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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen und Festlegen eines
elastomeren, konturierten Dichtmediums auf einem Substrat.
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Bei
Anwendungen mit großen Abdichtlängen und geringen
zulässigen Bauteildeformationen, wie dies beispielsweise
bei Getriebesteuerplatten von elektro-hydraulisch betätigbaren
Automatikgetrieben der Fall ist, können in das System nur
geringe Dichtkräfte eingebracht werden. Die bekannten Dichtsysteme,
die beispielsweise im Siebdruckverfahren auf einem als Getriebesteuerplatte
gebildeten Träger aufgebracht werden, sind hinsichtlich
ihrer Stärke und ihrer Kontur betreffend die Erfüllung
der an sie gerichteten Anforderungen grundsätzlich limitiert. Siebdruckverfahren
zur Herstellung von linienhaften Dichtungen bedürfen einer
gewissen Mindestbreite, die oft bei den komplex geformten und von
Gesetzen der Strömungsmechanik definierten Labyrinthstrukturen
einer Getriebesteuerplatte kaum oder gar nicht realisierbar ist.
Zudem sind im Siebdruckverfahren hergestellte Dichtungen grundsätzlich
Setzprozessen im Betrieb unterworfen.
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Es
sind ferner konturierte Dichtmedien, wie Dichtlippen, als Weichstoffdichtungen
bekannt, die allerdings den Nachteil aufweisen, dass diese in einem
zusätzlichen Montageschritt auf dem Träger angeordnet
und festgelegt werden müssen. Bei einer weiteren bekannten
Ausführungsform solcher Weichstoff-Dichtmedien mit einer
definierten, dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßten Querschnittsform sind
diese stoffschlüssig auf dem Träger festgelegt. Allerdings
erlauben die bekannten Herstellverfahren von solchen, auf einem
Träger geformten und in einem Verfahrensschritt festgelegten
Dichtmedien nicht die Herstellung sehr feiner Konturformen.
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Durch
die
EP 1 023 549 B1 ist
ferner ein Verfahren zur Herstellung einer statischen Dichtung bekannt,
das die folgenden Schritte aufweist:
- – auf
jede der Flächen eines flachen Metallkerns, der aus kohlenstoffarmem
Stahl hergestellt ist, eine Haftsubstanz kalt aufbringen,
- – auf jede der Flächen des Kerns eine Elastomerschicht
kalt aufbringen,
- – den mit Elastomer bedeckten flachen Metallkern in
einer geheizten Form so anordnen, dass jede Elastomerschicht, deren
Dicke je nach Form der Teile, zwischen welche die Dichtung montiert
werden soll, und je nach den Dichtigkeitsanforderungen variiert,
in Form gebracht wird, und so, dass auf jeder Elastomerschicht und
entlang dem Außenrand der Dichtung mindestens ein kontinuierlicher
Steg oder eine kontinuierliche Rippe mit einem allgemein dreieckförmigen
Querschnitt gebildet wird, dessen bzw. deren Höhe zwischen
0,05 und 0,5 mm variiert,
- – und das Elastomer heiß vulkanisieren.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Dichtmedium auch mit feinster
Kontur exakt auf einem Träger gebildet und festgelegt werden
kann und das einfach in der Durchführung ist.
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Erfindungsgemäß ist
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 in seiner Gesamtheit gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst der, das Dichtmedium zugeordnet bekommende
Träger als Substrat an einem ersten Spritzgußwerkzeugteil
angeordnet oder eingelegt wird. Ein zweites, ebenfalls starres Spritzgußwerkzeugteil
weist in den Bereichen, in denen das Dichtmedium angeordnet oder
eingebracht wird, einen starren lichtdurchlässigen oder
im allgemeinsten Fall Strahlung zur Vernetzung des Dichtmediums
durchlassenden Werkstoff auf und wird mit dem ersten Spritzgußwerkzeugteil
zum Durchführen des Herstellverfahrens zusammengefahren.
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Anschließend
wird das Dichtmedium zumindest in den in den lichtdurchlässigen
oder strahlungsdurchlässigen Werkstoffbereich des zweiten
Spritzgußwerkzeugteils eingepreßt und/oder durch
Anlage von Vakuum in die derart gebildete Formkavität eingesaugt,
wodurch die, die Kontur, wie etwa eine Kegelform des Dichtmediums
beschreibenden Hohlräume zunächst mit dem unvernetzten
plastischen Dichtmedium gefüllt werden. In einem weiteren
Verfahrensschritt wird die in Dosis und Zeit geeignete, für
die Vernetzung des Dichtmediums erforderliche Strahlung durch den
strahlungsdurchlässigen starren Werkstoff des zweiten Spritzgußwerkzeugteils
aufgegeben und nach Vernetzen des Dichtmediums der substratförmige
Träger mit dem darauf kraft- oder stoffschlüssig
festgelegten, vernetzten Dichtmedium ausgebracht, beispielsweise
ausgeworfen.
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Sofern
die Dichtkontur auf beiden Seiten des Substrats anzubringen ist,
sind beide Spritzgußwerkzeugteile, wie dargelegt, durchlässig
zu gestalten, um auch auf der derart entstandenen Rückseite
eine Vernetzung des Dichtmediums zur Bildung der Dichtkontur zu
ermöglichen.
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Dadurch,
dass im Gegensatz zum Stand der Technik zwei Spritzgußwerkzeugteile
angewandt sind, die einen starren Werkstoff, der die für
die Vernetzung des Dichtmediums notwendige Strahlung durchläßt,
umfassen, ist eine Möglichkeit geschaffen, in diesem starren
Werkstoff durch geeignete Formgebungsmaßnahmen, wie Erodieren,
Fräsen, Laserformen und dergleichen, feinste Formgebungsstrukturen
für die Formgebung der Kontur des Dichtmediums durchzuführen.
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Handelt
es sich bei dem strahlungs- oder lichtdurchlässigen Werkstoff
um einen Thermoplasten, so läßt sich dieser auch
auf ein die Kontur des Dichtmediums beschreibendes Formwerkzeugteil aufgießen
und zur Erstarrung bringen. Im Gegensatz zu Heiß-Vulkanisierprozessen
läßt sich das dahingehende Auftrag- und Aushärtungsverfahren
bei durchzuführender Vernetzung „kalt” ausführen,
was die Prozeßsicherheit erhöht und das Durchführen
des Verfahrens vereinfacht. Insbesondere läßt
sich das erfindungsgemäße Verfahren unter Raumtemperaturbedingungen
durchführen und Schrumpf- oder Schwundvorgänge
an der Dichtung sind vermieden.
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In
Abhängigkeit von den eingesetzten Werkstoffen für
die Spritzgußwerkzeuge können weitere Verfahrensschritte,
wie etwa die Behandlung der Oberflächen der Spritzgußwerkzeuge
mit Trennmitteln oder die Kühlung der Spritzgußwerkzeuge,
notwendig werden.
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Bevorzugte
Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfinderischen
Verfahrens ist der lichtdurchlässige oder für
die Vernetzung strahlungsdurchlässige Werkstoff für
das jeweilige Spritzgußwerkzeug aus einem transparenten
oder transluzenten Duroplasten oder Thermoplasten gebildet, in dem jeweils
die Kontur des zu erzeugenden Dichtmediums eingearbeitet ist. Als
geeignete Werkstoffe kommen hier insbesondere Plexiglas-, Acrylglas-
sowie Zelluloseester-Kunststoffe in Betracht.
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Ferner
kann es in Abhängigkeit des abzuformenden Dichtmaterials
notwendig oder empfehlenswert sein, anstelle eines organischen glasartigen Werkstoffes
ein anorganisches Glas für das gesamte zweite Spritzgußwerkzeugteil
oder zumindest für die strahlungsdurchlässigen
Bereiche desselben vorzusehen, die insoweit die Form des Dichtmediums
später auf dem Träger definieren.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Material
für das Dichtmedium ein Acrylat-Kautschuk (ACM). In Abhängigkeit
von den Umgebungsbedingungen des Dichtmediums sind andere Elastomere
ebenso einsetzbar wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Kautschuk,
Fluorsilikon-Kautschuk, Fluormethyl-Polysiloxan und dergleichen mehr.
Mit den genannten Dichtmedien lassen sich schmale Konturelemente
herstellen, die es ermöglichen, den eigentlichen Abdichtbereich äußerst schmal
auszubilden, beispielsweise in Form einer Dichtlinie.
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In
vorteilhafter Weise ist die Kontur des Dichtmediums derart gestaltet,
dass dieses zumindest ein eine Mikrodichtlippe bildendes Konturelement
aufweist. Aufgrund der an der Mikrodichtlippe gebildeten stirnseitigen
Linienführung läßt sich der Abdichtbereich
in vorteilhafter Weise in Form einer wirksamen Dichtkante oder Dichtlinie
gestalten. Aufgrund der damit einhergehenden Linienberührung mit
einem benachbarten, abzudichtenden Bauteil lassen sich die notwendigen
Mindestdichtkräfte sicherstellen, d. h. ohne die Gefahr
von Bauteildeformationen läßt sich die erforderliche
Dichtwirkung gewährleisten.
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Als
besonders vorteilhaft kann es sich erweisen, beispielsweise um eine
Art Redundanzebene bei der Abdichtung zu schaffen, wenn mehrere
solcher Konturelemente, wie Mikrodichtlippen, in Reihe nebeneinander
und mit Abstand zueinander verlaufend angeordnet werden. Bei dieser
Gestaltung der Mikrodichtlippen mit Rippenstruktur ist die sichere Abdichtung
auch bei sehr großen Abdichtlängen, wie dies bei
Getriebesteuerplatten mit weit auseinanderliegenden Spannbolzen
der Fall sein kann, mit geringen Dichtkräften erreichbar.
Dadurch, dass als formgebender Werkstoff ein starres Material zumindest
im Bereich des herzustellenden Dichtmediums gewählt ist,
lassen sich auch feinste Strukturen von Konturelementen mit hoher
reproduzierbarer Genauigkeit herstellen.
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Solche
feinen Konturelemente bedürfen unter Umständen
einer vorzugsweise elastischen Verbindung im Fußbereich
miteinander. So ist mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren ein flächiges, beispielsweise streifenförmiges
Verbindungselement in gleicher Weise herstellbar wie die Konturelemente, die
vorzugsweise einstückiger Bestandteil des Verbindungselementes
sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen
sich wesentlich geringere Materialstärken, insbesondere
in Form von Wandstärken, bei den Konturelementen, gebildet
aus dem Dichtmedium, erzeugen, als dies mit den bisher bekannten
Verfahren nach dem Stand der Technik aufgezeigt ist.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher
Darstellung die
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1 einen
schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Spritzgußwerkzeug im geöffneten Zustand;
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2 einen
schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Spritzgußwerkzeug im geschlossenen Zustand; und
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3 eine
Draufsicht auf einen als Getriebesteuerplatte gebildeten substratartigen
Träger, der gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Mikrodichtlippen aufweist.
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In 1 ist
in einem schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Spritzgußwerkzeug im geöffneten Zustand ein Substrat
oder Träger 2, der beispielhaft als Getriebesteuerplatte 11 ausgebildet
ist, gezeigt. Der Träger 2 ist in ein flächiges,
mit einer der Außenkontur der Getriebesteuerplatte 11 nachfolgendes
erstes Spritzgußwerkzeugteil 3 eingelegt. Das
erste Spritzgußwerkzeugteil 3 kann in an sich
bekannter Weise auf einer Werkzeugaufspannplatte festgelegt sein.
Die Getriebesteuerplatte 11 ist entlang der in 3 gezeigten,
teilweise eingezeichneten Labyrinthstrukturen mit Konturelementen 9 aus einem
vernetzten Dichtmedium zu versehen. Für diesen Zweck ist
ein zweites Spritzgußwerkzeugteil 4 aus einem
starren, lichtdurchlässigen, organischen Material 6 gebildet,
beispielsweise bestehend aus einem Thermoplasten, wie beispielsweise
Zelluloseester-Kunststoff, in dem eine Kontur 7 in Form
von drei mit Abstand nebeneinander aufgereihter Formkanäle 8 angeordnet
ist, die später mit Dichtmedium 1 befüllt die
Mikrodichtlippen 8 ausbilden. Die im Querschnitt geschnitten
dargestellten Formkanäle 8' sind durch einen flächigen
Verbindungskanal 10' fußseitig verbunden, der
zum Herstellen des flächigen Verbindungselementes 10 (vgl. 2)
dient.
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In
der 2 ist das Spritzgußwerkzeug in zusammengefahrenem
Zustand gezeigt, wobei ein sich im Bereich der Formkanäle 8' sowie
des Verbindungskanals 10' ergebendes Formnest 12 für
das einzubringende Dichtmedium 1 vorhanden ist. Der Träger 2 ist
gemäß der Darstellung nach der 2 zwischen
dem ersten Spritzgußwerkzeugteil 3 und dem zweiten
Spritzgußwerkzeugteil 4 festgelegt, wobei ein
Fluidkanal 13 zum Einbringen, insbesondere zum Einpressen
von unvernetztem Dichtmedium 1 dient, beispielsweise in
Form eines unvernetzten ACM-Kunststoffwerkstoffs, wobei der dahingehende Einbringvorgang
durch ein innerhalb der Form anzulegendes Vakuum (nicht dargestellt)
zusätzlich mit unterstützt werden kann. In dem
gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwar das gesamte zweite
Spritzgußwerkzeugteil 4, das vereinfacht als ebene
Platte gezeigt ist, aus lichtdurchlässigem Kunststoffmaterial gebildet;
es ist jedoch auch ausreichend, wenn lediglich die Stellen 5,
an denen Strahlung für die Vernetzung des Dichtmediums 1 durchgelassen
werden soll, aus einem licht- oder strahlungsdurchlässigen Werkstoff
gebildet sind.
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Mittels
einer oder mehrerer Strahlungsquellen 14 wird dann nach
dem Einspritzen des Dichtmediums in die Form mittels der derart
erzeugten Strahlung, wie etwa UV-Licht, die Vernetzung des Dichtmediums 1 durchgeführt.
Um die Verfahrensabläufe zu beschleunigen, kann auch zunächst
innerhalb der Form eine Teilvernetzung stattfinden, die vorzugsweise
so lange durchgeführt wird, bis das Dichtmedium formstabil
am substratförmigen Träger 2 gehalten zusammen
mit dem Träger 2 aus der Form entnehmbar ist.
Anschließend kann an einer anderen, nicht näher
dargestellten Position eine Endvernetzung durchgeführt
werden. Insbesondere die starre Bauart des zweiten Spritzgußwerkzeugteils 4,
die die späteren Konturen des Dichtmediums 1 im
vernetzten Zustand definiert, ermöglicht durch die Paß-
und Fertigungsgenauigkeit sehr feine geometrische Strukturen für
das Verbindungselement 10 als auch für die Mikrodichtlippen 8.
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Die 3 zeigt
in einer Draufsicht einen als Getriebesteuerplatte 11 gebildeten
Träger 2 oder eine sonstige Funktionslage eines
Dichtsystems, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
auf den Träger 2 aufgebracht und mit diesem verbunden
ist. Abdichtzonen laufen bei der dahingehenden Ausgestaltung entlang
vorgegebener verzweigter Labyrinthstrukturen 15. Von in
dem Träger 2 außerdem befindlichen Fluiddurchgängen,
wie sie in der bei Getriebesteuerplatten üblichen Weise
für den Durchtritt von Betriebsfluiden vorhanden sind,
die beispielsweise Kupplungsdrücke erzeugen oder einen
hydrodynamischen Wandler solcher Automatgetriebe versorgen und/oder
ansteuern, sind einige mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet.
Sofern man in der Art eines Basisüberzuges auf der gesamten
Oberfläche des Trägers 2das Dichtmedium 1 flächig
aufbringen wollte, müßten die dahingehenden Durchgänge
oder Durchlässe in der Herstellform mit nicht näher
dargestellten Formkernen abgedeckt sein und auf dem dahingehenden
Gesamtüberzug könnten dann wiederum die einzelnen
Mikrodichtlippen mit einem Überstand angeordnet werden.
Die Höhe und die Breite einer jeden Mikrodichtgeometrie
beträgt selten mehr als 1 mm und liegt bevorzugt im Bereich
zwischen 1/10 mm bis 1/20 mm. Anstelle der im Querschnitt gesehen
keilförmig verlaufenden Mikrodichtlippen 8 können
auch andere Dichtgeometrien verwirklicht werden, sei es in Form
trapezartiger oder rechteckförmiger Blockdichtungen, sei
es in Form konvex verlaufender Dichtwülste (nicht dargestellt)
etc.. Ferner besteht die Möglichkeit, bei einer nicht näher
dargestellten Ausführungsform auch das Spritzgußwerkzeug 3 strahlungsdurchlässig
zu gestalten und mit entsprechenden Dichtkonturen zu versehen, so
dass der Träger 2 dann auf beiden gegenüberliegenden
Seiten die einzelnen Mikrodichtelemente aufweisen kann.
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Wie
die 3 weiter zeigt, können verschieden viele
Konturelemente als Bestandteil des Dichtsystems nebeneinander angeordnet
werden. Die Querschnittsform des jeweiligen Konturelementes ergibt
sich aus den jeweiligen Einsatzbedingungen für den hierauf
angepaßten Abdichtbereich. Die Erfindung ist nicht auf
die Anwendung bei Getriebesteuerplatten als Träger 2 eingeschränkt,
sondern kann überall dort zum Einsatz kommen, wo Drittbauteile eben
mit Dichtgeometrien, vorzugsweise in Mikroausgestaltung, zu versehen
sind.
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Neben
einer UV-Härtung besteht auch die Möglichkeit
der Elektronenstrahlhärtung für das zu vernetzende
Dichtmedium 1. Als substratförmiger Träger
können insbesondere bandförmige Werkstoffe, bestehend
aus Kohlenstoffstahl mit einer Dicke von 0,20 mm bevorzugt eingesetzt
werden. Auf dem Substrat 2 oder Träger kann für
eine verbesserte Anhaftung des zu vernetzenden Dichtmittels ein üblicher
Haftvermittler aufgetragen sein. Um eine topographische Anpassung
für die einzelnen Mikrodichtlippen zu erreichen, können
diese insbesondere in ihrer Breitengestaltung variieren und von
ihrer Einbauhöhe her einander entsprechen. Dergestalt läßt
sich über die Trägerfläche verteilt in
Abhängigkeit von den Anpreßkräften eine
Anpassung der Dichtgeometrien vornehmen. Damit der Träger 2 nach
außen hin eine Abdichtung erhält, kann im Sinne
einer T-Stellenabdichtung eine stirnseitige Umspritzung in der Art
einer Dichtlippe für den Träger 2 (nicht
dargestellt) erfolgen. Auch können die Dichtlippen in entsprechende Nuten
des Trägers 2 eingesetzt sein und des weiteren
lassen sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall
sog. flächige Dichtlippenanordnungen schaffen, beispielsweise
in der Art einer rautenförmigen oder sonstigen Musteranordnung.
Auch kann der Träger randseitig einen metallischen Bund aufweisen,
vorzugsweise mit einer Dicke ≤ 0,5 mm, so dass über
den Bund eine Art Stopperfunktion für das Dichtmedium erreicht
ist, das so lange zusammengepreßt werden kann, bis eben
die abzudichtende Gegenfläche in Anlage mit dem Stopperbund
gelangt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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