DE19619999C2 - Verfahren und Form zum Herstellen lippenförmiger Dichtbereiche auf Dichtungskörpern oder Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Form zum Herstellen lippenförmiger Dichtbereiche auf Dich­ tungskörpern oder Bauteilen, die insbesondere durch ihre Form, d. h. eine relativ filigrane Außenkontur, ein gutes Abdichtverhalten aufweisen sollen. Die so hergestellten Dichtlippen sind für die verschieden­ sten Anwendungsfälle in der Dichtungstechnik geeig­ net. So hergestellte Dichtlippen sollen auch unter komplizierten und differenzierten Einsatzbedingungen Verwendung finden können, wie dies beispielsweise bei Kraftfahrzeugen im Bereich der Verbrennungsmotoren erforderlich ist.

Es werden bisher bereits plastische Dichtungsmassen verwendet, die definiert auf die vorgegebenen Berei­ che aufgebracht werden. Durch den Eintrag von thermischer Energie und die dadurch hervorgerufene Vernetzung erfolgt eine Aushärtung. Die verwendete Dichtmasse soll so in einer gewünschten Form gehalten werden. Nachteilig ist hierbei, daß die relativ groß­ formatigen wulstförmigen Dichtlippen gemeinsam mit dem Dichtungskörper oder dem Bauteil, auf das sie aufgebracht werden, eine relativ große Energiemenge benötigen. Neben dem erhöhten Energieverbrauch ist es außerdem nachteilig, daß bei der Herstellung eine relativ große Zeitspanne erforderlich ist, um den Prozeß der Aushärtung durchführen zu können, was sich insbesondere in einer Serienfertigung mit längeren Taktzeiten negativ auswirkt.

Aus der EP 0 533 161 A1 ist es zwar bekannt, Schutz­ schichten auf Zylinderkopfdichtungen aufzubringen, die mit Hilfe von UV-Licht aushärten. Hierbei handelt es sich jedoch um Schutzschichten, die wegen ihrer relativ geringen Dicke (< als 1 mm), wenn überhaupt, nur einen geringen Anteil an der Dichtwirkung leisten können.

Aus US 4,635,947 ist ebenfalls das Aufbringen von dünnen Schichten aus einem UV-härtbarem Material be­ kannt. Dabei sollen solche Beschichtungen auf Teile von Fensterdichtungen aufgebracht werden, um diese insbesondere gleitfähiger und geräuschärmer zu ge­ stalten. Die Dicke der dort beschriebenen Schichten auf dem Grundkörper der Dichtung soll zwischen 0,05 und 0,02 mm liegen.

In EP 0 558 033 A1 ist eine Möglichkeit beschrieben, um Dichtungen auf einen Körper aufzubringen und dabei ein Silikongummi durch Erwärmung auszuhärten. Dabei sollen Temperaturen zwischen 50 und 200°C angewendet werden und bevorzugt eine Heizform Verwendung finden.

In DE-GM 18 77 787 wird beschrieben, wie eine Dicht­ masse zur Abdichtung von lösbar miteinander verbunde­ nen Maschinenteilen in eine Nut eingebracht werden kann, die in einem der Maschinenteile ausgebildet ist. Mit der dort beschriebenen Lösung soll es mög­ lich sein, die Nut gleichmäßig und vollständig zu füllen, wobei darauf hingewiesen wird, daß die Ver­ festigung des Dichtmittels durch Wärmeeinwirkung er­ folgen soll. Das Dichtmittel wird in die Nut durch eine Füllöffnung eingebracht, und Luft aus der Nut kann über eine Entlüftungsöffnung entweichen. In der Nähe der Entlüftungsöffnung soll eine Drosselstelle vorhanden sein, um zu verhindern, daß Nutabschnitte nicht vollständig mit Dichtmittel befüllt werden kön­ nen.

Ein Dichtmaterial aus mindestens zwei Komponenten, die als Mehrschichtaufbau auf ein Substrat aufge­ bracht werden können, ist in EP 0 340 610 A2 be­ schrieben. Eine Schicht des Dichtungsmaterials soll ein mit ionisierender Strahlung vernetzbares Harz sein, das bei Normaltemperatur nicht fließfähig ist, und eine zweite Dichtschicht, alternierend auf einem Substrat, das bevorzugt für UV-Licht transparent ist, auflaminiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine entsprechende Form zu schaffen, mit dem bzw. mit der Dichtlippen auf Dichtungskörper oder Bauteile aufgebracht und mit geringem Energieverbrauch in kur­ zer Zeit ausgehärtet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfah­ ren nach Anspruch 1 gelöst. Bei der Vorgehensweise, wie dies nach Anspruch 1 der Fall ist, ist besonders eine Form nach Anspruch 16 begünstigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Verwendung der in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf den Dichtungskörper oder ein mit einer Dichtlippe zu ver­ sehendes Bauteil eine mittels UV-Licht vernetzbare Dichtmasse aufgebracht. Dabei werden beim Auftrag be­ reits die Größe und Form der auszubildenden Dichtlip­ pe, eventuell auch ein Schwindmaß der verwendeten Dichtmasse, berücksichtigt. Die herzustellende Dicht­ lippe hat dabei eine Größe von mehreren Millimetern und ist daher wesentlich dicker als die bekannten Schutzschichten, wie sie im Stand der Technik zu ent­ nehmen sind. Die so hergestellte Dichtlippe kann da­ bei Konturen aufweisen, die die Barrierewirkung ent­ lang ihrer Längsausdehnung erhöhen. Der Auftrag kann mit bekannten Auftragsverfahren, wie z. B. Aufspritzen oder Walzen, erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist das Aufsetzen einer Form auf den Dichtungskörper oder das Bauteil, die die Form und die gewünschte Außenkontur, beispielsweise eine Wellenform in Längsrichtung, der herzustellen­ den wulstförmigen Dichtlippe vorgibt. Dabei kann der Dichtungskörper bzw. das Bauteil so profiliert sein, daß ein Aufnahmeraum für die Dichtmasse ausgebildet ist, in den die Form einsetzbar ist und der mit der zu verwendenden Dichtmasse ausgefüllt wird. Der Raum und die Form sind dabei bevorzugt so aufeinander an­ gepaßt, daß ein Entweichen von eingebrachter Dicht­ masse verhindert wird. Hierfür können an der Form plastische Dichtungen angeordnet sein, die an der Außenwand der Aussparung anliegen, und einen Abschluß bilden, der verhindert, daß die plastische Dichtmasse während des Einbringens in den Formungsbereich der Form entweichen kann.

Die mittels UV-Licht vernetzbare Dichtmasse gelangt durch mindestens einen Einspritzkanal aus einer zen­ tralen Zuführung in den Formungsbereich der Form und füllt diesen nach und nach vollständig aus, so daß die Kontur der Innenkontur im Formungsbereich der Form entspricht. Bei größeren herzustellenden Dicht­ lippen ist es günstig, mehrere Einspritzkanäle in der Form vorzusehen, die relativ gleichmäßig an dieser verteilt angeordnet sind.

Nachdem der Formungsbereich der Form mit der Dicht­ masse gefüllt worden ist, wird diese von außen mit UV-Licht bestrahlt und die Vernetzung der Dichtmasse ausgelöst und so die Aushärtung der herzustellenden Dichtlippe erreicht. Dafür besteht die Form zu we­ sentlichen Teilen aus für UV-Licht durchlässigem Ma­ terial wie Poly-Methylmethacrylat oder Quarzglas.

Vorteilhaft ist es, zumindest den Einspritzkanal für UV-Licht undurchlässig zu gestalten, um eine Aushär­ tung der im Einspritzkanal befindlichen Dichtmasse zu verhindern. Hierfür können reflektierende Schichten im Einspritzkanal verwendet werden. Dadurch ist es möglich, nach dem Abnehmen der Form diese ohne weite­ res für die Herstellung einer anderen Dichtlippe ohne zusätzlichen Reinigungsaufwand zu verwenden.

Neben dem Einspritzkanal bzw. mehreren Einspritzkanä­ len ist mindestens ein Entlüftungskanal in der Form vorzusehen, durch den die durch die Dichtmasse ver­ drängte Luft entweichen kann. Auch der Entlüftungs­ kanal sollte wie der Einspritzkanal entsprechend be­ schichtet sein, so daß eventuell eingedrungene Dichtmasse durch den Einfluß von UV-Licht ebenfalls nicht aushärten kann.

Zur Verhinderung des Eindringens von Dichtmasse in den bzw. die Entlüftungskanal/-kanäle kann an deren Eingang eine permeable Membran angeordnet sein, durch die die verdrängte Luft entweichen kann, die jedoch für die Dichtmasse undurchlässig ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Verhinderung des Ein­ dringens von Dichtmasse in den bzw. die Entlüftungs­ kanal/-kanäle besteht darin, daß in einem bzw. mehre­ ren Druckspeichern mit Hilfe der verdrängten Luft ein Druck aufgebaut wird, gegen den die Dichtmasse beim Einbringen in den Formungsbereich der Form wirkt und der so dimensioniert ist, daß ein Eindringen der Dichtmasse in den Entlüftungskanal zumindest behin­ dert wird. In gleicher Weise kann auch eine Verbin­ dung zwischen Entlüftungskanal und einer Druckluftzu­ leitung verwendet werden. Hierfür ist günstigerweise ein Ventil an der Druckluftleitung vorhanden, das geöffnet wird, wenn der Formungsbereich der Form na­ hezu vollständig mit Dichtmasse ausgefüllt ist.

Die Steuerung dieses Ventiles kann dabei bevorzugt in Abhängigkeit von der Dosierung der Dichtmasse durch­ geführt werden.

Vorteilhaft ist es weiter, die Außenform der Form im Bereich, der für UV-Licht durchlässig ist, konkav als Linse auszubilden, um das auftreffende UV-Licht ge­ zielt auf die in den Formungsbereich eingebrachte Dichtmasse zu richten. Hierfür sind neben der Brech­ zahl des verwendeten Formmaterials die Wellenlänge des UV-Lichtes und der Einfallswinkel zu berücksich­ tigen. Bei relativ komplizierten Formen für die her­ zustellende Dichtlippe kann es günstig sein, die Kon­ tur der Form so auszubilden, daß das auftreffende UV- Licht auf Bereiche fokussiert wird, in denen Anhäu­ fungen von Dichtmasse vorhanden sind. Die anderen Bereiche, in denen weniger Dichtmasse im Formungsbe­ reich vorhanden ist, können mit Streulicht bestrahlt werden, um eine kürzere Aushärtezeit zu sichern.

Das UV-Licht kann mit herkömmlichen UV-Lichtquellen, bevorzugt jedoch in gepulster Form, unter Verwendung von UV-Eximerstrahlern ausgehärtet werden. Die Aus­ härtung kann je nachdem direkt vor Ort oder in einer kontinuierlichen Fertigung im Durchlaufprinzip erfol­ gen, wobei im letzteren Fall die zu verwendende Lichtquelle stationär angeordnet ist und die Dich­ tungskörper oder Bauteile sequentiell an der Licht­ quelle vorbeigeführt werden. Die Zeitdauer und die Leistung, mit der die Dichtmasse bestrahlt wird, kön­ nen dabei optimiert werden.

Für die Dichtmasse können Acrylurethane, Acrylepoxi­ polymere, Acrylpolyester, Acrylpolyether, Acrylpoly­ thiol oder Epoxipolimere verwendet werden, die durch ihre Eigenschaften, insbesondere der Möglichkeit der Aushärtung durch den Einfluß von UV-Licht, als geeig­ nete Materialien vorteilhaft verwendbar sind. Dem verwendeten Dichtmaterial können Fotoinitiatoren zu­ gegeben werden. Hierfür können beispielsweise Verbin­ dungen aus der Klasse der Benzophenone, der Azetophe­ none, der Benzoine oder der Azoverbindungen zugegeben werden.

Bevorzugt sind Dichtmassen auf der Basis vernetzbarer Organopolysiloxan-Zusammensetzungen. Als Katalysato­ ren eignen sich alle photochemisch aktivierbaren Ka­ talysatoren.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungs­ beispiel näher beschrieben werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung für die er­ findungsgemäße Vorgehensweise und eine zu verwendende Form mit einer glatten Außen­ kontur a und einer wellenförmigen b, und

Fig. 2 eine auf einen Dichtungskörper um eine Öff­ nung aufgebrachte Dichtlippe.

In einem Dichtungskörper 5 ist eine entsprechend dem abzudichtenden Bereich, beispielsweise einer Öffnung 7 eine Aussparung eingearbeitet, auf die eine ent­ sprechend ausgebildete Form 1, 10 aufsetzbar ist. Die Form 1, 10 verfügt dabei über Dichtflächen, die an der Aussparung anliegen und verhindern, daß Dichtmas­ se 2, die über einen oder mehrere Einspritzkanal/-ka­ näle 3 in den Formungsbereich der Form 1, 10 ein­ bringbar ist, unerwünscht austritt. Der bzw. die Ein­ spritzkanal/-kanäle 3 sind mit einer UV-Licht reflek­ tierenden Beschichtung versehen, die verhindert, daß sich noch in dem bzw. den Einspritzkanal/-kanälen 3 befindliche Dichtmasse 2 unter Einfluß von UV-Licht aushärtet und so der Kanal bzw. die Kanäle 3 verstop­ fen. Die Innenkontur der Form 1, 10 kann dabei Berei­ che aufweisen, die die nach der Aushärtung der Dicht­ masse 2 gebildete Dichtlippe 6 entsprechend kontu­ riert vorgeben, so daß entlang der wulstförmigen Dichtlippe 6, in deren Längsrichtung eine Wellen­ struktur gebildet wird, die mit ihren Bergen und Tä­ lern die Dichtwirkung entlang des abzudichtenden Be­ reiches als labyrinthförmige Barriere erhöht. Die Innenkontur selbst kann z. B. glatt sein (Fig. 1a) oder wellenförmig (Fig. 1b).

Neben dem Einspritzkanal bzw. den Einspritzkanälen 3 ist der Formungsbereich der Form 1, 10 mit mindestens einem Entlüftungskanal 4 verbunden, durch den bzw. die die im Formungsbereich vorhandene Luft durch die eingebrachte Dichtmasse 2 verdrängt werden kann, so daß eine vollständige Befüllung des Formungsbereiches der Form 1, 10 ohne jegliche Lufteinschlüsse möglich ist.

Der bzw. die Entlüftungskanal/-kanäle 4 sind bevor­ zugt ebenfalls entsprechend beschichtet, so daß die eventuell eindringende Dichtmasse 2 nicht aushärtet und den Kanal bzw. die Kanäle 4 verstopfen.

Die Menge der einzubringenden Dichtmasse 2 sollte so dimensioniert werden, daß möglichst vermieden wird, daß Dichtmasse 2 in den bzw. die Entlüftungskanal/- kanäle 4 gelangen kann. Dies kann vorteilhaft weiter unterstützt werden, wenn die verdrängte Luft durch den bzw. die Entlüftungskanal/-kanäle 4 in einen Druckspeicher gepreßt wird. Dabei erhöht sich der Druck mit der Menge an Dichtmasse 2, die in den For­ mungsbereich der Form 1, 10 gelangt, und wirkt gegen die Dichtmasse 2, die bestrebt ist, in den bzw. die Entlüftungskanal/-kanäle 4 einzudringen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Druck­ luftanschluß an dem bzw. den Entlüftungskanal/-kanä­ len 4 anzuschließen, der kurz vor der vollständigen Befüllung des Formungsbereiches der Form 1, 10 mit Dichtmasse 2 geöffnet wird und der sich aufbauende Druck ebenfalls das Eindringen von Dichtmasse 2 in den bzw. die Entlüftungskanal/-kanäle 4 verhindert. Ein solcher Druckluftanschluß kann außerdem dazu ver­ wendet werden, nach dem Abnehmen der Form 1, 10 den bzw. die Entlüftungskanal/-kanäle 4 freizublasen.

In Fig. 1 ist ebenfalls erkennbar, daß die Form 1, 10 in Richtung auf die nicht dargestellte UV-Licht­ quelle konkav ausgebildet ist, wobei die Krümmung entsprechend der verwendeten Wellenlänge des Lichtes unter Berücksichtigung der Brechzahl des für UV-Licht durchlässigen Materials und des Lichteinfallswinkels ausgebildet ist.

Nachdem der Formungsbereich der Form 1, 10 mit Dicht­ masse 2 vollständig gefüllt ist, kann die nicht dar­ gestellte UV-Lichtquelle eingeschaltet und in relativ kurzer Zeit, d. h. in wenigen Sekunden, die Aushärtung der Dichtmasse 2 erreicht werden.

Claims (25)

1. Verfahren zum Herstellen lippenförmiger Dicht­ bereiche auf Dichtungskörpern oder Bauteilen, bei dem eine mittels UV-Licht vernetzbare Dichtmasse (2) in der Form und Größe für die vorzugebende Dichtlippe aufgetragen und anschließend mittels UV-Licht ausgehärtet wird.

2. Verfahren zum Herstellen lippenförmiger Dicht­ bereiche auf Dichtungskörpern oder Bauteilen, bei dem
unter Verwendung einer die Form und Kontur der Dichtlippe (6) vorgebenden Form (1, 10), die zumindest teilweise für UV-Licht durchlässig ist, eine mittels UV-Licht vernetzbare Dichtmas­ se (2) in den Formungsbereich der Form (1, 10) eingebracht;
und durch Bestrahlung mit UV-Licht die Aushär­ tung der Dichtmasse (2) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse (2) nach dem Aufsetzen der Form (1, 10) auf den Dichtkörper oder das Bau­ teil (5) in den Formungsbereich der Form (1, 10) eingebracht und die Form (1) nach dem Aushärten der Dichtmasse (2) entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (1, 10), die zumindest teilweise aus Poly-Methylmethacrylat oder Quarzglas be­ steht, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmasse (2) über mindestens einen Einspritzkanal (3), der gegenüber UV-Licht un­ durchlässig ist, eingebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Einbringen der Dichtmasse (2) über den Einspritzkanal (3) verdrängte Luft aus dem Formungsbereich der Form (1, 10) über minde­ stens einen Entlüftungskanal (4), der gegenüber UV-Licht undurchlässig ist, verdrängt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Formungsbereich der Form (1, 10) eingebrachte Dichtmasse (2) mittels einer gas­ durchlässigen Membran, die am Eingang des Ent­ lüftungskanals (4) angebracht ist, am Eindringen in den Entlüftungskanal (4) gehindert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Entlüftungskanal (4) aus dem Formungsbereich verdrängte Luft in einen Druck­ speicher für den Aufbau eines Gegendruckes ge­ drängt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen zumindest eines Teiles der Dichtmasse (2) in den Formungsbereich der Form (1, 10) über eine Druckluftzuleitung, ein Eindringen von Dichtmasse (2) in den Entlüf­ tungskanal (4) verhindernd, im Entlüftungskanal (4) ein Gegendruck aufgebaut wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Außenkontur der Form (1, 10) auftreffende UV-Licht durch eine entsprechende Konturierung der Außenform der Form (1, 10) un­ ter Berücksichtigung der Brechzahl des UV-durch­ lässigen Materials und der Wellenlänge des UV- Lichtes das UV-Licht auf die im Formungsbereich der Form (1) eingebrachte Dichtmasse (2) konzen­ triert gerichtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Form (1, 10) so ausge­ bildet ist, daß ein großer Teil des UV-Lichtes auf Anhäufungen der Dichtmasse (2) im Formungs­ bereich gerichtet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dichtmasse Acrylurethane, Acrylepo­ xipolymere, Acrylpolyesterpolymere, Acrylpoly­ etherpolymere, Acrylpolythiolpolymere oder Ep­ oxipolymere verwendet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtmasse (2) Fotoinitiatoren zugegeben werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das UV-Licht gepulst auf die Dichtmasse (2) gerichtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht eines UV-Eximerstrahlers auf die Dichtmasse (2) gerichtet wird.

16. Form zum Herstellen lippenförmiger Dichtbereiche auf Dichtungskörpern oder Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1, 10) zumindest teilweise aus einem für UV-Licht durchlässigen Material be­ steht und ein Formungsbereich zur Aufnahme von Dichtmasse (2) gegenüber dem Dichtungskörper oder Bauteil (5) zur Verhinderung des Entwei­ chens der eingebrachten Dichtmasse (2) abdich­ tend ausgebildet ist.

17. Form nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Einspritzkanal (3) den For­ mungsbereich der Form (1, 10) mit einer Zulei­ tung für die Dichtmasse (2) verbindet.

18. Form nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsbereich der Form (1, 10) mit der Umgebung mit einem Entlüftungskanal (4) verbun­ den ist.

19. Form nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal (4) für UV-Licht un­ durchlässig ist.

20. Form nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzkanal (3) mit einer UV-Licht reflektierenden Beschichtung versehen ist.

21. Form nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Form (1, 10) eine den Einfallswinkel des UV-Lichtes, die Wellenlänge des UV-Lichtes, die Brechzahl des UV-Licht durchlässigen Materials der Form (1, 10) und/oder die geometrische Form der im Formungs­ bereich der Form (1, 10) aufgenommenen Dichtmas­ se (2) berücksichtigend als Linse ausgebildet ist.

22. Form nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Entlüftungskanals (4) mit einer permeablen Membran versehen ist.

23. Form nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal (4) mit einem Druck­ speicher verbunden ist.

24. Form nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß im Entlüftungskanal (4) ein zusätzlicher Druckluftanschluß vorhanden ist.

25. Form nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsbereich der Form (1, 10) zumin­ dest teilweise eine profilierte oder wellenför­ mige Innenkontur zur Vorgabe einer entsprechen­ den, die Barrierewirkung erhöhenden Lippenform aufweist.