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Die Erfindung betrifft ein Schäumwerkzeug, insbesondere zum Schäumen von bspw. PU-Schaum, also Polyurethan-Schaum, mit einem ersten Werkzeugteilstück, wie einem Werkzeugoberteil, an dem ein Kunststoffträger / Spritzgusskunststoffbauteil / Kunststoffträgerbauteil anbringbar festgelegt / festlegbar angebracht ist, und einem davon beabstandbaren zweiten Werkzeugteilstück, wie einem Werkzeugunterteil, wobei das Kunststoffträgerbauteil mit einer Kunststoffhaut in Verbindung gebracht / bringbar ist, bspw. verbunden ist, mit einem Dichtungs- bzw. Druckschlauch, der mit dem zweiten Werkzeugteilstück in dichtendem Kontakt steht und an wenigstens einem Abschnitt / Ende mit einem vom Druckschlauch separaten Verschlussstück luftdicht verschlossen ist. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Abdichten eines erfindungsgemäßen Schäumwerkzeugs.
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Im Stand der Technik sind Schäumwerkzeuge mit mechanisch verfahrbaren Dichtungsendstücken bzw. Verschlussstücken hinreichend bekannt.
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So offenbart beispielsweise eine ältere Patentanmeldung mit der Nummer
DE 10 2015 111 078 A1 ein Schäumwerkzeug mit einem ersten Werkzeugteilstück, an dem ein Kunststoffträger angebracht ist, und einem davon beabstandbaren zweiten Werkzeugteilstück, das mit einer Kunststoffhaut in Verbindung gebracht ist, mit einem Dichtungsschlauch, der mit dem zweiten Werkzeugteilstück in dichtendem Kontakt steht und an wenigstens einem Abschnitt mit einem Verschlussstück dicht verschlossen ist, wobei der Dichtungsschlauch in eine solche Position auf das erste Werkzeugteilstück zu verfahren ist, dass die Kunststoffhaut mit dem Kunststoffträger in dichtendem Kontakt steht.
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Die Patentanmeldung mit der Nummer
DE 10 2006 015 184 A1 offenbart ebenfalls eine aufblasbare Dichtvorrichtung für ein Formwerkzeug, welche aus einem in einer Buchse geführten und über eine Luftzufuhr unter Anlegen von Luftdruck ausfahrbaren Stempel sowie einem mit dem Stempel verbundenen Dichtschlauch aufgebaut ist. Der Innenraum des Dichtschlauchs ist derart mit der Luftzufuhr verbunden, dass sich der Dichtschlauch bei Anlegen eines Luftdruckes ausdehnt.
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Die
DE 20 2009 012 903 U1 offenbart eine Konturdichtung für ein Schäumwerkzeug, welche aus einem Schlauchelement, dessen Wandung durch Veränderung des in dem Schlauchelement herrschenden Innendruckes elastisch verformbar ist und einer Dichtung aus elastischem Werkstoff besteht, die in einer Führungsnut des Schäumwerkzeuges bewegbar ist. Dabei weist die mit dem separaten Schlauchelement korrespondierende Dichtung auf ihrer dem Schlauchelement zugewandten Seite eine Lippe auf, die in eine passende Ausnehmung des Schäumwerkzeugs eingesetzt ist.
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Solche, aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungsendstücke sind aufgrund ihrer Bauart besonders anfällig für Störungen und Fehlfunktionen aufgrund von Verschmutzung. Darüber hinaus sind sie kostenintensiv in der Herstellung, da sich ein Dichtungsendstück aus mehreren Einzelbauteilen zusammensetzt. Somit ist auch der Zusammenbau eines solchen Dichtungsendstücks aufwändig und zeitintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere ein Dichtungsendstück bzw. Verschlussstück vorzusehen, welches in der Herstellung günstiger und im Zusammenbau weniger aufwändig ist als die aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannten mechanisch verfahrbaren Dichtungsendstücke. Außerdem soll, wenn möglich, die Einzelteilanzahl, aus der sich das Verschlussstück zusammensetzt, sowie die Störanfälligkeit, insbesondere durch Verschmutzung reduziert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Verschlussstück aus einem solchen Material gefertigt ist und so angeordnet ist, dass ein Aufpumpen des Dichtungs- bzw. Druckschlauchs zu einer solchen Umfangserweiterung des Verschlussstücks führt, dass der Druckschlauch und das Verschlussstück zu einem dichtenden Kontakt der Kunststoffhaut mit dem Kunststoffträger führen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Material des Verschlussstücks ein flexibler Kunststoff ist oder aufweist / enthält, da diese im Herstellungsprozess preislich günstiger sind als die bekannten Lösungen. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Material ein vorzugsweise synthetisches Polymer ist oder aufweist / enthält.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Material ein Poly(organo)siloxan / Silikon ist oder aufweist / enthält. Durch die Verwendung eines solchen flexiblen Gießmaterials kann auf mechanische Bestandteile für das Verschlussstück vollständig verzichtet werden. Dies ermöglicht im Weiteren eine einstückige Ausbildung des Dichtungsendstücks bzw. Verschlussstücks, wodurch die Herstellkosten deutlich reduziert werden können. Da der Herstellungsprozess so günstig ist, können die Bauteile bei Verschleiß einfach komplett durch ein neues Bauteil ersetzt werden.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn das Verschlussstück einen Druckschlauchkontaktierbereich, einen distalen Verschlussbereich und einen Luftversorgungsanschluss besitzt. Der Druckschlauchkontaktierbereich dient der Positionierung des Druckschlauchs, bspw. über einen Anschlag, wodurch gewährleistet werden kann, dass der Druckschlauch den Luftversorgungsanschluss des Verschlussstücks versperrt.
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Der distale Verschlussbereich ist zur Dichtseite hin vorzugsweise eckig ausgeführt, um einen dichtenden Übergang zwischen zwei Verschlussstücken in der Einbausituation „Rücken an Rücken“ sicherzustellen. Über den Luftversorgungsanschluss wird Druckluft, bspw. mit einem Druck von 5 bis 6 bar, in das Verschlussstück eingespeist, wodurch das Verschlussstück expandiert bzw. sich aufweitet.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Luftversorgungsanschluss zwischen dem Druckschlauchkontaktierbereich und dem Verschlussbereich, vorzugsweise quer, insbesondere orthogonal zu einer Längsachse des Verschlussstücks angeordnet ist. Dadurch kann die gewünschte Geometrie eckstückförmig ausgeführt werden.
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Des Weiteren hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass am, dem Verschlussbereich zugewandten Ende des Druckschlauchkontaktierbereichs ein solcher Verjüngungsbereich vorhanden ist, der einen Anschlag für den Druckschlauch stellt / ausbildet. Dieser dient als Begrenzung für die Einschubtiefe des Druckschlauchs in das Verschlussstück und stellt somit, wie bereits erwähnt, sicher, dass der Druckschlauch den Luftversorgungsanschluss nicht versperrt.
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Innerhalb des Druckschlauchkontaktierbereichs hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine radial nach innen weisende Dichtlippe etwa mittig vorhanden ist. Diese Dichtlippe erzeugt / ermöglicht eine leckagefreie Verbindung zwischen dem Druckschlauch und dem Verschlussstück. Bei Druckluftzufuhr wirkt der herrschende Systemdruck auf die Dichtlippe und drückt diese somit prozesssicher dichtend gegen den Druckschlauch.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Dichtlippe so ausgebildet ist, dass sie sich im abdichtenden Zustand gegen den im Druckschlauch herrschenden Luftdruck und/oder in/entgegen der Einschubrichtung des Druckschlauchs in den Druckschlauchkontaktierbereich auf den Druckschlauch legt.
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Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn am distalen Verschlussbereich ein, bspw. mittig und/oder zentral angeordneter Schwächungsabschnitt vorhanden ist. Dieser kann bspw. in Form einer Kerbe ausgebildet sein, welche bei Druckbeaufschlagung des Verschlussstücks diesem als Expansionshilfe dient.
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Daher ist es insbesondere von Vorteil, wenn der Schwächungsabschnitt solche Materialeigenschaften und/oder Dichtwerte und/oder eine solche Geometrie besitzt, dass ein bei Druckluftbeaufschlagung auftretendes Expandieren nahezu unbehindert bleibt und/oder ein Entfalten / Expandieren des Verschlussstücks erleichtert.
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Außerdem ist es von Vorteil, wenn an einem proximalen, das heißt, dem Druckschlauch zugewandten Ende des Druckschlauchkontaktierbereichs ein Dehnungserleichterungsbereich vorhanden ist. Der Dehnungserleichterungsbereich ist vorzugsweise abgeschrägt und erzeugt somit einen fließenden Übergang vom Verschlussstück zum Druckschlauch. Dadurch wird an der (flexiblen) Sichthaut / Kunststoffhaut des Endprodukts eine leckagefreie Dichtsituation erzeugt.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Dehnungserleichterungsbereich nach Art einer Abflachung ausgebildet ist, und die Abflachung insbesondere nach Art einer Fase ausgebildet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Abdichten eines Schäumwerkzeugs mit einem ersten Werkzeugteilstück, an dem ein Kunststoffträger angebracht /anbringbar ist, an dem wiederum eine Kunststoffhaut angebracht/anbringbar ist, und einem zweiten Werkzeugteilstück, wobei ein Druckschlauch zwischen das erste Werkzeugteilstück und das zweite Werkzeugteilstück so eingelegt wird, dass die Kunststoffhaut auf der dem ersten Werkzeugteilstück zugewandten Seite des Druckschlauchs angeordnet ist, der Druckschlauch mit dem zweiten Werkzeugteilstück in dichtendem Kontakt steht und der Druckschlauch an wenigstens einem Abschnitt oder Ende mit einem vom Druckschlauch separaten Verschlussstück dicht verschlossen ist, wobei das Verschlussstück durch ein Aufpumpen des Druckschlauchs so umfangserweiternd expandiert wird, dass der Druckschlauch und das Verschlussstück zu einem dichtenden Kontakt der Kunststoffhaut mit dem Kunststoffträger führen. Für dieses Verfahren ist es von Vorteil, wenn in einem Zwischenraum zwischen der Kunststoffhaut und dem Kunststoffträger, bspw. PU-Schaum eingebracht wird.
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Durch das Verfahren kann diegewünschte Abdichtung eines, im entspannten, nicht druckluftbeaufschlagten Zustand vorhandenen, offenen Spalts, welcher zur Bauteilbelüftung dient, erreicht werden.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung aus einem expandierenden End- und Anschlussstück bzw. Verschlussstück aus flexiblem Gießmaterial, vorzugsweise Silikon, bei dem mechanische Bestandteile komplett eliminiert sind. Ein solches Verschlussstück besteht aus einem einzigen gegossenen Bauteil, welches sehr geringe Herstellkosten aufweist. Bei Verschleiß wird das Bauteil komplett durch ein neues Bauteil ausgetauscht / ersetzt.
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Bauartbedingt ist das Verschlussstück in unterschiedlichen Konturen sehr variabel einsetzbar, woraus sich besonders für die Instandhaltung der Schäumwerkzeuge beim Kunden / Endnutzer große Vorteile ergeben. Darüber hinaus sind die Wechselzeiten sehr gering, weil weder eine mechanische Einbindung vorliegt noch zusätzliche Werkzeuge zur Entnahme notwendig sind. Das Verschlussstück ist kostengünstig als Gießformteil herzustellen und der Verschleiß ist als gering anzusehen.
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Darüber hinaus haben die Materialen des Verschlussstücks und des Druckschlauchs eine identische Härte, vorzugsweise von 50 Shore A, um ein gleichmäßiges Expandieren des Gesamtsystems zu gewährleisten.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verschlussstücks dichtet dieses selbstständig / selbsttätig gegen den Luftversorgungsanschluss. Um ein Einreißen des Materials, vorzugsweise Silikon, zu unterbinden / verhindern, sind alle Innenecken des Verschlussstücks abgerundet.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 ein Funktionsprinzip eines expandierenden Verschlussstücks für aufblasbare Dichtungen im Ruhezustand (drucklos);
- 2 das Funktionsprinzip des expandierenden Verschlussstücks aus 1 im Arbeitszustand (mit Druck beaufschlagt);
- 3 eine räumlich dargestellte Schnittansicht eines Längsschnitts eines Verschlussstücks zur Veranschaulichung von dessen Innengeometrie;
- 4 eine räumliche Darstellung des Verschlussstücks von seitlich hinten gesehen;
- 5 eine räumliche Darstellung des Verschlussstücks von seitlich vorne gesehen;
- 6 eine Draufsicht des Verschlussstücks;
- 7 eine Unteransicht des Verschlussstücks;
- 8 eine Seitenansicht des Verschlussstücks, welche einer Seitenansicht von rechts in 6 entspricht;
- 9 eine Schnittansicht, welche dem räumlich dargestellten Schnitt aus 3 entspricht; und
- 10 eine Detailansicht des in 9 mit X markierten Bereichs.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt das Funktionsprinzip einer aufblasbaren Dichtung für ein Schäumwerkzeug 1 im drucklosen Ruhezustand. Das Schäumwerkzeug 1 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem ersten Werkzeugteilstück 2, bspw. einem Werkzeugoberteil, welches mit einem Kunststoffträger 3, bzw. einem Spritzgussträger 3 in Kontakt ist, und einem zweiten Werkzeugteilstück 4, bspw. einem Werkzeugunterteil, welches sich sowohl mit einem Dichtungs- bzw. Druckschlauch 6 als auch mit einem End-, Anschluss- bzw. Verschlussstück 7 in Anlagekontakt befindet.
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Im hier dargestellten (drucklosen) Ruhezustand befindet sich das Verschlussstück 7 mit einer äußeren Oberfläche auch mit einer Kunststoffhaut 5 des Endprodukts in Kontakt, welche wiederum parallel beabstandet zum Kunststoffträger 3 ausgerichtet ist. Ein zwischen dem Kunststoffträger 3 und der Kunststoffhaut 5 ausgebildeter Spalt 8 dient im Ruhezustand zur Bauteilbelüftung und soll bei Druckbeaufschlagung des Verschlussstücks 7 komplett geschlossen werden.
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Das Verschlussstück 7 besteht aus einem Druckschlauchkontaktierbereich 9, einem distalen Verschlussbereich 10 und einem Luftversorgungsanschluss 11. Darüber hinaus weist das Verschlussstück 7 eine nach innen ausgerichtete Dichtlippe 12 auf, welche den Druckschlauch 6 und das Verschlussstück 7 leckagefrei verbindet. Radial innerhalb des Druckschlauchs 6 befindet sich eine Füllschnur 13, welche sich parallel zum Druckschlauch 6 erstreckt.
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2 zeigt das aus 1 bekannte Funktionsprinzip der aufblasbaren Dichtung im Arbeitszustand, das heißt, im mit Druck beaufschlagten Zustand. Hierzu strömt Druckluft mit bspw. 5 bis 6 bar Druck über den Luftversorgungsanschluss 11 in Richtung des Pfeils 14 in das Verschlussstück 7 ein, wodurch sich dieses, insbesondere der Druckschlauchkontaktierbereich 9 und der Verschlussbereich 10, und auch der Druckschlauch 6 umfangserweiternd aufdehnen bzw. expandieren.
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Das Schäumwerkzeug 1 erfährt durch die Druckbeaufschlagung keine Form- bzw. Geometrieveränderung. Da das Verschlussstück 7 und der Druckschlauch 6 im Ruhezustand (das heißt, im drucklosen Zustand) bereits mit einer inneren Oberfläche des Werkzeugunterteils 4 in Kontakt sind, führt die Umfangserweiterung des Verschlussstücks 7 und des Druckschlauchs 6 zu einer Expansion / Ausdehnung dieser beiden Teile in Richtung zum Werkzeugoberteil 2 hin, das heißt, in 2 eine Ausdehnung nach oben. Aufgrund dieser Expansion wird die Kunststoffhaut 5 mit dem Kunststoffträger 3 in Anlagekontakt gebracht und der im Ruhezustand vorhandene offene Spalt 8 zur Bauteilentlüftung wird geschlossen.
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Da sich der Druckschlauch 6 und das Verschlussstück 7 in der Regel immer zusammen ausdehnen, weisen die Materialien dieser beiden Bauteile eine identische Härte auf, bspw. 50 Shore A. Damit kann ein gleichmäßiges Expandieren des Gesamtsystems, umfassend den Druckschlauch 6 und das Verschlussstück 7, sichergestellt werden.
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3 bildet eine räumlich dargestellte Schnittansicht eines Längsschnitts des Verschlussstücks 7 zur Veranschaulichung von dessen Innengeometrie ab. Wie vorstehend erläutert besteht das Verschlussstück 7 aus dem Druckschlauchkontaktierbereich 9, dem Verschlussbereich 10 und dem Luftversorgungsanschluss 11. Hierbei sind der Druckschlauchkontaktierbereich 9 und der Luftversorgungsanschluss 11 jeweils als Hohlzylinder ausgebildet und so zueinander angeordnet, dass ihre Rotationsachsen 16 bzw. 17 im Bereich eines distalen Endes 15 in etwa im rechten Winkel, das heißt einem Winkel von 90°, zueinander stehen.
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Die Rotationsachse 16 des Druckschlauchkontaktierbereichs 9 kann im Folgenden wahlweise auch als Längsachse 18 des Verschlussstücks 7 bezeichnet werden. Der Druckschlauchkontaktierbereich 9 erstreckt sich von einem proximalen Ende 19 des Verschlussstücks 7 entlang seiner Rotationsachse 16 und geht im Bereich des distalen Endes 15 des Verschlussstücks 7 in den Verschlussbereich 10 über. In diesen Bereich mündet auch der Luftversorgungsanschluss 11.
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Der Druckschlauchkontaktierbereich 9 ist hohlzylindrisch ausgebildet und weist an seinem Übergang zum Verschlussbereich 10 einen ringförmigen Anschlag 20 auf. Dieser Anschlag 20 verhindert, dass der Druckschlauch 6 beim Positionieren und/oder Einschieben bis in den Einmündungsbereich des Luftversorgungsanschlusses 11 hineinragt und dadurch den Luftversorgungsanschluss 11 versperrt. Entlang der Erstreckungsrichtung des Druckschlauchkontaktierbereichs 9, das heißt, entlang der Längsachse 18, befindet sich etwa mittig angeordnet, eine radial nach innen weisende Dichtlippe 12, welche den Druckschlauch 6 gegen das Verschlussstück 7 abdichtet (siehe auch 2).
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Der Verschlussbereich 10 weist eine hohlzylindrische Innengeometrie auf, welche konzentrisch zur (Innen-)Geometrie die Druckschlauchkontaktierbereichs 9 ausgerichtet ist. Die Außengeometrie des Verschlussbereichs 10, welche besonders in 5 gut zu erkennen ist, entspricht jedoch eher einem halbkreisförmigen Zylinder, der nach oben hin flach und geschlossen ist und dessen Rotationsachse (nicht dargestellt) parallel zur Rotationsachse 17 des Luftversorgungsanschlusses 11 verläuft.
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Durch diese flache Ausgestaltung der oberen Außenfläche (siehe auch 6) ist es möglich, zwei Verschlussstücke 7 „Rücken an Rücken“ einzubauen (aus 7 gut ableitbar), indem zwei Verschlussstücke so zueinander positioniert werden, dass sie sich an dieser flachen Außenfläche (dichtend) berühren. Dadurch kann erreicht werden, dass keine Dichtungsverluste in Kauf genommen werden müssen (siehe auch 2).
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In 4 ist die Rückansicht des Verschlussbereichs 10 gut zu erkennen. Wie auch schon in 3 zu erkennen ist, weist der Verschlussbereich 10 im Bereich seiner Außengeometrie eine Kerbe 21 auf (siehe auch 8), welche vorzugsweise mittig (das heißt symmetrisch zur Längsachse 18 des Verschlussstücks 7) angeordnet ist und horizontal verläuft. Diese dient während der Expansion des Verschlussstücks 7 als eine Art Schwächungsabschnitt 22, welcher im Zustand der Druckbeaufschlagung (Arbeitszustand) das umfangserweiternde Aufdehnen bzw. Expandieren des Verschlussstücks 7 erleichtert.
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Des Weiteren weist der Druckschlauchkontaktierbereich 9 an seinem proximalen Ende oben außen einen Dehnungserleichterungsbereich 23 in Form einer Abflachung 24 auf (siehe 5 und 6). Diese Abflachung 24 erzeugt einen fließenden Übergang zum Druckschlauch 6, wodurch eine leckagefreie Dichtung zur Kunststoffhaut 5 des Endprodukts erzielt wird. Der Dehnungserleichterungsbereich 23 kann alternativ auch als Fase (nicht gezeigt) ausgebildet sein.
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9 zeigt das Verschlussstück 7 nochmals in geschnittener Darstellung. Aus dieser Darstellung wird ersichtlich, dass die am Verschlussbereich 10 eingebrachte Kerbe 21 einen trichterartigen Querschnitt mit einem Öffnungswinkel α und einem abgerundeten Kerbengrund (Radius R) aufweist. Der Öffnungswinkel α der Kerbe beträgt hierbei vorzugsweise 90° und der Radius R vorzugsweise 2 mm. Jedoch sind auch andere Werte / Abmessungen möglich.
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Die geometrische Gestaltung der Dichtlippe 12, welche sich im Druckschlauchkontaktierbereich 9 befindet, ist in 10 dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass sich die Dichtlippe 12 von der Innenoberfläche 25 des Druckschlauchkontaktierbereichs 9 radial nach innen erstreckt und dabei spitz zuläuft. Das bedeutet, dass Außenwände 26, 27 der Dichtlippe zwischen sich einen Winkel β ausbilden, über den die Schrägstellung der Außenwände 26, 27 zueinander definiert ist.
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Die Übergänge von der Dichtlippe 12 zum Druckschlauchkontaktierbereich 9, sowie sämtliche sich im Inneren des Verschlussstücks 7 befindliche Ecken und Kanten (Innenecken, Innenkanten) sind mit Rundungsradien versehen (abgerundet), im ein Einreißen des Materials zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schäumwerkzeug
- 2
- erstes Werkzeugteilstück
- 3
- Kunststoffträger
- 4
- zweites Werkzeugteilstück
- 5
- Kunststoffhaut
- 6
- Dichtungs- / Druckschlauch
- 7
- End- / Anschluss- / Verschlussstück
- 8
- Spalt
- 9
- Druckschlauchkontaktierbereich
- 10
- Verschlussbereich
- 11
- Luftversorgungsanschluss
- 12
- Dichtlippe
- 13
- Füllschnur
- 14
- Richtungspfeil für Druckluft
- 15
- distales Ende
- 16
- Rotationsachse des Druckschlauchkontaktierbereichs
- 17
- Rotationsachse des Luftversorgungsanschlusses
- 18
- Längsachse des Verschlussstücks
- 19
- proximales Ende
- 20
- Anschlag
- 21
- Kerbe
- 22
- Schwächungsabschnitt
- 23
- Dehnungserleichterungsbereich
- 24
- Abflachung
- 25
- Innenoberfläche des Druckschlauchkontaktierbereichs
- 26
- Außenwand der Dichtlippe
- 27
- Außenwand der Dichtlippe
- α
- Öffnungswinkel
- β
- Neigungswinkel
- R
- Radius
