DE3246768C1 - Gas- und fluessigkeitsdichte Verbindung zwischen einem Kunststoffkoerper und einem darin durch Umfliessen mit einer plastifizierten Kunststoffmasse unter Druck eingebett eten Metallkoerper - Google Patents

Description

Das gas- und flüssigkeitsdichte Verbinden von metallischen Körpern, z. B. Rohrdurchführungen oder Gewindeeinsätzen mit einem Kunststoffkörper durch Umspritzen des metallischen Körpers mit Kunststoff unter Druck oder durch Umfließen in einer Form ist mit großen Schwierigkeiten verbunden. Insbesondere bei wechselnden Temperaturen kommt es wegen der unterschiedlichen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kunststoff und dem metallischen Werkstoff bald zur Bildung von Spalten, durch die Gas oder Flüssigkeit von der einen Seite des Kunststoffkörpers zur zweiten Seite strömen können. Bei.der Verbindung eines Kunststoffrohres mit einem Flansch ist bekannt, den Hals des Flansches mit Innenrillen zu versehen, wobei das Kunststoffrohr nach dem Einsetzen in den Hals zur Verankerung in den Rillen aufgeweitet wird. Die Dichtwirkung zwischen Rohr und Flanschhals kann durch einen eingelegten Dichtring verbessert werden (BE-PS 7 30 899). Der Flansch muß dabei aus stabilerem Material bestehen als das Rohr um die Kräfte beim Aufweiten des Rohres aufnehmen zu können. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Befestigung von Metallkörpern in Kunststoff, da der Metallkörper stabiler ist als der Kunststoff und daher nicht durch Aufweiten in diesem befestigt werben kann. Das bekannte Anbringen von Nuten in der äußeren Oberfläche der einzuspritzenden Metallkörper (ζ. B. DE-AS 10 08 967) oder die Verwendung von Metallkörpern mit welliger oder gerändelter Oberfläche vermag die gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Kunststoff und eingespritztem Metall auf Dauer nicht sicherzustellen.

Es ist daher bereits aus DE-AS 10 01 483 bekannt, auf einzuspritzende Metallteile an der Außenhaut durch Aufsintern oder Aufspritzen eine hochporöse Metall- . schicht zu erzeugen und zur Verbindung zwischen dem so vorbereiteten Metallteil und dem Kunststoffteil einen als Lot bzw. Verbindungsschicht zwischen beiden dienenden Kunststoff in die poröse Metallschicht einzuschmelzen. Ein derartiges Verfahren erfordert mehrere zusätzliche Arbeitsgänge und ist daher auch dementsprechend aufwendig.

Weiterhin ist aus DE-PS 28 19 017 bekannt, ein Rohr in den Kunststoff einzuspritzen, dessen Wandstärke so gewählt wird, daß es sich unter dem Spritzdruck elastisch verformen kann. Ein solches Verfahren ist infolge der dünnen Wandstärke des einzuspritzenden Metallteils auf wenige Anwendungsgebiete beschränkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen einem Kunststoffkörper und einem darin durch Umfließen mit einer plastifizierten Kunststoffmasse unter Druck eingebetteten metallischen Körper zu finden, die einfach und in breitem Rahmen anwendbar ist und bei der das Auftreten von Undichtigkeiten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Verbindung gelöst.

Wesentlich an der Verbindung ist somit die im eingebetteten Bereich des Metallkörpers liegende Umfangsnut, die einen die Nut in Axialrichtung ausfüllenden Ring aus Elastomer trägt, wobei die Nut so geformt ist, daß sie ein vom Ring nicht erfaßtes Ausweichvolumen im Bereich des Nutgrundes besitzt. In dieses Volumen kann der Ring während des Einbettungsvorganges, bei dem der Metallkörper unter Druck von der Kunststoffmasse umflossen wird, ausweichen und nach der Verfestigung des Kunststoffs dort seine zur Abdichtung erforderliche Rückstellkraft entwickeln.

Es ist jedoch auch möglich, auf das Ausweichvolumen im Bereich des Nutgrundes zu verzichten und stattdessen einen Dichtring zu verwenden, der aus geschlossenporigem Elastomerschaum besteht. In diesem Falle befindet sich das Ausweichvolumen im Dichtring selbst, da die Poren des Schaumes als Ausweichvolumen dienen.

In den F i g. 1 bis 5 der Zeichnung werden verschiedene erfindungsgemäß hergestellte Verbindungen gezeigt.

Fig. 1 zeigt im Halbschnitt einen in eine Kunststoffwand eingebetteten Gewindeeinsatz. Die Kunststoffwand 2 stellt eine Gehäusewand dar, in die der Gewindeeinsatz 1 eingebettet ist. Der Gewindeeinsatz 1 ist an seiner Außenseite mit drei keilförmigen Ringnuten 3, 4 und 5 versehen. In der Nut 3 liegt ein elastischer Dichtring 6 aus Chloropren-Gummi, der die Nut in Axialrichtung ausfüllt, so daß sich der Dichtring fest an die Flanken der Ringnut andrückt und hinter dem Dichtring in der Ringnut im Bereich des Nutgrundes ein Ausweichvolumen 7 entsteht. Beim Einspritzen des Gewindeeinsatzes wird der Dichtring teilweise in das Ausweichvolumen 7 unter elastischer Verformung hineingepreßt und ist so in der Lage, seine Dichtwirkung auszuüben. Der Anschaulichkeit halber ist in dem Gewindeeinsatz 1 ein Rohranschlußstück 8 eingeschraubt gezeichnet, welches gegenüber dem Gewindeeinsatz mittels einer Flachdichtung 9 abgedichtet ist

Fig.2 zeigt eine Rohrdurchführung durch eine Kunststoffwand 22, bei der in das Rohr 21 eine Einschnürung 23 mit dreieckförmigem lichten Querschnitt eingerollt ist, in die der Diehtring 24 eingelegt ist.

F i g. 3 zeigt im Halbschnitt einen weiteren Gewindeeinsatz 31 mit vier Ringnuten 32, 33, 34 und 35

rechteckigen Querschnitts, wobei die Nuten 33 und 34 mit einem ovalen Dichtring 36 bzw. einem runden Dichtring 37 versehen sind. Der Dichtring 37 liegt zur Gänze innerhalb der Ringnut 34, d. h. der Dichtring ist in der Nut so weit nach innen versetzt, daß der verbleibende äußere lichte Querschnitt der Nut mit Kunststoff ausgefüllt ist und so zur Verankerung des Metallkörpers in dem Kunststoffkörper beiträgt.

F i g. 4 zeigt im Halbschnitt eine in eine Kunststoffwand 42 eingegossene Rohrdurchführung 41, die mit einer keilförmigen Nut, die im Bereich des Nutgrundes ein Ausweichvolumen 43 rechteckigen Querschnitts besitzt, versehen ist. In die Nut ist der Dichtring 44 eingelegt, der unter der Einwirkung des Spritzdruckes sich in das Ausweichvolumen verformen kann.

F i g. 5 schließlich zeigt wiederum einen Gewindeeinsatz 51 in einer Kunststoffwand 52, bei dem in die Ringnut 53 ein Dichtring 54 aus geschlossenporigem Elastomerschaum eingelegt ist. In diesem Fall kann auf das Ausweichvolumen im Bereich des Nutgrundes verzichtet werden, da der Dichtring sein Ausweichvolumen in Form der in ihm eingeschlossenen Poren bereits in sich trägt.

Als Kunststoffe geeignet sind thermoplastische Kunststoffe, z. B. Polyolefin, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polymethylmetacrylat, Polyacetat, Polycarbonat, Polyäthylenterephthalat, Polyamid, aber auch duroplastische Kunststoffe, z. B. Phenolformaldehyd-Preßmassen, Polyesterharz, Epoxidharz, Melaminharz, ferner plastische oder durch Erwärmung plastifizierbare Kunststoffhalbzeugen, die durch Druck verflüssigt werden können (Fließpressen). Wesentlich ist stets, daß der Metallkörper in der Form von der Kunststoffmasse unter Druck umflossen wird, damit der Dichtring nach dem Erstarren der Kunststoffmasse seine Rückstellkraft entwickeln kann.

Als Material für den Dichtring kommen die üblichen Elastomere zur Anwendung. In Frage kommen vor allem Dichtringe aus natürlichem, Butyl-, Nitril-, Chloropren-Gummi, Acryl- und Siliconkautschuk, Thiokolgummi und Fluorelastomeren. Die Auswahl aus diesen Dichtstoffen erfolgt unter Berücksichtigung der Temperatur, bei der die Einbettung in den Kunststoff erfolgt, sowie unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Stoffe, gegenüber denen die Dichtung· abdichten

Die Herstellung einer solchen Verbindung erfolgt wie folgt: Der einzubettende Metallkörper wird im Bereich der Verbindung Kunststoff/Metallkörper in üblicher Weise mit einer oder mehreren Umfangsnuten versehen, in mindestens eine dieser Nuten wird ein elastischer Dichtring gelegt, der die Nut in Axialrichtung ausfüllt und aus temperaturbeständigem Elastomer besteht, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Nut so geformt wird, daß sie ein vom Ring nicht erfaßtes Ausweichvolumen im Bereich des Nutgrundes besitzt. Der Körper mitsamt dem Dichtring wird nun in die zur Herstellung des Kunststoffteils erforderliche Vorrichtung eingelegt, die Vorrichtung (z.B. Spritzgießform wird geschlossen, und der metallische Körper wird unter Druck in der Vorrichtung von der in der Form befindlichen oder der in die Form eingespritzten plastifizierten Kunststoffmasse umflossen. Der in der Form entstehende Druck komprimiert die elastische Dichtung derart, daß nach dem Erstarren des Gußwerkstoffes eine ausreichende Dichtkraft infolge Rückfederung des Dichtungswerkstoffes vorhanden ist. Um diese Rückfederung zu ermöglichen, muß die Nut so geformt sein, daß sie ein vom Ring nicht erfaßtes Ausweichvolumen im Bereich des Nutgrundes besitzt, das eine Verformung des Dichtringes ermöglicht. Damit während des Einbettungsvorganges kein Kunststoffmaterial in das Ausweichvolumen eindringen kann und dieses ausfüllt, muß der Dichtring die Nut in Axialrichtung ausfüllen und dadurch das Ausweichvolumen gegen den Eintritt von Kunststoff schützen. Besonders günstig ist es, wenn die Nut als Keilnut geformt wird. Es ist natürlich auch möglich, mehrere Nuten mit Dichtungen zu versehen und einzubetten. Die Dichtwirkung wird dadurch sicherer, jedoch ist es in diesen Fällen erforderlich, daß der Kunststoffkörper eine größere Wandstärke besitzt, um diese Dichtungen aufzunehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen einem Kunststoffkörper und einem darin durch Umfließen mit einer plastifizierten Kunststoffmasse unter Druck eingebetteten metallischen Körper, bei dem der eingebettete Bereich des ' metallischen Körpers an seiner Außenseite mit einer oder mehreren Umfangsnuten versehen ist, da¹ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine ro im eingebetteten Bereich des Metallkörpers (1; 21; 31; 41) liegende Nut (3; 23; 33,34; 43) einen die Nut in Axialrichtung ausfüllenden Ring (6; 24; 36,37; 44) aus Elastomer trägt, wobei die Nut so geformt ist, daß sie ein vom Ring nicht erfaßtes Ausweichvolumen (7) im Bereich des Nutgrundes besitzt.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut als Keilnut (3,4,5; 43) geformt ist.

3. Gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwisehen einem Kunststoffkörper und einem darin durch Umfließen mit einer plastifizierten Kunststoffmasse unter Druck eingebetteten metallischen Körper, bei dem der eingebettete Bereich des metallischen Körpers an seiner Außenseite mit einer oder mehreren Umfangsnuten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine im eingebetteten Bereich des Metallkörpers (51) liegende Nut (53) einen die Nut in Axialrichtung ausfüllenden Ring (54) aus geschlossenporigem Elastomerschaum trägt.