DE10344333B4

DE10344333B4 - Anschlusselemente und Verfahren zur Herstellung von Anschlusselementen mittels Gasinjektionstechnik

Info

Publication number: DE10344333B4
Application number: DE10344333A
Authority: DE
Inventors: Michael Troy San Antonio Stuebs; William A. San Antonio Edwards; Jason K. San Marcos Weiss
Original assignee: Lancer Partnership Ltd
Current assignee: Lancer Partnership Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: US7910047B2; US20040062881A1; DE10344333A1; JP2004114690A

Abstract

Anschlusselement (10), versehen mit einem hohlen Leitungsbereich (100) mit einer Außenfläche, einem Einlassanschluss (105) und einem Auslassanschluss (115); und einem Dichtungselement (135), welches an die Außenfläche des Einlassanschlusses und des Auslassanschlusses angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement mittels Gasinjektionstechnik aus einem elastischen Kunststoff hergestellt und bei Beaufschlagung mit einem Innendruck durch Expansion so verformbar ist, dass der Dichtungsdruck des Dichtungselements mit steigendem Innendruck steigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft geformte, insbesondere gespritzte, Anschlusselemente und insbesondere, aber nicht auf diese beschränkt, geformte Durchführungsanschlusselemente mit dichtenden Elementen, welche mittels einer Gasinjektionstechnik hergestellt wurden.
In den Industriezweigen, die sich mit Dispenser- und Dosiertechnologien befassen, beinhalten Durchflusssysteme typischerweise Komponenten wie z.B. Ventile, Pumpen oder Durchflussmesser, die in einer vorgeschriebenen Anordnung miteinander verbunden werden müssen. Rohr- oder Schlauchleitungen sind typischerweise über Adapterstücke mit den Komponenten verbunden, die sich in einem solchen Durchflusssystem befinden. Es gibt eine Vielzahl von Verbindungen wie beispielsweise Oetiker-Schellen, O-Ringe, Schraubanschlusselemente und mit Domen oder Widerhaken versehene Anschlusselemente (sog. Barb Fittings). Die Benutzung solcher Verbindungstypen ist manchmal mit der Art des benutzten Rohr- oder Schlauchleitungsmaterials verknüpft, wie z.B. rostfreier Stahl, Kupfer, Nylon und geschichtete oder verstärkte Materialien. Ein anderer für die Auswahl des Anschlusses wichtiger Faktor ist die Frage, ob eine Verbindung lösbar oder unlösbar, d.h. permanent, sein soll. Lösbare Verbindungen, die geschraubte Verbindungen oder O-Ringverbindungen beinhalten, sind typischerweise teurer als die unlösbaren Verbindungstypen. Dies resultiert aus der höheren Anzahl von Schritten zur Herstellung der Elemente. Die unlösbaren Verbindungstypen beinhalten mit Widerhaken versehene Anschlusselemente und Oetiker-Schellen. Diese Elementtypen sind Elemente, die in hohem Volumen produziert werden und dadurch die Herstellungskosten und eventuell die Preise reduzieren.
O-Ringverbindungen werden typischerweise bei spanend hergestellten oder gespritzten Anschlusselementen benutzt, wenn eine Komponente in einem Rohr- oder Schlauchleitungssystem wartbar sein muss, d.h. leicht zu entfernen oder zu ersetzen. In Fällen, wo zwei Komponenten mittels O-Ringverbindungen verbunden werden müssen, ergab sich oft ein kurzes Röhrenstück, meist aus rostfreiem Stahl, mit O-Ringhaltern, die auf jedes der Enden aufgeschweißt waren. Jedes der Teile musste separat hergestellt und dann zusammen geschweißt werden. Diese Vorgehensweise erfordert ein bis zwei O-Ringe pro Abschluss und außerdem Montageaufwand. Deshalb führt die einfache Verbindung von zwei Komponenten zu einer Menge Arbeit und Ausgaben. Wenn O-Ringverbindungsanschlusselemente zu einem Massenproduktionsgegenstand gemacht werden könnten, wie z.B. einem Spritzteil, würden die Kosten pro Einheit sinken und um sie zu einer kosteneffizienten Alternative für lösbare Verbindungen werden.
Die vorliegenden Erfindung beinhaltet sowohl ein Verfahren zum Formen von Anschlusselementen unter Benützung von Gasinjektionstechniken als auch das Anschlusselement als solches. Bisher wurde die Gasinjektionstechnik als eine Technik zur Gewichtsreduktion beim Spritzen von Kunststoffkomponenten benutzt. Das Verfahren liefert ein Mittel, um Spritzgussteile auszuhöhlen und dadurch den Materialbedarf zu minimieren. Dieses Verfahren wurde nicht für Durchführungskomponenten oder ähnliches verwendet. Vielmehr erhält man Durchführungsteile, indem die Endbereiche der Anschlusselemente entfernt wurden, wenn diese aus der Form kommen.
Das Verfahren zum Formen eines Anschlusselements unter Verwendung von Gasinjektionstechniken beinhaltet die Schritte des Schließens einer Form, um einen Bauteilhohlraum zu erzeugen, das Einspritzen eines Harzes in die Form, das Einspritzen eines Gases in einen Harzstrom, um einen Hohlraum in einem Teil zu erzeugen, das Öffnen der Form, das Auswerfen eines gespritzten Teils mittels konventioneller Formauswurftechniken und das Entfernen von einem Überflussteil und einem Einlassbereich von dem Teil, wie es aus der Form kommt, so dass sich ein hohles Anschlusselement ergibt.
Das gespritzte Leitungsanschlusselement, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren geformt wurde, ist ein Durchführungsformstück, welches Merkmale aufweist, die O-Ringe verkörpern, die an einem Teil in die Form eingebracht und letztlich in die Außenfläche des gespritzten Anschlusselements eingefügt sind. Dieses Verfahren kann Spritzguss-O-Ringanschlusselemente von der Verbindung komplett eliminieren. Anschlussverbindungen dieses Typs können durch die interne Expansion des verformbaren Anschlusselements auch einen erhöhten Dichtungsdruck bei höheren Druckbereichen erfahren. Weitere Anwendungen können Verteiler oder Teile mit inneren Durchlässen beinhalten. Während diese bevorzugte Ausführungsform mit zwei Anschlüssen gezeigt ist, sollte es dem Fachmann trotzdem klar sein, dass mehr als zwei Anschlüsse benützt werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Anschlusselemente herzustellen, indem Gasinjektionstechniken angewendet werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Zurverfügungstellung eines Anschlusselements, welches mittels Gasinjektionstechniken hergestellt wurde und an welches dichtende Elemente integral angeformt sind, wobei höhere Arbeitsdruckbereiche sowie reduzierte Fertigungskosten und Aufbauzeit realisiert sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine isometrische Ansicht, welche eine typische Form und Formteile veranschaulicht;
2 ist ein Querschnitt, welcher eine Form in offener und geschlossener Position zeigt, und der durch die Mittellinien der Gasverbindungsleitung und einer Einlaufverbindung verläuft;
3 ist eine Aufsicht, welche die Hohlraumseite der „B"-Platte darstellt und die Hälfte eines Bauteilhohlraumes zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zum Formen von Durchführungsteilen mittels Gasinjektionstechniken illustriert;
5 ist eine Vorderansicht, welche das gespritzte Leitungsanschlusselement in dem Zustand zeigt, wie es aus der Form kommt;
6 ist eine Vorderansicht, welche das gespritzte Leitungsanschlusselement in dem Zustand zeigt, wie es benutzt wird;
7 ist ein Querschnitt, welcher das gespritzte Leitungsanschlusselement zeigt und durch die Mittellinien von jedem axialen Teil verläuft.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Formen von Leitungsanschlusselementen unter Benutzung von Gasinjektionstechniken sowie eine Vorrichtung, die durch das Verfahren erzeugt wird, und insbesondere ein Formstück mit integrierten Dichtungselementen. Bisher wurde die Gasinjektionstechnik als eine Technik zur Gewichtsreduktion beim Spritzen von Kunststoffkomponenten benutzt. Das Verfahren liefert ein Mittel, um Spritzgussteile auszuhöhlen und dadurch den Materialbedarf zu minimieren. Dieses Verfahren wurde nicht für Durchführungskomponenten oder ähnliches verwendet. Vielmehr erhält man Durchführungsteile, indem die Endbereiche der Anschlusselemente entfernt wurden, wenn diese aus der Form kommen.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, beinhaltet eine Spritzform 300 für ein Verfahren mit Gasinjektionstechnik eine „A"-Seite 310 und eine „B"-Seite 320, wobei die beiden Seiten zueinander passen, um einen Bauteilhohlraum 301 zu bilden, wo ein Teil geformt wird. Sowohl die „A"-Seite 310 als auch die „B"-Seite 320 haben eine Außenseite 311 bzw. 321 und eine Hohlraumseite 312 bzw. 322. Die „A"-Seite 310 besteht aus der A-Seiten-Formplatte 309, einer Einlaufverbindung 330, einer Gasleitungsverbindung 350 und einem A-Seiten-Bauteilhohlraum 302. Eine Materialzuführungsleitung 335 ist mit der Einlaufverbindung 330 verbunden, um Kunstharz für das Spritzen zu liefern. Eine Gasleitung 340, die mit einer Gasleitungsverbindung 350 verbindbar ist, ist ferner mit einer Gasquelle verbunden. Das Gas, in einer bevorzugten Ausführungsform Stickstoff, dient dazu, in einen Kunstharzstrom eingespritzt zu werden. Die „B"-Seite 320 beinhaltet eine B-Seiten-Formplatte 319 mit einem B-Seiten-Bauteilhohlraum 303 auf der Hohlraumseite 322.
Bei einer Spritzgussform sind die „A"-Seite 310 und die „B"-Seite 320 so eingespannt, dass sie sich nur in Aufwärtsrichtung, voneinander weg und in Abwärtsrichtung aufeinander zu bewegen können, so dass die Form 300 in offen oder geschlossen ist, wie dies in dem Querschnitt von 2 gezeigt ist. In der geschlossenen Position der Form 300 liegen die Hohlraumseiten 312 und 322 aufeinander, um einen Bauteilhohlraum 301 entlang der Trennungslinie 307 zu schließen. Ein Bauteilhohlraum 301 ist typischerweise ein hohler Bereich in den Platten, welcher die Außenfläche des Bauteils, das gespritzt werden soll, repräsentiert. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Bauteilhohlraum 301 aus einem Anschlusselementhohlraum 304 gebildet, welcher mit einem Überflusshohlraum 305 und einem Einlasshohlraum 306 verbunden ist. Ein Bauteilhohlraum 301 ist normalerweise sowohl in die „A"-Seite 310 als auch in die „B"-Seite 320 eingeformt, um das System ausgeglichen zu halten. In dieser bevorzugten Ausführungsform weisen der „A"-seitige Bauteilhohlraum 302 und der „B"-seitige Bauteilhohlraum 303 jeweils inverse Dichtungselemente 308 auf, die auf dem Bauteil angebrachte O-Ringe repräsentieren. 3 liefert eine detaillierte Ansicht des „B"-seitigen Bauteilhohlraums 303 mit den inversen Dichtungselementen 308, die fest in den Bauteilhohlraum 303 eingebaut sind.
4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren für die Gasinjektionstechnik für Durchführungsformstücke. Bei Schritt 71 wird eine Form 300 geschlossen, um einen Bauteilhohlraum 301 abzudichten. Während des Schließens wird Harz, bei dieser bevorzugten Ausführungsform Sanoprene, wie in Schritt 72 gezeigt, durch eine Einlaufverbindung 330 in die Form 300 eingespritzt. Wenn das Harz in der Form 300 ist, muss es einen Verteilungskanal 331 durchlaufen, um in den Bauteilhohlraum 301 einzutreten. In Schritt 73 bewegt sich währen des Einspritzens des Harzes ein Hochdruckgas, in dieser bevorzugten Ausführungsform Stickstoff, von einer Gasleitung 340 durch eine Gasleitungsverbindung 350 und wird durch eine nadelförmige Gaszuleitung, einen sog. Gaspin 351, in den Harzstrom eingespritzt. Das Harz tritt beim Einlasshohlraum 306 in den Bauteilhohlraum ein und bewegt sich durch den Anschlusselementhohlraum 304 in Richtung des Überflusshohlraums 305. Während des Einspritzens in den Harzstrom und des Eintretens in den Bauteilhohlraum 301, findet das Gas mit höherem Druck in der Mitte der größeren Hohlräume ein Gleichgewicht und kreiert dadurch einen hohlen Bereich. Überschussharz wird durch das Gas mit höherem Druckbann in den Überschusshohlraum 305 gedrängt. Nach der angemessenen Durchlaufzeit wird die Form 300 wie in Schritt 74 angedeutet geöffnet, und ein gespritztes Leitungsanschlusselement 10 wird mittels konventioneller Formauswurftechniken wie im Verfahrensschritt 75 gezeigt ausgeworfen.
Wie in 5 gezeigt ist, wird ein gespritztes Leitungsanschlusselement 10 mit einem Leitungsbereich 100 mit zwei Anschlüssen gespritzt, nämlich einem Einlassanschluss 105 und einem Auslassanschluss 115. Der Einlassanschluss 105 ist mit einem Einlassbereich 140 verbindbar, und der Auslassanschluss 115 ist mit einem Überflusssegment 130 verbindbar. Der Leitungsbereich 100 ist ein Bereich mit hohlem, zylindrischem Querschnitt mit einer 90 Grad Biegung. Ein Einlaufansatz 120 befindet sich am oberen Ende des Einlassbereichs 140, wo das fließende Material in die Form tritt. Ein Gaspinansatz 150 ist nahe dem Einlaufansatz 120 an dem Einlassbereich 140 angeordnet. Eine Gaspinöffnung 125 in dem Gaspinansatz 150 befindet sich dort, wo das Gas in die Form eintritt, um einen Druck aufzubauen. Das Überflusssegment 130 ist so ausgestaltet, dass es der Form hilft, vollständig gefüllt zu werden, indem es jeden Überschuss von Materialeinspritzkapazität aufnimmt.
Nachdem Herausnehmen aus der Form 300, ist das gespritzte Leitungsanschlusselement 10 eine einstückige Einheit ohne andere Öffnungen als die Gaspinöffnung 125 in dem Gasdüsenansatz 150. Die Enden des hohlen, zylindrischen Querschnitts des Leitungsbereichs 100 sind durch die Verbindung mit dem Einlassbereich 140 und dem Überflusssegment 130 abgedich tet. Um ein Bauteil mit einem Durchlasskanal oder eine Durchführung zu erhalten, müssen das Überflusssegment 130 und der Einlassbereich 140, wie in Schritt 76 beschrieben und in 5 gezeigt, abgeschnitten werden. Das Entfernen des Einlassbereichs 140 und des Überflusssegments 130, wie beschrieben, hinterlässt ein hohles Leitungsanschlusselement 200 zur Benützung als gespritztes Anschlusselement, wie es in 6 gezeigt ist. Sowohl der Einlassanschluss 105 als auch der Auslassanschluss 115 sind in dieser Ausführungsform des Verfahrens mit zwei O-Ringelementen 135 ausgestattet, die sowohl zum Dichten dienen, als auch als Festhalteelemente, um die verbundenen Enden gegeneinander zu halten. 7 zeigt einen detaillierten Querschnitt des gespritzten Leitungsanschlusselements 200. Die O-Ringelemente 135 sind so ausgeführt, dass sie das Anschlusselement 200 mit zu O-Ringen äquivalenten Dichtungseigenschaften ausstatten, ohne dass jedoch O-Ringe benutzt werden. Es sollte für den Fachmann erwähnt werden, dass die Dichtungselemente von jeder Gestalt oder Form sein können, um ein Dichten im System zu erreichen. Der Querschnitt in 7 zeigt auch den hohlen Durchlass des Anschlusselements 200.
Der Vorteil des Nichtbenötigens eines O-Rings wird durch die Kosten verstärkt, die mit dem Herstellen von O-Ringverbindern und Leitungsanordnungen verbunden sind, sowie durch die Arbeit, die mit der Installation der O-Ringe verbunden ist. Leitungsanordnungen werden typischerweise aus rostfreien Stahlrohren, welche in der Länge zugeschnitten werden, und separat hergestellten O-Ringverbindern mittels eines Schweißprozesses hergestellt, um aus den Teilen eine integrale Einheit herzustellen. Die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung wird das Schweißen und die Montagearbeit, die mit den bisherigen geschweißten Anordnungen verbunden ist, eliminieren.
Ein weiterer Vorteil bei der Benutzung der bevorzugten Ausführungsform ist die Fähigkeit, den Dichtungsdruck zwischen dem O-Ringelement 135 und einer Dichtungsfläche unter höheren Arbeitsdrücken zu erhöhen. Dieser Effekt tritt ein, wenn ein höherer Druck innerhalb des Leitungssystems den Innendurchmesser des Leitungsanschlusselements 200 ausdehnt, so dass sich dieses noch stärker gegen die Innenseite der Gegenfläche presst. Dieser Effekt existiert, weil das Material des gespritzten Leitungsanschlusselements verformbar ist. Standarddichtungen mit O-Ring haben ein limitierten Arbeitsdruck, bei dem die Integrität der Dichtung akzeptabel ist. Jenseits dieses Bereichs werden O-Ringdichtungen lecken.
Während die bevorzugte Ausführungsform, wie gezeigt, zwei Anschlüsse aufweist, ist es für einen Fachmann klar, dass dieses Verfahren für Komponenten mit mehr als zwei Anschlüssen angewendet werden kann. Dieses Verfahren hat eindeutig die Flexibilität, Anschlusselemente, Verteiler und Leitungskomponenten von praktisch jeder Länge oder jeder Form bei reduzierten Kosten in Massenproduktion herzustellen. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der vorhergehenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht sich, dass diese Beschreibung nur exemplarischen Zwecken dient und viele Alternativen, Äquivalente und Variationen von variierendem Ausmaß in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Anschlusselement (10), versehen mit einem hohlen Leitungsbereich (100) mit einer Außenfläche, einem Einlassanschluss (105) und einem Auslassanschluss (115); und einem Dichtungselement (135), welches an die Außenfläche des Einlassanschlusses und des Auslassanschlusses angeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement mittels Gasinjektionstechnik aus einem elastischen Kunststoff hergestellt und bei Beaufschlagung mit einem Innendruck durch Expansion so verformbar ist, dass der Dichtungsdruck des Dichtungselements mit steigendem Innendruck steigt.
Anschlusselement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gespritzte Anschlusselement eine Mehrzahl von Anschlüssen (105, 115) aufweist, von denen jeder ein Dichtungselement (135) beinhaltet, welches integral an die Außenfläche angeformt ist.
Anschlusselement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (135) ein O-ringförmiges Element aufweist, welches integral an die Außenfläche angeformt ist
Anschlusselement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassanschluss (105) und der Auslassanschluss (115) eine Mehrzahl von Dichtungselementen (135) aufweisen, die integral an deren Außenflächen angeformt sind.
Anschlusselement (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungselemente (135) jeweils ein O-ringförmiges Element aufweisen, welches integral an die Außenfläche angeformt ist.
Verfahren zum Formen eines Anschlusselements (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches die folgenden Schritte beinhaltet: – Verschließen einer Form (300); – Einspritzen eines elastischen Kunststoffs in einen Formhohlraum (301); – während des Einspritzens des Kunststoffs in den Formhohlraum Einbringen eines Gases in den Kunststoff, dadurch Verdrängen von überschüssigem Kunststoff in einen Überschusshohlraum (305); – Öffnen der Form; – Auswurf des Bauteils wie es aus der Form kommt; und – Entfernen eines Überflusssegments (130) und eines Einlassbereichs (140) von dem Teil wie es aus der Form kommt, wodurch sich ein hohles Anschlusselement ergibt.