DE102014004925B4

DE102014004925B4 - Schwimmkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102014004925B4
Application number: DE102014004925.6A
Authority: DE
Inventors: Joachim Scheufler
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2034-04-08
Also published as: DE102014004925A1

Abstract

Schwimmkörper, der von einer Oberfläche (1) aus Silikon begrenzt ist und eine Dichte ρ < 1 g/cm3 aufweist, wobei im Inneren (2) des Schwimmkörpers eine Vielzahl schwimmfähiger, Schaumstoffkerne (3) angeordnet ist und wobei der Schaumstoff der Schaumstoffkerne (3) durch ein rieselfähiges und unter Temperaturbeaufschlagung aufschäumbares Pulver gebildet ist und das Silikon durch ein Flüssigsilikon.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper, der eine Dichte ρ < 1 g/cm³ aufweist, die Verwendung eines solchen Schwimmkörpers und das Verfahren zu dessen Herstellung.
Stand der Technik
Schwimmkörper sind allgemein bekannt und gelangen beispielsweise als Ventilkörper in Schwimmerventilen zur Anwendung. Schwimmerventile sind üblicherweise in Flüssigkeitskreisläufen eingebaut, wobei der Schwimmkörper den Durchlass durch das Schwimmerventil flüssigkeitsdicht verschließt, wenn er, abhängig vom Flüssigkeitspegel, an einem Ventilsitz anliegt.
Aus der AT 250681 B ist ein Schwimmkörper bekannt, der eine Dichte ρ < 1 g/cm³ aufweist, wobei im Inneren des Schwimmkörpers zumindest ein aus einem Schaumstoff bestehender Schaumstoffkern angeordnet ist. Der Schaumstoffkörper weist eine Oberflächenbeschichtung aus einem thermoplastischen Kunststoff auf, wobei die Oberflächenbeschichtung durch Folien oder Platten aus thermoplastischen Kunststoffen nach dem Vakuumverformverfahren auf den Schaumstoffkörper aufgebracht wird. Geeignete thermoplastische Kunststoffe sind zum Beispiel Polystyrol, Copolymerisate des Styrols, schlagfestes Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyolefine, Polyamide oder Polycarbonate. Das zuvor beschriebene Verfahren eignet sich zur Herstellung von Verbundkörpern, wie zum Beispiel Schwimmern.
Aus der DE 11 2011 100 254 T5 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Silikongriffs bekannt. Eine Substratoberfläche wird dabei mit einer Lösung einer Silikonzusammensetzung beschichtet, um eine Silikonschicht zu bilden. Die ausgehärtete Silikonzusammensetzung weist eine hohe Reibung für eine gute Griffigkeit auf. Die aushärtbare Silikonzusammensetzung kann eine Silikonflüssigkeit aufweisen, um die Viskosität der aushärtbaren Silikonzusammensetzung anzupassen und/oder um spezielle Eigenschaften des ausgehärteten Produkts, wie zum Beispiel Weichheit, bereitzustellen.
Aus der WO 02/072679 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern aus Silikonkautschuk bekannt, wobei eine Zwei-Komponenten-Flüssigsilikon-Zusammensetzung in einer Spritzgussvorrichtung thermisch erhitzt und in einer formgebenden Höhlung vulkanisiert wird, wobei vor der thermischen Behandlung mindestens eine Flüssigsilikon-Komponente mit einer Ammoniumverbindung gemischt wird. Der durch das Verfahren hergestellte, geschäumte Formkörper wird zum Beispiel als Isolationsmaterial gegen thermische oder akustische Einwirkungen, als Verpackungsmaterial, als Absorbermaterial gegen Schock und Stoß oder als Absorbermaterial zum Aufsaugen von Flüssigkeiten verwendet.
Generell können Schwimmkörper zum Beispiel als Hohlkörper ausgebildet sein und aus einem thermoplastischen Elastomerwerkstoff bestehen. Hierbei ist jedoch von Nachteil, dass ein solcher Schwimmkörper häufig keine ausreichend exakte Rundheit aufweist und dass der Schwimmkörper deshalb und/oder werkstoffbedingt gegenüber dem Ventilsitz nicht ausreichend gut abdichtet.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Schwimmkörper der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass er einfach und kostengünstig herstellbar ist, herstellungsbedingt nur geringe Toleranzen für toleranzkritische Anwendungen aufweist und deshalb gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 5 und 7 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die darauf rückbezogenen Unteransprüche Bezug.
Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, dass der Schwimmkörper von einer Oberfläche aus Silikon begrenzt ist und eine Dichte ρ < 1 g/cm³ aufweist, wobei im Inneren des Schwimmkörpers eine Vielzahl schwimmfähiger, Schaumstoffkerne angeordnet ist und wobei der Schaumstoff der Schaumstoffkerne durch ein rieselfähiges und unter Temperaturbeaufschlagung aufschäumbares Pulver gebildet ist und das Silikon durch ein Flüssigsilikon.
Hierbei ist von Vorteil, dass die aus Silikon bestehende Oberfläche gummielastische Eigenschaften aufweist und deshalb besonders zuverlässig gegenüber einem Ventilsitz abdichtet, auch dann, wenn weder der Schwimmkörper selbst noch der Ventilsitz besonders eng toleriert sind. Der Schaumstoffkern im Inneren des Schwimmkörpers sorgt für die erforderliche geringe Dichte ρ < 1 g/cm³ des Schwimmkörpers und damit für den erforderlichen Auftrieb.
Im Inneren des Schwimmkörpers ist eine Vielzahl schwimmfähiger Schaumstoffkerne angeordnet. Durch die Größe des Volumens, das die Schaumstoffkerne im Inneren des gebrauchsfertigen Schwimmkörpers einnehmen, wird Einfluss auf die Dichte des Schwimmkörpers und damit auf dessen Gebrauchseigenschaften genommen.
Das Silikon ist durch ein Flüssigsilikon gebildet. Im Gegensatz zu Flüssigsilikon könnte generell auch ein Feststoffsilikon zur Herstellung des Schwimmkörpers zur Anwendung gelangen. Feststoffsilikon hat eine knetähnliche Konsistenz und muss zur Weiterverarbeitung zunächst in einer Schnecke aufgeschmolzen werden, bevor ein fliessfähiger Werkstoff in die Werkzeugkavität eines Spritzgießwerkzeugs eingebracht werden kann. Die Verarbeitung von Feststoffsilikon ist dadurch vergleichsweise aufwendig. Einfacher und kostengünstiger ist demgegenüber die Verarbeitung von Flüssigsilikon. Das Flüssigsilikon kann ohne zusätzlichen vorherigen Verfahrensschritt in die Werkzeugkavität eines Spritzgießwerkzeugs eingebracht werden. Durch seine besonders gute Fliessfähigkeit ist das daraus hergestellte Bauteil besonders maßhaltig, was insbesondere dann von hervorzuhebendem Vorteil ist, wenn das Bauteil für toleranzkritische Anwendungen verwendet wird, zum Beispiel als Ventilkörper eines Schwimmerventils ausgebildet und an einen Ventilsitz eines Schwimmerventils dichtend anlegbar ist.
Der Schaumstoff des Schaumstoffkerns ist durch ein unter Temperaturbeaufschlagung aufschäumbares Pulver gebildet. Das rieselfähige Pulver kann einfach und besonders genau in das Flüssigsilikon dosiert und darin homogen verteilt werden. Das Aufschäumen des Pulvers zu den Schaumstoffkernen erfolgt herstellungsbedingt selbsttätig, nämlich wenn im Spritzgießwerkzeug die Temperatur erreicht wird, bei der das Pulver aufschäumt. Diese Temperatur kann zum Beispiel 180°C betragen.
Die Oberfläche kann eine Härte Shore A aufweisen, die 20 bis 70 beträgt. Eine solche Härte ist für die meisten Anwendungsfälle gut geeignet. Die elastische Nachgiebigkeit der Oberfläche ist dadurch so groß, dass zum Beispiel ein gegenüber einem Ventilsitz abdichtender Schwimmkörper während einer langen Gebrauchsdauer gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften aufweist.
Die Oberfläche kann bevorzugt kugelförmig ausgebildet sein, wobei die Oberfläche einen Durchmesser von 3 mm bis 12 mm aufweisen kann. Kugelförmige Oberflächen bieten sich für Schwimmkörper an, die als Ventilkörper eines Schwimmerventils ausgebildet sind. Davon abweichende Formen, wie beispielsweise keglige Formen, können in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalls ebenfalls sinnvoll sein. Die genannten Durchmesser haben sich in Schwimmerventilen als vorteilhaft herausgestellt, die in sogenannter „weißer Ware”, also zum Beispiel in Wäschetrocknern, Waschmaschinen, Spülmaschinen, aber auch im Sanitärbereich zur Anwendung gelangen.
Der zuvor beschriebene Schwimmkörper kann als Ventilkörper Verwendung finden, der dichtend an einen Ventilsitz eines Schwimmerventils anlegbar ist. Der Schwimmkörper kann Bestandteil des Schwimmerventils sein. Beispielsweise kann das Schwimmerventil mit dem Schwimmkörper im Schmutzwasserablauf eines Wäschetrockners zur Anwendung gelangen. Speziell für diesen Anwendungsfall ist ein Schwimmkörper mit einer Oberfläche aus Silikon besonders vorteilhaft, weil ein solcher Schwimmkörper beständig gegen die fliessfähigen Medien ist, von denen er umströmt wird, auch dann, wenn die fliessfähigen Medien zum Beispiel hohe Temperaturen aufweisen. Hohe Temperaturen in diesem Zusammenhang sind zum Beispiel Temperaturen von 180°C.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schwimmkörpers, wie zuvor beschrieben, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein unter Temperaturbeaufschlagung aufschäumbares Pulver in ein spritzgießbares Flüssigsilikon eingebracht wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt das Flüssigsilikon mit dem eingebrachten Pulver in eine beheizbare Werkzeugkavität einer Spritzgießmaschine eingespritzt wird, dass in einem dritten Verfahrensschritt der in der Werkzeugkavität befindliche Werkstoff unter Wärme und Druck zum Schwimmkörper verfestigt wird, wobei das Pulver zu dem zumindest einen Schaumstoffkern aufschäumt und dass in einem vierten Verfahrensschritt der Schwimmkörper aus der Werkzeugkavität entformt wird. Die Durchführung dieses Verfahrens ist einfach und kostengünstig. Das Silikon liegt als Ausgangsmaterial bereits in einem fliessfähigen, spritzgießbaren Zustand vor, wobei dem Flüssigsilikon lediglich das Pulver, aus dem später während des Herstellungsverfahrens die Schaumstoffkerne entstehen, zudosiert werden muss. Die Schaumstoffkerne im Inneren des Schwimmkörpers entstehen aus dem Pulver in der Werkzeugkavität herstellungsbedingt selbsttätig während der Verfestigung des Silikons. Im Inneren weist der Schwimmkörper – mit Ausnahme der Hohlräume im Schaumstoffkern – keine weiteren Hohlräume auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 und 2 näher beschrieben. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1 den erfindungsgemäßen Schwimmkörper als Einzelteil in geschnittener Darstellung,
2 ein Schwimmerventil, das in einem Schmutzwasserablauf eines Wäschetrockners angeordnet ist, mit dem Schwimmkörper aus 1, der als Ventilkörper ausgebildet und an den Ventilsitz des Schwimmerventils anlegbar ist.
Ausführung der Erfindung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwimmkörpers in geschnittener Darstellung gezeigt. Der Schwimmkörper ist als Kugel ausgebildet und besteht aus Silikon, wobei im Inneren 2 des Schwimmkörpers eine Vielzahl von Schaumstoffkernen 3 angeordnet ist. Die Oberfläche 1 ist materialeinheitlich ausgebildet und besteht durchgängig aus Silikon. Um seine Funktion als Schwimmkörper erfüllen zu können, hat der Schwimmkörper eine Dichte ρ, die < 1 g/cm³ ist.
In 2 ist ein Wäschetrockner 8 gezeigt, in dessen Schmutzwasserablauf 7 das Schwimmerventil 6 angeordnet ist. Das Schwimmerventil 6 umfasst den als Ventilkörper 4 ausgebildeten Schwimmkörper, der dichtend an den Ventilsitz 5 anlegbar ist. Durch die gummielastische Oberfläche 1 des Ventilkörpers 4 dichtet dieser besonders gut am Ventilsitz 5 des Schwimmerventils 6 ab.
Das Schwimmerventil 6 schließt den Schmutzwasserablauf 7 des Wäschetrockners 8 bei einem festgelegten Pegel des Schmutzwassers.

Claims

Schwimmkörper, der von einer Oberfläche (1) aus Silikon begrenzt ist und eine Dichte ρ < 1 g/cm³ aufweist, wobei im Inneren (2) des Schwimmkörpers eine Vielzahl schwimmfähiger, Schaumstoffkerne (3) angeordnet ist und wobei der Schaumstoff der Schaumstoffkerne (3) durch ein rieselfähiges und unter Temperaturbeaufschlagung aufschäumbares Pulver gebildet ist und das Silikon durch ein Flüssigsilikon.
Schwimmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (1) eine Härte Shore A aufweist, die 20 bis 70 beträgt.
Schwimmkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (1) kugelförmig ausgebildet ist.
Schwimmkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (1) einen Durchmesser von 3 mm bis 12 mm aufweist.
Verwendung eines Schwimmkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Ventilkörper (4), der dichtend an einen Ventilsitz (5) eines Schwimmerventils (6) anlegbar ist.
Verwendung eines Schwimmkörpers nach Anspruch 5 im Schmutzwasserablauf (7) eines Wäschetrockners (8).
Verfahren zur Herstellung eines Schwimmkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein rieselfähiges und unter Temperaturbeaufschlagung aufschäumbares Pulver in ein spritzgießbares Flüssigsilikon eingebracht wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt das Flüssigsilikon mit dem eingebrachten Pulver in eine beheizbare Werkzeugkavität einer Spritzgießmaschine eingespritzt wird, dass in einem dritten Verfahrensschritt der in der Werkzeugkavität befindliche Werkstoff unter Wärme und Druck zum Schwimmkörper verfestigt wird, wobei das Pulver zu dem zumindest einen Schaumstoffkern (3) aufschäumt und dass in einem vierten Verfahrensschritt der Schwimmkörper aus der Werkzeugkavität entformt wird.