von ausschlaggebender Bedeutung, da sich das K' in K'-Gewinde in die zylindrisch vorgefertigten, tolerierten Bohrungen "Aufnahmegewinde" formen bzw.- schneiden muss. Der Durchmesser der zylindrischen Aufnahmebohrung des Bauteiles muß auf die Werkstoffpaarung abgestimmt werden. Einbauwerkzeug Für den endgültigen Einbau des Inserts ist dieser auf die Gewindespindel des Einbauwerkzeuges bis zum Anschlag aufzuspindeln und in das Bauteil einzuschrauben. Der Einschraubvorgang ist in dem Augenblick abgeschlossen, wo der äußere Rand des Einbauwerkzeuges an das Trägerteil anschlägt. Herstellbar sind metrische Innengewinde in den Abmessungen M 3, M 4 , M 5 und M 10. Aktuell erhältlich sind die Abmessungen M 6 und M 8. Amerikanische/britische Gewindearten sind herstellbar.
Systeme
Schraubclip Ein Schraubsystem, welches wasserdicht, selbsthemmend und stofflich recycelbar ist. Funktion Der Schraubclip wird in eine vorhandene quadratische Öffnung des Bauteiles A eingedrückt. (1) Durch Rastpunkte und die Flankenauflage der Wendel sind zwei Verliersicherungen vorhanden. Anschließend wird das Bauteil B aufgelegt und die selbstformende K’ in K’-Schraube in den Schraubclip eingedreht. (2) Hierbei wird der Einschraubdom in Achsrichtung so unter das Bauteil A gezogen, dass sich der Schaftbereich faltet und die Wendelflanke leicht rechtsdrehend verformend zur Auflage kommt. (3) Es ist eine wasserdichte Schraubverbindung entstanden. Potentielle Anwendungen Überall dort, wo aufgrund geringer Wanddicken ein geschnittenes Gewinde nicht möglich ist und/oder wo fertigungsbedingte Toleranzen der Bauteile zueinander ausgeglichen werden müssen z.B. in den Branchen Automotive, Maschinen und Anlagenbau... Schraubblindniet Der Schraubblindniet wurde vorrangig für eine runde Aufnahmebohrung entwickelt. Um für diesen Anwendungsfall eine Verdrehsicherung zu erreichen, ist das Unterteil mit einem Flansch versehen. Darüber hinaus befindet sich im oberen Bereich des Unterteiles ein 6KT-Ansatz, um auch andere Anwendungen zu ermöglichen. Funktion Der Schraubblindniet wird in die Bohrung des Bauteiles A gesteckt. (1) Durch seitlich angebrachte Rippen ist eine Verliersicherung gegeben. Eine Verdrehsicherung wird über die bereits erwähnte Flanschgegenlage erreicht. Anschließend wird das Bauteil B aufgelegt und die K’ in K’-Schraube durch die Bohrung des Bauteils in den Blindniet eingeschraubt. (2) Unterschiedliche Spaltmaße sind für dieses Befestigungssystem kein Problem, da sich der Schraubblindniet beim Einschrauben toleranzausgleichend in Achsrichtung unter das Bauteil B zieht. Gleichzeitig erfolgt eine Wulstbildung, die sich rückseitig unter das zu befestigende Bauteil A legt. (3) Die potentiellen Anwendungen sind vergleichbar mit denen des Schraubclips. Spreizniet Bei diesem Schraubsystem wird als Unterteil ein Spreizniet eingesetzt. Spreizniete sind ideale Befestigungselemente für alle Montagearten, vor allem für die Blindmontage. Seine besondere Form ermöglicht es, Werkstoffe verschiedener Dicke zu verbinden und ist vor allem auch für extrem dünnwandige Blasformteile geeignet. Der Spreizniet ist in eine entsprechend tolerierte Bohrung einzudrücken. Anschließend wird das zu befestigende Bauteil aufgelegt und die K’ in K’-Schraube eingeschraubt. Diese furcht sich auch hier aufgrund der Gewinde- und Schneidkantengestaltung ihr Gewinde selbst. Beim Einschrauben der K’ in K’-Schraube weitet sich der Vierkant des Spreiznietes auf und bildet einen Hinterschnitt im Bauteil. Der gewünschte Festsitz ist erreicht.