DE102017200483A1

DE102017200483A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils und Verbundbauteil

Info

Publication number: DE102017200483A1
Application number: DE102017200483.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Deigner; Oliver Remmele; Melchior von Wallenberg
Original assignee: SKF Economos Deutschland GmbH
Current assignee: SKF Economos Deutschland GmbH
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, umfassend einen Einsatz und eine den Einsatz umgebende Ummantelung, umfassend folgende Verfahrensschritte:a. Herstellen eines ersten Ummantelungsteils, das mindestens eine Aufnahme für den Einsatz und mindestens eine Kontaktfläche für wenigstens ein zweites Ummantelungsteil aufweist,b. Aktivierung der Kontaktfläche derart, dass eine dauerhafte Verbindung der beiden Ummantelungsteile ermöglicht wird,c. Montieren des Einsatzes in die mindestens eine Aufnahme im ersten Ummantelungsteil,d. Herstellen und Anbringen des zweiten Ummantelungsteils, so dass dieses zumindest teilweise die Kontaktfläche des ersten Ummantelungsteils kontaktiert und mit diesem dauerhaft verbunden wird, wobei der Einsatz vollständig vom ersten und zweiten Ummantelungsteil umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils. Die Erfindung betrifft ferner ein Verbundbauteil, umfassend einen Einsatz und eine den Einsatz umgebende Ummantelung.
Derartige Verbundbauteile werden in verschiedener Art benötigt. Beispielsweise werden bei Lackieranlagen Rohr- und Schlauchsysteme mit sog. Reinigungsmolchen durchfahren, um diese zu reinigen; dies ist z.B. bei einem Farbwechsel nötig. Der Reinigungsmolch ist ein Bauteil mit einem Elastomermantel, in den ein Metallteil oder ein Magnet eingebettet ist. Der Magnet ist nötig, um die Position des Reinigungsmolchs präzise erfassen zu können. Zur genauen Positionserfassung des Molchs ist eine exakt definierte Lage und Position des Magneten im Molch nötig. Weiterhin muss der Magnet vollständig mit Elastomermaterial umschlossen sein, damit er nicht an den Innenwandungen des zu reinigenden Schlauchs bzw. Rohrs streift bzw. durch die verwendeten Medien oder Lacke chemisch angegriffen und verunreinigt wird. Die für die Ummantelung verwendeten Elastomere sind chemisch hochbeständig; sie können aber nicht mittels Spritzgießen in mehreren Verfahrensschritten nachträglich chemisch bzw. mechanisch miteinander verbunden werden.
Damit ergibt sich nachteilig, dass es bei entsprechender Materialwahl bzw. Materialvorgabe schwierig sein kann, das Bauteil so zu fertigen, dass der Einsatz relativ zur Ummantelung in präziser Lage zu liegen kommt.
Es ist bekannt, einen Ring zu verwenden, der den Einsatz in Position hält und an dem eine mehrteilige Ummantelung angebracht wird, die ihn umgibt. Dies funktioniert zuverlässig, ist aber in Bezug auf den Fertigungsaufwand recht komplex.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung eines Hybrid- bzw. Verbundbauteils der eingangs genannten Art bereitzustellen, das es ermöglicht, auch im Falle dessen, dass sich das Material des Einsatzes und das Material der Ummantelung nicht chemisch bzw. mechanisch verbinden lassen, zu einem guten Verbund im Bauteil zu kommen. Demgemäß soll also auch dann, wenn das Material des Einsatzes und das Material der Ummantelung keinen festen Verbund eingehen, eine stabile und präzise Anordnung des Einsatzes in der Ummantelung gewährleistet sein. Zudem soll die Ummantelung möglichst stabil und einfach herstellbar sein.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:

a. Herstellen eines ersten Ummantelungsteils, das mindestens eine Aufnahme für den Einsatz und mindestens eine Kontaktfläche für wenigstens ein zweites Ummantelungsteil aufweist,
b. Aktivierung der Kontaktfläche derart, dass eine dauerhafte Verbindung der beiden Ummantelungsteile ermöglicht wird,
c. Montieren des Einsatzes in die mindestens eine Aufnahme im ersten Ummantelungsteil,
d. Herstellung und Anbringen des zweiten Ummantelungsteils, so dass dieses zumindest teilweise die Kontaktfläche des ersten Ummantelungsteils kontaktiert und mit diesem dauerhaft verbunden wird, wobei der Einsatz vollständig vom ersten und zweiten Ummantelungsteil umgeben ist.

Der Einsatz und die Ummantelung bestehen dabei - zwecks Nutzung des vorgeschlagenen Konzepts in besonders vorteilhafter Weise - aus Materialien, die beim Anspritzen des Materials der Ummantelung an den Einsatz keine zuverlässige chemische bzw. mechanische Verbindung eingehen.
Der Einsatz kann aus einem Metall bestehen. Die Ummantelungsteile können bevorzugt aus einem Elastomermaterial bestehen. Es ist auch möglich, dass die beiden Ummantelungsteile aus verschiedenen Elastomermaterialien oder aus sonstigen verschiedenen Materialien bestehen. Bevorzugt erfolgt die Anbringung des zweiten Ummantelungsteils durch Anspritzen im Spritzgießverfahren oder durch vergleichbare Vulkanisation.
Das vorgeschlagene Konzept stellt also darauf ab, die mehrteilige und insbesondere eine zweiteilige Ummantelung durch präparierte, insbesondere aktivierte Kontaktflächen direkt verbindbar zu machen. Diese Präparation erfolgt durch gängige Verfahren der Aktivierung, so dass ein weiteres Ummantelungsteil an der Kontaktfläche haften und mit dieser einen dauerhaften Verbund eingehen kann. Für einen guten Halt zwischen zwei Ummantelungsteilen kann zusätzlich ein Haftvermittler eingesetzt werden. Aufgrund des direkten Kontakts der Ummantelungsteile ist der Einsatz von Trägerelementen zur Vermittlung der Verbindung nicht erforderlich.
Die Innenfläche der Aufnahme für den Einsatz braucht nicht aktiviert zu werden, da eine haftende Verbindung zwischen den Ummantelungsteilen und dem Einsatz aufgrund der vollständigen Umschließung nicht erforderlich ist. Der Einsatz wird durch die exakt auf seine Abmessungen dimensionierte Aufnahme spielfrei gehalten.
So entsteht ein Hybridelement mit vollständig umschlossenem und somit geschütztem Einsatz, wobei für den Einsatz und für die Ummantelung Materialien verwendet werden können, die generell keine feste chemische bzw. mechanische Verbindung durch Spritzgießen oder Vulkanisation eingehen. Der Grund dafür, dass die Materialien von Ummantelung und Einsatz durch Spritzgießen bzw. durch Vulkanisation nicht miteinander verbindbar sind, kann im Falle von Elastomeren in der Rezeptur der Materialien liegen. Es kann insbesondere sein, dass eingesetzte Vulkanisationshilfsmittel beim ersten Teilschritt des Verfahrens verbraucht sind und somit im Folgeprozess nicht mehr zur Verfügung stehen; beim Aufspritzen eines weiteren Elastomerelements kann dieses keinen festen Halt mehr finden würden. Durch die Aktivierung der Kontaktfläche wird dies ermöglicht.
Zur Aktivierung wird die Verbindungsfläche je nach verwendetem Elastomer mittels eines mechanischen (Spanen und/oder Schleifen), chemischen (Ätzen), elektrischen (Coronaaktivierung) und/oder bestrahlenden (Gamma/IR/UV) Verfahren bearbeitet, so dass das vorgefertigte Elastomerteil mit dem nachträglich angespritzten/aufvulkanisierten Elastomer eine feste Bindung eingeht. Auch kombinierte Verfahren sind möglich.
Die Erfindung erlaubt also, dass Verbundbauteile wie beispielweise elastomere Dichtungen und Kunststoffe-Bauteile mit einem voll umschlossenen und darin schwebenden Einsatz hergestellt werden können, wenngleich das Material der Ummantelung und das Material des Einsatzes keinen eigenen chemischen bzw. mechanischen Verbund miteinander eingehen. Durch die Aktivierung der Kontaktfläche gehen die Ummantelungsteile aus gleichen oder unterschiedlichen Elastomeren bzw. Kunststoffen einen stabilen Haftverbund ein. Der im Verbundbauteil schwebende Einsatz ist ohne Verbindung Abstützungen, Fixierungen nach außen positionsgenau eingebettet und vollständig umschlossen. Die exakte Positionierung des Einsatzes wird bei der Durchführung des Anspritzens bzw. Umspritzens oder beim Anvulkanisieren der Ummantelung erreicht.
Es ist besonders vorteilhaft, genau zwei Ummantelungsteile vorzusehen, die den Einsatz vollständig umschließen. Besonders bevorzugt weisen die zwei Ummantelungsteile genau eine Kontaktfläche auf, an der sie dauerhaft verbunden sind. So ist der Fertigungsaufwand deutlich reduziert, da lediglich zwei Spritzgussvorgänge und eine Kontaktflächenaktivierung durchzuführen sind.
Das so erstellte Hybridbauteil kann die endgültige Geometrie oder auch eine Vorform darstellen, die dann in einem weiteren Verfahrensschritt erst zum endgültigen Fertigteil fertiggestellt wird. Dies kann beispielsweise durch spanende Bearbeitung erfolgen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 einen Rohling eines Reinigungsmolchs,
2 in einer explosionsartigen Darstellung der Rohling nach 1,
3 ein schematisches Ablaufdiagramm des Herstellungsverfahrens für den Rohling nach 1,
4 ein halbfertiger Rohling in teilweiser Schnittdarstellung und
5 ein fertiger Rohling in teilweiser Schnittdarstellung.

In 1 ist ein Rohling 1 eines Reinigungsmolchs genannt. Er besteht aus zwei Hüllenelementen 3 und 5, die aus einem Elastomer bestehen. Sie sind an einer Fläche 6 miteinander verbunden. Der Rohling 1 kann durch spanende Bearbeitung in seiner äußeren Form verändert werden, um als Reinigungsmolch eingesetzt zu werden.
In der 2 ist der Rohling 1 in explosionsartiger Darstellung axial auseinandergezogen dargestellt. Der Rohling 1 umfasst neben den Hüllenelementen 3 und 5 einen Magneten 7 auf, der im zusammengebauten Zustand von den Hüllenelementen 3 und 5 vollständig umschlossen wird. Er dient dazu, die Position des fertigen Molchs im Einsatz erfassen zu können. In alternativen Ausführungen kann statt eines Magneten 7 ein anderer Einsatz im Rohling 1 vorgesehen sein, beispielsweise ein unmagnetisches aber detektierbares Material, z.B. ein Metall. Das im Schnitt dargestellte Hüllenelement 3 weist eine zylinderförmige Kavität 13 auf, in der der Magnet 7 einsetzbar ist. Es weist ferner eine Verbindungsfläche 9 auf, an der eine dauerhafte Verbindung zu einer Verbindungsfläche 11 des Hüllenelements 5 herstellbar ist. Das Hüllenelement 5 weist ebenfalls eine zylinderförmige Kavität 15 für den Magneten 7 auf. Zur genauen Verortung des Molchs ist es erforderlich, die Position des Magneten 7 im Rohling 1 und später im Molch genau zu kennen. Die gewählten Abmessungen und die Lage der Kavitäten 13 und 15 werden daher bei der Herstellung exakt eingehalten.
Die für die Ummantelung verwendeten Elastomere (beispielhaft wären Elastomere aus den Werkstoffgruppen HNBR, FPM oder auch FFPM) sind chemisch hochbeständig. Sie können aber z.B. aufgrund ihrer Vernetzungsstruktur nicht mittels Spritzgießen oder sonstigen gängigen Verarbeitungsprozessen für Elastomere in mehreren Verfahrensschritten nachträglich chemisch bzw. mechanisch miteinander verbunden werden. Dies ermöglicht erst die zusätzliche Aktivierung der Verbindungsfläche.
In der 3 ist ein Herstellungsverfahren für den Rohling der 1 und 2 schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird das Hüllenelement 3 hergestellt. Dabei wird auch die Kavität 13 erzeugt. Zur Herstellung wird ein Elastomer durch Spritzgießen in die gewünschte Form gebracht und vollständig vulkanisiert. Dadurch ist die in der Spritzgussform vorgesehene Ausformung zur Erzeugung der Kavität 13 formstabil und exakt in das Hüllenelement 3 übertragen worden. Zudem weist das Hüllenelement 3 die Verbindungsfläche 9 auf. Das gewählte Elastomer ist entsprechend des späteren Einsatzzwecks als Reinigungsmolch äußerst widerstandsfähig gegen chemische Einflüsse, wie sie bei der Reinigung von Rohren, insbesondere in der Lack- oder Farbverarbeitung auftreten. Durch die vollständige Vulkanisation ist entsprechendes Vulkanisationshilfsmittel verbraucht worden, so dass an das Hüllenelement 3 nicht unmittelbar ein weiteres Elastomerteil fest angebunden werden kann. Daher wird in einem zweiten Verfahrensschritt 103 die Verbindungsfläche 9 durch ein chemisches Ätzverfahren aktiviert. Alternativ kann die Verbindungsfläche je nach verwendetem Elastomer auch mittels eines mechanischen (Spanen und/oder Schleifen), elektrischen (Coronaaktivierung) und/oder bestrahlenden (Gamma/IR/UV) Verfahren aktiviert werden.
In einem dritten Verfahrensschritt 105 wird der Magnet 7 in die Kavität 13 eingesetzt. Das entsprechend Zwischenergebnis ist in der 4 dargestellt. Dort ist das Hüllenelement 3 mit eingesetzten Magneten 7 und der aktivierten Verbindungsfläche 9 in teilweiser Schnittdarstellung gezeigt. Es ist nicht erforderlich, dass der Magnet 7 selber eine dauerhaften Verbindung mit der Hüllenelement 3 eingeht, da er an seinem freien Ende später durch das Hüllenelement 5 abgedeckt wird.
In einem vierten Verfahrensschritt 107 wird das Hüllenelement 5 an das Hüllenelement 3 angespritzt und vulkanisiert. Dadurch entsteht zudem die Kavität 15. Durch die zuvor aktivierte Verbindungsfläche 9 entsteht eine dauerhaft feste Verbindung zwischen den Hüllenelementen 3 und 5, ohne dass ein Zwischenelement zum Halten beider Hüllenelemente 3 und 5 erforderlich ist. Der fertige Rohling 1 ist in teilweiser Schnittdarstellung in der 5 dargestellt. Der Magnet 7 ist vollständig von den Hüllenelementen 3 und 5 umschlossen und exakt positioniert. Es sind nur zwei Hüllenelemente 3 und 5 erforderlich, um den Magneten 7 zu umhüllen und gegen äußere Einflüsse zu schützen.
Bezugszeichenliste

1: Rohling
3,5: Hüllenelement
6: Fläche
7: Magnet
9, 11: Verbindungsfläche
13, 15: Kavität
101-107: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, umfassend einen Einsatz und eine den Einsatz umgebende Ummantelung, umfassend folgende Verfahrensschritte: a. Herstellen eines ersten Ummantelungsteils, das mindestens eine Aufnahme für den Einsatz und mindestens eine Kontaktfläche für wenigstens ein zweites Ummantelungsteil aufweist, b. Aktivierung der Kontaktfläche derart, dass eine dauerhafte Verbindung der Ummantelungsteile ermöglicht wird, c. Montieren des Einsatzes in die mindestens eine Aufnahme im ersten Ummantelungsteil, d. Herstellung und Anbringen des zweiten Ummantelungsteils, so dass dieses zumindest teilweise die Kontaktfläche des ersten Ummantelungsteils kontaktiert und mit diesem dauerhaft verbunden wird, wobei der Einsatz vollständig vom ersten und zweiten Ummantelungsteil umgeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz und die Ummantelungsteile aus Materialien bestehen, die beim Anspritzen oder beim Anvulkanisieren des Materials der Ummantelung an den Einsatz keine mechanisch und/oder chemisch feste Verbindung eingehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Kontaktfläche durch ein mechanisches (Spanen und/oder Schleifen), chemisches (Ätzen), elektrisches (Coronaaktivierung) und/oder bestrahlendes (Gamma/IR/UV) Verfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz aus einem magnetischen Metall besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelungsteile aus Elastomermaterialien bestehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringung des zweiten Ummantelungsteils gemäß Schritt d von Anspruch 1 in einem einzigen Arbeitsschritt komplett erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des ersten Ummantelungsteils gemäß Schritt a von Anspruch 1 durch einen Vulkanisationsvorgang erfolgt.
Verbundbauteil aufweisend folgende Merkmale: - einen Einsatz, - eine Ummantelung, die wenigstens zwei Ummantelungsteile umfasst, - wobei die wenigstens zwei Ummantelungsteile den Einsatz vollständig umgeben, - wobei die wenigstens zwei Ummantelungsteile wenigstens eine Kontaktfläche zueinander aufweisen, - wobei die zwei Ummantelungsteile durch eine Aktivierung der Kontaktfläche wenigstens eines der Ummantelungsteile dauerhaft direkt miteinander verbunden sind.
Verbundbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Ummantelungsteile umfasst werden.
Verbundbauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde.