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So konstruieren Sie die richtige Aufnahmebohrung für Gewindeeinsätze zur Wärme- oder Ultraschall-Einbettung

von Christie Jones, Leiterin der Marktentwicklung

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Gewindeeinsätze für Kunststoffe ermöglichen es Konstrukteuren, mechanisch bearbeitete und gegossene Komponenten aus Metall durch Kunststoff zu ersetzen, um erhebliche Kosten- und Gewichtseinsparungen zu erzielen und gleichzeitig die Festigkeit der Schraubverbindungen beizubehalten, vorausgesetzt, dass:

  1. der richtige Gewindeeinsatz für die Anforderungen an die Anwendung ausgewählt wird,
  2. der Gewindeeinsatz ordnungsgemäß in die Bohrung installiert wird, und
  3. die Aufnahmebohrung, in die der Gewindeeinsatz installiert wird richtig konstruiert ist unter Berücksichtigung der Zusammensetzung des Kunststoffes, des gewählten Gewindeeinsatzes und der Einbaumethode.
Gewindeeinsätze

Gewindeeinsätze bieten außerdem wiederverwendbare Gewinde und sichern fest angezogene Schraubverbindungen. Da Gewindeeinsätze im Allgemeinen einen doppelt so großen Durchmesser haben wie Schrauben, ist die Belastbarkeit einer Verbindung, bei der Gewindeeinsätze verwendet werden, etwa viermal so hoch wie bei der alleinigen Verwendung von Schrauben. Die Auszugsfestigkeit kann durch Vergrößerung der Länge der Gewindeeinsätze weiter erhöht werden.

Der Rückhalt in der Bohrung wird dadurch gewährleistet, dass sich der Kunststoff den äußeren Merkmalen des Gewindeeinsatzes anpasst. Es muss ein ausreichendes Volumen an Kunststoff verdrängt werden, um diese äußeren Merkmale vollständig auszufüllen, damit der Gewindeeinsatz beim Erstarren des Kunststoffs die maximale Leistungsfähigkeit erreicht.

Dieses Technische Papier befasst sich mit den Konstruktionsrichtlinien für Aufnahmebohrungen in Kunststoffbaugruppen, bei denen Gewindeeinsätze eingesetzt werden, installiert mittels Wärme- oder Ultraschallgeräten, um eine maximale Leistungsfähigkeit zu erreichen.

Optimale Konstruktionsrichlinien:

Aufnahmebohrungen für Gewindeeinsätze, die durch Wärme- oder Ultraschall installiert werden, sollten immer tiefer sein als die Länge des Gewindeeinsatzes. Die Montageschraube sollte niemals auf dem Boden der Aufnahmebohrung aufsitzen, damit sie den Gewindeeinsatz nicht herausziehen kann. Die empfohlene Mindesttiefe der Aufnahmebohrung entspricht der Länge des Gewindeeinsatzes plus zwei (2) Gewindegänge. 

Die Oberseite des Gewindeeinsatzes sollte nach der Installation möglichst bündig mit der Oberfläche des Kunststoffteils abschließen und nicht mehr als 0,13 mm aus dem Bauteil herausragen.

Richtig
(bündig)

Falsch
(steht über)

Falsch
(liegt unterhalb)

Senkungen werden nur für Gewindeeinsätze mit Kopf empfohlen, damit die Oberseite des Gewindeeinsatzes nach dem Einbau bündig mit der Oberfläche des Kunststoffs abschließt. Der Durchmesser der Senkung sollte 0,5 mm bis 1,3 mm größer sein als der Kopfdurchmesser des Gewindeeinsatzes. Die minimale Tiefe der Senkung sollte durch die Dicke des Kopfes festgelegt werden.

Die richtige Bohrungsgröße ist entscheidend. Größere Aufnahmebohrungen verringern die Leistungsfähigkeit, während kleinere Aufnahmebohrungen zu unerwünschten Spannungen und möglichen Rissen im Kunststoff führen. Unterdimensionierte Aufnahmebohrungen können auch zu Gratbildung am Rand der Bohrung führen und die Installation des Gewindeeinsatzes erschweren.

L + 2 Gewindegänge

(A) = L + 2 Gewindegänge

Gerade Aufnahmebohrung

A: Konizität 1° Max
B: ∅D
C: Mindesttiefe der Aufnahmebohrung Länge des Gewindeeinsatzes + 2 Gewindegänge
D: Optimaler Gehäusedurchmesser 2-3 mal Durchmesser des Gewindeeinsatzes

Konische Aufnahmebohrung

A: ∅E
B: Mindesttiefe der Aufnahmebohrung Länge des Gewindeeinsatzes + 2 Gewindegänge
C: Optimaler Gehäusedurchmesser 2-3 mal Durchmesser des Gewindeeinsatzes
D: ∅D

 

SPIROL stellt die empfohlenen Bohrungsgrößen für jede Ausführung der Gewindeeinsätze im Konstruktionsleitfaden für Gewindeeinsätze für Kunststoffe zur Verfügung. Die empfohlenen Aufnahmebohrungen müssen überprüft werden, wenn Füllstoffe aus Glas oder Mineralien verwendet werden. Bei einem Füllstoffanteil von 15 % oder mehr wird eine Vergrößerung der Aufnahmebohrung um 0,08 mm empfohlen, bei einem Füllstoffanteil von 35 % oder mehr eine Vergrößerung der Aufnahmebohrung um 0,15 mm. Bei Zwischenwerten wird Interpolieren empfohlen.

Bei geraden Aufnahmebohrungen sollte die Konizität einen Winkel von 1° nicht überschreiten. Konische Aufnahmebohrungen sollten einen eingeschlossenen Winkel von 8° haben. In geraden Aufnahmebohrungen sollten nur gerade Gewindeeinsätze verwendet werden, in konischen Aufnahmebohrungen nur konische Gewindeeinsätze.

Falsch

Richtig

A: Anschlussteil
B: Gehäuse		 C: Aufnahmebohrung ∅H
D: Zentrierbohrung ∅P

Die Aufnahmebohrung im Anschlussteil muss kleiner sein als der Zentrierdurchmesser des Gewindeeinsatzes im Gehäuse, um zu verhindern, dass der Gewindeeinsatz durch das Anzugsmoment aus der Aufnahmebohrung herausgezogen werden kann, dies wird auch als “ Aushebeln “ bezeichnet.

Ausgeformte Aufnahmebohrungen sind gebohrten vorzuziehen. Die harte, dichtere Oberfläche der ausgeformten Aufnahmebohrung erhöht die Leistungsfähigkeit. Die Kernstifte sollten groß genug sein, um ein Schrumpfen zu ermöglichen.

Die Leistungsfähigkeit des Gewindeeinsatzes wird beeinflusst durch den Durchmesser des Kunststoffgehäuses und/oder der Wandstärke, die den Gewindeeinsatz umgibt. Allgemein ist die optimale Wandstärke oder der Durchmesser des Gehäuses zwei- (2) bis dreimal (3) so groß wie der Durchmesser des Gewindeeinsatzes, mit einer relativen multiplen Verringerung, wenn der Durchmesser des Gewindeeinsatzes zunimmt. Die Wandstärke muss ausreichend sein, um Materialaufweitungen während der Installation zu vermeiden, und das Gehäuse muss stark genug sein, um das empfohlene Einbaudrehmoment der Schraube aufnehmen zu können. Schlecht geformte Bindelinien führen zu Fehlern und verminderter Leistungsfähigkeit des Gewindeeinsatzes. Zur Erhöhung der Festigkeit können Rippen an der Gehäusewand angebracht werden.

Der Durchmesser der Aufnahmebohrung im Anschlussteil ist sehr wichtig. Der Gewindeeinsatz, und nicht der Kunststoff, müssen die Belastung tragen. Die Aufnahmebohrung im Anschlussteil muss größer sein als der Gewindedurchmesser der Schraube, aber kleiner als der Zentrierdurchmesser des Gewindeeinsatzes. Dieses verhindert das Herausziehen des Gewindeeinsatzes. Wenn eine größere Aufnahmebohrung im Anschlussteil für die Ausrichtung erforderlich ist, sollte ein Gewindeeinsatz mit Kopf in Betracht gezogen werden.

Angesichts der Vielfalt der verschiedenen Kunststoffe und Füllstoffe und deren Kombinationen wird dringend empfohlen, für jede Anwendung SPIROL’s technische Abteilung zu kontaktieren.

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