In unserem Artikel über Verbindungselementehaben wir kurz einige Verbindungstechniken für Befestigungselemente erwähnt. Aus technischen oder strukturellen Gründen werden viele Kunststoffprodukte oder -komponenten aus Teilen unterschiedlicher Materialien und Funktionen zusammengesetzt. Um zwei Teile miteinander zu verbinden, muss eine Verbindung zwischen ihnen entworfen werden. Der Zweck der Verbindungsauslegung besteht darin, auf der Grundlage verschiedener Faktoren die am besten geeignete Verbindungsmethode zu finden, um die Teile zusammenzufügen und zu sichern.
Da Verbindungsmethoden aus Kunststoff eine wichtige Lehre für Produktdesigner sind, werden in diesem Artikel die Verbindungsmethoden zwischen Kunststoffteilen weiter untersucht.
Verbindungsmethoden für Kunststoffteile
Es gibt viele Möglichkeiten, Kunststoffteile zu verbinden. Sie lassen sich grob in lösbare Verbindungen, halb-lösbare Verbindungen und nicht-lösbare Verbindungen unterteilen. Diese Einteilung ist nicht sehr präzise, da sich einige Verbindungsmethoden bei Änderungen der Strukturparameter von einem Typ zum anderen ändern können. Wenn zum Beispiel der Verschluss zu stark einrastet, kann es schwierig oder unmöglich werden, ihn zu lösen. Einige Klebstoffe können durch Erhitzen entfernt werden. Die folgende Klassifizierung dient daher nur als Referenz und sollte nicht als Standard angesehen werden.
Für die Verbindung und Befestigung von Kunststoffteilen kann eine Methode oder eine Kombination aus zwei oder mehr Methoden verwendet werden, z. B. eine Kombination aus Klammer und Schraube. Unabhängig von der Verbindungsmethode sollten jedoch die folgenden Hauptfaktoren vor der Wahl der Verbindungsmethode berücksichtigt werden:
- Leistung bei der Demontage: Ob eine Demontage erforderlich ist, wie oft sie durchgeführt werden muss, ob sie reversibel ist und wie einfach sie durchgeführt werden kann.
- Eigenschaften der verbindenden Teile: Ob die geometrische Form zulässig ist, ob genügend Platz vorhanden ist und ob die Materialeigenschaften den Anforderungen entsprechen.
- Betriebsumgebung: Belastung (Anforderungen an die Festigkeit), Temperatur (Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit) und Medium (Anforderungen an Staub- und Wasserdichtigkeit).
- Wirtschaftliche Faktoren: Kosten für Hilfsmaterial, Montage und Wartung.
- Ästhetische Anforderungen: Die Integrität des Erscheinungsbildes und die ästhetische Wirkung.
Da es schwierig oder sogar unmöglich ist, alle diese Faktoren gleichzeitig zu erfüllen, sollte die geeignete Verbindungsmethode je nach dem spezifischen Produkt oder den strukturellen Anforderungen gewählt werden.
Als nächstes werden wir anhand von Beispielen verschiedene Verbindungsmethoden zwischen Kunststoffteilen vorstellen. Welche Verbindungsmethoden gibt es zum Beispiel bei den folgenden zwei Teilen (die spezifische Größe und Struktur sollte entsprechend dem spezifischen Produkt entworfen werden), und gibt es ähnliche Strukturen im täglichen Leben?
1. Schnappverschluss
Es gibt viele Arten von Schnappverbindungen. Im Folgenden werden einige gängige Arten vorgestellt.
Tipps: Wenn Sie mehr wissen wollen, klicken Sie auf den "Schnappverschluss-Anleitung", um mehr über sie zu erfahren.
a). Freitragende Schnappverschlüsse
1). Gerader Arm mit Schnappverschluss: Diese Methode wird häufig für die Verbindung und Befestigung von dekorativen Teilen verwendet. Sie ist einfach und schnell zu installieren, ästhetisch ansprechend, und ob sie lösbar ist, hängt von der Höhe des Eingriffs ab.
2). U-förmiger Schnappverschluss: Häufig anzutreffen bei Verbindungen von Batterieabdeckungen. Die U-förmige Struktur bietet Raum für elastische Verformung und ermöglicht mehrfache Montagen und Demontagen.
Die folgende Schnappverschlussstruktur ist eine Variante des U-förmigen Schnappverschlusses. Die längliche Kerbe bietet einen elastischen Verformungsraum, der mehrfache Montagen und Demontagen ermöglicht.
Die folgende Form ist eine andere als die vorhergehende, bei der der Verformungsraum nach innen verlagert wird. Im Vergleich zu den beiden vorgenannten Varianten wird das Erscheinungsbild deutlich weniger beeinträchtigt. Der Nachteil ist jedoch, dass die Batterieabdeckung um die untere Kante des Gehäuses herumgeführt werden muss, so dass sie für den Einbau von Batterien in der Mitte des Produkts weniger geeignet ist.
3). Schnappverschluss + Schraube: Diese Art des Anschlusses der Batterieabdeckung wird üblicherweise bei Spielzeugprodukten verwendet, um zu verhindern, dass Kinder die Batterie auseinandernehmen können.
4). Weicher Schnappverschluss: Erreicht durch Zweifarben-Spritzgießen. Der weiche Schnappverschluss hat eine gute elastische Verformung und kann wiederholt montiert und demontiert werden. Der kleine Schnappgriff beeinträchtigt nicht die Integrität des Erscheinungsbildes und wird häufig für Staubschutzabdeckungen an elektronischen und digitalen Produktschnittstellen verwendet.
b). Ringförmige Schnappverbindung
Diese Schnappverbindung erfordert, dass ein Teil ein verformbares Teil ist, und das verformbare Teil sollte vorzugsweise aus einem Material mit guter Zähigkeit bestehen, um Risse nach mehrfachem Zusammenbau zu vermeiden.
Die ringförmige Schnappverbindung muss nicht vollständig kreisförmig sein. Er sollte je nach den tatsächlichen Gegebenheiten gestaltet werden. Der unten abgebildete Flaschenverschluss hat zum Beispiel vier gleichmäßig geteilte innere Schnappsitze statt eines vollständigen Kreises. Der Grund für den Verzicht auf einen vollständigen Kreis ist wahrscheinlich die einfache Montage und ein gutes Handgefühl. Wenn die Schnappverbindung nicht dicht ist, kann die Länge der inneren Schnappverbindung durch Hinzufügen von Klebstoff für eine spätere Änderung der Form verlängert werden.
c). Torsionsschnappverschluss
Dieser Schnappverschluss funktioniert anders als die oben genannten Schnappverschlüsse. Sie besteht aus zwei Vorgängen: Zuerst werden die beiden Teile in Position gebracht, dann werden sie gedreht, um die Schnappverbindung und den Fixierungseffekt zu erzielen.
2. Anschluss mit Gewinde
Wird häufig in Flüssigkeitsflaschen oder Rohrleitungen verwendet, z. B. in Mineralwasserflaschen, Getränkeflaschenverschlüssen und Rohrleitungsverbindungen.
Tipps: Klicken Sie hier, um mehr zu erfahren über "Arten von Gewinden“.
3. Schraubverbindung
Eine sehr gängige Methode, die den meisten bekannt ist.
4. Magnetische Verbindung
Wird im Allgemeinen bei Produkten verwendet, die häufig demontiert werden müssen. Obwohl das Hinzufügen eines Magneten die Kosten erhöht, bietet eine gut konzipierte magnetische Verbindung ein ausgezeichnetes Benutzererlebnis, ist langlebig und beschädigt nicht das Aussehen.
5. Scharnierteile Verbindung
Konkret geht es um integrierte Kunststoffscharniere aus Polypropylen (PP), das für seine "hundertfache Kunststoffqualität" bekannt ist. Durch den Zusatz einer elastischen Lagerung kann eine Vorspannung für den offenen und geschlossenen Zustand erzeugt werden.
Tipps: Klicken Sie auf den Link, um ein umfassendes Verständnis von "PP-Kunststoffe".
6. Einpressteile Verbindung
Bezieht sich hauptsächlich auf Presspassungsverbindungen. Bei der mechanischen Montage benötigen viele Teile einen festen Sitz, um eine Trennung zu verhindern oder ein erhebliches Drehmoment zu übertragen, was zur Interferenztechnik führt. Bei der Presspassung wird die Elastizität von Materialien genutzt, um die Bohrung auszudehnen oder zu verformen und auf die Welle zu passen (oder eine Hohlwelle zu verwenden, um die Welle zu verformen). Wenn die Bohrung in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt, klemmt sie die Welle fest und verbindet die beiden Teile. Bei Kunststoffteilen werden für Bausteinverbindungen häufig Presspassungen verwendet.
Weitere Beispiele sind verschiedene Gummistopfen für externe Schnittstellen und Schraubgummistopfen.
7. Ultraschallschweißen
Eine nicht lösbare Verbindung wird häufig bei Produkten verwendet, die nicht zerlegt werden können oder versiegelt werden müssen, wie z. B. bei Netzteilen.
8. Nieten
Auch das Nieten ist komplex und erfordert viel Wissen. Je nach Energiequelle wird zwischen Ultraschallnieten, Heißnieten und Heißluftnieten unterschieden. Es handelt sich um eine unlösbare Verbindung, die sich besonders zum Verbinden und Befestigen dünner Teile wie Leiterplatten, Bleche und Knöpfe eignet.
9. Klebstoffteile Verbindung
Bezieht sich auf die Verwendung einer Schicht eines Mediums (Klebstoff), um zwei Teile zu verbinden und zu fixieren, die im Allgemeinen nur schwer oder gar nicht demontiert werden können.
Druckempfindlich:
Bezieht sich hauptsächlich auf Klebeband, das druckempfindlich ist. Durch die Anwendung eines bestimmten Drucks wird eine gute Verklebung erreicht; üblicherweise wird doppelseitiges Klebeband verwendet, um zwei flache Teile zu verbinden!
Bei Raumtemperatur härtbare Klebstoffe
Diese Klebstoffe können bei Raumtemperatur aushärten, wie z. B. RTV-Silikonkautschuk und gelber Elektronikklebstoff, die in der Regel zur Fixierung elektronischer Bauteile verwendet werden, um ein Lösen zu verhindern.
Duroplastische Klebstoffe
Sie härten bei Erwärmung aus und werden üblicherweise zum Verkapseln und Befestigen von elektronischen Bauteilen verwendet, wie z. B. Epoxid-Vergussmassen und roter Klebstoff.
Thermoplastische Klebstoffe
Bei Raumtemperatur fest, muss vor der Verwendung erwärmt werden, um zu einer viskosen Flüssigkeit zu werden, erfordert Vorpressen und Aushärtungszeit nach der Verwendung. Gängige Typen sind EVA-Schmelzklebstoff und PUR-Schmelzklebstoff. Unterschiede zwischen ihnen:
Zusammensetzung:
PUR ist Polyurethan, EVA ist Ethylen-Vinylacetat.
Mechanismus der Reaktion:
PUR härtet durch Feuchtigkeit aus, eine irreversible Reaktion. Nach dem Erhitzen und Verkleben reagiert es mit der Feuchtigkeit in der Luft und wird irreversibel (es schmilzt beim Wiedererwärmen nicht, verliert aber seine Klebekraft, so dass es in der Regel zur Demontage wiedererwärmt werden muss). Diese irreversible Reaktion sorgt für eine bessere Festigkeit und Leistung bei hohen und niedrigen Temperaturen sowie für eine hohe Zuverlässigkeit. Wird häufig in elektronischen und digitalen Produkten wie Telefonen, Tablets, Kopfhörern und Automobilelektronik, zur Befestigung von Bildschirmen und hinteren Abdeckungen von Smartphones mit schmalem Rahmen und zur Abdichtung verwendet.
EVA verbindet sich physikalisch, kühlt ab und verfestigt sich nach dem Auftragen. Durch erneutes Erhitzen schmilzt es wieder und kann erneut verklebt werden, wodurch es reversibel ist. Die Klebekraft ist gering, der Erweichungspunkt niedrig und das Material ist nicht hitzebeständig.
Fotohärtung:
Bezieht sich auf Klebstoffe, die unter ultraviolettem Licht aushärten, wie z. B. UV-Klebstoff, auch bekannt als UV-härtender Klebstoff oder schattenloser Klebstoff. Es handelt sich um einen einkomponentigen, niedrigviskosen, hochfesten Acrylatklebstoff mit langer Haltbarkeit, lösungsmittelfrei, schneller Aushärtung, guter Transparenz und ausgezeichneter Hitze- und Chemikalienbeständigkeit!
Auf Wasserbasis:
Im Vergleich zu Lösungsmittelklebstoffen wird bei Klebstoffen auf Wasserbasis Wasser als Lösungs- oder Dispersionsmittel verwendet, wodurch giftige organische Lösungsmittel, die die Umwelt verschmutzen, ersetzt werden. Die derzeitigen Klebstoffe auf Wasserbasis sind nicht 100% lösungsmittelfrei und können in begrenztem Umfang flüchtige organische Verbindungen als Hilfsstoffe zur Steuerung der Viskosität oder des Fließverhaltens enthalten. Der beliebteste Klebstoff auf Wasserbasis ist Weißleim oder Holzleim, der häufig in der Heimdekoration verwendet wird. Die Paste, die beim chinesischen Neujahrsfest zum Aufkleben von Paaren verwendet wird, ist ebenfalls ein Klebstoff auf Wasserbasis, der sich zum Verkleben von Papier eignet. Wegen seiner Unbequemlichkeit haben die Entwickler später einen festen Klebstoff entwickelt, der sich besonders für den Einsatz im Büro eignet.
Auf Lösemittelbasis:
Bezieht sich auf Klebstoffe, die organische Lösungsmittel (Benzol, Toluol usw.) als Lösungs- oder Dispersionsmittel verwenden. Aufgrund der gesundheitsschädlichen Stoffe, wie flüchtige organische Verbindungen, Benzol und Toluol, sind sie nicht umweltfreundlich. Typische lösungsmittelbasierte Klebstoffe sind beispielsweise Universalkleber.
Sofort klebend:
Besteht aus α-Cyanoacrylat als Hauptkomponente, dem Klebrigmacher, Stabilisatoren, Zähmacher und Polymerisationsinhibitoren zugesetzt sind. Es handelt sich um einen einkomponentigen, sofort aushärtenden Klebstoff, der bei Kontakt mit Spuren von Feuchtigkeit in der Luft schnell aushärtet und die Teile fest miteinander verbindet.
Zweikomponentiger Klebstoff:
Besteht aus zwei Flüssigkeiten, die beim Mischen aushärten, oft AB-Kleber genannt. Gängige Typen sind AcrylEpoxid- und Polyurethan-AB-Kleber. Er wird auch als starker Kleber bezeichnet, weil er eine hohe Klebekraft hat, die mit dem Schweißen vergleichbar ist.
10. In-mold-Spritzgießen
Die perfekte Art und Weise, zwei Teile zu verbinden, indem verschiedene Materialien oder Farben von Kunststoff oder Kunststoff und Metall zu einem Teil kombiniert werden, wodurch nachfolgende Montageschritte entfallen. Allerdings handelt es sich um eine nicht lösbare Verbindung mit hohen Werkzeugkosten, so dass die Verbindungsmethode entsprechend der spezifischen Produktstruktur gewählt werden sollte. Es gibt drei Haupttypen: Zweifarben-Spritzgießen, Sekundärspritzgießenund Nanospritzgießen. Weitere Einzelheiten finden Sie in der Einführung in die Zweifarben-Formstruktur.
- Zweifarben-Spritzgießen
- Umspritzen
- Nano-Spritzgießen
Schlussfolgerung
Jede Verbindungsmethode kann sich auf viele Inhalte erstrecken. Sie können bei Interesse nach weiteren Informationen suchen, um ein tieferes Verständnis zu erlangen. In zukünftigen Artikeln werde ich auch umfassende Einführungen in einige dieser Verbindungsmethoden geben. Bleiben Sie dran.
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