Befestigungstechniken für Kunststoffgehäuse

Kunststoffe werden in der Fertigung immer häufiger eingesetzt, und es gibt noch viel Raum für Wachstum.  Daher müssen Ingenieure sicherstellen, dass neue Kunststoffprodukte die Leistungsanforderungen erfüllen, wobei die Komponentenkosten und die Zykluszeit der Montage berücksichtigt werden.  Kunststoffmaterialien bieten zwar viele Vorteile, können jedoch während des Montageprozesses zu Herstellungsproblemen führen, die zu Ineffizienzen, verschrotteten Teilen und zusätzlichen Kosten führen.  Dieser Artikel befasst sich mit den Vor- und Nachteilen der folgenden Befestigungsmethoden für die Montage von Kunststoffkomponenten: Vollstifte, Klebstoffe, Schrauben, Bolzen und Schnappverbindungen. 

Vor der Auswahl der Befestigungsmethode müssen die Konstrukteure entscheiden, ob ihr Produkt gewartet werden muss oder nicht.  Beispielsweise müssen Produkte wie Brandmelder, Fernsehfernbedienungen und Schlüsselanhänger so konstruiert sein, dass Verbraucher das Produkt selbst zerlegen können, um Batterien zu ersetzen.  Umgekehrt sind Produkte wie Haartrockner und medizinische Einweggeräte normalerweise nicht für die Demontage oder Wartung ausgelegt.  Darüber hinaus entwerfen einige Konstrukteure Komponenten speziell so, dass sie manipulationssicher sind, so dass Verbraucher das Produkt (d.h. vor allem Elektronik) nicht leicht zerlegen können.

Vollstifte, Klebstoffe, Schrauben, Bolzen und Schnappverbindungen werden üblicherweise zum Befestigen von dauerhaften Baugruppen verwendet.  Während Konstrukteure möglicherweise nicht verlangen, dass ein neues Produktdesign gewartet werden kann, verwenden viele Produkte aus Gründen der Bequemlichkeit und des Vorwissens bei Bedienern immer noch wartungsfähige Befestigungselemente wie Schrauben.  In Abbildung 1 ist beispielsweise zu sehen, dass die meisten Taschenrechner Schrauben verwenden, um das Kunststoffgehäuse zusammenzuhalten, obwohl die Verbraucher die Baugruppe während der Lebensdauer des Produkts nicht zerlegen müssen.

Vollstifte und Klebstoffe werden bei dauerhaften Baugruppen bevorzugt, die manipulationssicher sein sollen, da sie bei Kunststoffen einen hervorragenden Halt bieten.  Klebstoffe sorgen für Halt, indem sie mehrere Komponenten miteinander verbinden.  Auf der anderen Seite sorgen Vollstifte für Halt, indem sie das Material verformen und Interferenzen erzeugen.  Beachten Sie, dass Vollstifte mit Rückhalteeigenschaften (z. B. Rändelungen, Widerhaken) gegenüber einfachen Dübeln bevorzugt werden, da sie größere Lochtoleranzen ermöglichen und die Belastung der Kunststoffkomponenten verringern.

Manipulationssicherheit verringert von Garantieansprüchen, das Risiko Produktschäden oder Umwelteinflüssen (z. B. Feuchtigkeit, Partikel).  Darüber hinaus stellen wartungsfähige Befestigungselemente wie Schrauben ein erhebliches Sicherheitsrisiko für Produkte wie Kinderspielzeug dar (Erstickungsgefahr).  Aus diesen Gründen sind Vollstifte und Klebstoffe typischerweise die bevorzugten Befestigungsoptionen für Gegenstände, die nicht gewartet werden müssen.

Klebstoffe können mit manuellen Pistolen oder automatischen Ausgabegeräten aufgetragen werden.  Oft ist eine Oberflächenvorbereitung der Komponenten erforderlich.  Das Aufbringen des Klebstoffs während der Montage ist ziemlich kompliziert und erfordert qualifizierte Arbeiter.  Wenn zu wenig oder zu viel Klebstoff auf eine einzelne Baugruppe aufgetragen wird, kann dies zu späteren Problemen führen.  Darüber hinaus erfordern viele Klebstoffe eine Temperatur- sowie Druckregelung und/oder das kontrollierte Mischen verschiedener Flüssigkeiten vor dem Kontakt mit den zu verklebenden Komponenten.  Nach dem Auftragen des Klebstoffs erfolgt ein Aushärtungsprozess, der in einigen Fällen länger als 24 Stunden dauern kann! 

Die Installationsausrüstung für Klebstoffe erfordert eine umfassende Wartung und Überwachung, da Klebstoffe unordentlich sind und die Ausrüstung verstopfen können, wenn Verunreinigungen eingeführt werden.  Darüber hinaus sind viele Klebstoffe nur begrenzt haltbar.  All dies erhöht die Kosten und die Komplexität des Montageprozesses und verringert auch die Verfügbarkeit der betroffenen Maschine.  Bei so vielen Variablen können Wiederholbarkeit und Kontrolle eine Herausforderung sein.

Schnappverbindungen werden normalerweise manuell zusammengebaut, indem Komponenten einfach zusammengedrückt werden.  Der Montageprozess für Schnappverbindungen kann je nach Ausführung der Verriegelungskomponenten erheblich variieren. Einige Schnappverbindungen sind so konzipiert, dass sie gewartet werden können, während andere dauerhaft sind.  Durch die Verwendung von Schnappverbindungen minimieren die Hersteller die Gesamtzahl der pro Baugruppe verwendeten Teile.  Dies reduziert letztendlich Kosten, Lagerbestand und Handhabung.  Schnappverbindungen bieten jedoch einen geringeren Halt als andere Befestigungsmethoden, da Schnappverbindungen von der Festigkeit der Kunststoffkomponenten selbst abhängen.  Schnappverbindungen werden für Baugruppen bevorzugt, die minimalen Belastungen ausgesetzt sind.  Schnappverbindungen sind jedoch versagensanfällig und können Umweltgefahren sowie Erstickungsgefahren verursachen. 

Konstrukteure müssen bei der Gestaltung von Kunststoffgehäusen Leistung, Einfachheit, Kosten für Befestigungselemente und Montagekosten berücksichtigen.  Es wird empfohlen, dass die Konstrukteure früh in der Konstruktionsphase mit den Fertigungsingenieuren zusammenarbeiten, damit der gesamte Montageprozess berücksichtigt werden kann.  Viel zu oft werden neue Produktdesigns fertiggestellt, ohne die Zykluszeit der Montage, die Ausfallrate, die Wartungskosten und das Verbraucherverhalten während der gesamten Lebensdauer des Produkts zu berücksichtigen.