Auswahl und Verwendung von Befestigungsteilen aus Nylon

Elektronische Komponenten benötigen Befestigungsteile zur Sicherung von Platinen, zur Montage von Tochterkarten, zum Verschließen von Panels und zu anderen Zwecken. Es gibt viele Arten von Schrauben, Muttern und Nieten, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Bei der Auswahl von Befestigungselementen müssen die besonderen Anforderungen elektronischer Anwendungen berücksichtigt werden, darunter elektrische Isolierung, Korrosions- und Vibrationsbeständigkeit, geringes Gewicht, nichtmagnetische Eigenschaften und Blindmontage.

In diesem Artikel werden verschiedene Nylon-Befestigungselemente, ihre Auswahl und ihre Anwendung beschrieben. Zur Veranschaulichung werden Beispiele von Essentra Components verwendet, darunter Schrauben, Muttern, Schnappnieten, Widerhakenbefestigungen und Popnieten.

Warum Nylon für Befestigungselemente?

Nylon ist eine Familie hochleistungsfähiger thermoplastischer linearer Polyamide mit hoher mechanischer Festigkeit, guter Ermüdungs-, Schlag- und Korrosionsbeständigkeit und hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften. Außerdem ist es im Vergleich zu Metallen wie Aluminium leicht und bietet eine höhere Verschleißfestigkeit. Diese Eigenschaften machen es ideal für elektronische Anwendungen. Da elektronische Geräte immer kleiner werden, ist die Gewichtsreduzierung ein wichtiges Entwicklungsziel. Unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit und der Benutzerfreundlichkeit kann eine lose Metallbefestigung in einem aktiven elektronischen Gerät eine Katastrophe sein; ein loser, nicht leitender Nylonverschluss ist nur ein Ärgernis.

Die gebräuchlichsten Nylontypen, die in Verbindungselementen für technische Anwendungen verwendet werden, sind Nylon 6 und Nylon 6/6. Nylon 6 ist ein Polymer, das aus mehreren Monomeren mit jeweils sechs Kohlenstoffatomen besteht. Die chemische Formel von Nylon lautet (C6H11NO)n. Nylon 6/6 wird aus zwei Monomeren hergestellt, die jeweils sechs Kohlenstoffatome enthalten: daher der Name Nylon 6/6.

Nylon 6/6 ist aufgrund seiner geringeren Kosten und seines etwas höheren Temperaturbereichs das am häufigsten verwendete Material für Befestigungselemente.

Typen von Befestigungselementen

Ein Befestigungselement ist eine Komponente, die zwei oder mehr Objekte dauerhaft oder nicht dauerhaft mechanisch miteinander verbindet. Beliebte mechanische Befestigungsmittel sind Schrauben, Muttern und Nieten.

Eine Schraube ist ein Befestigungselement, das eine spiralförmige Nut (Gewinde) aufweist, die in die Außenseite eines zylindrischen Körpers geschnitten ist. Sie passt in eine gegenläufige spiralförmige Nut, die in die Innenseite eines Lochs geschnitten ist. Durch Drehen der Schraube in das Gewindeloch wird sie in die Gegenfläche vorgeschoben. Eine Schraube wird in erster Linie durch ihren Hauptdurchmesser, die Gewindesteigung, die Länge, den Kopftyp und den Antriebstyp beschrieben (Abbildung 1).

Abbildung 1: Schrauben werden nach Kopftyp, Antriebsart, Hauptdurchmesser, Gewindesteigung und Länge spezifiziert. (Bildquelle: Autor, unter Verwendung von Material von Essentra Components)

Die Gewindesteigung ist der Weg, den die Schraube bei einer Umdrehung zurücklegt, oder der Abstand zwischen den Spitzen benachbarter Gewinde. In den Vereinigten Staaten (US) wird sie üblicherweise durch die Gewindezahl pro Längeneinheit angegeben. Der Unified Thread Standard (UTS) verwendet in Nordamerika den Zoll (in.) als Längeneinheit. UTS-Schrauben werden durch ihren Nenndurchmesser und ihre Gewindesteigung spezifiziert; zum Beispiel ist ¼-20 eine Schraube mit einem Durchmesser von ¼ Zoll und einer Gewindesteigung von 20 Gewinden pro Zoll.

Schrauben mit einem Durchmesser von weniger als ¼ Zoll werden mit einer ganzzahligen Zahl, 0 bis 16, angegeben. Je größer die Messzahl, desto größer der Durchmesser.

Der Hauptdurchmesser einer Schraube kann durch Multiplikation der Messzahl mit 0,013 und Addition des Produkts zu 0,060 Zoll ermittelt werden. Eine Schraube mit der Nummer 6 hat also einen Durchmesser von (6 * 0,013) + 0,060 oder 0,138 Zoll (3,5 mm).

Es gibt auch eine metrische Norm, bei der Schrauben mit dem Buchstaben M bezeichnet werden, gefolgt vom Hauptdurchmesser der Schraube in mm und der Gewindesteigung in mm.

Ein Beispiel für eine UTS-Nylonschraube, die 011024H100 von Essentra Components, ist eine 1 Zoll (25,4 mm) lange Nylonschraube (#10-24) mit Sechskantkopf. Die 0401024HN von Essentra Components ist eine passende #10-24 Sechskantmutter aus Nylon. Befestigungselemente der Größe #10 haben einen Hauptdurchmesser von 0,19 Zoll (4,826 mm).

Die Auswahl der Kopftypen hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Flache und ovale Köpfe für versenkte Löchern bieten eine kantenfreie Oberfläche, an der Kleidung oder Gegenstände nicht hängen bleiben. Innensechskant- und Linsenkopfschrauben haben im Allgemeinen eine größere Kopfhöhe und werden häufig in Senkbohrungen verwendet. Schrauben mit flachem Boden, wie z. B. Binder-, Flach- und Knopfschrauben, werden zur Befestigung von Drähten in Klemmleisten verwendet. Sechskant- und Innensechskantschrauben sind für Anwendungen vorgesehen, die ein hohes Anzugsdrehmoment erfordern.

Schlitzantriebe sind die einfachste Antriebsart und werden am besten manuell angetrieben. Kreuzschlitz-, Innensechskant- und Sechskantschrauben werden häufig mit elektrischen Schraubern verwendet, um zu verhindern, dass der Kopf des Schraubers von der Schraube abrutscht.

Nieten

Eine Niete ist ein mechanisches Befestigungselement ohne Gewinde, das Bauteile zusammenhält. Es gibt viele Arten von Nieten aus Nylon, z. B. Einrastnieten, Stachelnieten oder Tannenbaumnieten, Drucknieten, Befestigungsknöpfe und Blindnieten. Sie können dauerhaft, entfernbar und blind installiert werden. Unabhängig vom Typ benötigen alle Nieten ein vorgebohrtes Loch durch die zu verbindenden Teile. Verschiedene Nietentypen verwenden unterschiedliche Verankerungsmechanismen. Die Schnappniete SR-3075W von Essentra Components beispielsweise verwendet eine Spreiztülle (Abbildung 2).

Abbildung 2: Eine Schnappniete, wie die SR-3075W, verwendet eine Spreiztülle zur Verankerung. (Bildquelle: Autor, unter Verwendung von Material von Essentra Components)

Nach dem Einsetzen einer Schnappniete in ein Loch wird der Kopf eingedrückt, und die Tülle dehnt sich aus, um sie zu verankern. Eine Niete wird durch ihren Kopfdurchmesser, ihre Länge, ihren Nietendurchmesser und ihren Griffbereich beschrieben. Der Griffbereich ist die Dicke der zu befestigenden Teile, über die die Niete korrekt funktioniert. Die SR-3075W von Essentra Components hat einen Kopfdurchmesser von 0,253 Zoll (6,4 mm), eine Länge von 0,295 Zoll (7,5 mm), einen Nietendurchmesser von 0,118 Zoll (3 mm) und einen Griffbereich von 0,197 bis 0,236 Zoll (5 bis 5,99 mm). Diese Art von Nylon-Nieten kann durch Hochziehen des Kopfes entfernt werden.

Eine Widerhaken- oder Tannenbaumniete, wie die 27XT1250250 von Essentra Components, verwendet einen gerippten Schaft, um die Komponenten zu sichern (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die Rippen von Widerhaken- oder Tannenbaumnieten, wie z. B. der 27XT1250250, sind abgewinkelt, um leicht in ein Loch zu gleiten und gleichzeitig zu verhindern, dass die Niete entfernt wird. (Bildquelle: Autor, unter Verwendung von Material von Essentra Components)

Die Rippen der Tannenbaumnieten sind so abgewinkelt, dass sie sich beim Einsetzen zusammendrücken, aber an den Seiten des Lochs einrasten, um ein Herausziehen zu verhindern. Diese Nieten funktionieren bei Metall-, Schaumstoff-, Gummi-, Kunststoff- und sogar Holzteilen.

Die 27XT1250250 von Essentra Components ist für ein 0,125 Zoll (3,18 mm) großes Loch vorgesehen. Sie hat eine Länge von 0,321 Zoll (8,15 mm) und einen Griffbereich von 0,062 bis 0,250 Zoll (1,58 bis 6,35 mm).

Eine andere Art von Widerhaken-Niete ist eine zweiteilige Ratschenniete, wie die BR1-226-01 von Essentra Components. Diese Art von Befestigungselementen eignet sich gut zum Verbinden dünner Bauteile. Die beiden Hälften der Ratschenniete werden zu einem einzigen Befestigungselement verbunden (Abbildung 4).

Abbildung 4: Die beiden Teile der Ratschenniete BR1-226-01 greifen mit ihren Greifzähnen ineinander und bilden eine starre Verbindung. (Bildquelle: Autor, unter Verwendung von Material von Essentra Components)

Die BR1-226-01 von Essentra Components benötigt einen Lochdurchmesser von 0,281 Zoll (7,14 mm). Sie ist 0,226 Zoll (5,74 mm) lang und hat einen Griffbereich von 0,235 bis 0,297 Zoll (5,97 bis 7,54 mm).

Drucknieten, wie die 61PR400600 von Essentra Components (Abbildung 5), ermöglichen eine schnelle, zuverlässige und dauerhafte Befestigung. Bei diesen Blindnieten ist kein Zugang zur Rückseite der zu verbindenden Bauteile erforderlich.

Abbildung 5: Durch Drücken auf den vormontierten Stößel der 61PR400600 wird die Niete gespreizt, um eine feste, dauerhafte Verbindung herzustellen. (Bildquelle: Autor, unter Verwendung von Material von Essentra Components)

Bei der Installation von Drucknieten wird der Nietkörper in das Loch in der Platte eingeführt und der daran befestigte Stößel mit Hilfe eines Installationswerkzeugs in die Baugruppe gedrückt, um die Niete aufzuweiten. Die 61PR400600 von Essentra Components ist 0,445 Zoll (11,3 mm) lang und wird in einem 0,187 Zoll (4,75 mm) großen Loch montiert. Sie hat einen Griffbereich von 0,078 bis 0,375 Zoll (1,98 bis 9,53 mm).

Der Montageknopf oder Kanu-Clip 27AC0011 von Essentra Components ist ein einfach zu installierendes Befestigungselement zur werkzeuglosen Befestigung von Blechteilen oder leichten Komponenten (Abbildung 6).

Abbildung 6: Der Montageknopf 27AC0011 ist ideal, um dünne Bleche oder leichte Bauteile zusammenzuhalten. (Bildquelle: Autor, unter Verwendung von Material von Essentra Components)

Zur Installation wird der Nietkörper einfach in ein vorgebohrtes Rundloch gesteckt und der Nietkopf aufgedrückt, bis er einrastet. Diese Niete passt in ein 0,192 Zoll (4,9 mm) großes Loch und ist 0,515 Zoll (13,08 mm) lang. Sie hat einen Griffbereich von 0,165 bis 0,185 Zoll (4,2 bis 4,7 mm).

Eine Pop- oder Clinch-Niete ist eine weitere Blindniete, die keinen Zugang zur Rückseite der Platte erfordert. Ein Beispiel hierfür ist das präzisionsgeformte Nylonelement CR32-2-1 von Essentra Components (Abbildung 7).

Abbildung 7: Bei einer Popniete wird der Dorn der Niete mit einem Werkzeug in Richtung des Nietkopfes gezogen, wodurch die Niete zusammenfällt und sich gegen das Loch aufweitet. (Bildquelle: Essentra Components)

Die CR32-2-1 hat einen Dorn, der durch den Nietkörper verläuft. Die Niete wird in das Loch gesteckt, und mit einem Nietwerkzeug wird der Dorn durch den Nietkörper gezogen. Dadurch kollabiert der Nietkörper, dehnt sich gegen das Loch aus und verbindet die Komponenten miteinander. Diese Niete hat einen Durchmesser von 0,126 Zoll (3,2 mm) und eine Länge von 0,378 Zoll (9,6 mm). Sie erfordert einen Lochdurchmesser von 0,130 Zoll (3,3 mm) und hat einen Griffbereich von 0,157 bis 0,276 Zoll (4,0 bis 7,0 mm).

Jeder Nietentyp wird in einer Reihe von Durchmessern und Längen angeboten, um den Anforderungen einer Anwendung gerecht zu werden.

Nieten spezifizieren

Der Katalog von Essentra Components erleichtert die Auswahl der benötigten Nietengröße. Begonnen wird mit der Auswahl eines Nietentyps. Auf der Grundlage der Dicke der zu verbindenden Bauteile gibt der Katalog dann eine Reihe von geeigneten Lochdurchmessern und Nietenlängen für diesen Griffbereich an (Abbildung 8).

Abbildung 8: Der Essentra-Katalog bietet eine Methode zur Auswahl von Nieten auf der Grundlage der Dicke der zu verbindenden Komponenten. (Bildquelle: Essentra Components)

Ein Beispiel für die Auswahl von Schnappnieten für einen Lochdurchmesser von 0,083 bis 0,087 Zoll (2,1 bis 2,2 mm) zeigt sieben geeignete Modelle. Für einen Griffbereich von 0,205 bis 0,225 Zoll (5,2 bis 5,7 mm) wird die Niete mit einer Länge von 0,295 Zoll (7,5 mm) (Zeile 7) benötigt, um die erforderliche Haltedicke zu erreichen.

Fazit

Verbindungselemente aus Nylon bieten viele Vorteile für Anwendungen in der Elektronik, in Haushaltsgeräten und in der Automobilindustrie. Sie sind leichter als ihre Gegenstücke aus Metall, nicht leitend und korrosionsbeständig und in vielen Typen und Größen erhältlich.