DE102013006587A1

DE102013006587A1 - Gehäuse mit angeformter, elastischer Dichtung (Funktionsgehäuse)

Info

Publication number: DE102013006587A1
Application number: DE102013006587.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Borm; Wendel Frick; Julian Kaptur; Andreas Pfeilmeier; Jürgen Ohr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft das Herstellen eines Gehäuses (2) und das Anformen einer dynamischen Dichtung (1) an das Gehäuse (2), zur Abdichtung eines beweglichen Durchführungselementes (5) und Trennung der Räume (p1) und (p2). Die Dichtung (1) ist im Bereich (3) an das Gehäuse (2) angeformt und umschließt das Durchführungselement (5) radial und abdichtend. Erfindungsgemäß erfolgen das Herstellen des Gehäuses (2) und das Anformen der dynamischen Dichtung (1) an das Gehäuse (2) im Bereich (3) durch Spritzgießen. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses (2) mit angeformter, dynamischer Dichtung (1) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Gehäuses (2) aus einem harten Werkstoff mit angeformter, elastischer Dichtung mit dynamischer Dichtfunktion (1) zur Abdichtung eines beweglichen, das Gehäuse durchdringende Elements (5) und zur Bildung zweier Räume (p₁ und p₂) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses mit Dichtung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass herkömmlich Durchführungen an Gehäusen für bewegte Elemente, z. B. Wellen oder Kolbenstangen, durch montierte Dichtungen, die mittels Kraft- und Formschluss im Gehäuse befestigt sind, abgedichtet werden. Es bestehen Innovationspotentiale, durch eine freie Gestaltbarkeit der Dichtung (1) samt Durchführungsgeometrie (1, 4, 6), durch Einsparung von Montage- und Logistik-Aufwand, wenn eine solche, dynamische Dichtung (1) direkt an das Gehäuse (2) im Verbindungsbereich (3) angeformt werden kann.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 035 315 A1 ist ein Radialwellendichtring bekannt, der eine dynamische Dichtung darstellt.
Aus der amerikanischen Patentschrift US 5,032,335 sind dynamische Dichtungen bekannt, die durch eine Vielzahl an Verfahrensschritten (Pressen und Sintern) hergestellt werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 035 027 A1 sind Dichtungen bekannt, wobei der Träger und der elastomere Körper aus zwei unterschiedlichen nichtmetallischen Werkstoffen bestehen und insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsgang, als Spritzgussteil gefertigt werden. Allerdings bedarf auch diese Herstellungsmethode eines anschließenden Montageschritts für den Fügevorgang der Dichtung in das gewünschte Gehäuse.
Aus der Patentschrift EP 1703181 B1 sind Dichtungen bestehend aus einem weichen Dichtungs- und einem harten Stützkörper bekannt und insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsgang, als Spritzgussteil gefertigt werden. Der Stützkörper dient ausschließlich der Abstützung der Dichtung und besitzt keine Gehäusefunktion.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hartes, funktionales Gehäuse (2) mit einer im Bereich (3) stoffschlüssig integrierten, dynamischen Dichtung (1) durch Spritzgießen herzustellen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 16 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch bestimmte Materialauswahl und Wahl des Herstellungsverfahren, um das Anformen eines dynamischen Dichtelements (1) der eingangs genannten Art an ein hartes Gehäuse (2) vorzusehen, wobei beim Arbeitsschritt des Anformens das Dichtelement erst geometrisch entsteht und mit dem Gehäuse verbunden wird. Dadurch entfällt eine separate Herstellung des Dichtelements samt Logistik und Montage und es besteht ein Innovationspotential durch die Möglichkeit der freien Formgebung des Dichtelements samt Gehäuse.
Die Erfindung sieht daher das Anformen einer dynamischen Dichtung aus einem mehrheitlich thermoplastischen Polymerwerkstoff an ein Gehäuse durch einen Temperatur- und Formgebungsprozess vor, wobei die Dichtung (1) und die Verbindung zum Gehäuse (3) in einem Arbeitsschritt entstehen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Verbund-Spritzgießen der Dichtung mit dem Gehäuse gelost.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist die Dichtung mit dem Gehäuse stoffschlüssig und unlösbar verbunden.
Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Lösung besteht aus einem harten Werkstoff, bevorzugt einem Polymerwerkstoff, vorzugsweise aus Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid (PA), Polyphenylensulfid (PPS), Polyaryletherketon (PEEK), Polypropylen (PP), Polyurethan (PU), Epoxidharz (EP), Phenolharz (PF), ungesättigtem Polyesterharz (UP) oder ähnlichen Werkstoffen, der harte Werkstoff kann zur Modifikation seiner mechanischen Eigenschaften Füll- und Verstärkungsstoffe enthalten, bevorzugt mineralische Füllstoffe, Glasfasern (GF) oder Kohlenstofffasern (CF) und zur Modifikation seines Haftvermögens zum Dichtungswerkstoff mit geeigneten Haftvermittlern ausgerüstet sein.
Die Dichtung besteht aus einem weichen Polymerwerkstoff, bevorzugt einem Thermoplastischen Polyurethan (TPU) oder einem ähnlichen Werkstoff.
Die Dichtung der erfindungsgemäßen Lösung kann mehrere Dichtkontaktzonen (3) aufweisen.
Das harte Gehäuse ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff spritzgegossen, beispielweise aus Polybutylenterephthalat mit Kurzglasfasern (PBT-GF).
Ausführungsbeispiel
1 zeigt schematisch das Gehäuse (2) mit dem beweglichen Durchführungselement (5) durch die Durchgangsöffnung (4) in der dynamischen Dichtung (1) und die abzutrennenden Räume (p₁) und (p₂) im Schnitt.
2 entspricht einem Ausschnitt aus 1 und zeigt schematisch im Halbschnitt die nach der Erfindung an das Gehäuse (2) angeformte, dynamische Dichtung (1) mit der Verbindungsstelle (3) und der Dichtungskontaktzone (6).
3a gibt einen Ausschnitt aus 1 und zeigt ein Ausführungsbeispiel einer geraden Dichtungskontur.
3b zeigt ein Ausführungsbeispiel wie in 3a, jedoch mit einer gekrümmten Dichtungskontur.
Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht zu ziehende Druckschriften:

Für die Beurteilung der IPC-Klassifizierung vorgeschlagene

F16J 15/00
F16J 15/16, F16J 15/50, F16J 15/32, F16K 41/04, F16K 41/06

Bezugszeichenliste

1: Dichtung
2: Gehäuse
3: Verbindungsstelle
4: Durchgangsöffnung
5: Bewegliches Durchführungselement
6: Dichtkontaktzone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008035315 A1 [0003]
US 5032335 [0004]
DE 102005035027 A1 [0005]
EP 1703181 B1 [0006]

Claims

Herstellung eines harten Gehäuses (2) mit einer weichen, dynamischen Dichtung (1) dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Oberfläche des Gehäuses und der Dichtung in der Anwendung Bestandteil von mindestens einem abgeschlossenen Stoffraum sind und das Gehäuse (2) mit angeformter Dichtung (1) durch Verbund-Spritzgießen hergestellt wird, wobei die dynamische Dichtung (1) dabei geometrisch entsteht und mit dem Gehäuse (2) an der Verbindungsstelle (3) stoffschlüssig verbunden wird und aus einem Polymerwerkstoff besteht und zudem eine Durchgangsöffnung (4) mit mindestens einer Dichtkontaktzone (6) zu einem aus dem abgeschlossenen Raum (p₂) das Gehäuse (2) durchdringenden, beweglichen Elements (5) besitzt und die Dichtkontaktzone (6) dichtet gegen dieses bewegliche Element (5) dynamisch ab.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das harte Gehäuse, ohne Dichtung (1), eine eigene Funktionalität besitzt.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das harte Gehäuse aus einem harten Werkstoff besteht, bevorzugt aus einem Polymerwerkstoff, insbesondere aus Epoxidharz (EP), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyaryletherketon (PEEK), Polyethylenterephthalat (PET), Polyphenylensulfid (PPS), Polyurethan (PU), Phenolharz (PF) oder Polyesterharz (UP).
Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der harte Werkstoff anorganische oder organische Zuschlagstoffe, insbesondere Glas- oder Kohlenstofffasern enthält.
Gehäuse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der harte Werkstoff mit einem Haftvermittler ausgerüstet ist.
Gehäuse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerwerkstoff PBT-GF30 ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem polyesterbasierten Polyurethan mit einer Shore-Härte von 94A ± 4 besteht.
Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan aus Polycaprolacton (CAPA), Hydroquinone bis(2-hydroxyethyl)ether (HQEE) und Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) besteht.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan aus Isocyanat, einem langkettigen Polyol und einem kurzkettigen Polyol als Kettenverlängerer besteht und eine Glasübergangstemperatur (T_g) von –60°C oder höher, insbesondere –30°C besitzt, eine obere Einsatztemperatur von 180°C oder weniger, insbesondere 120°C oder weniger aufweist und eine Shore-Härte bevorzugt von 73D oder weniger, insbesondere eine Shore-Härte von 94A oder weniger hat.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus einem thermoplastischen Elastomer besteht mit einer Shore-Härte von 73D oder weniger, bevorzugt mit einer Shore-Härte von 94A oder weniger.
Gehäuse mit Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundteil durch Urformen, insbesondere Mehrkomponentenspritzgießen in 2 aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten auf einer Maschine oder durch Umsetzen des Gehäuses von einer Maschine auf eine andere, zum Anformen der Dichtung an das Gehäuse, hergestellt sind.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das harte Gehäuse in einem getrennten Arbeitsgang durch Urformen, insbesondere Spritzgießen, Pressen, Laminieren oder ähnliche Verfahren oder durch Umformen aus Halbzeugen hergestellt wird, wobei das Gehäuse noch eine Nachbehandlung erfahren kann.
Gehäuse mit Dichtung nach Anspruch 1, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse in einem getrennten Arbeitsgang hergestellt wird und das Gehäuses bei Raumtemperatur oder nach Vorwärmen auf 250°C oder weniger in ein Werkzeug zum Anformen der Dichtung an das Gehäuse insbesondere durch Verbund-Spritzgießen, eingelegt wird.
Gehäuse und Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakttemperatur bei der Anformung der Dichtung an das Gehäuse in der Verbindungsstelle (3) 250°C oder weniger aufweist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (1) an ihrer Dichtkontaktzone (6) ein bewegliches Element (5) als Kontaktpartner aufweist, das insbesondere translatorisch oder rotatorisch beweglich ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung durch Verbund-Spritzgießen hergestellt wird und der Dichtkontaktbereich (6) der Dichtung beim Anformen der Dichtung an das Gehäuse bevorzugt konturgenau entsteht, oder in einem Folgeschritt, insbesondere durch Spanen, fertiggestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (2) mit Dichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei insbesondere in einem ersten Herstellungsschritt aus einem ersten Werkstoff mittels Spritzguss in ein Formwerkzeug eine erste Komponente erzeugt wird an die, in einem zweiten Arbeitsschritt, unter Verwendung eines zweiten Werkstoffs, mittels Spritzguss, die zweite Komponente angeformt wird.