DE102004011328A1

DE102004011328A1 - Verbindung zwischen einer Einlegebuchse und einem Rotationsgussformteil

Info

Publication number: DE102004011328A1
Application number: DE200410011328
Authority: DE
Inventors: Reinhard Oelpke; Jukka Schärlund
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: DE102004011328B4

Abstract

Verbindung (10) zwischen einer Einlegebuchse (11) und einem im Rotationsguss hergestellten Gehäuse (12), wobei die Einlegebuchse (11) im Bereich einer Gehäusekante (13) angeordnet ist und in die Innenseite (14) des Gehäuses (12) ragt, wobei die Einlegebuchse (11) eine freie Stirnseite (15) aufweist, welche an eine außenseitige Planfläche (17) des Gehäuses (12) angrenzt. Eine im Gehäuse (12) liegende zweite Stirnseite (16) der Einlegebuchse (11) sowie die Umfangsseiten (18) der Einlegebuchse (11) werden vom Werkstoff des Gehäuses (12) umschlossen. Die Außenkontur des Gehäuses (12) weist an einer zur Planfläche (17) des Gehäuses (12) angewinkelten Fläche (22) eine Einbuchtung (19) auf, welche zu der zweiten Stirnseite (16) der Einlegebuchse (11) eine annähernd parallele Fläche (20) bildet. Dadurch wird zwischen zweiter Stirnseite (16) und der parallelen Fläche (20) eine Wanddicke (WDV) dergestalt definiert, dass im Bereich der Einlegebuchse (11) die Wanddicke gleichmäßig in eine Wanddicke des Gehäuses (WDG) übergeht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft die Einbettung einer Einlegebuchse in ein durch Rotationsguss gefertigtes Kunststoffbauteil. Einlegebuchsen dieser Art werden vorwiegend an Gehäusen als Befestigungselemente verwendet. Die Einlegebuchsen werden in der Rotationsform fixiert und während des Schmelzprozesses vom Kunststoff umschmolzen. Nach der Ausformung des Kunststoffbauteiles ist die Einlegebuchse im Kunststoff formschlüssig eingebettet. Im typischen Anwendungsfall wird durch die Einlegebuchse ein Bauteil am Kunststoffgehäuse befestigt oder das Kunststoffgehäuse wird durch die Buchse selbst an einem weiteren Gehäuse befestigt. Die auftretenden Belastungen fordern von der Einlegebuchse gegenüber dem Kunststoffbauteil einen hohen Widerstand gegen Drehmomente und axiale Auszugskräfte.
Aus dem Stand der Technik sind Einlegebuchsen in Rotationsgussformteilen bekannt, welche an ihrer Außenform Rändelungen oder Nuten aufweisen, um dadurch eine größere Verbindungsoberfläche und eine Hinterschneidung gegenüber dem Kunststoff herzustellen. Diese Einlegebuchsen sind in der Regel am Randbereich des Gehäuses angebracht und schließen mit einer Stirnseite annähernd mit einer Planfläche des Kunststoffbauteiles ab. Die Einlegebuchsen sind meist in einem Abstand der 2-3 fachen Wandungsdicke zu den Rand- oder Eckbereichen angeordnet, da sich in diesem Bereich aufgrund der angewinkelten Anschlussflächen eine formsteifere Fläche bildet.
Nachteilig hierbei ist, dass durch die schwankenden Wanddicken, welche beim Rotationsverfahren nicht exakt definierbar sind, auch keine definierte Wanddicke um die Einlegebuchse gewährleistet ist. Der Widerstand der Verbindung gegenüber Auszugskräften und Drehmomentbelastungen ist somit sehr eingeschränkt und unterliegt großen Streuungen. Weiterhin erlaubt es die bisherige Formgebung nicht, die Einlegebuchse näher an den Randbereich eines Gehäuses zu platzieren, da sich – bedingt durch die Engstellen zu den Anschlussflächen – Lunker im Material bilden und dadurch die Festigkeit des Randbereiches geschwächt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung zwischen einer Einlegebuchse und einem Rotationsformteil zu schaffen, welche zuverlässig hohe Drehmomente und hohe Auszugskräfte zulässt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen einer Einlegebuchse und einem Rotationsgussteil besteht aus einem Gehäuse und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Einlegebuchse. Die Einlegebuchse besteht aus einer freien Stirnseite, welche in der Regel parallel zu einer Planfläche des Gehäuses angeordnet ist. Um das Anspannen von Anbauteilen an die freie Stirnseite der Einlegebuchse zu verbessern, kann die Einlege buchse auch mit einem über das Gehäuse hervorstehenden Bund versehen werden oder selbst über das Gehäuse überstehen.

Oberhalb der zweiten Stirnseite der Einlegebuchse ist eine Einbuchtung angeformt, welche in das Gehäuseinnere ragt und dadurch die Anlagerung der Kunstoffschmelze im Bereich der Einlegebuchse beeinflusst. Eine Fläche der Einbuchtung wird erfindungsgemäß annähernd parallel an die nach innen gewandte zweite Stirnfläche der Einlegebuchse geformt. Der Abstand und dadurch die Wandungsdicke zwischen der umschmolzenen Stirnfläche der Einlegebuchse und der parallelen Fläche der Einbuchtung kann somit gezielt definiert und an die gewünschte Wandungsdicke des Gehäuses angepasst oder auch verstärkt werden. Die Tiefe, mit der die Einbuchtung in das Gehäuse ragt, kann den räumlichen und kinetischen Anforderungen der Verbindung angepasst werden. Da die Einbuchtung in der Regel hinterschnittsfrei gestaltet ist, kann das Ausformen des Gehäuses problemlos gewährleistet werden. Die Erfindung ermöglicht es somit in vorteilhafter Weise, der Verbindung zwischen Rotationsgussformteil und eingeschmolzener Einlegebuchse eine hohe Steifigkeit zu verleihen und im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine wesentlich erhöhte Auszugskraft sowie eine erhöhte Drehmomentfestigkeit zu gewährleisten. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, dass die von den Belastungen wirkenden Kraftlinien an die Gehäusekontur angepasst werden kann.

Die Einlegebuchse kann idealerweise an den Punkten angebracht werden, wo die höchsten Spannungsbelastungen wirken, wobei durch die nach innen gerichtete Einbuchtung ein Auskragen aus der Gehäusewandung vermieden wird und somit mögliche Einbauräume für das Gehäuse optimal genutzt werden können. Dadurch werden höhere Belastungen ermöglicht, und die Einlegebuchse kann auch näher an den Randbereich des Gehäuses platziert werden.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Einbuchtung dergestalt ausgebildet, dass die Verlängerung der Umfangsflächen der Einlegebuchse direkt in die Wandungen der Einbuchtung übergeht. Hierzu wird die Tiefe der Einbuchtung in etwa bis in die ins Gehäuseinnere ragende Umfangsfläche der Einlegebuchse gezogen. Vorteilhafterweise ermöglicht es diese Gestaltung, die von der Einlegebuchse aufgenommenen Kräfte in annähernd geradlinigen Kraftlinien auf die Wandung des Gehäuses zu übertragen und somit die Biegespannungen im Bereich der Verbindung weiter zu minimieren, wodurch eine wesentlich höhere Auszugskraft erreicht wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Einbuchtung in ihrem weiteren von der Einlegebuchse abgewandten Verlauf in einem Radius oder einem geraden Verlauf weitergeführt und geht in einem Winkel in die Grundform des Gehäuses über. Hierbei sind alle geometrischen Formen denkbar, wobei gewölbte Flächen grundsätzlich eine höhere Steifigkeit aufweisen. Die Einbuchtung kann aber auch an einen Absatz anschließen oder bei einem flachen Gehäuse in die Oberseite münden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Verbindung ermöglicht sich in der Gestaltung der Einlegebuchse. Durch die Verwendung von einem Polygon, insbesondere einem Sechskant, ergibt sich eine größere Oberflächenverbindung mit dem Kunststoff und ein direkter Formschluss zur Aufnahme der Kraftmomente. Je nach Belastungsart und Materialeigenschaften des Kunststoffes können jedoch auch sternförmige oder verzahnte Geometrien zum Einsatz kommen. Vorteilhaft werden hierdurch die Auszugskraft und insbesondere die Drehmomentfestigkeit erhöht.

Als eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung werden die Einlegebuchsen mit ein oder mehreren Radialnuten versehen. Zwischen der freien Stirnseite einer Einlegebuchse und der ersten Radialnut ergibt sich ein Absatz. Wird dieser Absatz mindestens so breit gestaltet wie die Wanddicke im Bereich der Einlegebuchse, so ergibt sich eine optimierte Anschmelzung des Kunststoffes an die Einlegebuchse und eine nochmals vergrößerte Oberfläche sowie ein Hinterschnitt in die Auszugsrichtung der Einlegebuchse. Vorteilhaft wird durch diese Maßnahmen insbesondere die Drehmomentfestigkeit maximiert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich bei der Anordnung mehrerer Radialnuten in der Einlegebuchse. Um dem unterschiedlichen Anschmelzverhalten des Kunststoffes im Abstand zur Randzone Rechnung zu tragen, werden die Nutbreiten unterschiedlich gestaltet. Um eine ideale, möglichst lunkerfreie Anschmelzung zu erreichen, erhöht man die Nutbreite mit steigendem Abstand von der Stirnseite der Einlegebuchse. Durch diese Maßnahme wird die Anschmelzung weiterhin vorteilhaft optimiert und die Auszugsfestigkeit weiter erhöht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Einlegebuchsen mit Befestigungsgewinden verwendet. Dazu eignen sich insbesondere Innengewinde, diese sind werkzeugtechnisch einfacher umsetzbar. Es sind jedoch auch Außengewinde oder andere Befestigungskonturen, z. B. Bajonettverbindungen, möglich. Durch diese Befestigungsoption wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, die erhöhten Belastungsmöglichkeiten an die Anforderungen der Anbausituation anzupassen.

Als vorteilhafte Materialwahl für den Kunststoff bietet sich ein vernetztes Polyethylen an. Dies erhöht sowohl die thermische als auch die mechanische Stabilität, und es ergeben sich erweiterte Einsatzmöglichkeiten der Gehäuseverbindung.

Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet bietet sich in der Befestigung von Luftfiltergehäusen an. Hier muss die Verbindung des Filtergehäuses zwischen einem Anbauflansch direkt am Motor oder direkt an der Karrosserie eines Fahrzeuges sowohl den Motorschwingungen als auch den Fahrzeug- oder Maschinenschwingungen standhalten. Durch die erhöhte Stabilität der erfindungsgemäßen Verbindung wird ermöglicht, zusätzliche Bauteile am Luftfiltergehäuse zu befestigen oder auch zusätzliche Funktionen in ein filtertragendes Gehäuse zu integrieren. Im Nutzfahrzeugbau bietet es sich z. B. an, das Luftfiltergehäuse außerhalb des Motorraums als stehendes zylindrisches Gehäuse anzuordnen. In diesem Fall können am Gehäuse z. B. Fahrzeugbeleuchtungsanlagen oder Außenspiegel befestigt werden. Als Befestigung für derartige Anbauteile am Luftfiltergehäuse selbst bietet sich auch die erfindungsgemäße Verbindung an.

Die genannten zusätzlichen Anbauteile werden vorteilhaft durch mehrere Schrauben mit den Einlegebuchsen verbunden. Grundsätzlich sind nicht zwingend mehrere Schrauben notwendig. Es ist auch möglich, ein zusätzliches Bauteil oder das Filtergehäuse selbst über einen Steg oder eine Ausbuchtung in eine Aussparung einzuschwenken und diese Verbindung anschließend durch eine Schraubverbindung zu sichern.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Darstellungen beschrieben. Hierbei zeigen
1 eine perspektivische Prinzipdarstellung der Verbindung zwischen einem zylindrischen im Rotationsgussverfahren hergestellten Gehäuse und einer Einlegebuchse,
2 eine Seitenansicht durch eine erfindungsgemäße Verbindung im Bereich der Einlegebuchse im Vollschnitt. Der 1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen,
3 eine Schnittdarstellung A-A in der Draufsicht gemäß 2; entsprechende Bauteile vorgehender Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Verbindung einer in das Gehäuse 12 eingebetteten Einlegebuchse 11. In der gezeigten Figur ist die als unsichtbar angedeutete Einlegebuchse 11 in den Boden des zylindrischen Gehäuses 12 eingeschmolzen. Oberhalb der als unsichtbar angedeuteten Einlegebuchse 11 ist die parallele Fläche 20 in der Einbuchtung 19 sichtbar. Die Einbuchtung 19 ist im Gehäuse 12 als taschenförmige Einbuchtung 19 sichtbar. Da die Einbuchtung 19 ins Gehäuseinnere 14 ragt, wird durch die Einlegebuchse 11 kein Überstand über den Gehäuseumfang verursacht. Im gezeigten Beispiel ist nur eine Einlegebuchse 11 eingeschmolzen. Wird die Verbindung 10 als Gehäusebefestigung genutzt, so ist es selbstverständlich möglich und zweckmäßig, mehrere Einlegebuchsen 11 anzubringen. An quaderförmigen Gehäusen ist es vorteilhaft, diese an Eckbereichen anzuordnen.
In 2 ist eine Schnittdarstellung durch die Verbindung 10 gezeigt. Das Gehäuse 12 trennt die Innenseite 14 von einer Außenseite 24. Die Planfläche 17 des ausschnittsweise gezeigten Gehäuses 12 verläuft parallel zu der freien Stirnseite 15 der Einlegebuchse 11. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, bei einer Verbindung mit einem nicht dargestellten Bauteil eine direkte Verspannung auf die Einlegebuchse 11 herzustellen. In der Ein legebuchse 11 ist eine erste Radialnut 25 und eine zweite Radialnut 26 eingearbeitet, wodurch ein verbesserter Materialschluss zum Gehäuse 12 hergestellt wird. Die Nutbreite NB 1 der ersten Radialnut 25 ist geringer als die Nutbreite NB 2 der zweiten Radialnut 26 ausgeführt. Die Abstimmung der unterschiedlichen Nutbreiten NB richtet sich nach dem Anschmelzverhalten des Kunststoffes und kann den Materialschluss durch minimale Lunkerbildung optimieren. Zwischen der freien Stirnfläche 15 und der ersten Radialnut 25 ist ein Absatz 23 dargestellt, der in seiner Breite größer ist als die Wandungsdicke an der Planfläche des Gehäuses WDP. Durch den Abstand der Einlegebuchse 11 zur Gehäusekante 13 lässt sich die Wandungsdicke um die Umfangsseiten der Einlegebuchse (siehe 3 Pos. 18) gestalten. Die Wandungsdicken sollten idealerweise am gesamten Gehäuse 12 einheitlich sein und auch der Wandungsdicke entsprechen, welche die Einlegebuchse umgibt. Die verfahrenstechnischen Probleme des Rotationsgussverfahrens sind durch die gezeigte Anordnung zumindest im Bereich der Einlegebuchse 11 kompensierbar. So kann die Wandungsdicke der Verbindung WDV zwischen der zweiten Stirnseite 16 der Einlegebuchse 11 und der parallelen Fläche 20 durch deren Abstand, welcher in der Werkzeugform hinterlegt ist, definiert werden. Die Planfläche 17 des Gehäuses 12 ist im gezeigten Beispiel rechtwinklig zu der angewinkelten Fläche 22 angeordnet. An dieser angewinkelten Fläche 22 ist in einer Höhe oberhalb der Einlegebuchse 11 eine Einbuchtung 19 geformt. Die in die Innenseite 14 des Gehäuses 12 ragende Einbuchtung 19 weist in einem Abstand zur zweiten Stirnseite 16 der Einlegebuchse 11 eine annähernd parallele Fläche 20 auf. Im weiteren Verlauf geht die Kontur der Einbuchtung 19 in einen Bogen und unter einem Winkel wieder in die angewinkelte Fläche 22 des Gehäuses 12 über, wobei die Wandungsdicke der Einbuchtung der Wandungsdicke des Gehäuses WDG entspricht. Die angewinkelte Fläche 22 muss keinesfalls rechtwinklig zur Planfläche 17 sein, sondern kann nach Belieben den geometrischen Anforderungen angepasst sein. Die erfindungsgemäße Verbindung 10 eignet sich auch zur Anordnung an Verbindungsflanschen oder sonstigen Befestigungsteilen, ohne dass ein geschlossenes Gehäuse verwendet wird.
3 zeigt einen horizontalen Schnitt A-A durch die Verbindung gemäß 2 in einem tiefen Punkt der Einbuchtung 19. Die als Sechskant dargestellte Einlegebuchse 11 ist mit annähernd gleichem Abstand zwischen den Umfangsseiten 18 der Einlegebuchse 11 zu den Gehäuserändern der Innenseite 14 und der Außenseite 24 dargestellt. Sichtbar ist auch die vollflächige und gleichmäßige Umschließung der Einlegebuchse 11.

Claims

Verbindung (10) zwischen einer Einlegebuchse (11) und einem im Rotationsguss hergestellten Gehäuse (12), wobei die Einlegebuchse (11) im Bereich einer Gehäusekante (13) angeordnet ist und in die Innenseite (14) des Gehäuses (12) ragt, wobei die Einlegebuchse (11) eine freie Stirnseite (15) aufweist, welche an eine außenseitige Planfläche (17) des Gehäuses (12) angrenzt, wobei eine im Gehäuse (12) liegende zweite Stirnseite (16) der Einlegebuchse (11) sowie die Umfangsseiten (18) der Einlegebuchse (11) vom Werkstoff des Gehäuses (12) umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Gehäuses (12) an einer zur Planfläche (17) des Gehäuses (12) angewinkelten Fläche (22) eine Einbuchtung (19) aufweist, welche zu der zweiten Stirnseite (16) der Einlegebuchse (11) eine annähernd parallele Fläche (20) bildet und dadurch eine Wanddicke (WDV) zwischen zweiter Stirnseite (16) und der parallelen Fläche (20) dergestalt definiert, dass im Bereich der Einlegebuchse (11) die Wanddicke gleichmäßig in eine Wanddicke des Gehäuses (WDG) übergeht.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung, welche die Umfangsseiten der Einlegebuchse (11) umschließt, an der der Innenseite des Gehäuses (14) zugewandten Seite im wesentlichen geradlinig in die Wandung der Einbuchtung übergeht.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbuchtung (19) im weiteren Verlauf gewölbt ist und unter einem Winkel in die Form des Gehäuses (12) übergeht.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegenden Umfangsseiten der Einlegebuchse (18) als ein Polygon ausgearbeitet sind.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegebuchse (11) an ihren innenliegenden Umfangsseiten (18) wenigstens eine Radialnut (25) aufweist, wobei ein Absatz (23) zwischen der ersten Radialnut (25) und der äußeren Planfläche (17) des Gehäuses (12) mindestens so dick ist wie die Wandungsdicke (WDP) der Planfläche (17).
Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Radialnuten (25; 26) in die Einlegebuchse (11) eingearbeitet sind, wobei die Nutbreiten unterschiedlich sind.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einlegebuchse (11) auf der freien Stirnseite (15) ein Innengewinde angeordnet ist.
Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass, das Gehäuse (12) aus vernetztem Polyethylen hergestellt ist.
Gehäuse, insbesondere für den Luftfilter einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Verbindung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfilter durch die Verbindung (10) an einem vorgesehenen Flansch befestigt ist.
Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) durch die Verbindung (10) mit wenigstens einer Schraubverbindung an dem Flansch befestigt ist.