DE102004033550A1 - Polymerdichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung mit verbundenem hartem und weichem Polymermaterial. Hierbei ist vorgesehen, dass die Polymerausgangsmassen für hartes und weiches Polymermaterial ineinander gegossen werden und simultan miteinander zur Aushärtung gebracht werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit der Herstellung von Dichtungen.
• Dichtungen dienen bei der Verbindung von Gegenständen dazu, ein Austreten von zwischen diesen strömenden Fluiden an der Übergangsstelle zu vermeiden. Dies ist bei einer Vielzahl von höchst unterschiedlichen Anwendungen erforderlich, etwa bei der Abdichtung von Fenstergriffen an Fensterprofilen gegen Regen und Wind, bei Ölfiltern in Verbrennungsmotoren, Lageranordnungen für geschmierte Lager von Maschinen usw.
• Typisch erfolgt die Dichtung dadurch, dass ein elastisches Material gegen eine harte Fläche gepresst wird, wobei durch die Elastizität des weichen Materials eine enge Anlage am harten Material möglich wird, wobei auf Grund der flächigen, engen Anpassung ein Hindurchtritt von Fluid vermieden oder zumindest verringert wird. Das weiche Material kann etwa in Form von Dichtringen wie O-Ringen usw. gebildet sein, es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, einstückige Verbindungen aus weichem Material einerseits für den eigentlichen Dichtflächenbereich und Hartmaterial andererseits für die Unterstützung desselben vorzusehen. Insbesondere wurde von der vorliegenden Anmelderin ein sogenanntes Duo-Verfahren vorgeschlagen und veröffentlicht, vergl. Sonderdruck aus „Kunststoffe" 11/93, worin eine Hart-Weich-Kombination für eine Filterendscheibe, hergestellt aus einem 2K-PUR-System im Duo-Verfahren, gezeigt ist. Dieses Duo-Verfahren sieht dabei die Kombination zweier Gießvorgänge vor, bei der z. B. eine harte Filterendscheibe mit angegossener Schaumdichtung erhalten wird. Gezeigt ist im zitierten Artikel hierzu u. a. eine Filterpatrone für den Automobilbereich. Im Automobilbereich sind besonders hohe Anforderungen gegeben, weil zunehmend auf die Verwendung ökologisch verträglicher Materialien, geringe Gewichte und große Haltbarkeit bei niedrigen Kosten zu achten ist. Dies gilt für alle Bereiche im Automobil, selbst für solche wie Ölfilter von Verbrennungsmotoren, die solche Temperaturen in chemisch aggressiver Umgebung ertragen müssen, und andererseits ein auch nur partielles Dichtungsversagen fatale Folgen hat.
• Es ist wünschenswert, eine Dichtmöglichkeit zu schaffen, bei der zumindest einige der Anforderungen wenigstens partiell erfüllt sind.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
• Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
• Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung mit verbundenem hartem und weichem Polymermaterial vor, bei welchem vorgesehen ist, dass die Polymerausgangsmassen für hartes und weiches Polymermaterial ineinander gegossen werden und simultan miteinander zur Aushärtung gebracht werden.
• Ein Grundgedanke der Erfindung besteht somit in der Erkenntnis, dass eine Dichtung wesentlich preiswerter und beständiger zu fertigen ist, wenn der Guss respektive die Injektion der Polymerausgangsmassen ineinander so geschieht, dass eine simultane Aushärtung der Polymerausgangsmassen ermöglicht wird. Durch die simultane Aushärtung wird nicht nur die Maschinenbestückung gegenüber einer Situation vereinfacht, bei der zunächst ein vorher gegossenes Materialstück, etwa eine weiche Dichtung, aufgelegt und dann in einem zweiten Schritt umgossen wird, sondern es werden auch Vorteile gegenüber einer Situation erzielt, bei der zunächst ein Material eingegossen wird, eine vorbestimmte Zeit der Anhärtung abgewartet wird und dann das restliche Polymermaterial aufgegossen wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur die Prozessführung vereinfacht gegenüber einer sukzessiven Herstellung der harten und weichen Gusspolymerbereiche, sondern auch die Verbindung zwischen hartem und weichem Material inniger. Dies ist insbesondere bei Dichtungen vorteilhaft, die belastet sind, sei es durch mechanische Belastung, wie sie etwa durch Vibrationen hervorgerufen sein können, thermische Belastungen, wie sie bei Abdichtungen gegen heiße Fluide auftreten können, oder sei es durch häufige reibende Beanspruchung oder dergleichen.
• Das vorliegende Verfahren sieht also nicht nur eine Verfahrensvereinfachung, sondern zugleich eine Produktverbesserung vor.
• Bevorzugt wird bereits beim Gießen eine Durchtrittsöffnung im weichen Polymer belassen, so dass diese nicht nachträglich hineinzuarbeiten ist. Durch den simultanen Guss kann dabei der Bereich, in dem weiches Polymer um die Durchtrittsöffnung vorgesehen wird, fließend in jenen übergehen, in dem hartes Polymer anzuordnen ist. Dies hat den Vorteil, dass ungeachtet der Ausbildung der Durchtrittsöffnung durch weiches Polymer hindurch dennoch eine stabile Anordnung mit hoher Festigkeit und zugleich hervorragender Dichtwirkung erhalten wird.
• Es ist möglich, die Dichtung plattenförmig auszubilden und einen in die Dichtungsöffnung hineinragenden Dichtwulst aus weichem Polymer zu bilden. Dies kann während des Gießens geschehen und sieht so insbesondere eine Radialdichtung vor.
• Es ist möglich, die Dichtung nicht als solche isoliert zu gießen, sondern direkt während des Gusses mit einem abzudichtenden Gegenstand bzw. einer abzudichtenden Fläche desselben zu verbinden. Insbesondere ist es möglich, einen Verguss zu einer Stirnfläche einer Filterpatrone, wie eines Automobilölfilters oder dergleichen, zu schaffen. Hier wirkt sich vorteilhaft aus, dass das fließfähige Material geringfügig durch die Kapillarkräfte in den Filter hineingezogen wird, was diesen stirnseitig mit nur geringem Materialaufwand mechanisch weiterstabilisiert, ohne dass durch den Simultanverguss we sentliche Beeinträchtigungen auftreten. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein zylinderförmiger Filterkörper mit stirnseitiger Abdichtung versehen wird und die mit dem weichen Polymermaterial abzudichtende Durchtrittsöffnung im lichten Durchtritt des Zylinders liegt. Hier erfolgt nämlich die Stabilisierung der Filterpatrone typisch im Außenbereich und demnach mit hartem Polymermaterial, was besonders vorteilhaft und gewünscht ist, weil so die Gesamtanordnung mechanisch stabiler ist. Es ist möglich, Filterpatronen so auszugestalten, dass kein zusätzlicher Käfig aus Kunststoff um das Filtervlies bzw. -gewebe herum vorgesehen wird, sofern dieses auch öldurchtränkt noch seine erforderliche Stabilität bewahrt, denn die stirnseitig auf- bzw.- angegossenen Polymermaterialien beeinträchtigen diese Stabilität nicht, sondern steigern sie vielmehr.
• Es ist möglich, als Polymerausgangsmassen Polyurethane zu verwenden. Diese können hinreichend fluidbeständig für eine Vielzahl von technisch relevanten Fluiden wie heiße Motoröle und dergleichen gebildet werden. Insbesondere ist es bevorzugt, Zweikomponenten-Polyurethane zu verwenden. In einem solchen Fall können für jede Polymerausgangsmasse, also sowohl für die Polymerausgangsmasse des harten wie auch des weichen Polymerausgangsmaterials, unterschiedliche Polyurethanzusammensetzungen, insbesondere unterschiedliche Zweikomponenten-Polyurethanzusammensetzungen verwendet werden. In jedem Fall ist es aber bevorzugt, für das harte und das weiche Polymerausgangsmaterial solche zu verwenden, die sich innig miteinander verbinden, sei es durch die Ausbildung einer quasi rein mechanischen Vernetzung der jeweiligen polymeren Substanzen, sei es durch die Bildung chemisch miteinander reagiert habender Polymerausgangsmassen. Es ist besonders be vorzugt, insbesondere für das weiche Polymerausgangsmaterial nichtschäumende Polyurethane zu verwenden, da sich diese im Regelfall als signifikant beständiger, was mechanischen Abrieb, Vibrationsempfindlichkeit etc. angeht, erweisen.
• Schutz wird auch beansprucht für die besonders bevorzugten Polymerausgangsmassen. Es hat sich herausgestellt, dass, während die Erfindung mit einer Reihe von Polymerausgangsmassen durchgeführt werden kann, besonders gute Ergebnisse dann erhalten werden, wenn entweder die Polymerausgangsmassen um nicht mehr als 60 % differierende Zeiten bis zur Erzielung einer eine Gegenstandsmanipulation erlaubenden Anfangsfestigkeit besitzen, die harten und weichen Polymermaterialen lineare Wärmeausgangskoeffizienten besitzen, die um nicht mehr als 70 %, insbesondere nicht mehr als 25 % differieren, und/oder wenn das Elastizitätsverhältnis zumindest um 20 differiert. Stark unterschiedliche Zeiten bis zum Erreichen einer Anfangsfestigkeit verhindern einen sehr innigen Verbund, während zu unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einem temperaturzyklusbedingten Grenzflächenversagen führen können. Ein zu dicht beieinander liegendes Elastizitätsverhältnis zeigt dagegen kaum Vorteile im Gebrauch. Es sei erwähnt, dass als Polymerausgangsmasse für Zwecke der Erfindung mit den gewünschten, zumindest partiell, bevorzugt jedoch kumulativ vorhandenen Eigenschaften Zweikomponenten-Polyurethangussmassen aus insbesondere bei Zimmertemperatur flüssigen Ausgangskomponenten vorteilhaft sind.
• Weiter wird Schutz beansprucht für einen Gegenstand mit einer Dichtung, die aus zwei unterschiedlich harten Polymermaterialien gebildet und simultan an einen Gegenstand angegossen ist. Der Gegenstand kann bevorzugt ein Ölfilter sein und es ist möglich, die Durchtrittsöffnung mit einer radial vorgesehenen Dichtung auszubilden. Schutz wird daher insbesondere auch für einen Ölfilter mit erfindungsgemäßer Dichtung beansprucht.
• Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt:
• 1: ein Ölfilter der vorliegenden Erfindung.
• Nach 1 umfasst ein allgemein mit 1 bezeichneter Gegenstand 1 eine Dichtung 2 aus Polymermaterial, die aus zwei unterschiedlich nachgiebigen Polymermaterialien 2a, 2b gebildet und an den Gegenstand an einer Fläche 3 angegossen ist.
• Bei dem Gegenstand 1 handelt es sich im vorliegenden Fall um einen Ölfilter aus für diese gebräuchlichem heißölresistentem Vlies mit einer gefalteten Struktur, wie dies durch Rippen 3a, 3b, 3c usw. angedeutet ist. Wie in 1a ersichtlich, ist der äußere Umfang 4 des Ölfilters, auf den in 1a von oben geblickt wird, allgemein kreisförmig, während im Inneren ein allgemein kreisrunder Bereich 5 von den Filterrippen freigelassen wird. Wie allgemein üblich, erfolgt dabei eine Filterung von heißem Motoröl beim Durchtritt durch die Filterrippen, der von außen nach innen erfolgen kann. Die Bereiche zu filternden und bereits gefilterten Öles sind dabei einerseits durch die Filterrippen und andererseits durch die hier zu beschreibende Dichtung 2 getrennt.
• Die Dichtplatte 2 ist angegossen an die Stirnfläche des Ölfilters. Sie weist im Bereich der lichten Öffnung 5 des Öl filters weiches Polymermaterial 2b auf, das eine radial nach innen vorstehende Wulst 2b1 aufweist und in hartes Polymermaterial 2a eingeflossen ist, wie durch die angedeutete Übergangslinie 2c gezeigt. Das Polymermaterial ist zudem kapillar in den Randbereich der Stirnflächen der Filtertaschen 3a, 3b, 3c etc. hineingezogen und dort ausgehärtet. Die Dichtungsöffnung ist dazu ausgebildet, im Gebrauch auf einen Dichtungsdorn aus hartem Kunststoff, Metall oder dergleichen aufgesetzt zu werden.
• Die Anordnung wird hergestellt wie folgt:
  Zunächst wird eine Gießform vorgesehen, über welcher Gussdüsen für nichtschäumendes 2K-PUR-Polymermassenausgangsmaterial angeordnet werden, und zwar in einem Randbereich Düsen für eine hartaushärtendes nichtschäumendes Polymermaterial ergebende Zweikomponentenmischung und nahe eines zentralen Öffnungsbereiches Düsen für weichaushärtendes, nichtschäumendes Polymerausgangsmaterial. Nun wird Material in ausreichender Menge in die Formwanne eingegossen und die Stirnfläche eines vorbereiteten Gegenstandes, wie eines ölfilterbildenden gefalteten Filtervlieses, aufgesetzt. Gegebenenfalls kann eine Vergleichmäßigung des in die Form eingegossenen Polymerausgangsmaterials durch Rotation der Form oder durch Vorsehen mehrerer Einlaufdüsen erzielt werden.
• Nun härten die Polymermassen simultan miteinander aus. Dabei findet auch eine Aushärtung und damit Stabilisierung von in das Filtervlies hineingezogenem Polymerausgangsmaterial statt. Die Polymermassen der harten und weichen Polymerausgangsmaterialien verbinden sich zugleich innig.
• Nach Erzielen einer Anfangsfestigkeit von sowohl weichem als auch härterem Polymermaterial kann der Filter gewendet werden und die andere Stirnseite in entsprechender Weise mit einer Dichtung versehen werden. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass es nicht zwingend ist, beide Seiten auf gleiche Weise mit einem erfindungsgemäßen Dichtbereich zu versehen, wenngleich dies vorteilhaft ist.
• Es sei erwähnt, dass neben dem vorstehend beschriebenen Ölfilter auch andere Dichtungsanordnungen auf die beschriebene Weise herstellbar sind.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Dichtung mit verbundenem hartem und weichem Polymermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerausgangsmassen für hartes und weiches Polymermaterial ineinander gegossen werden und simultan miteinander zur Aushärtung gebracht werden.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gießen eine Durchtrittsöffnung belassen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtplatte gebildet wird, bei welcher ein Dichtwulst aus weichem Polymermaterial in eine Dichtöffnung ragend vorgesehen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerausgangsmasse an einem abzudichtenden Bereich eines Gegenstandes angegossen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymerausgangsmasse Polyurethan verwendet wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Zweikompomenten-Polyurethan als Polymerausgangsmasse verwendet wird, und zwar insbesondere jeweils unterschiedliche Zweikomponentenmischungen für die Polymerausgangsmasse des weichen und harten Polymers respektive.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nichtschäumendes Polyurethan verwendet wird, insbesondere nichtschäumende Ausgangsmasse(n) für die weiche Polymerausgangsmasse.
8. Polymerausgangsmasse zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtezeiten der Polymerausgangsmassen um nicht mehr als 40 % bis zum Erzielen einer Anfangsfestigkeit differieren und/oder die Wärmeausdehnungskoeffizienten der ausgehärteten Polymermassen um nicht mehr als 70 % differieren und/oder das Elastizitätsverhältnis der weichen und harten Polymermaterialen wenigstens um 20 % differiert.