So installieren Sie Gewindeeinsätze

Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Kunststoff in die Merkmale des Einsatzes fließt, da dies das Drehmoment und die Auszugsleistung des Befestigungselements bestimmt. Der linke Querschnitt zeigt, wie sich der Kunststoff an die Rändelung des Einsatzes angepasst hat. Im rechten Querschnitt floss der Kunststoff nicht ausreichend in die Halteelemente. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Spirol International Corp.

Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Kunststoff in die Merkmale des Einsatzes fließt, da dies das Drehmoment und die Auszugsleistung des Befestigungselements bestimmt. Der linke Querschnitt zeigt, wie sich der Kunststoff an die Rändelung des Einsatzes angepasst hat. Im rechten Querschnitt floss der Kunststoff nicht ausreichend in die Retentionsmerkmale. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Spirol International Corp.

Die thermische Installation ist leiser als die Ultraschallinstallation und zudem wirtschaftlicher. Wärmegeräte sind etwa 50 Prozent günstiger. Foto mit freundlicher Genehmigung von Spirol International Corp.

Die thermische Installation ist leiser als die Ultraschallinstallation und zudem wirtschaftlicher. Wärmegeräte sind etwa 50 Prozent günstiger. Foto mit freundlicher Genehmigung von Spirol International Corp.

Wenn Schrauben oder Bolzen direkt in Kunststoffbauteile eingeschraubt werden, kann es zu Ausfällen durch abgerissene Gewinde oder Kunststoffkriechen kommen. (Wenn Kunststoff statischen mechanischen Belastungen oder erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, kann er sich bewegen oder verformen.) Gewindeeinsätze bieten brauchbare Gewinde für Situationen, in denen Verbindungsfestigkeit und die Fähigkeit zur Montage und Demontage ohne Beeinträchtigung der Komponenten erforderlich sind.

Die beiden gebräuchlichsten Methoden zur Installation von Gewindeeinsätzen sind thermisch und Ultraschall. Aber das sind nicht die einzigen Methoden. Sie können auch eingepresst, eingegossen und sogar über selbstschneidende Gewinde eingeschraubt werden. Der Einbau von Einsätzen nach dem Formen senkt jedoch die Kosten, da die Formzeit verkürzt wird. Der nachträgliche Einbau in die Form verringert auch das Risiko von Ausschuss und Formschäden durch gelöste Einsätze.

Die thermische und Ultraschallinstallation ist nur bei thermoplastischen Teilen möglich. Thermoplaste sind bei normalen Temperaturen fest und können mehrmals umgeschmolzen werden. Duroplaste unterliegen einer einmaligen Reaktion bei der Umwandlung von flüssig in fest und können nicht wieder geschmolzen werden.

Sowohl bei thermischen als auch bei Ultraschall-Installationsmethoden wird der Einsatz durch Umschmelzen des Kunststoffs in ein geformtes oder gebohrtes Loch eingebettet. Für den Halt im Loch sorgt der geschmolzene Kunststoff, der sich an die äußeren Merkmale des Einsatzes anpasst. Es muss eine ausreichende Kunststoffmenge verdrängt werden, um diese äußeren Merkmale vollständig auszufüllen, damit der Einsatz seine maximale Leistung erbringt, wenn der Kunststoff erstarrt.

Eine genaue Möglichkeit, ausreichenden Kunststofffluss in die Rändelungen, Widerhaken und Hinterschneidungen des Einsatzes zu bestimmen, besteht darin, einen Querschnitt des installierten Einsatzes zu nehmen, um zu sehen, ob sich seine Merkmale im Kunststoff widerspiegeln. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Kunststoff in die Merkmale des Einsatzes fließt, da dies das Drehmoment und die Auszugsleistung des Befestigungselements bestimmt.

Obwohl sie beide auf einem lokalen Schmelzen des Kunststoffs beruhen, können thermische und Ultraschall-Installationsmethoden zu unterschiedlichen Leistungen führen. Beide Installationsmethoden haben Vor- und Nachteile, die vor der Investition in Installationsausrüstung berücksichtigt werden sollten.

Eine Ultraschall-Insertionsmaschine wandelt elektrische Energie in mechanische Schwingungen um. Die Abwärtskraft wird typischerweise von einem Pneumatikzylinder bereitgestellt, während ein Ultraschallhorn mechanische Energie an die Metall-Kunststoff-Grenzfläche liefert. Ultraschallhörner bestehen aus verschiedenen Metallen, darunter Titanlegierungen, Edelstahl und Aluminiumlegierungen, und berühren direkt den Metalleinsatz. Wenn das Horn vibriert, wird die mechanische Energie auf den den Einsatz umgebenden Kunststoff übertragen, wodurch Reibungswärme entsteht, die den Kunststoff schmilzt.

Die Ultraschallinstallation bietet mehrere Vorteile. Erstens ist es schnell. Die Ultraschallinstallation ist bei Einsätzen mit einem Außendurchmesser von weniger als 0,25 Zoll im Allgemeinen schnell. (Der Vorgang dauert mit zunehmender Einsatzgröße länger.) Zweitens kann die Einfügungsmaschine oft als Ultraschallschweißgerät umfunktioniert werden, das zwei Kunststoffteile direkt verbindet. Und drittens ist es flexibel. Horngrößen und -formen können leicht geändert werden, um an unterschiedliche Einsatzgrößen angepasst zu werden.

Die Ultraschallinstallation hat auch mehrere Nachteile. Einer davon ist ein unzureichendes Schmelzen des Kunststoffs, was verschiedene Ursachen haben kann.

Erstens kann eine schlechte Befestigung der Teile oft dazu führen, dass der Einsatz kalt gepresst wird. Dies geschieht aufgrund der Dämpfung oder der Ableitung mechanischer Energie vom Horn. Die Dämpfung führt zu einer schlechten Installation, da die mechanische Energie des Horns nicht um den Einsatz herum lokalisiert wird.

Wenn die Einsätze zu schnell eingetrieben werden, hat der Kunststoff keine Zeit, vollständig zu schmelzen. Dies ist ein häufiges Problem bei der Ultraschallinsertion. Das Ergebnis ist eine hohe Spannung und eine schlechte Retention im Kunststoff, was zum Versagen des Teils führen kann, entweder bei der Erstmontage der passenden Schraube oder schlimmer noch, vor Ort.

Die über das Horn ausgeübten Vibrationskräfte sind schwer zu kontrollieren und manchmal werden Teile in das Loch gedrückt, bevor es zum Schmelzen kommt. Schäden an der Einlage oder dem Kunststoff können schwerwiegend sein. Obwohl ausgefeilte Steuerungssysteme zur Lösung dieses Problems beitragen können, können sie die Kosten der Kuvertiermaschine nahezu verdoppeln.

Schließlich können geringfügige Größenschwankungen des Einsatzes oder des Lochs ausreichen, um zu unzureichender Schmelze zu führen – selbst wenn die Einführgeschwindigkeit verlangsamt wird.

Ein weiterer Nachteil der Ultraschallinstallation ist die Möglichkeit von Metallpartikeln. Wenn das Ultraschallhorn gegen den Einsatz vibriert und das Einsatzmaterial abplatzt, können winzige Metallflocken entstehen.

Lärm ist ein weiteres Problem. Der Metallkontakt zwischen Horn und Einsatz kann zu lauten Geräuschen führen. Je größer der Einsatz, desto lauter das Geräusch.

Bei Ultraschall kann es schwierig sein, mehrere Einsätze gleichzeitig zu installieren. Es ist sehr kostspielig, wenn nicht sogar unmöglich, mehrere Einsätze gleichzeitig zu installieren.

Das Einsetzen mit der falschen Frequenz oder der falschen Anpresskraft kann zur Beschädigung des Einsatzes führen. In manchen Fällen kann das Ultraschallhorn das Gewinde so stark beschädigen, dass die passende Schraube nicht montiert werden kann.

Bei der Verwendung von Einsätzen ohne Kopf ist besondere Vorsicht geboten, um einen ordnungsgemäßen Kontakt zwischen Einsatz und Horn sicherzustellen. Andernfalls besteht die Gefahr einer Beschädigung des Innengewindes.

Schließlich sind Ultraschallhörner teuer. Hupen unterliegen einem Verschleiß und sind teuer zu ersetzen. Eine Hupe kann oft mehr als 1.000 Dollar kosten.

Die thermische Installation erfolgt durch die Übertragung von Wärme von der Spitze durch den Einsatz auf den Kunststoff oder durch Vorwärmen der Einsätze und anschließendes Einpressen. In beiden Fällen wird eine kontrollierte Kraft auf den Einsatz ausgeübt, um sicherzustellen, dass der Kunststoff vor dem Einsetzen ausreichend geschmolzen ist Der Einsatz ist installiert.

Da bei der thermischen Installation die Erwärmung des gesamten Einsatzes und nicht nur der Metall-Kunststoff-Grenzfläche erforderlich ist, sollte das Einsatzmaterial eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Messing und Aluminium sind gängige Optionen. Dadurch kann der Einsatz die Wärme effizient an den Kunststoff übertragen. Außerdem ermöglicht es eine schnelle Abkühlung des Einsatzes nach der Montage.

Sobald der Kunststoff seine Schmelztemperatur erreicht, füllt er die Retentionsmerkmale des Einsatzes und verfestigt sich dann, wodurch die Teile nur minimal beansprucht werden.

Beim Einbau eines einzelnen Einsatzes, der nicht vorgewärmt wurde, ist die Zykluszeit beim Einsetzen mit Ultraschall typischerweise kürzer als beim thermischen Einsetzen. Allerdings benötigen Wärmegeräte, die den Einsatz vorheizen, im Vergleich zu Ultraschallgeräten eine vergleichbare Installationszeit. Darüber hinaus bietet die thermische Einfügung bei gleichzeitiger Installation mehrerer Einsätze einen schnelleren Durchsatz.

Die thermische Installation hat mehrere Vorteile.

Erstens ist es zuverlässig und konsistent. Temperatur-, Kraft- und Tiefeneinstellungen sind einstellbar. Geringere Montagekräfte ermöglichen das Einbringen von Befestigungselementen in dünnwandige Teile, die durch Ultraschallgeräte zerstört würden.

Die thermische Installation ist leiser als die Ultraschallinstallation und zudem wirtschaftlicher. Wärmegeräte sind etwa 50 Prozent günstiger als vergleichbare Ultraschallgeräte, da sie weniger komplex sind und nicht so viele Komponenten erfordern. Die thermische Installationsausrüstung besteht aus einer beheizten Spitze und einem Pneumatikzylinder. Die Einführkraft ist gering – im Allgemeinen weniger als 50 Pfund. Für die Ultraschallinstallation sind ein elektronisches Netzteil, elektronische Zeitgeber, ein Wandler und ein Ultraschallhorn erforderlich.

Lange Spitzen können so gestaltet werden, dass Befestigungselemente in tiefe Aussparungen innerhalb eines Teils eingeführt werden können. Solche Bereiche wären für ein Ultraschallhorn unzugänglich.

Die thermische Installation ist vielseitig. Anwendungen, die mehrere Einsätze auf mehreren Ebenen erfordern, können mit thermischen Installationsmaschinen im Plattenstil durchgeführt werden. Prototyping- oder Kleinserienanwendungen können mit manueller Ausrüstung durchgeführt werden. Durch den Austausch der austauschbaren Heizspitzen kann ein breites Spektrum an Einsatzgrößen auf derselben Maschine verarbeitet werden. Jeder Einsatz kann installiert werden – mit oder ohne Kopf.

Thermoeinschubmodule können mit Vibrationswendelförderern ausgestattet werden, sodass der Bediener den Einsatz während der Installation nicht physisch berühren muss. Die Einsätze werden einfach in die Zuführung geladen und durch ein Rohr zu einer geschützten Heizkammer transportiert. Der Bediener würde dann die Kunststoffkomponente in die Vorrichtung laden und die Maschine aktivieren, um den Einsatz zu installieren. Dies ist wichtig für sehr kleine Einsätze, die schwer zu vereinzeln und auszurichten sind.

Wärmeinstallationsmaschinen müssen selten gewartet werden. Die Wartungs- und Ersatzteilkosten sind gering. Ersatzspitzen kosten etwa 55 US-Dollar.

Schließlich entsteht bei der thermischen Verlegung durch die „Durcherwärmung“ der Einlage eine hochwertige Verbindung. Dadurch kann der geschmolzene Kunststoff vollständig in alle Haltestrukturen fließen. Die Leistung von Einsätzen, die mit Ultraschall installiert werden, ist häufig geringer, da der Kunststoff nicht vollständig in die Halteelemente fließen kann. Dies geschieht aufgrund der minimalen Erwärmung, die nur an der Schnittstelle zwischen dem Einsatz und dem Wirt entsteht.

Bis zu 75 Prozent der Leistung eines Einsatzes hängen direkt davon ab, wie gut er installiert wurde. Daher müssen alle Faktoren, die die Installation beeinflussen, sorgfältig kontrolliert werden, um die Leistung zu maximieren. Bei so vielen verschiedenen Kombinationen von Einsatztypen, Kunststofftypen und Leistungsanforderungen sind Ingenieure gut beraten, sich bei der Installation von Einsätzen an Experten zu wenden. Die richtige Wahl des Einsatzes und der Installationsmethode kann den Unterschied zwischen einem Teileversagen im Feld und der Teileintegrität während der vorgesehenen Lebensdauer der Baugruppe ausmachen.