ATI Allgemein/ 1119 d, e General - Manterra

1 Schnappverbindungenund Federelemente aus KunststoffSnap Jointsand springsin PlasticsAllgemein/GeneralAnwendungstechn ische InformationApplication Technology InformationATI1119 d, eErsetzt Ausgabe 1999-10-01 Replaces edition of 1999-10-01A. Maszewski Gesch ftsbereich KunststoffePlastics Business Group2 Inhaltsverzeichnis:SeiteFormel-Zeichen und der Auslenkung auf dieF ssige ssige ssige rmige einer ringartigen of of snap design - up the deflection over themating torsional of snap arm and calculation snap and calculation snap and calculation snap and calculation example for a ring-shaped snap dimensionsBwidth of the undercutb width of profileC geometric factor for ring segmentsd diameter at the jointdaouter diameter (hub)diinner diameter (shaft)Eoelastic modulus (tangential intrinsic modulus)

2 Essecant moduluse distance between outer fibre and neutral axisF mating forcef undercut, deflectionG shear modulush height of profileK geometric factor for torsion cross-sectionsLlength of the edgellength of lever armQ deflection forceR friction forcerradiuss wall thicknessW axial section modulusWpsection modulus of torsionX geometric factor for annular snap jointIndex W = shaft, Index N = hub angle of inclination angle of twist shear strain distance of snap-fitting groove from end elongation zulmaximum permissible strain Relongation at break Syield strain friction coefficient poisson s ratio friction angle stress segment angleFormelzeichen und Begriffea AbmessungenBHinterschnitt-Breiteb ProfilbreiteC Geometriefaktor f r Kreisbogensegmente d Durchmesser an der F gestelledaAu endurchmesser (Nabe)diInnendurchmesser (Welle)EoE-Modul (Tangenten-Ursprungs-Modul)EsSekanten-Mo dule Randfaserabstand von neutr.

3 FaserF F gekraftf Hinterschnitt, AuslenkungnG SchubmodulhProfilh heK Geometriefaktor f r TorsionsquerschnitteLKantenl ngelHebelarml ngeQ AuslenkkraftR ReibungskraftrRadiuss WanddickeW axiales WiderstandsmomentWppolares WiderstandsmomentX Geometriefaktor f r RingschnappverbindungIndex W = Welle, Index N = Nab Schr gungswinkel Auslenkwinkel Scherung Abstand der Schnappnut vom Ende Dehnung zulmax. zul ssige Dehnung RRei dehnung SStreckdehnung Reibungskoeffizient Querkontraktionszahl Reibungswinkel Spannung Segmentwinkel41 Grunds Allgemeine BeschreibungSchnappverbindungen stellen eine einfache und kosteng nstigeArt der Verbindungstechnik dar. Sie sind charakteristisch f r dieWerkstoffgruppe der Kunststoffe, da deren Werkstoffeigen-schaften (Flexibilit t) und Formgebungsm glichkeiten ihrerRealisierung besonders entgegen tzlich sind Schnappverbindungen aus einem elastischenFederelement und einer Rastvorrichtung (Hinterschnitt) aufge-baut.

4 Ihre Funktion teilt sich in den F ge- bzw. L se- sowie Ausf hrungsartenDie Schnappverbindungen werden nach der Art des Feder-elements und nach der L sbarkeit der Verbindung wird grunds tzlich zwischena) den Schnapparmverbindungen (Biegebalkenprinzip),b) den Torsionsschnappverbindungen (Torsionsstabprinzip),c) den Ringschnappverbindungen (zylindrische Profile) undd) den ringartigen Schnappverbindungen (regelm ige Polygonprofile)unterschieden. In Abb. 1 sind diese vier Prinzipien General descriptionSnap joints are a simple and inexpensive joining technique. Theyare a characteristic type of joint used for polymer materials,since the material properties (flexibility) and moulding poten-tial of polymers are particularly conducive to this kind joints are essentially made up of an elastic spring elementand a click-stop device (undercut).

5 They serve the purpose ofjoining or separating parts and holding them together. Types of snap jointSnap joints are classified according to the type of spring elementand the separability of the joint. A basic distinction is drawnbetweena) the snap arm joint (flexural beam principle)b) the torsional snap joint (torsion rod principle)c) the annular snap joint (cylindrical profiles)d) the ring-shaped snap joint (regular polygon profiles)These four principles are shown in diagram form in Fig. 1. Fig. 1: Types of snap jointAbb. 1: Schnappverbindungsartena)b)c)d)5In Abh ngigkeit vom Hinterschnittwinkel wird au erdem nochzwischen l sbaren und unl sbaren Schnappverbindungen unter-schieden (Abb. 2).A distinction is also made between separable and inseparablejoints, as a function of the undercut angle (Fig. 2). Fig. 2: Separable and inseparable jointAbb.

6 2: L sbare und unl sbare AuslegungshinweiseDie Auslegung einer Schnappverbindung beinhaltet eine opti-male Abstimmung der Konstruktion auf den Werkstoff. Hierzuist die genaue Kenntnis der Belastungsverh ltnisse und derWerkstoffeigenschaften Belastungsverh ltnisseDie Belastungsverh ltnisse einer Schnappverbindung unter-scheiden sich grundlegend in Abh ngigkeit von der hrend der F gevorgang in der Regel eine einmalige odermehrmalige kurzzeitige Belastung darstellt, bei der derWerkstoff relativ hoch beansprucht werden darf, wird dieHaltefunktion meist von einer statischen Langzeit- oder garDauerbelastung bestimmt, die eine deutlich geringere maxi-male Beanspruchung zul sst. D. h., die Auslegung muss sowohlden F ge- bzw. L se- als auch den Haltevorgang BeanspruchungBei der Auslegung darf nicht vergessen werden, dass die Belas-tung sowohl beim F ge- als auch beim Haltevorgang meist zumehreren berlagerten Lastf llen f hrt ( Zug-, Scher- undBiegebelastung), die in ihrer Wechselwirkung (Vergleichsspan-nung bzw.)

7 -dehnung) ber cksichtigt werden m einem Verh ltnis der Schnapparml nge zu seiner H he vonkleiner als 5, sollte der Anteil der Schubverformung nichtunber cksichtigt General design adviceThe layout of a snap joint involves optimally tailoring the designto the material. This requires precise knowledge of the loadingconditions and the material Loading conditionsThe loading conditions for a snap joint differ fundamentally asa function of the purpose that the snap joint serves. While thejoining operation generally imposes once-only or repeated short-term load, during which time the material can be subjected toa relatively high load level, the retaining function generallyinvolves a static long-term or even permanent load, where themaximum permitted load is considerably lower. In other words,the layout must be based on the joining and separation operationas well as on the retaining LoadingWhen conducting the layout, it must be remembered that boththe joining and the retaining operation generally involve anumber of different load cases being superimposed on each other( tensile, shear and flexural load), and it is necessary to makeallowance for the interaction of these loads (effective stress,effective strain).

8 Where the ratio of the snap arm length to the snap arm height issmaller than 5, consideration must also be paid to the sheardeformation component. Relaxation retardationIn order to make allowance for the time-dependent behaviour ofthe mechanical properties of plastics, it is important to achievea stress-free and positive-action connection as far as possible(a form-fit rather than a friction-lock joint).If this is notentirely possible, then allowance can be made for relaxation: stress falls over time with constant strain or retardation: strain increases over time with constant stresswith the aid of isochronous stress-strain curves. Information onthis is shown in graphic form in Fig. Relaxation RetardationUm dem zeitabh ngigen Verhalten der mechanischen Eigen-schaften von Kunststoffen Rechnung zu tragen, sollte nach demEinrasten eine m glichst entspannte und formschl ssige Ver-bindung (Formschluss vor Kraftschluss)angestrebt dies nicht vollst ndig m glich, so kann die Relaxation: Spannung f llt bei konstanter Dehnung mitder Zeit ab oder die Retardation: Dehnung nimmt bei konstanter Spannung mit der Zeit zuanhand von isochronen Spannungs-Dehnungs-Kurven ber ck-sichtigt werden.

9 In Abb. 4 sind entsprechende Hinweise hierzugraphisch dargestellt. Biegespannung / Bending stress: b=MbW=Zugspannung / Tensile stress: z=FA=Fb h= Fh2zScherspannung / Shear stress: s=FA=Fa b= Fh2s b 6 1 z s =Schlussfolgerung: Biegebeanspruchung ist meist die dominierende : Bending stress is mostly the dominant stress der Beanspruchung eines Schnapparms durch die Haltekraft (FH) /Example of the stress status of a cantilever arm by cohesion (FH)a = h, b = 2 h, lm = hF lb hm2= 3 Fh26 Abb. 3: Zusammengesetzte BeanspruchungFig. 3: The combined loads that acthbalmneutrale faserneutral KerbwirkungEin nach wie vor relativ h ufiger Konstruktionsfehler betrifftdie Kerbwirkung. Besonders deutlich macht sich dieser Fehlerbei amorphen Werkstoffen bemerkbar. Aus diesem Grund wirdhier ausdr cklich auf die Notwendigkeit der Abrundung vonEcken und Kanten bzw.

10 Der Vermeidung von Gratbildung in denbeanspruchten Bereichen hingewiesen. Als g nstig hat sich inder Praxis ein Kerbradius von 0,5 mm erwiesen. In Abb. 5 ist derZusammenhang zwischen dem Kerbradius und der Spannungexemplarisch Verteilung der Auslenkung auf die F gepartnerIm ung nstigsten Fall muss einer der beiden F gepartner um denGesamtbetrag der Auslenkung (Hinterschnitt) verformt chlich verteilt sich die Verformung in der Regel auf beideF gepartner. Die Verformungsverteilung auf die F gepartner kann am ein-fachsten graphisch ermittelt werden. Hierzu muss f r jeden derbeiden F gepartner zuerst ein Kraft-Verformungs-Diagramm(Federkennlini e), wie in Abb. 6 dargestellt, bestimmt berlagerung beider Federkennlinien ergibt einen Schnitt-punkt, der die tats chliche Auslenkkraft und die Verformungs-anteile beider F gepartner Notch effectOne design error still committed fairly frequently relates to thenotch effect.