Fahrzeugbau

Im Spritzgussverfahren hergestellter Einschiebehaken für Einsatzfahrzeuge aus glasfaserverstärkten Polyamid

Kunststoffteile in Einsatzfahrzeugen der Feuerwehr. Einsatzfahrzeuge nehmen eine Sonderstellung im Fahrzeugbau ein, da hohe Erwartungen an sie gestellt werden. Dementsprechend sind die Anforderungen, an Aufbau und Ausrüstung.

Der Einschiebehaken findet in einem Aluminiumprofil Anwendung. Dort wird er eingeschoben und ist frei beweglich. Für den robusten Alltag eines Einsatzfahrzeuges hat sich das Material PA 6 GF bewährt.

Glasfaser­verstärkte Kunststoffe sind kostengünstige und mechanisch hoch beanspruchbare Werkstoffe. Das Glas bewirkt eine deutliche Erhöhung des Elastizitätsmoduls, zudem bewirken Glasfasern längs der Fliessrichtung eine Erhöhung der Zugfestigkeit. Speziell bei Polyamiden wirkt sich die Versetzung mit Glasfasern positiv auf die Wasser- und Volumenzunahme aus. Je mehr Glasfaser im Polyamid enthalten ist, desto weniger Wasser kann der Werkstoff aufnehmen. So bleibt die Volumenzunahme gering.

Besonders glasfaser­verstärkte Kunststoffe schöpfen den Vorteil der relativ hohen mechanischen Belastung zur Bauteilgrösse sehr gut aus. Dadurch erobern immer mehr Kunststoffe Anwendungsgebiete, in denen bisher Leichtmetalle eingesetzt wurden.

Vom Trennen zum Urformen

Es gibt viele mechanische Verfahren, um Gegenstände aus Kunststoff herzustellen. Nicht jedes Verfahren eignet sich für jedes Produkt.

Die Zerspanung ist ein schneller und wirtschaftlicher Weg zum Fertigen von Kunststoffteilen in Kleinserien und hat sich hervorragend für die anfängliche Herstellung der Einschiebehaken geeignet. Durch eine kontinuierliche Bedarfssteigerung und durch die zahlreichen Fertigungs­möglichkeiten von Staub, wurde gemeinsam mit dem Kunden nach einer neuen wirtschaftlichen Fertigungsalternative gesucht. Unser leistungs­starker Werkzeugbau und der automatisierte Spritzguss boten eine echte Alternative zur spanenden Herstellung, bereits bei mittelgrossen Serien.

Die Herstellung der Einschiebehaken im Spritzguss findet in einem Einfachwerkzeug statt. Dadurch, dass der Einschiebehaken eine Hinterschneidung aufweist, erfolgt die Entformung mithilfe eines Unterflurschiebers. Der Unterflurschieber sitzt unterhalb der Trennebene und sorgt dafür, dass die Hinterschneidung vor der eigentlichen Entformung entformt wird. Der Anguss sitzt seitlich als Stangenanguss.

Dank der schnellen und präzisen Fertigung unseres hochmodernen Maschinenparks gehören teure Formkosten der Vergangenheit an. Die Automatisierung unserer Spritzgussfertigung erfolgt mit 6- Achs-Robotern, da diese aufgrund der hohen Freiheitsgrade eine schnelle Umrüstung erlauben. Dadurch sind wir in der Lage, bereits bei mittelgrossen Serien wirtschaftlich für Sie zu fertigen.

Die Fertigungsvielfalt der Kern GmbH macht uns zu einem leistungs­fähigen Partner für kleine und mittlere Serien. Wir beraten Sie gerne, welches Fertigungs­verfahren für Ihr Produkt das wirtschaftlichste ist.

Gewindeverbindungen

Messing Gewindeeinsätze für Kunststoffbauteile

Gewindeeinsätze für Kunststoffteile. Zuverlässige und mehrfach wiederverwendbare Gewindeverbindungen über die Lebensdauer der Anwendung hinweg.

Um Kunststoffbauteile aus unterschiedlichen Materialien immer wieder sicher und lösbar zu befestigen, werden metallische Gewindeeinsätze verwendet. Im Besonderen werden Gewindebüchsen dann verwendet, wenn eine regelmässige Demontage und Bauteilmontage gefordert ist. Die Gewindebüchsen sind in verschiedenen Gewindegrössen erhältlich und orientieren sich an der DIN-Norm 16903.

Falls kein unbegrenzt wiederverwendbares Gewinde gebraucht wird, stellt die Verwendung von Gewindeeinsätzen und losen Montageschrauben vom wirtschaftlichen und technischen Standpunkt aus nicht die ideale Lösung dar. Hier wird die Direktverschraubung mit Hilfe von PT-Schrauben empfohlen.

Rändelarten

Um den Drehmomentwiderstand und den Auszugswiderstand positiv zu beeinflussen wird die Aussenform der Gewindebüchsen mit Rändelungen und Nuten versehen. Dadurch wird eine grössere Oberfläche und eine Hinterschneidung zwischen Kunststoff und Buchse erzeugt. Die Praxis zeigt, dass gerade Rändel die bevorzugte Wahl sind. Rauhere Rändel wirken sich zwar positiv auf das zulässige Drehmoment aus, bewirken jedoch auch eine Erhöhung der Spannung im Kunststoff. Besonders bei den After-Moulding-Verfahren finden Gewindeeinsätze mit Rändel Anwendung.

In-Moulding

In-Moulding beschreibt das Umspritzen von Gewindeeinsätzen durch das Einlegen der Einsätze in die Werkzeugform vor dem Urformprozess. Dies kann manuell oder unter Einsatz eines Handlingsystems erfolgen.

Umspritzen

Das wichtigste Verfahren, zur Einbringung von metrischem ISO-Gewinde in Kunststoff ist das Umspitzen von Gewindeeinsätzen. Diese werden vor dem Urformen in das Werkzeug eingelegt und von Kernstiften in Position gehalten. Während des Spritzgussprozesses wird eine dosierte Menge plastifizierter Kunststoff unter hohem Druck in die Kavität des Spritzgusswerkzeugs eingespritzt. Die in Position befindlichen Gewindeeinsätze werden dabei umspritzt. Dadurch werden hohe Auszugs- und Drehmomentwiderstände erzielt.

Für das Umspritzen von Gewindeeinsätzen empfiehlt KERN die Form R 6kt mit Ansatz nach DIN 16903. Durch den sechskantigen Körper weist der Einsatz einen idealen Auszugs- und Drehmomentwiderstand auf. Die Form R 6kt steht in den Standard-Werkstoffen MS 58, Stahl 5 S und Stahl rostfrei zur Auswahl.

Ist das Umspritzen von Gewindeeinsätzen in Anschraubdomen vorgesehen, empfiehlt Kern die Form S rund mit Ansatz nach DIN 16903. Statt einer sechskantigen Kontur weist der Gewindeeinsatz Rändelungen auf. Dies verhindert die Bildung von Spannungsrissen im Anschraubdom. Der Gewindeeinsatz Form S steht in den Standard-Werkstoffen MS 58, Stahl 5 S und Stahl rostfrei zur Auswahl.

 

 

Gewinde d1 M 3  M 3,5 M 4 M 5 M 6 M 8 M 10 M 12
a2 1,6 2 2 2,5 3 4 5 5
b2 1 1 1 1 1 1 1 1
b3 1,8 2 2,8 3,5 4 5,5 6 7
d2 2,5 2,9 3,3 4,2 5 6,8 8,5 10,3
d6 4,2 5 5,5 7 8 10 12,5 16
l2 4,5 5,5 6 7,5 9 12 15 18
l4 7 8 9 10,8 12,8 16,6 20 23,8
Masse in mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gewinde d1 M2 M 2,5 M 3 M 3,5 M 4 M 5 M 6
a2 1,2 1,5 1,6 2 2 2,5 3
b2 0,8 0,8 1 1 1 1 1
b3 1,6 1,6 1,8 2 2,8 3,5 4
d2 1,6 2,05 2,5 2,9 3,3 4,2 5
d6 3,5 3,8 4,2 5 5,5 7 8
l2 3,5 4 4,5 5,5 6 7,5 9
l4 5,2 6 7 8 9 10,8 12,8
Masse in mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

After-Moulding

After-Moulding beschreibt die Montage von Gewindeeinsätzen nach der Entformung des Kunststoffbauteils. Diese Methode ist häufig kostengünstiger gegenüber dem Umspritzen, da das Einlegen der Gewindeeinsätze in die Werkzeugform entfällt und somit die Zykluszeit gesenkt werden kann. Zudem wird Ausschuss, durch eine fehlerhafte Positionierung, reduziert.

Selbstschneidende Gewindeeinsätze

Ähnlich wie bei der Direktverschraubung mittels PT-Schrauben werden die selbstschneidenden Gewindeeinsätze in die vorgeformte oder vorgebohrte Aufnahmebohrung eingedreht. Die Gewindegänge sind dann nicht spanlos sondern schneidend geformt. Die belastbare Verbindung erzeugt gute Bedingungen für Gewindeeinsätze, die nach dem Urformprozess montiert werden.

KERN empfiehlt die selbstschneidenden Gewindeeinsätze ENSAT®-S mit Schneidschlitz von der Firma Kerb Konus. Für spezielle Platzverhältnisse, insbesondere für dünnwandige Spritzgussteile eignet sich der Einsatz der Dünnwand-ENSAT®-SD.

Ultraschallschweissen und Warmeinbetten

Sowohl das Ultraschallschweissen als auch das Warmeinbetten sind Verfahren zur Montage von Gewindeeinsätzen nach dem Formen. Anders als beim Umspritzens der Gewindeeinsätze, finden diese Verfahren nur bei Teilen aus Thermoplasten Anwendung. Das hängt verfahrensbedingt damit zusammen, dass zum Einbetten der Gewindeeinsätze ein lokales Plastifizieren des Kunststoffes notwendig ist. Nur thermoplastische Kunststoffe lassen sich in einem bestimmten Temperaturbereich beliebig oft aufschmelzen und abkühlen.

Die Gewindeeinsätze werden in beiden Verfahren in die zuvor plastifizierte Aufnahmebohrung unter Zugabe einer kontrollierten Kraft eingebettet. Es muss sichergestellt werden, dass eine ausreichende Menge an Kunststoff verdrängt wird, um die äussere Kontur des Gewindeeinsatzes abzudecken. Andernfalls wird der maximale Auszugs- und Drehmomentwiderstand nicht erreicht.

Kalteinpressen

Das Kalteinpressen ist ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zum Einbetten von Gewindeeinsätzen in weichem Kunststoff. Zur Steigerung des Auszugs- und Drehmomentwiderstands eignen sich Einsätze mit schräger Rändelung. Die einfache Montage kann mit einem Hammer oder einer Presse erfolgen.

 

Konstruktionsrichtlinien

Die Konstruktionsrichtlinien gelten für die Gestaltung der Aufnahmebohrung und der Dome. Eine richtige Aufnahmebohrung trägt massgeblich zum festen Sitz des Gewindeeinsatzes bei. Ein Untermass der Bohrung kann zu Spannungen und Rissen im Kunststoff führen. Ein Obermass hingegen reduziert den maximalen Auszugs- und Drehmomentwiderstand.

Aufnahmebohrung

Grundsätzlich sind gespritzte Bohrungen gebohrten Bohrungen vorzuziehen. Durch die dichtere und härtere Oberfläche der Bohrung erhöht sich die Festigkeit. Diese sollten mindestens zwei Gewindegänge länger sein als der Gewindeeinsatz. Für die selbstschneidenden Gewindeeinsätze ENSAT® von der Firma Kerb Konus entnehmen Sie bitte die Mindestlochtiefe aus den Werksnormen 302 0 und 303.

Die Durchmesser der Aufnahmebohrungen findet man in den Datenblättern der Herstellern. Insbesondere, wenn harte und spröde Werkstoffe oder Füllstoffe eingesetzt werden, empfehlen wir den Durchmesser zu erhöhen und in Versuchen zu testen. Richtwerte für die Bohrlochdurchmesser der ENSAT® finden Sie in den Werksnormen 302 0 und 303. Konische Bohrungen oder ein Ansenken der Bohrung reduzieren die Montagezeiten bei After-Mould-Verfahren und gewährleisten ein sauberes Ausrichten der Einsätze.

Dom

Die richtige Gestaltung der Dome beeinflusst zusätzlich den Sitz der Buchse. Der Durchmesser der Dome sollte so gewählt werden, dass die Wandstärke das Einbaudrehmoment der Schraube aufnehmen kann. In Verbindung mit dem TSG-Verfahren stellen dickwandige Dome keine Probleme dar. Bitte entnehmen Sie aus den Tabellen die Richtwerte für die Aussendurchmesser der Anschraubdome.

 

Ensat®-S 302 0 (selbstschneidend, Standard)

Innengewinde Aussengewinde Gewindesteigung Länge

Bohrloch-

durchmesser

(Richtwert)

Anschraubdom-

durchmesser

(Richtwert)

Mindest-

Bohrlochtiefe

bei Sacklöchern

M 3 5 0,5 6 4,7 bis 4,8 7,5 bis 12,5 8
M 3,5 6 0,75 8 5,6 bis 5,7 9 bis 15 10
M 4 6,5 0,75 8 6,1 bis 6,2 9,75 bis 16,25 10
M 5 8 1 10 7,5 bis 7,6 12 bis 20 13
M 6 10 1,5 14 9,2 bis 9,4 15 bis 25 17
M 8 12 1,5 15 11,2 bis 11,4 18 bis 30 18
M 10 14 1,5 18 13,2 bis 13,4 21 bis 35 22
Masse in mm            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Ensat®-SD 303 (selbstschneidend, Dünnwand)

Innengewinde Aussengewinde Gewindesteigung Länge

Bohrloch-

durchmesser 

(Richtwert)

Anschraubdom-

durchmesser

(Richtwert)

Mindest-

Bohrlochtiefe

bei Sacklöchern

M 3 4,5 0,5 6 4,2 bis 4,3 6,75 bis 11,25 8
M 3,5 5 0,6 6 4,7 bis 4,8 7,5 bis 12,5 8
M 4 6 0,7 6 5,6 bis 5,7 9 bis 15 8
M 5 7 0,8 8 6,6 bis 6,7 10,5 bis 17,5 10
M 6 8 1 10 7,5 bis 7,6 12 bis 20 13
M 8 10 1,25 12 9,2 bis 9,4 15 bis 25 15
M 10 12 1,5 15 11,2 bis 11,4 18 bis 30 18
Masse in mm            

Polyphenylenoxid (PPE) Kleben

Spritzgegossenes Lüfterrad in zwei Varianten. Mit oder ohne aufgeklebter Deckscheibe

Variantenfertigung durch Kleben. Serienfertigung von geschlossenen und offenen Lüfterrädern.

Die Lüfterflügel sitzen unter der Gebläsehaube von Elektromotoren. Wir fertigen zwei Varianten, mit und ohne Lüfterwand.

Die Fertigung der beiden Bauteile erfolgt in einfachen, kostengünstigen Form­werkzeugen. Denn das Kleben der Lüfterwand erübrigt eine mechanisch komplexe Schieberform.

Die Klebung des amorphen PPE erfolgt mit Lösungs­mittel, einem Butanon. Sie verbindet die beiden Bauteile wie aus einem Guss.

Spulenkörper aus Kunststoff

Kunststoff-Spulenkörper aus verschiedenen Thermoplasten

Spezielle Spulenkörper, auch in kleinen Losgrössen. Vorteile glasverstärkter Thermoplaste nutzen.

Staub fertigt Spulenkörper für Transformatoren, Spulen, Drosseln, Antennen und andere induktive Bauteile. Dabei nutzen wir die Kosten­vorteile und Eigenschaften von glasfaser­verstärkten Thermoplasten.

Spulenkörper sind im Wesentlichen drei Arten von Belastungen ausgesetzt:

Mechanik. Relativ zur Bauteilgrösse übt die Drahtwicklung enorme Kräfte auf den Spulenkörper aus. Gleichzeitig sind dünne Wandstärken für die Induktion ideal. Damit ist der Abstand zwischen Wicklung und Spulenkern möglichst klein. Diese Forderung erfüllen Werkstoffe mit exzellenten mechanischen Festigkeiten.

Brandverhalten. Für elektrische und elektronische Bauteile werden meist Einstufungen in Brandklassen nach UL 94 gefordert. Bei der Festlegung des Werkstoffes berücksichtigen wir die dünne Wandstärke von Spulenkörpern.

Wärme. In elektrischen Bauteilen entsteht Wärme, besonders bei hoher Leistungsdichte. Glasfaserwerkstoffe bieten eine hohe Wärmeform­beständigkeit.

Thermoplastische Spulenkörper fertigen wir für die Elektrotechnik und Energietechnik, Informationstechnik und Messtechnik, Medizinaltechnik, Schweisstechnik und für den allgemeinen Maschinenbau.

Thermoplastische Spulenkörper.
Eine Auswahlliste der Werkstoffe.
Wir fertigen Kunststoff-Spulenkörper aus spritzgegossenen Granulaten und zerspanten Halbzeugen.
  mechanische Festigkeit
 
Kriechstrom­festigkeit Wärmeform­beständigkeit CTI Glühdrahtprüfung
IEC60695-2-12 GWFI
Brennverhalten nach UL 94
Einheit [MPa] [–] [°C] [°C] bei Wandstärke [mm]

Brandklasse UL 94 HB (horizontal burn)

PA 6/6T GF50 260 570 230 650 HB (1,5)
PA 6/6T GF60 250 600 285 700 HB (0,8)
PPA GF33 193 550 280 700 HB (1,5)
PA 66 GF35 150 450 250 700 HB (1,5)
PBT GF30 135 375 215 650 HB (0,75)
PA 46 GF30 115 500 290 675 HB (0,9)
PA 6 GF30 110 450 210 700 HB (1,5)
PA 12 GF30 105 550 160 650 HB (0,75)

Brandklassen UL 94 V-2 und V-0 (vertical burn)

LCP GF30 190 175 235 960 V-0 (0,2)
PPA GF33 V0 169 550 273 V-0 (0,75)
PEI GF30 165 150 210 V-0 (0,25)
PEEK GF30 156 175 315 V-0 (0,41)
PPS GF40 150 125 260 V-0 (0,38)
LCP GF30 HT 150 175 276 V-0 (0,2)
PBT GF30 V0 145 200 205 V-0 (0,4)
PES GF20 130 125 212 V-0 (0,4)
PA 46 GF30 V0 125 225 290 V-0 (0,3)
PA 66 GF35 V0 120 600 250 V-0 (0,8)
PA 66 V2 50 600 75 V-2 (0,4)

Ultraschallnieten

Ultraschallnieten von thermoplastischen Kunststoffteilen.

Ultraschall nietet Formschlüsse. Spaltfreie Verbindung durch Überwindung der Rückstellelastizität.

Staub nietet mit Ultraschall thermoplastische Kunststoffe untereinander und mit anderen Materialien. Dabei muss nur ein Fügepartner thermoplastisch sein.

Ultraschalleinbetten

Stehbolzen und andere Metallteile in Kunststoff mit Ultraschall eingebettet.

Ultraschall bettet Metalle und Hochleistungspolymere in Thermoplaste. Positionsgenau und spannungs­frei bewehrte Kunststoffteile.

Metall-/Kunststoffverbindungen und Kunststoffpaarungen ohne Polymerverträglichkeit fügen wir durch Formschluss. Das Ultrachallfügen ist präzise, spannungs­frei und schnell.

Präzision beim Ultraschallschweißen

Ultraschall schweisst Präzision. Auch bei kurzen Taktzeiten tolerierte Masse halten.

Auf unseren hochwertigen Ultraschall-Schweissmaschinen mit verwindungs­steifem Maschinenbett fertigen wir Präzision. Hohe Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit in der Serienfertigung zeichnet das Ultraschweissen aus. Unsere spezielle Erfahrung bei sphärischem Verlauf der Verbindungslinien lassen spannungsarme, verzugsfreie Bauteile entstehen.

Dichtigkeit durch Ultraschallschweißen

Dichtigkeit im Armaturenbau. Spritzgegossener Druckdeckel mit amorphem Schauglas.

Ultraschall schweisst Dichtheit. Effektiv zu sauberen und zuverlässigen Fügenähten.

Flüssigkeitsdicht, gasdicht oder auch nur staubdicht. Mit Ultraschallschweissen stellen wir zuverlässige, hermetisch geschlossene Fügenähte her, auch in drei Dimensionen. Die Verbindung wird sekundenschnell mit einer hohen Schweissnahtqualität hergestellt. Das Versäubern der Schweissnaht ist nicht nötig, denn die Schweissschmelze kann konstruktiv eingekapselt werden.

Ultraschallschweißen

Polypropylen Spritzgießen und Ultraschallschweißen

Ultraschall schweisst Zusammenhalt. Aus zwei wird eins.

Unter Druck presst eine Sonotrode zwei thermoplastische Bauteile zusammen, ein Amboss bildet das Gegenlager. Die Kunststoffteile berühren sich an den zu schweissenden Stellen, die als Energierichtungsgeber (ERG) dachförmig ausgebildet sind. Die Ultraschall-Sonotrode schwingt mit 20 – 35 kHz. Die Schwingung überträgt sich auf die Kunststoffteile, durch die Grenzflächenreibung entsteht Wärme, der Kunststoff schmilzt. Zusätzlich wirkt die Molekularreibung. Der Druck schweisst die Kunststoffteile zusammen und mit dem Erkalten entsteht ein zuverlässiger Stoffschluss.