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WO2006111221A1 - Kunststoffbauteil mit metalleinsatz und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Kunststoffbauteil mit metalleinsatz und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2006111221A1
WO2006111221A1 PCT/EP2006/002180 EP2006002180W WO2006111221A1 WO 2006111221 A1 WO2006111221 A1 WO 2006111221A1 EP 2006002180 W EP2006002180 W EP 2006002180W WO 2006111221 A1 WO2006111221 A1 WO 2006111221A1
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WO
WIPO (PCT)
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metal insert
plastic
sealing
plastic body
bore
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2006/002180
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Jester
Stefan Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell GmbH
Original Assignee
Honeywell 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell GmbH filed Critical Honeywell GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B29K2995/0068—Permeability to liquids; Adsorption
    • B29K2995/0069—Permeability to liquids; Adsorption non-permeable

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a plastic component with a metal insert and such a plastic component.
  • Plastics have become very important in the art and can be adapted to a variety of requirements. Often it is also necessary to combine plastic and metal together to unite on a component, the advantages of plastics with those of metals (strength, wear resistance, electrical and thermal conductivity, etc.).
  • a metal insert at its front end (head end) seen in the insertion direction with a groove into which an O-ring is inserted. Then the metal insert is heated and the heated metal insert is pressed into a stepped bore of appropriate size in the plastic body. In this case, the plastic bounding the bore melts, and hardens again after insertion of the metal insert, so that an intimate bond between metal and plastic is achieved here.
  • the metal insert has a rough textured surface with grooves or teeth, so that the
  • Metal insert and the plastic body are positively connected with each other.
  • the O-ring is attached to the metal insert and is advanced during injection to the portion of the stepped bore located inside the meltable bore portion, which acts as a seal portion. This procedure prevents the plastic-side sealing surface from being touched and unintentionally deformed during assembly.
  • the mounting of the O-ring in the groove provided for this purpose in the metal insert generally requires widening of the O-ring, which potentially means damage to the O-ring. In addition, it can also come to the assembly to twist the O-ring, which can also lead to damage.
  • Dichtraittel can be used from simple materials and a high reliability of the seal between plastic body and metal insert is ensured.
  • Plastic component is in a previously provided plastic body with an open to the outside of the plastic body, stepped bore, the at least one open to the outside of the plastic body holding portion and a body inside of the Holding portion formed sealing portion has used a metal insert.
  • the provided metal insert has a sealing projection in the region of its head end to be introduced into the plastic body and at least one retaining flange formed on the side of the sealing projection which faces away from the head end.
  • annular sealing means in the sealing portion of the bore - ie in the
  • Plastic body used. Only then is the metal insert introduced into the bore, with the at least one retaining flange being introduced into the retaining portion of the bore with local softening of the plastic body until the sealing projection of the metal insert dips into the annular sealant.
  • the plastic body is made of a thermoplastic and the metal insert is heated prior to insertion.
  • the temperature of the metal insert is preferably chosen so high that instantaneous melting of the plastic body occurs at the edge of the hole, so that the actual insertion can be performed very quickly.
  • Ultrasonic generators be connected and are placed in high-frequency vibrations to soften the plastic during insertion by internal friction.
  • the sealing means is an O-ring, which is inserted before insertion into the sealing portion of the bore. It is useful if the O-ring is dimensioned so that it is slightly biased against the sealing portion when it is inserted into the plastic body and so in the pre-assembled position is maintained. This makes the handling of pre-assembled plastic body easier. If the O-ring is inserted into the plastic body immediately before inserting the metal insert, with the hole kept upright in the plastic body, the O-ring may also be loosely inserted. In both of the aforementioned cases, only the immersion of the sealing projection of the metal insert causes the contact forces required for the sealing on the O-ring.
  • the sealant is a pasty coatable, setting sealant which is applied annularly to the seal portion prior to insertion of the metal insert.
  • This sealant can be a gradually cross-linking in cross-linked! Condition of elastic plastic (e.g., silicone rubber);
  • resin / hardener mixtures such as Be multi-component adhesive, or elastic thermoplastics.
  • a retaining shoulder formed on the metal insert between the retaining flange and the sealing projection is brought into contact with the sealing means when inserted.
  • This retaining shoulder supports the respective sealing means, which may also be one of the aforementioned alternative sealing means, against the pressure of the fluid to be sealed from the end face of the metal insert acting on the O-ring.
  • the retaining shoulder function can also be taken over by the retaining flange, which is adjacent to the
  • Seal protrusion is formed. As a result, the axial length of the metal insert can be shortened.
  • the metal insert has two separate via an annular groove Retaining flanges.
  • the softened and displaced during insertion of the metal insert in the plastic body plastic flows into this groove and is there again. This forms after hardening of the plastic, an annular projection which flows into the annular groove and fills it. This improves the hold of the metal insert in the axial direction.
  • the retaining flange is designed on its outer circumference with a surface structure having radial projections and recesses therebetween, which are filled during insertion of the softened plastic.
  • metal insert and plastic body are positively connected and the maintenance of the metal insert in the plastic can be further improved.
  • the shape of the surface structure can be adapted to the expected forces accordingly; For example, a toothing with extending in the axial direction of the metal insert teeth is particularly suitable when high torques can occur at the compound metal / plastic or must be transmitted.
  • the retaining flanges can also have different surface shape.
  • the invention also relates to a plastic component with a metal insert.
  • a plastic body has a stepped bore which is open towards the outside of the plastic body and has at least one to the outside of the
  • Plastic body has open holding portion and a body inside of the holding portion formed sealing portion.
  • a metal insert which has a sealing projection and at least one on the side facing away from the top end of the sealing projection formed retaining flange in the region of its located in the plastic body head end is received in the holding portion of the bore and with the plastic body fusion-bonded, wherein an annular sealing means disposed in the sealing portion of the bore is, the sealing projection of the metal insert is immersed in the annular sealant with the inner periphery of the sealant in abutting contact and biases the sealant against the sealing portion radially outwardly.
  • the outer diameter of the metal insert on the plastic body side facing the sealing projection is always smaller than the diameter of the sealing projection.
  • the surface structure of the peripheral surface of the at least one retaining flange is a knurling at an angle to the
  • a particularly high torsional strength of the connection can be achieved if the diameter of the at least one retaining flange is selected to be as large as possible, while the axial forces acting on the connection (which on the head of the
  • Metal insert acting fluid pressure forces decrease with decreasing diameter of the sealing projection.
  • a diameter ratio of retaining flange diameter to seal protrusion diameter of about two to one is a practical value.
  • FIG. 1 shows schematically an initial situation before the joining of metal insert and plastic body according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a state in the proceeding process in the embodiment according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows schematically the assembled connection of plastic body and metal insert.
  • a portion of a plastic body 1 is shown, which in the present embodiment belongs to an oil pressure sensor for an internal combustion engine of a motor vehicle. Other components and portions of the oil pressure sensor are not important to the explanation of the present invention and are omitted for the sake of brevity.
  • the plastic body 1 has a bore 17 which carries the fluid to be sealed (here oil).
  • a stepped bore 19 is formed, which has two holding portions 13, 15 of different diameter, a sealing portion 11 and a transition portion 21 which is open to the bore 17.
  • the diameter of the stepped bore 19 increases from right to left in Fig. 1 from, ie the stepped bore 19 is closer to the body interior of the plastic body 1.
  • the stepped bore 19 shown in Fig. 1 consists of a series of successive circular cylindrical
  • Sections with different (smaller from left to right) diameters may also be designed frustoconical.
  • Fig. 1 further shows an O-ring 5.
  • the O-ring 5 shown has an annular ' body 51 which is formed by a circular cross-section cord.
  • the O-ring 5 is made of a material that can withstand a temperature for at least a predetermined period of time, which is above the melting temperature of the plastic material from which the plastic body 1 is formed.
  • Fig. 1 shows a metal insert 3, the two
  • Holding flanges 33, 35 with different diameters, a retaining shoulder 39 and a sealing projection 31 has the end face a chamfer 41.
  • the metal insert 3 is penetrated by an axial bore 43, the function of which does not need to be explained in detail here.
  • the bore 17 in the plastic body 1 and the axial bore 43 in the metal insert 3 are interconnected.
  • an annular groove 37 is formed, which separates the two retaining flanges with different diameters from each other. The function of the annular groove 37 will be explained later.
  • an advanced state is shown in the method according to the embodiment.
  • the O-ring 5 is already inserted into the Kunststoffoffoff stresses 1 and in the Seal portion 11 of the stepped bore 19 is arranged.
  • the O-ring 5 is slightly deformed (flattened) on its outer circumference.
  • the dimensions of O-ring 5 and seal portion 11 of the stepped bore 19 are tuned so that the O-ring 5 is slightly biased against the seal portion 11 due to its own elasticity and thus held in or near the mounting position, even if the plastic body 1 is still moved or transported after insertion of the O-ring 5.
  • the metal insert 3 which is heated to a suitable temperature, pressed according to arrow P in the plastic body 1.
  • the vertical, upwardly open orientation of the stepped bore 19 of the plastic body 1 shown in the illustration of FIG. 2 corresponds to the actual procedure, and since the melting during insertion of the metal insert plastic material may be thin and run at a different orientation of the stepped bore 19 irregular can.
  • the vertical position of the stepped bore 19 is a simple and effective measure that ensures a uniform distribution of the melting plastic on the circumference of the metal insert 3.
  • the metal insert 3 has a bevel 41 at the head end, the end face of the metal insert and the sealing projection 31 together combines.
  • the insertion of the metal insert 3 in the O-ring 5 is facilitated by the chamfer 41 and damage to the O-ring 5 is prevented.
  • the chamfer 41 is not shown to scale in the figures, actually enough here a few tenths of a millimeter wide bevel.
  • the length of the sealing projection 31 and the retaining shoulder 39 are dimensioned so that the chamfer 41 is not acted upon by the restoring forces of the compressed O-ring 5 after insertion of the metal insert. This can be avoided that the metal insert in
  • the retaining shoulder 39 is in the assembled state at a small distance from the O-ring 5, as can be seen in Fig. 3.
  • the plastic component is finished, i.
  • the retaining shoulder 39 can and should come into contact with the O-ring 5 when it moves or is deformed by high fluid pressures to be sealed in the direction of the pressure gradient.
  • Fig. 3 is further shown that the annular groove 37 is filled between the two retaining flanges 33 and 35 with plastic, which has occurred during melting during the joining operation in this annular groove 37.
  • a plastic rib extending in the direction of insertion of the metal insert is thus formed, which is positively locked with the metal insert 3 and reinforces the connection in the axial direction.
  • the outer peripheral surfaces of the retaining flanges 33 and 35 are provided with a surface structure which allows a positive connection with the plastic.
  • This can in particular a knurling, gearing, longitudinal and / or transverse grooves or be similar designs.
  • a design with a toothing improves the strength against twisting of metal insert relative to the plastic body.
  • the present metal insert provides a thread exclusion with the substantially plastic component. In this case, the torsional strength in addition to the holding force against the expected fluid pressures is of particular importance.

Landscapes

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

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einem fluiddicht eingesetzten Metalleinsatz beschrieben. Dazu wird ein Kunststoffkörpers 1 mit einer gestuften Bohrung 19 bereitgestellt, die einen Halteabschnitt 13, 15 und einen Dichtungsabschnitt 11 hat. Ferner wird ein Metalleinsatz 3 bereitgestellt, der an seinem Kopfende einen Dichtungsvorsprung 31 und daneben einen Halteflansch 33, 35 hat. Nach dem Einbringen eines ringförmigen Dichtmittels 5 in die Bohrung 19 wird der Metalleinsatz 3 in die Bohrung 19 eingeführt, wobei der Halteflansch 33, 35 unter örtlichem Erweichen des Kunststoffkörpers 1 in die Bohrung 19 eingeführt wird, bis der Dichtungsvorsprung 31 in das ringförmige Dichtmittel 5 eintaucht. Das so hergestellte Kunststoffbauteil hat den Kunststoffkörper 1 und den Metalleinsatz 3 mit dem Dichtungsvorsprung 31. Der Außendurchmesser des Metalleinsatzes 3 auf der dem Kunststoffkörper 1 zugewandten Seite des Dichtungsvorsprungs 31 ist stets kleiner als der Durchmesser des Dichtungsvorsprungs 31.

Description

Beschreibung
Kunststoffbauteil mit Metalleinsatz und Verfahren zu dessen
Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einem Metalleinsatz sowie ein solches Kunststoffbauteil.
Kunststoffe haben in der Technik eine große Bedeutung erlangt und können einer Vielzahl von Anforderungen angepasst werden. Häufig ist es auch erforderlich, Kunststoff und Metall miteinander zu kombinieren, um an einem Bauteil die Vorteile von Kunststoffen mit denen von Metallen (Festigkeit, Verschleißbeständigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit etc.) zu vereinen.
Entsprechende Metalleinsätze, die in Kunststoffe eingebettet werden sind bekannt. Dabei gibt es einerseits die Möglichkeit, die Metallteile in eine Form einzulegen, in der dann das Kunststoffteil hergestellt wird, andererseits gibt es Vorschläge, einen erhitzten Metalleinsatz nachträglich unter örtlichem Aufschmelzen des Kunststoffkörpers in diesen einzusetzen. Die Erfindung betrifft die letztgenannte Lösung.
Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der EP-A-0551717 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Kunststoffbauteil mit einem Metalleinsatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, wobei der Metalleinsatz mittels einer O-Ringdichtung gegenüber dem Kunststoffteil abgedichtet ist.
Gemäß diesem Stand der Technik ist vorgesehen, einen Metalleinsatz an seinem in Einführrichtung gesehen vorderen Ende (Kopfende) mit einer Nut zu versehen, in die ein O- ring eingesetzt wird. Dann wird der Metalleinsatz erhitzt und der erhitzte Metalleinsatz wird in eine mit entsprechendem Untermaß ausgeführte gestufte Bohrung in dem Kunststoffkörper eingepresst. Dabei schmilzt der die Bohrung begrenzende Kunststoff, und erhärtet nach dem Einsetzen des Metalleinsatzes wieder, so dass hier eine innige Verbindung zwischen Metall und Kunststoff erzielt wird. Der Metalleinsatz hat eine grob strukturierte Oberfläche mit Rillen bzw. Zähnen, so dass der
Metalleinsatz und der Kunststoffkörper formschlüssig miteinander verbunden sind.
In dem in obigem Stand der Technik beschriebenen Verfahren ist der O-Ring an dem Metalleinsatz angebracht und wird beim Einpressen zu dem körperinnenseitig des aufzuschmelzenden Bohrungsabschnitts gelegenen, als Dichtungsabschnitt wirkenden Abschnitt der gestuften Bohrung vorgeschoben. Durch diese Vorgehensweise wird verhindert, dass die kunststoffseitige Dichtfläche beim Zusammenbau berührt und ungewollt verformt wird.
Für das aus vorgenanntem Stand der Technik bekannte Verfahren bzw. Kunststoffbauteil werden thermisch sehr stabile O-Ringe aus teuren Materialien verwendet, da diese während der gesamten Aufheizung, dem Einpressvorgang und der anschließenden Abkühlung des Metalleinsatzes der für das Aufschmelzen des Kunststoffs erforderlichen Temperatur ausgesetzt sind. Zudem sind Schäden am O-Ring und damit Undichtigkeiten daran zu befürchten, die durch Abscheren des O-Rings an der Verengung in der Bohrung zur Bildung der Dichtfläche entstehen können. Dies könnte beispielsweise durch Wärmedehnung am erhitzten O-Ring hervorgerufen sein, da der heiße O-Ring und damit deutlich vergrößerte O-Ring in das kalte Kunststoffgehäuse eingepresst wird. Große Maßtoleranzen, die eine solche Beschädigung sicher vermeiden, können zu fehlender Pressung am kalten O-Ring und damit ebenfalls zu Undichtigkeiten an der Dichtung führen .
Ferner erfordert die Montage des O-Rings in der dafür im Metalleinsatz vorgesehenen Nut grundsätzlich ein Aufweiten des O-Rings, was potentiell Schäden am O-Ring bedeutet. Zudem kann es bei der Montage auch zu Verdrillen des O- Rings kommen, was ebenfalls zu Schäden daran führen kann.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kunststoffbauteil mit einem fluiddicht eingesetzten Metalleinsatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, in und mit dem ein leicht zu montierendes
Dichtraittel aus einfachen Materialien verwendet werden kann und eine hohe Zuverlässigkeit der Dichtung zwischen Kunststoffkörper und Metalleinsatz sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und hinsichtlich des Kunststoffbauteils mit einem Kunststoffbauteil nach Anspruch 9 gelöst.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines
Kunststoffbauteils wird in einen zuvor bereitgestellten Kunststoffkörper mit einer zur Außenseite des Kunststoffkörpers offenen, gestuften Bohrung, die mindestens einen zu der Außenseite des Kunststoffkörpers offenen Halteabschnitt und einen körperinnenseitig des Halteabschnitts ausgebildeten Dichtungsabschnitt hat, ein Metalleinsatz eingesetzt. Der bereitgestellte Metalleinsatz hat im Bereich seines in den Kunststoffkörper einzuführenden Kopfendes einen Dichtungsvorsprung und mindestens einen auf der dem Kopfende abgewandten Seite des Dichtungsvorsprungs ausgebildeten Halteflansch.
Bevor der Metalleinsatz in den Kunststoffkörper eingesetzt wird, wird erfindungsgemäß ein ringförmiges Dichtmittel in den Dichtungsabschnitt der Bohrung - also in den
Kunststoffkörper - eingesetzt. Erst danach wird der Metalleinsatz in die Bohrung eingeführt, wobei der mindestens eine Halteflansch unter örtlichem Erweichen des Kunststoffkörpers in den Halteabschnitts der Bohrung eingeführt wird, bis der Dichtvorsprung des Metalleinsatzes in das ringförmige Dichtmittel eintaucht.
Vorzugsweise besteht der Kunststoffkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff und der Metalleinsatz wird vor dem Einführen erhitzt. Die Temperatur des Metalleinsatzes ist dabei vorzugsweise so hoch gewählt, dass augenblickliches Schmelzen des Kunststoffkörpers am Bohrungsrand auftritt, so dass der eigentliche Einführvorgang sehr rasch ausgeführt werden kann. Alternativ kann der Metalleinsatz mit einem
Ultraschallerzeuger verbunden sein und in hochfrequente Schwingungen versetzt werden, um den Kunststoff beim Einführen durch innere Reibung zu Erweichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Dichtmittel ein O-Ring, der vor dem Einführen in den Dichtungsabschnitt der Bohrung eingelegt wird. Zweckmäßig ist es, wenn der O-Ring so bemessen ist, dass er leicht gegen den Dichtungsabschnitt vorgespannt ist, wenn er in den Kunststoffkörper eingelegt ist und so in der vormontierten Lage gehalten ist. Dadurch wird die Handhabung vormontierter Kunststoffkörper einfacher. Wenn der O-Ring unmittelbar vor dem Einpressen des Metalleinsatzes in den Kunststoffkörper eingelegt wird, wobei die Bohrung im Kunststoffkörper aufrecht gehalten ist, kann der O-Ring auch lose eingelegt sein. In beiden vorgenannten Fällen bewirkt erst das Eintauchen des Dichtvorsprungs des Metalleinsatzes die für die Abdichtung erforderlichen Anpresskräfte am O-Ring.
Eine Alternative besteht darin, dass statt eines O-Rings das Dichtmittel ein pastös auftragbares, abbindendes Dichtmittel ist, das vor dem Einführen des Metalleinsatzes ringförmig auf den Dichtungsabschnitt aufgetragen wird. Dieses Dichtmittel kann ein allmählich vernetzender in vernetzten! Zustand elastischer Kunststoff sein (z.B. Silikonkautschuk) ; Alternativen können aber auch Harz/Härter-gemische ,wie z.B. Mehrkomponentenkleber, oder elastische Thermoplaste sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine an dem Metalleinsatz zwischen dem Halteflansch und dem Dichtungsvorsprung ausgebildete Halteschulter beim Einführen in Gegenüberlage mit dem Dichtmittel gebracht. Diese Halteschulter stützt das jeweilige Dichtmittel, dies kann auch eines der vorgenannten alternativen Dichtmittel sein, gegen den von der Stirnseite des Metalleinsatzes auf den O-Ring wirkenden Druck des abzudichtenden Fluids ab. Die Halteschulterfunktion kann auch von dem Halteflansch übernommen werden, der dazu angrenzend an den
Dichtungsvorsprung ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die axiale Länge des Metalleinsatzes verkürzen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der Metalleinsatz zwei über eine Ringnut getrennte Halteflansche. Der beim Einführen des Metalleinsatzes in den Kunststoffkörper erweichte und verdrängte Kunststoff fließt in diese Ringnut und wird dort wieder fest. Damit bildet sich nach dem Erhärten des Kunststoffs ein ringförmiger Vorsprung, der in die Ringnut fließt und diese füllt. Damit ist der Halt des Metalleinsatzes in axialer Richtung verbessert.
Schließlich ist es auch von Vorteil, wenn der Halteflansch an seinem Außenumfang mit einer Oberflächenstruktur ausgestaltet ist, die radiale Vorsprünge und dazwischen liegende Vertiefungen hat, die beim Einführen von dem erweichten Kunststoff ausgefüllt werden. Hierdurch werden Metalleinsatz und Kunststoffkörper formschlüssig verbunden und der Halt des Metalleinsatzes im Kunststoff kann weiter verbessert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Form der Oberflächenstruktur den zu erwartenden Kräften entsprechend angepasst sein; beispielsweise ist eine Verzahnung mit sich in Äxialrichtung des Metalleinsatzes erstreckenden Zähnen besonders geeignet, wenn hohe Drehmomente an der Verbindung Metall/Kunststoff auftreten können bzw. übertragen werden müssen. Die Halteflansche können auch unterschiedliche Oberflächengestalt haben.
Wie bereits ausgeführt wurde, betrifft die Erfindung auch ein Kunststoffbauteil mit einem Metalleinsatz. Erfindungsgemäß hat ein Kunststoffkörper eine zur Außenseite des Kunststoffkörpers offene, gestufte Bohrung, die mindestens einen zu der Außenseite des
Kunststoffkörpers offenen Halteabschnitt und einen körperinnenseitig des Halteabschnitts ausgebildeten Dichtungsabschnitt hat. Ein Metalleinsatz, der im Bereich seines in den Kunststoffkörper befindlichen Kopfendes einen Dichtungsvorsprung und mindestens einen auf der dem Kopfende abgewandten Seite des Dichtungsvorsprungs ausgebildeten Halteflansch hat, ist im Halteabschnitt der Bohrung aufgenommen und mit dem Kunststoffkörper schmelzverbunden, wobei ein ringförmiges Dichtmittel im Dichtungsabschnitt der Bohrung angeordnet ist, der Dichtungsvorsprung des Metalleinsatzes in das ringförmige Dichtmittel eintaucht mit dem Innenumfang des Dichtmittels in pressender Anlage ist und das Dichtmittel gegen die den Dichtungsabschnitt radial auswärts vorspannt. Der Außendurchmesser des Metalleinsatzes auf der dem Kunststoffkörper zugewandten Seite des Dichtungsvorsprungs ist stets kleiner als der Durchmesser des Dichtungsvorsprungs .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberflächenstruktur der Umfangsfläche des mindestens einen Halteflanschs eine Rändelung mit sich schräg zur
Axialrichtung erstreckenden, einander kreuzenden Rillen. Eine solche Rändelung ist einfach herzustellen und ermöglicht hohe Haltekräfte and der Verbindung Metall/Kunststoff in sowohl axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung.
Eine besonders hohe Drehfestigkeit der Verbindung lässt sich erreichen, wenn der Durchmesser des mindestens einen Halteflanschs möglichst groß gewählt wird, während die Axialkräfte auf die Verbindung (die auf das Kopfende des
Metalleinsatzes wirkenden Fluiddruckkräfte) mit abnehmendem Durchmesser des Dichtungsvorsprungs abnehmen. Ein Durchmesserverhältnis von Halteflanschdurchmesser zu Dichtungsvorsprungsdurchmesser von etwa zwei zu eins ist ein praktikabler Wert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den ünteransprüchen beschrieben bzw. ergeben sich aus den obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Ausgangssituation vor dem Zusammenfügen von Metalleinsatz und Kunststoffkörper gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Zustand im fortschreitenden Verfahren in dem Äusführungsbeispiel gemäß Fig. 1;
Fig. 3 schematisch die zusammengefügte Verbindung von Kunststoffkörper und Metalleinsatz.
In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Kunststoffkörpers 1 gezeigt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu einen Öldrucksensor für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs gehört. Weitere Bauteile und Abschnitte des Öldrucksensors sind für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung und werden um der Kürze willen weggelassen. Der Kunststoffkörper 1 hat eine Bohrung 17, die das abzudichtenden Fluid (hier öl) führt. In dem Kunststoffkörper 1 ist eine gestufte Bohrung 19 ausgebildet, die zwei Halteabschnitte 13, 15 mit unterschiedlichem Durchmesser, einen Dichtungsabschnitt 11 und einen Übergangsabschnitt 21 hat, der zur Bohrung 17 offen ist. Wie in Fig. 1 gut zu erkennen ist, nimmt der Durchmesser der gestuften Bohrung 19 von rechts nach links in Fig. 1 ab, d.h. die gestufte Bohrung 19 wird zum Körperinnern des Kunststoffkörpers 1 enger.
Die in Fig. 1 gezeigte gestufte Bohrung 19 besteht aus einer Reihe aufeinanderfolgender kreiszylindrischer
Abschnitte mit voneinander verschiedenen (von links nach rechts kleineren) Durchmessern. Insbesondere die Halteabschnitte 13, 15 können jedoch auch kegelstumpfförmig ausgeführt sein.
Fig. 1 zeigt weiter einen O-Ring 5. Der gezeigte O-Ring 5 hat einen ringförmigen' Körper 51 der von einer in Querschnitt kreisförmigen Schnur gebildet ist. Der O-Ring 5 ist aus einem Material gemacht, das wenigstens eine vorgegebene Zeitspanne lang einer Temperatur widerstehen kann, die oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials liegt aus dem der Kunststoffkörper 1 geformt ist.
Ferner zeigt Fig. 1 einen Metalleinsatz 3, der zwei
Halteflansche 33, 35 mit unterschiedlichem Durchmesser, eine Halteschulter 39 und einen Dichtungsvorsprung 31 hat, der stirnseitig eine Fase 41 aufweist. Der Metalleinsatz 3 ist von einer Axialbohrung 43 durchsetzt, deren Funktion hier nicht näher erläutert werden muss. Im endmontierten Zustand sind die Bohrung 17 im Kunststoffkörper 1 und die Axialbohrung 43 im Metalleinsatz 3 miteinander verbunden. Zwischen den beiden Halteflanschen 33 und 35 ist eine Ringnut 37 ausgebildet, die die beiden Halteflansche mit voneinander verschiedenen Durchmessern trennt. Die Funktion der Ringnut 37 wird später erläutert.
In Fig. 2 ist ein fortgeschrittener Zustand im Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei ist der O-Ring 5 bereits in den KunstStoffkörper 1 eingelegt und in dem Dichtungsabschnitt 11 der gestuften Bohrung 19 angeordnet. In der schematischen Darstellung in Fig. 2 ist der O-Ring 5 an seinem Außenumfang leicht verformt (abgeplattet) dargestellt. Damit wird gezeigt, dass die Abmessungen von O-Ring 5 und Dichtungsabschnitt 11 der gestuften Bohrung 19 so abgestimmt sind, dass sich der O-Ring 5 aufgrund seiner eigenen Elastizität leicht gegen den Dichtungsabschnitt 11 vorspannt und somit in oder nahe der Montageposition gehalten ist, auch wenn der Kunststoffkörper 1 nach dem Einsetzen des O-Rings 5 noch bewegt oder transportiert wird.
Anschließend wird der Metalleinsatz 3, der auf eine geeignete Temperatur erhitzt ist, gemäß Pfeil P in den Kunststoffkörper 1 eingepresst. Die in der Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigte senkrechte, nach oben offene Ausrichtung der gestuften Bohrung 19 des Kunststoffkörpers 1 entspricht der tatsächlichen Vorgehensweise, und da das beim Einführen des Metalleinsatzes schmelzende Kunststoffmaterial dünnflüssig sein kann und bei einer anderen Ausrichtung der gestuften Bohrung 19 unregelmäßig verlaufen kann. Die senkrechte Stellung der gestuften Bohrung 19 ist eine einfache und wirksame Maßnahme, die eine gleichmäßige Verteilung des schmelzenden Kunststoffs am umfang des Metalleinsatzes 3 sicherstellt.
Im eingesetzten Zustand des Metalleinsatzes 3 wird der 0- Ring 5 zwischen dem Dichtungsvorsprung 31 (Pfeil A in Fig. 2) und dem Dichtungsabschnitt 11 der gestuften Bohrung 19 (Pfeil B in Fig. 2) zusammengepresst, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, hat der Metalleinsatz 3 eine Fase 41 am Kopfende, die die Stirnfläche des Metalleinsatzes und den Dichtungsvorsprung 31 miteinander verbindet. Das Einführen des Metalleinsatzes 3 in den O- Ring 5 wird durch die Fase 41 erleichtert und eine Beschädigung des O-Rings 5 wird verhindert. Die Fase 41 ist in den Figuren nicht maßstäblich dargestellt, tatsächlich genügt hier eine wenige Zehntelmillimeter breite Fase. Die Länge des Dichtungsvorsprungs 31 und die Halteschulter 39 sind so bemessen, dass die Fase 41 nach dem Einführen des Metalleinsatzes nicht von den Rückstellkräften des zusammengepressten O-Rings 5 beaufschlagt wird. Dadurch kann vermieden werden, dass der Metalleinsatz in
Axialrichtung belastet wird, eine solche Belastung muss jedenfalls so lange sicher vermieden werden, solange der Kunststoff noch weich ist. Entsprechend befindet sich die Halteschulter 39 in dem zusammengebauten Zustand in einem geringen Abstand von dem O-Ring 5, wie in Fig. 3 zu erkennen ist. Wenn das Kunststoffbauteil fertig ist, d.h. nachdem der Kunststoff wieder fest geworden ist, kann und soll die Halteschulter 39 jedoch mit dem O-Ring 5 in Anlage kommen, wenn dieser durch hohe abzudichtende Fluiddrücke in Richtung des Druckgefälles wandert oder verformt wird.
In Fig. 3 ist ferner gezeigt, dass die Ringnut 37 zwischen den beiden Halteflanschen 33 und 35 mit Kunststoff gefüllt ist, der beim Aufschmelzen während des Fügevorgangs in diese Ringnut 37 eingetreten ist. Im erkalteten Zustand ist somit eine in- ümfangsrichtung des Metalleinsatzes verlaufende Kunststoffrippe gebildet, die mit dem Metalleinsatz 3 formschlüssig verriegelt ist und die Verbindung in Axialrichtung verstärkt.
In den Figuren ist nicht weiter gezeigt, dass die Außenumfangsflächen der Halteflansche 33 und 35 mit einer Oberflächenstruktur versehen sind, die einen Formschluss mit dem Kunststoff ermöglicht. Dies können insbesondere eine Rändelung, Verzahnung, Längs und/oder Querrillen oder ähnliche Gestaltungen sein. Eine Gestaltung mit einer Verzahnung verbessert die Festigkeit gegen Verdrehen von Metalleinsatz relativ zum Kunststoffkörper. Der vorliegende Metalleinsatz stellt einen Gewindeausschluss mit dem im Wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Bauteil bereit. In diesem Fall ist die Verdrehfestigkeit zusätzlich zu der Haltekraft gegen die zu erwartenden Fluiddrücke von besonderer Bedeutung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit einem fluiddicht eingesetzten Metalleinsatz, mit den
Schritten:
Bereitstellen eines Kunststoffkörpers (1) mit einer zur Außenseite des Kunststoffkörpers (1) offenen, gestuften
Bohrung (19) , die mindestens einen zu der Außenseite des Kunststoffkörpers offenen Halteabschnitt (13, 15) und einen körperinnenseitig des Halteabschnitts ausgebildeten
Dichtungsabschnitt (11) hat,
Bereitstellen eines Metalleinsatzes (3) , der im
Bereich seines in den Kunststσffkörper (1) einzuführenden Kopfendes einen Dichtungsvorsprung (31) und mindestens einen auf der dem Kopfende abgewandten Seite des
Dichtungsvorsprungs (31) ausgebildeten Halteflansch (33,
35) hat,
Einbringen eines ringförmigen Dichtmittels (5) in den Dichtungsabschnitt (11) der Bohrung (19) , und anschließendes Einführen des Metalleinsatzes (3) in die Bohrung (19) , wobei der mindestens eine Halteflansch
(33, 35) unter örtlichem Erweichen des Kunststoffkörpers
(1) in den Halteabschnitt (13, 15) der Bohrung (19) eingeführt wird, bis der Dichtungsvorsprung (31) des
Metalleinsatzes (3) in das ringförmige Dichtraittel (5) eintaucht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (1) aus einem thermoplastischen
Kunststoff besteht und der Metalleinsatz (3) vor dem Einführen erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinsatz mit einem Ultraschallerzeuger verbunden ist und in Schwingungen versetzt wird, um den Kunststoff beim Einführen zu Erweichen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel ein O-Ring (5) ist, der vor dem Einführen in den Dichtungsabschnitt (11) der Bohrung (19) eingelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel ein pastös auftragbares, abbindendes Dichtmittel ist, das vor dem Einführen des Metalleinsatzes (3) ringförmig auf den Dichtungsabschnitt (11) aufgetragen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinsatz (3) eine an den Dichtungsvorsprung (31) angrenzende Halteschulter (39) hat, die beim Einführen in Gegenüberlage mit dem Dichtmittel (5) gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinsatz (3) zwei über eine Ringnut (37) getrennte Halteflansche (33, 35) hat, wobei. der beim Einführen erweichte Kunststoff in die Ringnut (37) fließt und diese füllt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halteflansch (33, 35) an seiner Außenumfangsflache mit einer Oberflächenstruktur ausgestaltet ist, die radiale Vorsprünge und dazwischen liegende Vertiefungen hat, die beim Einführen von dem erweichten Kunststoff ausgefüllt werden.
9. Kunststoffbauteil mit einem Metalleinsatz, mit einem KunstStoffkörper (1) mit einer zur
Außenseite des Kunststoffkörpers offenen, gestuften Bohrung (19) , die mindestens einen zu der Außenseite des Kunststoffkörpers (1) offenen Halteabschnitt (13, 15). und einen körperinnenseitig des Halteabschnitts (13, 15) ausgebildeten Dichtungsabschnitt (11) hat, einem Metalleinsatz (3) , der im Bereich seines in den Kunststoffkörper (1) befindlichen Kopfendes einen Dichtungsvorsprung (31) und mindestens einen auf der dem Kopfende abgewandten Seite des Dichtungsvorsprungs (31) ausgebildeten Halteflansch (33, 35) hat, der im
Halteabschnitt (13, 15) der Bohrung (19) aufgenommen und mit dem Kunststoffkörper (1) schmelzverbunden ist, und einem ringförmigen Dichtmittel (5) das im Dichtungsabschnitt (11) der Bohrung (19) angeordnet ist, wobei der Dichtungsvorsprung (31) des Metalleinsatzes (3) in das ringförmige Dichtmittel (5) eintaucht, mit dem Innenumfang des Dichtmittels (5) in pressender Anlage ist und das Dichtmittel (5) gegen den Dichtungsabschnitt (11) radial auswärts vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Metalleinsatzes (3) auf der dem Kunststoffkörper (1) zugewandten Seite des Dichtungsvorsprungs (31) stets kleiner ist als der Durchmesser des Dichtungsvorsprungs (31) .
10. KunstStoffbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel ein O-Ring (5) ist.
11. Kunststoffbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel eine einen Zwischenraum zwischen dem Dichtungsvorsprung (31) und dem Dichtungsabschnitt (11) ausfüllende abgebundene Dichtpaste ist.
12. Kunststoffbauteil nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinsatz (3) eine an den Dichtungsvorsprung (31) angrenzende Halteschulter (39) hat, an der das Dichtmittel (5) anliegt.
13. Kunststoffbauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinsatz (5) zwei über eine Ringnut (37) getrennte Halteflansche (33, 35) hat, die einen einstückig mit dem Kunststoffkörper (1) ausgebildeten Ringabschnitt aufnimmt.
14. Kunststoffbauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halteflansch (33, 35) an seiner Äußenumfangsfläche mit einer Oberflächenstruktur ausgestaltet ist, die radiale Vorsprünge und dazwischen liegende Vertiefungen hat, die mit Kunststoff ausgefüllt sind.
15. Kunststoffbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine Rändelung und/oder axial verlaufende Rippen und/oder umlaufende Rillen umfasst.
16. Kunststoffbauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchmesser des Halteflansches (33, 35) mindestens doppelt so groß ist, wie der Durchmesser des Dichtungsvorsprungs (31).
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