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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung eines torusförmigen Dichtelementes
aus elastomerem Material durch Vulkanisation, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Mit
einem durch Vulkanisation hergestellten elastischen Dichtelement
werden z.B. Rohrverbindungen abgedichtet, die aus einem Fittingelement
und einem ein- oder aufschiebbaren Ende eines Leitungsrohres bestehen,
wobei das Dichtelement im Spaltbereich zwischen Fittingelement und
Rohrende anordenbar ist.
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Der
Anwendungsbereich dieser Dichtelemente reicht von der Abdichtung
von bekannten Steck-, Schraub- und Klemm- bis hin zu Rohrpressverbindungen,
wobei als Werkstoffe für
Fitting und Leitungsrohr sowohl Kunststoffe, wie auch Metalle zum
Einsatz kommen.
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Rohrverbindungen,
bestehend aus einem metallischen Pressfitting und einem darin einschiebbaren Leitungsrohr
sind als Pressfitting-System für
die Heizungsinstallation aus C-Stahl und für die Trinkwasserinstallation
aus hochlegiertem Stahl und Kupfer bekannt (s. Prospekt Mapress
GmbH, Lieferprogramm 4/2001).
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Das
bekannte System besteht im Wesentlichen aus einem plastisch verformbaren
metallischen Fittingelement, das je nach Anwendungsbereich als Bogen-
oder T-Stück,
Muffe oder Übergangsstück ausgebildet oder
mit einer Anschlussverschraubung versehen ist.
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Der
Pressfitting weist mindestens einen im Längsquerschnitt ringwulstartigen
ein Dichtelement aufnehmenden Abschnitt auf. An den Ringwulst schließt sich
ein sich in Längsrichtung
erstreckender zylindrisch ausgebildeter Abschnitt an, in den das
Leitungsrohr eingeschoben wird.
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Am
Ende der Erstreckung dieses zylindrischen Bereiches ist ein radial
nach innen sich erstreckender sickenförmiger Absatz angebracht, der
als Anschlag für
das einschiebbare glattendige Leitungsrohr dient.
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Mittels
eines mindestens zwei Pressbacken aufweisenden Presswerkzeuges wird
der Ringwulst plastisch und das Dichtelement elastisch verformt.
Zusätzlich
wird mit dem selben Pressvorgang im zylindrischen Bereich des Pressfittings
eine sickenförmige
Vertiefung angepresst, die auch das darunter liegende eingeschobene
Leitungsrohr mit erfasst. Das elastisch verformte Dichtelement übernimmt
bei diesem Verbindungssystem die Dichtfunktion, während die
angepresste sickenförmige
Vertiefung, die durch den Innendruck entstehenden Längskräfte aufnimmt.
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Das
torusförmige
und im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Dichtelement wird je
nach Einsatzbereich (Trinkwasser, Heizung, Gas) aus unterschiedlichen
elastomeren Materialien, beispielsweise aus Butyl-Kautschuk, Fluorpolymer
oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk durch Vulkanisation des unvernetzten
Materials hergestellt.
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Als
Vulkanisationsverfahren zur Herstellung von Dichtringen wird beispielsweise
das bewährte
Compression-Molding-Verfahren (CM) eingesetzt. Hierbei besteht das
bekannte Werkzeug aus zwei beheizbaren, aus Ober- und Unterwerkzeug
bestehenden Hälften,
mit mindestens je einer halbschalenförmigen Ausnehmung, wobei die
formgebenden Werkzeughälften
im geschlossenem Zustand einen der vorgesehenen Querschnittsgestalt
des Dichtelementes entsprechend geschlossenen torusförmigen Ringkanal
bilden.
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Zur
Vulkanisation wird das Werkzeug beheizt und zwischen die beiden
Werkzeughälften
eine dem Fertigteil entsprechende Menge des unvernetzten Materials
eingebracht.
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Das
Werkzeug wird anschließend
unter Druck in einer Pressvorrichtung verschlossen. Durch den Pressdruck
und die Temperatur erweicht die Mischung und füllt den Ringkanal aus. Der
bei 140–200°C vulkanisierte
Dichtring wird dann heiß dem
Werkzeug entnommen.
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Üblicherweise
werden auf diese Weise mit einem Werkzeug gleichzeitig mehrere Dichtringe
mit unterschiedlichen Nennabmessungen hergestellt.
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Ein
mit diesem bekannten Werkzeug hergestellter Dichtring hat mehrere
Nachteile. Es ist unausbleiblich, dass bei der Vulkanisation elastomeres
Material, ausgehend vom Ringkanal, zumindest in die Randbereiche
zwischen Werkzeughälften
und Dichtring eindringt. Dies führt
zur Bildung von Ansatzstellen mit ausgefransten Rändern und
Häutchen
auf der Außen-
und Innenoberfläche
des Dichtringes.
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Verstärkt ausgeprägte Ansatzstellen
können
bei einem ungewollten horizontalen Versatz der Werkzeughälften bei
der Vulkanisation entstehen. Durch den Versatz der halbschalenförmigen Ausnehmungen
wird ein im Querschnitt unsymmetrisches Dichtelement erzeugt, welches
entsprechend ausgeprägte
Ansatzstellen aufweist.
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Bei
Rohrverbindungen, wo die Dichtebene genau in dem mit den Ansatzstellen
behafteten Bereich liegt, d.h. an der mit dem Fitting und dem Rohr
in Kontakt stehenden Bereichen des Dichtelementes, kann die Dichtwirkung
beeinträchtigt
werden.
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Andererseits
stören
diese Ansatzstellen auch bei der Maßkontrolle des Dichtringes,
beispielsweise bei der gängigen
Durchlichtbetrachtung. Hier wird der Dichtring auf eine Glasplatte
gelegt und einseitig parallel beleuchtet. Die Messung erfolgt durch
Auswertung des Schattenwurfes auf der Rückseite der Glasscheibe.
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Ansatzstellen
in der horizontalen Symmetrieebene an der Außen- und Innenoberfläche des
Dichtringes führen
dazu, dass ein größerer Durchmesser
ermittelt wird, als er in Wirklichkeit vorhanden ist. Im Falle der
Rohrverbindung bedeutet dies, dass ein eigentlich funktionsfähiger Dichtring
als zu groß aussortiert
wird, oder ein zu kleiner und damit funktionsuntüchtiger Dichtring, als maßhaltig
eingestuft wird.
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Aus
diesem Grund wird die Oberfläche
der vulkanisierten Dichtringe üblicherweise
aufwändig
einzeln geschliffen und poliert, um eine einwandfreie glatte Oberfläche und
somit eine qualitätssichere
und dauerhaft dichte Rohrverbindung zu erreichen.
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Der
Aufwand der mechanischen Nachbearbeitung der Dichtelemente schlägt sich
deutlich auf die Herstellungskosten nieder.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Werkzeug zur Herstellung eines torusförmigen Dichtelementes
aus einem elastomeren Material anzugeben, welches die geschilderten
Nachteile vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
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Nach
der Lehre der Erfindung ist in einer ersten Ausführungsform die Trennebene des
Ober- und Unterwerkzeuges,
bezogen auf die symmetrische Horizontalebene des Ringkanals, versetzt
angeordnet.
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Gegenüber dem
bekannten Werkzeug, mit einer bezüglich der symmetrischen Horizontalebene
des Ringkanals nicht versetzten Trennebene, ergibt sich der Vorteil,
dass sich die Ansatzstellen am vulkanisierten Dichtelement durch
einen entsprechend erzeugten Versatz aus der Symmetrieebene anordenbar
sind.
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Bei
entsprechend großem
Versatz der Ansatzstellen führt
dies bei in die Rohrverbindung eingelegtem Dichtelement dazu, dass
sich diese nunmehr außerhalb
der mit dem Fitting und dem Rohr in Kontakt stehenden Bereichen
befinden, so dass ein nachteiliger Einfluss auf die Dichtigkeit
der Rohrverbindung vermieden wird.
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Bezogen
auf die Horizontalebene des Dichtelementes sind die Ansatzstellen
also erfindungsgemäß nunmehr
um einen Winkel verschwenkt angeordnet. Als günstig hat sich dabei ein Winkel
von mindestens 30° erwiesen.
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Einerseits
kann dadurch die aufwändige
mechanische Nacharbeit der Dichtelemente eingespart werden, was
sich in niedrigeren Herstellungskosten niederschlägt. Andererseits
wird auch die Prüfung
der Maßhaltigkeit
verbessert und damit die Ausschussquote gesenkt, wenn der Verschwenkwinkel
aus der Symmetrieebene des Dichtelementes so groß ist, dass beim Durchlichtverfahren
die Ansatzstellen vom Nennquerschnitt des Dichtelementes überdeckt
werden und somit im Schattenwurf nicht erkennbar sind.
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In
einer verbesserten Ausführungsform
ist die Trennebene des Ober- und Unterwerkzeuges in Bezug auf den
Außen-
und Innenumfang des Ringkanals gleichmäßig stufenförmig versetzt angeordnet. Dies
hat den Vorteil, dass die beim Versatz entstehenden Hinterschneidungen
bezogen auf die Werkzeughälften
reduziert werden, wodurch die Entnahme des vulkanisierten Dichtelementes
aus dem Werkzeug vereinfacht wird. Die Ansatzstellen am Dichtelement
liegen sich hierbei bezogen auf den Querschnitt symmetrisch, d.h.
unter gleichem Winkel aus der Horizontalebene verschwenkt, gegenüber.
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Noch
weiter erleichtern lässt
sich die Entnahme des Dichtelementes aus dem Werkzeug, wenn die Trennebene
in Bezug auf den Außen-
und Innenumfang des Ringkanals ungleichmäßig stufenförmig versetzt angeordnet ist,
wobei der sich aus dem Versatz ergebende Hinterschnitt von Ober-
und Unterwerkzeug bezogen auf die Querschnittsgestalt des Ringkanals
unterschiedlich groß ist.
Die Ansatzstellen am Dichtelement liegen sich hierbei bezogen auf
den Querschnitt unsymmetrisch, d.h. unter verschiedenen Winkeln
aus der Horizontalebene verschwenkt, gegenüber.
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Vorteilhaft
lässt sich
das Werkzeug dabei so gestalten, dass in den beiden Werkzeughälften mehrere formgebende
Ausnehmungen mit stufenförmigem
Versatz für
gleiche oder unterschiedliche Nennabmessungen der Dichtelemente
vorhanden sind.
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Der
Einsatzbereich derart vorteilhaft hergestellter Dichtelemente umfasst
dabei jegliche Art von Rohrverbindungen, bei denen zwischen Fitting
und Rohr ein elastisches Dichtelement aus einem elastomeren Material
eingesetzt wird. Insbesondere vorteilhaft ist dieses Dichtelement
auch bei metallischen Rohrpressverbindungen anwendbar.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1a ausschnittsweise
Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeuges mit aus der Symmetrieebene
versetzter Trennebene,
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1b erfindungsgemäßes Dichtelement,
hergestellt mit dem Werkzeug nach 1a,
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1c hälftiger
Längsschnitt
einer Rohrverbindung mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement nach 1b,
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2a wie 1a,
jedoch mit symmetrischer Trennebene,
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2b wie 1b,
hergestellt mit dem Werkzeug nach 2a,
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2c hälftiger
Längsschnitt
einer Rohrverbindung mit einem Dichtelement nach 2b.
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In 1a ist
in einer ausschnittweisen Querschnittsdarstellung ein erfindungsgemäßes Werkzeug
mit aus der horizontalen Symmetrieebene versetzter Trennebene dargestellt.
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Das
Werkzeug besteht aus zwei Werkzeughälften 1, 1' in denen formgebende
Ausnehmungen 12, 12' eingearbeitet
sind, die im dargestellten geschlossenen Zustand des Werkzeuges
einen geschlossenen torusförmigen
Ringkanal mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt bilden.
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Zur
gleichzeitigen Fertigung mehrerer Dichtelemente ist das Werkzeug
mit weiteren Ausnehmungen 13, 13' versehen.
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Erfindungsgemäß ist die
Trennebene des Ober- und Unterwerkzeuges 1, 1', bezogen auf
die symmetrische Horizontalebene x des Ringkanals versetzt angeordnet.
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Dargestellt
ist hier die vorteilhafte Ausführungsform,
bei der die Trennebene des Ober- und Unterwerkzeuges 1, 1' zwischen Außen- und
Innenumfang des Ringkanals ungleichmäßig stufenförmig versetzt angeordnet ist,
wobei der sich aus dem Versatz ergebende Hinterschnitt 5, 6 von
Ober- und Unterwerkzeug 1, 1', bezogen auf die Querschnittsgestalt
des Ringkanals, unterschiedlich groß ausgebildet ist. Hierdurch
wird die Entnahme des in 1b vergrößert dargestellten
vulkanisierten Dichtelementes 3 aus dem Werkzeug erleichtert.
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Entsprechend
der Größe des ungleichmäßigen Versatzes
der Trennebene des Werkzeuges, bezogen auf die symmetrische Horizontalebene
x des Ringkanals, sind die bei der Vulkanisation durch Eindringen
des elastomeren Materials in den Spalt der Trennebene unvermeidbar
entstehenden Ansatzstellen 16, bezogen auf die Horizontalebene
x' des Dichtelementes 3,
ebenfalls verschwenkt angeordnet. Die Ansatzstellen am Dichtelement
liegen sich hierbei bezogen auf den Querschnitt unsymmetrisch, d.h.
unter verschiedenen Winkeln α, β aus der
Horizontalebene des Dichtelementes verschwenkt, gegenüber.
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In 1c ist
in einem hälftigen
Längsschnitt
eine Rohrverbindung mit einem eingelegten erfindungsgemäßen Dichtelement 3 dargestellt.
Es zeigt einen verformbaren metallischen Pressfitting 7,
wobei das dargestellte Teilstück
Element eines Bogens, eines T-Stückes,
einer Muffe oder eines Reduzierstückes sein kann.
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Der
Pressfitting 7 weist einen im Querschnitt ringwulstartigen
Abschnitt 8 auf, an den sich ein in Längsrichtung erstreckender zylindrisch
ausgebildeter Bereich 9 anschließt. Am Ende der Längserstreckung
des zylindrisch ausgebildeten Bereiches 9 ist ein radial
nach innen sich erstreckender sickenförmiger Absatz 10 angeformt,
der als Anschlag für
das einzuschiebende Leitungsrohr 11 dient. In dem Bezug
auf das Leitungsrohr 11 spaltbildenden, ringwulstartigen
Abschnitt 8 des Pressfittings 7 ist ein erfindungsgemäßes Dichtelement 3 angeordnet,
das nach der Verpressung für
die notwendige Abdichtung zwischen Leitungsrohr 11 und
Pressfitting 7 sorgt.
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Erfindungsgemäß sind die
Ansatzstellen 16 des Dichtelementes 3, bezogen
auf die symmetrische Horizontalebene x' des Dichtelementes 3 so weit
um einen Winkel α, β verschwenkt,
dass diese außerhalb
der mit dem Fitting 7 und dem Rohr 11 zur Abdichtung
in Kontakt stehenden Bereichen des Dichtelementes 3 liegen.
Zur Herstellung einer qualitätssicheren
Rohrverbindung ist es somit nicht mehr notwendig die Ansatzstellen
in aufwändiger
Weise zu entfernen.
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Im
Vergleich mit einem Dichtelement, hergestellt mit einem bekannten
Werkzeug, entsprechend 2a und 2b, werden
die Vorteile des neuen Werkzeuges und des damit hergestellten Dichtelementes deutlich.
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2a zeigt
ein bezogen auf die Horizontalebene x symmetrisch geteiltes Werkzeug,
wobei in das Ober- und Unterwerkzeug 2, 2 jeweils
symmetrische halbschalenförmige,
einen geschlossenen Ringkanal bildende, Ausnehmungen 14, 15 zur
Herstellung von Dichtelementen mit unterschiedlichen Nennabmessungen, eingearbeitet
sind. Die Ansatzstellen 16 des mit diesem Werkzeug hergestellten
Dichtelementes 4, gemäß 2b,
liegen demzufolge ebenfalls auf der Symmetrieebene x' des Dichtelementes 4.
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Bei
einer der 1c entsprechenden Rohrverbindung,
dargestellt in 2c, liegen die Ansatzstellen 16 des
Dichtelementes 4 genau im mit dem Fittingelement 7 und
dem Rohr 11 zur Abdichtung in Kontakt stehenden Bereich,
so dass die Entfernung dieser Ansatzstellen zur Herstellung einer
qualitätssicheren
Rohrverbindung unumgänglich
ist.
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