DE19634789A1 - Kunststoffteil mit einem eine O-Ringnut aufweisenden Verbindungsflansch sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoffteils - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kunststoffteil zur abgedichteten Führung eines fluiden Mediums mit mindestens einem Verbindungsflansch, in dessen Dichtfläche eine Nut zur Aufnahme eines O-Rings vorgesehen ist, wobei die Nut an mindestens einer Umfangsstelle mit mindestens einer Haltelasche zur Sicherung eines in die Nut eingelegten O-Rings versehen ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffteils mit einer mindestens eine Haltelasche aufweisenden O-Ring-Sicherung an einer in einer Dichtfläche eines Verbindungsflanschs ausgebildeten Nut zur Aufnahme eines O-Rings.

Aus der DE 94 18 509 U1 ist ein Kunststoffteil, wie es beispielsweise zur Kühlmittelführung bei Verbrennungskraftmaschinen Verwendung findet, bekannt, das in der Dichtfläche eines Verbindungsflanschs eine Nut zur Aufnahme eines O-Rings aufweist, die mit einer Haltelaschen aufweisen­ den O-Ring-Sicherung versehen ist. Die bekannte O-Ring-Sicherung soll dazu dienen, einen O-Ring, der vor der Montage des Kunststoffteils in die O-Ringnut eingelegt wird, gegen Herausfallen aus der Nut zu sichern. Zur Herstellung der die O-Ring-Sicherung bildenden Haltelaschen wird in der DE 94 18 509 U1 vorgeschlagen, die Haltelaschen nah dem Einlegen des O-Rings mittels einer durch ein Prägewerkzeug ausgeführten Material­ verformung des an die Nut angrenzenden Dichtflächenmaterials zu erzeu­ gen. Dies geschieht bei dem bekannten Verfahren durch ein seitliches Wegdrücken des an die Nut angrenzenden Dichtflächenmaterials in Rich­ tung auf die Nut.

Diese Art der vorgeschriebenen Materialverdrängung stellt ein Kaltver­ formungsverfahren dar, das entsprechend hohe Prägedrücke zur Erzeu­ gung der Haltelaschen erfordert. Aufgrund der hohen Verformungskräfte kann es bei Herstellung der Haltelaschen im Bereich der Dichtfläche zu Flächendeformationen oder auch zur Bildung von Materialrissen im Verformungsbereich kommen. Zwar ist es möglich, mit den vorgenannten Fehlern behaftete Kunststoffteile mittels einer entsprechend definierten Qualitätskontrolle von der Weiterverarbeitung, also beispielsweise dem Einbau in ein Kraftfahrzeug, auszuschließen. Jedoch erfordert die Erken­ nung derartiger Ausschußteile einen besonderen Aufwand im Bereich der Qualitätskontrolle.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Haltelaschen für ein O-Ring-Sicherung aufweisendes Kunststoffteil zu schaffen, bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, bei dem eine Ausbildung der Haltelaschen mit möglichst geringer Materialbeanspruchung des Dichtflächenmaterials erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch ein Kunststoffteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff­ teils mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Das erfindungsgemäße Kunststoffteil weist mindestens eine Haltelasche aus einem stegartig ausgebildeten Nutwandsegment auf, die eine bündig mit einer Nutwand angeordnete Kontaktseite aufweist und durch eine Vertiefung vom Dichtflächenmaterial des Verbindungsflanschs ab geteilt ist.

Die stegartige Haltelasche stellt einen relativ dünnwandigen Materialfort­ satz des Dichtflächenmaterials dar, der zur Ausbildung der O-Ring- Sicherung ausgehend von seiner zunächst mit der Nutwand der O-Ringnut bündigen Anordnung unter Einsatz relativ geringer Verformungskräfte aus der Ebene der Nutwand in Richtung auf den in die Nut eingelegten O-Ring ausgelenkt werden kann. Die Ausbildung der Haltelasche selbst kann in einem mit der Herstellung des Kunststoffteils gemeinsamen Formgebungs­ verfahren erfolgen, wie beispielsweise im Spritzgießverfahren. Dadurch ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Haltelasche deren von Verformungskräften und einer damit verbundenen Materialbeanspruchung freie Herstellung. Die "Aktivierung" der Haltelasche, also deren Auslen­ kung in Richtung auf den in die Nut eingelegten O-Ring, erfordert im Vergleich zu dem bekannten Verfahren, bei dem die Haltelaschen durch seitliches Wegdrücken des Dichtflächenmaterials erzeugt werden, den Einsatz relativ geringer Verformungskräfte.

Aufgrund der damit verbundenen geringen Materialbeanspruchung des Dichtflächenmaterials können schädliche Deformationen des Dichtflä­ chenmaterials oder gar Materialrisse im Dichtflächenmaterial weitestge­ hend ausgeschlossen werden, so daß auch auf eine zur Feststellung derar­ tiger Materialfehler ausgerichtete Qualitätskontrolle und den damit verbundenen Aufwand verzichtet werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Kunststoffteils sind an jeder Umfangsstelle der Nut ein Paar Haltelaschen ausgebildet, derart, daß einer an einer Außenwand der Nut angeordneten Haltelasche eine an einer Innenwand der Nut angeordnete Haltelasche gegenüberliegt und die Vertiefungen der einander gegenüberliegenden Haltelaschen auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind. Hierdurch ist zum einen sicherge­ stellt, daß die Haltelaschen an den betreffenden Umfangs stellen der Nut von zwei Seiten auf den O-Ring-Querschnitt einwirken. Zum anderen resultiert aus der Anordnung der Vertiefungen auf einem gemeinsamen Kreis die Möglichkeit, die Formwerkzeuge zur Erzeugung der Vertiefun­ gen entsprechend einfach zu gestalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff­ teils mit einer mindestens eine Haltelasche aufweisenden O-Ring- Sicherung an einer in einer Dichtfläche eines Verbindungsflanschs ausge­ bildeten Nut zur Aufnahme eines O-Rings erfolgt in einem ersten Verfah­ rensschritt zunächst die Ausbildung eines die Haltelasche bildenden Nutwandsegments durch Einbringung einer Vertiefung in das an die Nut angrenzende Dichtflächenmaterial vor Anordnung des O-Rings in der Nut. Anschließend erfolgt in einem zweiten Verfahrens schritt nach Anordnung des O-Rings in der Nut die Auslenkung der Haltelasche unter Einwirkung von Wärme und Druck aus der Nutwandebene zur Ausbildung der den Querschnittsumfang des O-Rings teilweise umgreifenden O-Ring- Sicherung.

Aufgrund dieser zweiphasigen Herstellung der O-Ring-Sicherung, bei der in der ersten Phase die Haltelasche der O-Ring-Sicherung hergestellt wird und in der zweiten Phase eine "Aktivierung" der O-Ring-Sicherung durch Auslenkung der Haltelasche erfolgt, wird eine möglichst materialschonen­ de Ausbildung einer eine derartige Haltelasche aufweisenden O-Ring- Sicherung möglich.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Einbringung der Vertiefung in das Dichtflächenmaterial in einem mit der Herstellung des Kunststoffteils gemeinsamen Formgebungsverfahren erfolgt. Hierdurch ist zum einen kein zusätzlicher Aufwand zur Herstellung der Haltelasche notwendig. Zum anderen erfolgt, insbesondere bei Anwendung eines Gießverfahrens, wie beispielsweise des Spritzgießverfahrens, zur Herstel­ lung des Kunststoffteils eine von Verformungskräften - und damit auch von entsprechenden Materialbeanspruchungen - freie Herstellung der Haltelasche.

Als besonders günstig hinsichtlich des Herstellungsaufwands erweist es sich, wenn die Einbringung der Vertiefung durch einen im Formwerkzeug zur Herstellung des Kunststoffteils ausgebildeten Formsteg erfolgt.

Zur Auslenkung der Haltelasche kann ein beheizbares Stempelwerkzeug oder auch ein mit Ultraschall beaufschlagbares Stempelwerkzeug verwen­ det werden. In dem einen Fall wird die zur materialschonenden Auslen­ kung bzw. plastischen Verformung der Haltelasche eingesetzte Wärme durch das beheizte Stempelwerkzeug in das Dichtflächenmaterial einge­ bracht. In dem anderen Fall wird die Wärme durch die Ultraschallschwin­ gungen des Stempelwerkzeugs im Dichtflächenmaterial induziert.

Unabhängig von der Art der Wärmeeinbringung erweist es sich in jedem Fall als vorteilhaft, wenn das Stempelwerkzeug zur Auslenkung der Haltelasche in die im Dichtflächenmaterial ausgebildete Vertiefung ein­ greift, um eine möglichst genau definierte und geführte Auslenkung der Haltelasche mit entsprechender Reproduzierbarkeit der Auslenkung zu erzeugen.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kunst­ stoffteils sowie eine zur Herstellung des Kunststoffteils besonders geeig­ nete Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kunststoffteil in Draufsicht auf einen Verbindungsflansch mit einem in eine Nut eingelegten O-Ring;

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Kunststoffteil in einer Längsschnittdar­ stellung gemäß Schnittlinienverlauf II-II;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der im Verbindungsflansch angeord­ neten Nut mit vier jeweils um 90° versetzt angeordneten Haltela­ schen-Paarungen vor Einlegen des O-Rings;

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung der in Fig. 3 dargestellten Nut mit einer Haltelaschen-Paarung gemäß Schnittlinienverlauf IV-IV in Fig. 3 mit in die Nut eingelegtem O-Ring und oberhalb der Haltelaschen-Paarung angeordnetem Stempelwerkzeug;

Fig. 5 die in Fig. 4 dargestellte Haltelaschen-Paarung nach Verformung der Haltelaschen durch das Stempelwerkzeug.

Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht einen Verbindungsflansch 10 eines Kunst­ stoffteils 11, das in Fig. 2 in einer Längsschnittdarstellung gezeigt ist. Bei dem Kunststoffteil 11 handelt es sich hier um ein Anbauteil, wie es an Verbrennungsmotoren zum Anschluß von hier nicht näher dargestellten Schlauchleitungen an einen Kühlmittelkreislauf Verwendung findet. Hierzu weist das Kunststoffteil 11, wie aus einer Zusammenschau der Fig. 1 und 2 hervorgeht, zwei Schlauchanschlüsse 12 und 13 auf, die in einem Zylin­ derteil 14 einmünden. Weiterhin sind Anschlüsse für ein Kühlmittelaggre­ gat vorgesehen, von denen in Fig. 1 lediglich ein Aggregatanschluß 15 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, weist der Verbindungsflansch 10 eine im Dichtflächenmaterial 16 des Verbindungsflanschs 10 ausgebildete Ringnut 17 auf, in die ein O-Ring 18 eingelegt ist. Zur Sicherung des O-Rings 18 gegen Herausfallen aus der Ringnut 17 sind in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vier O-Ring-Sicherungen 19 vorgesehen, die jeweils um 90° zueinander versetzt über den Umfang der Ringnut 17 verteilt angeordnet sind. Jede O-Ring-Sicherung 19 weist zwei einander gegen­ überliegend angeordnete Haltelaschen 20, 21 auf. Im vorliegenden Fall sind die verformten Haltelaschen 20, 21 einer O-Ring-Sicherung 19 einem O-Ring-Querschnitt 22 (Fig. 2) zugeordnet und übergreifen den O-Ring- Querschnitt oberhalb einer Mittelebene 23 des O-Rings 18 (Fig. 5).

Fig. 3 zeigt die Ringnut 17 mit den noch unverformten Haltelaschen 20, 21 vor dem Einlegen des O-Rings 18 und der nachfolgenden Verformung der Haltelaschen 20, 21. Die Haltelaschen 20, 21 bestehen aus Nutwand­ segmenten 24, 25 der eine Außennutwand 26 und eine Innennutwand 27 aufweisenden Ringnut 17. Die Nutwandsegmente 24, 25 sind aus dem an die Ringnut 17 angrenzenden Dichtflächenmaterial 16 gebildet und durch in das Dichtflächenmaterial 16 eingebrachte, hier kreisringsegmentartig ausgebildete Vertiefungen 28, 29 vom Dichtflächenmaterial 16 abgeteilt.

In ihrem in Fig. 3 gezeigten unverformten Zustand sind die Nutwandseg­ mente 24, 25 mit ihrer der Ringnut 17 zugewandten Kontaktseite 30 bzw. 31 bündig mit der Oberfläche der Außennutwand 26 bzw. der Innennut­ wand 27 angeordnet. Daher ist die Kontaktseite 30 des äußeren Nutwand­ segments 24 in gleicher Weise konkav ausgebildet wie die Oberfläche der Außennutwand 26, und die Kontaktseite 31 des inneren Nutwandsegments 25 ist in gleicher Weise konvex ausgebildet wie die Oberfläche der Innen­ nutwand 27.

Abweichend von der in Fig. 3 dargestellten Anordnung der Haltelaschen 20, 21 einer O-Ring-Sicherung 19 derart, daß die Haltelaschen 20, 21 demselben O-Ring-Querschnitt 22 zugeordnet sind, ist etwa auch eine Anordnung der Haltelaschen 20, 21 möglich, bei der zur Sicherung eines O-Rings lediglich eine im Bereich der Außennutwand 26 angeordnete Haltelasche 20 an einer Umfangsstelle der Ringnut 17 angeordnet ist und eine weitere, ebenfalls in der Außennutwand 26 ausgebildete Haltelasche 20 an einer gegenüberliegenden Umfangsstelle, um 180° über dem Nu­ tumfang versetzt, angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt an einer Umfangsstelle der Ringnut 17 einander gegenüberlie­ gend angeordnete Haltelaschen 20, 21 mit bereits in die Ringnut 17 eingelegtem O-Ring 18 und einem über der Umfangsstelle angeordneten, beheizbaren Stempelwerkzeug 32. Das Stempelwerkzeug 32 weist ein portalartig ausgebildetes Mundstück 33 auf mit zwei Eingriffsformstücken 34, 35, die kreisringsegmentartig ausgebildete Eingriffsränder 36, 37 aufweisen. Die Eingriffsränder 36, 37 stimmen hinsichtlich ihrer kreisseg­ mentartigen Ausbildung mit den entsprechenden Vertiefungen 28, 29 im Dichtflächenmaterial 16 überein und befinden sich in der in Fig. 4 darge­ stellten Anordnung des Stempelwerkzeugs 32 in einer Überdeckungslage mit den Vertiefungen 28, 29.

Zur Verformung der in Fig. 4 unverformt dargestellten Haltelaschen 20, 21 bzw. deren Auslenkung in Richtung auf den in die Ringnut 17 einge­ legten O-Ring 18 werden die Eingriffsformstücke 34, 35 des Stempel­ werkzeugs 32 unter gleichzeitigem Druck auf das Dichtflächenmaterial 16 in die Vertiefungen 28, 29 eingeführt. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Erwärmung des Dichtflächenmaterials 16 im Bereich der Haltelaschen 20, 21 zur Herabsetzung der Fließgrenze des Dichtflächenmaterials. Hierbei können die Eingriffsränder 36, 37 der Eingriffsformstücke 34, 35 noch über die Tiefe der Vertiefungen 28, 29 hinaus in das Dichtflächenmaterial 16 eindringen. Aufgrund von an den Innenseiten der Eingriffsformstücke 34, 35 ausgebildeter Keilflächen 38, 39 erfolgt gleichzeitig mit dem Eindringen der Eingriffsformstücke 34, 35 in die Vertiefungen 28, 29 eine Verformung bzw. Auslenkung der Haltelaschen 20, 21 in Richtung auf den in die Ringnut 17 eingelegten O-Ring 18, so daß sich die in Fig. 5 darge­ stellte Konfiguration ergibt, bei der die Haltelaschen 20, 21 den O-Ring- Querschnitt 22 hintergreifen und so den O-Ring 18 in der Ringnut 17 sichern. In dieser Konfiguration sind die Haltelaschen der O-Ring- Sicherung 19 in ihrer Sicherungsfunktion aktiviert.

Um einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem beheizten Stempelwerk­ zeug 32 und dem O-Ring 18 zu verhindern, weist das Mundstück 33 des Stempelwerkzeugs 32 infolge seiner portalartigen Ausbildung einen Aufnahmeraum 40 auf, in den der O-Ring-Querschnitt 22 eindringen kann, ohne daß eine Berührung der Oberfläche des O-Rings 18 mit dem Stem­ pelwerkzeug 32 die Folge ist.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 5 wird deutlich, daß bei entsprechend dimensionierter Ausbildung auch bereits eine Haltelasche 20 oder 21 ausreichend ist, um den O-Ring 18 durch Klemmung gegen die der Halte­ lasche gegenüberliegende Nutwand verliersicher in der Ringnut 17 zu halten.

Claims (8)

1. Kunststoffteil zur abgedichteten Führung eines fluiden Mediums mit mindestens einem Verbindungsflansch, in dessen Dichtfläche eine Nut zur Aufnahme eines O-Rings vorgesehen ist, wobei die Nut an mindestens einer Umfangsstelle mit mindestens einer Haltelasche zur Sicherung eines in die Nut eingelegten O-Rings versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltelasche (20, 21) aus einem stegartig ausgebildeten Nutwandsegment (24, 25) besteht, das eine bündig mit einer Nut­ wand (26, 27) angeordnete Kontaktseite (30, 31) aufweist und durch eine Vertiefung (28, 29) vom Dichtflächenmaterial (16) des Verbindungsflanschs (10) abgeteilt ist.

2. Kunststoffteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Umfangsstelle ein Paar Haltelaschen (20, 21) ausgebil­ det ist, derart, daß einer an einer Außennutwand (26) angeordneten Haltelasche (20) eine an einer Innennutwand (27) angeordnete Hal­ telasche (21) gegenüberliegt und die Vertiefungen (28, 29) der ein­ ander gegenüberliegenden Haltelaschen (20, 21) auf einem gemein­ samen Kreis angeordnet sind.

3. Verfahren zur Herstellung eins Kunststoffteils mit einer mindestens eine Haltelasche aufweisenden O-Ring-Sicherung an einer in einer Dichtfläche eines Verbindungsflanschs ausgebildeten Nut zur Auf­ nahme eines O-Rings, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

• - Ausbildung eines die Haltelasche (20, 21) bildenden Nutwandseg­ ments (24, 25) durch Einbringung einer Vertiefung (28, 29) in das an die Nut (17) angrenzende Dichtflächenmaterial (16) vor Anord­ nung des O-Rings in der Nut,
• - Auslenkung der Haltelasche (20, 21) unter Einwirkung von Wärme und Druck aus der Nutwandebene nach Anordnung des O-Rings in der Nut zur Ausbildung der dem Querschnittsumfang des O-Rings (18) teilweise umgreifenden O-Ring-Sicherung (19).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Vertiefung (28, 29) im Dichtflächenmateri­ al (16) in einem mit der Herstellung des Kunststoffteils (11) ge­ meinsamen Formgebungsverfahren erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Vertiefung (28, 29) durch einen im Form­ werkzeug zur Herstellung des Kunststoffteils (11) ausgebildeten Formsteg erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der Haltelasche (20, 21) mittels eines beheizba­ ren Stempelwerkzeugs (32) erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der Haltelasche (20, 21) mittels eines mit Ul­ traschall beaufschlagten Stempelwerkzeugs (32) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stempelwerkzeug (32) zur Auslenkung der Haltelasche (20, 21) in die im Dichtflächenmaterial (16) ausgebildete Vertiefung (28, 29) eingreift.