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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Dichtung
auf einer Dichtfläche eines Bauteils.
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Soll zum Beispiel ein Deckel auf einem Behälter dicht aufgebracht
werden, so wird üblicherweise zwischen dem Behälterrand und dem Deckelrand eine
Dichtung als separates Bauteil zwischengelegt. Die Dichtung muß dabei sorgfältig
auf den Deckelrand aufgelegt werden, damit keine Leckstellen entstehen. Da eine
separate Dichtung ein zusätzliches Bauteil ist, wird durch sie die Anzahl der Bauteile
erhöht, was zusätzliche Kosten verursacht.
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Es ist bekannt, Flächendichtungen auf einem Werkstück durch Siebdruck
oder ähnlichen Verfahren herzustellen, wobei aushärtende oder auch vorhärtbare Dichtmassen
verwendet werden. Eine genaue Kontrolle der Abmessungen der Dichtung ist hierbei
jedoch nicht möglich, insbesondere nicht bei feinen, kompliziert geformten Dichtungen.
Da das Abdichten von Flächen mittels Feststoffdichtungen aber über die Flächenpressung
der Dichtung geschieht, ist eine genaue Einhaltung der Abmessungen der Dichtung
von ausschlaggebender Bedeutung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zu schaffen,
bei der nicht mehr die Gefahr besteht, daß durch falsche Anordnung der Dichtung
eine Leckstelle entsteht, und die zugleich die Herstellungskosten der betreffenden
Vorrichtung verringert.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
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Das Auffüllen der Negativform mit härtbarem Dichtungsmaterial kann
z. B. durch eine Rakel erfolgen. Das in der Negativform befindliche Dichtungsmaterial
wird dann z. B. durch W-Bestrahlung oder Wärme in der Negativform ausgehärtet. Beim
Auffüllen der Negativform kann sich infolge der Adhäsion zwischen der Rakel und
dem flüssigen oder pastösen Dichtungsmaterial eine 3- bis 5-%ige Unterfüllung der
Form ergeben, wobei sich ein konkaver Meniskus bildet. Gemäß der im Patentanspruch
2 angegebenen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Unterfüllung dadurch
ausgeglichen, daß auf die ausgehärtete Dichtung ein Klebemittel aufgebracht wird,
das Bauteil mit der Dichtfläche auf die noch in der Form befindliche Dichtung aufgebracht
wird, das Klebemittel ausgehärtet wird und somit die Dichtung auf das Bauteil aufgebracht
wird. In der weiter bevorzugten Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 wird das Klebemittel
durch Siebdruck auf die noch in der Form befindliche Dichtung aufgebracht.
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Das Problem der Unterfüllung der Negativform kann gemäß der bevorzugten
Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 auch dadurch behoben werden, daß Dichtungsmaterial
verwendet wird, das beim Aushärten aufschäumt und durch eigene Klebkraft nach dem
Aushärten am Bauteil haftet.
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Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung einer Unterfüllung besteht
gemäß der bevorzugten Ausgestaltung nach Patentanspruch 5 darin, daß das Volumen
der Negativform während des Füllvorgangs vergrößert wird und durch Beseitigung der
Volumenvergrößerung nach dem Vorhärten des Dichtungsmaterials eine überfüllung der
Negativform
erzielt wird, so daß das Bauteil sicher auf der noch in der Negativform befindlichen
Dichtung haftet.
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In jedem Fall wird erreicht, daß das Klebemittel bzw.
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das Dichtungsmaterial selbst über die Fläche der Negativform hervorsteht
und dadurch das Bauteil nach dem Aufbringen vollständig benetzt und eine vollflächige
Verbindung zwischen dem Bauteil und der Dichtung erhalten wird.
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Vorzugsweise ist das Dichtungsmittel und, soweit verwendet, auch das
Klebemittel licht- oder wärmestrahlungshärtend oder anärob härtend in Verbindung
mit Licht- oder Wärmestrahlung.
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Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin,
daß das Herstellen der Dichtung und das Aufbringen auf das Bauteil in einem kontinuierlichen
Verfahren erfolgen, wobei die Dichtung auch komplizierte Formen aufweisen kann.
Der Vorgang wird dadurch vereinfacht, daß Bauteil und Dichtung eine Einheit sind
und z. B. eine getrennte Lagerhaltung für das Bauteil und die Dichtung entfällt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Bauteilen, die mit nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erstellten Dichtungen versehen sind, die automatische Montage erleichtert
wird.
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Die Herstellung der Negativform kann auf mechanischem Weg geschehen,
z. B. durch Eingravieren oder Einfräsen der Dichtungskontur in geeignete Werkstoffe,
z. B.
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Polytetrafluoräthylen, Polyester, Polypropylen usw. Sie kann auch
durch thermisches Umformen von geeigneten Werkstoffen durch Heißprägen oder Heißsiegeln
erfolgen.
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Auch chemisches Anätzen der Dichtungskontur ist ein
geeignetes
Verfahren zur Herstellung der Negativform.
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Schließlich kommt auch noch das Ab formen eines Dichtungsurmodells
mit Gießharzen, Silikonen, Polyurethanen usw. in Frage, wobei die Herstellung des
Urmodells zweckmäßig auf phototechnischem Wege erfolgt.
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Erfolgt die Erstellung der Dichtung mittels einer Negativform mit
veränderbarem Volumen, so eignet sich hierfür insbesondere eine elastische Doppelform.
Deren Herstellung erfolgt wiederum dadurch, daß ein Dichtungsmodell auf photographischem
Wege erstellt wird, daß ferner ein spiegelverkehrtes Modell der Dichtungsform mit
definierter Dicke auf photographischem Weg erstellt wird, daß eine Antihaftfolie
aus PTFE, PE, FEP oder PEPT auf das Dichtungsmodell vakuumtiefgezogen wird, daß
beide Modelle in einer Haltevorrichtung deckungsgleich montiert werden, so daß ein
Abstand von 0,5 bis 1 mm zwischen den beiden Modelloberflächen entsteht und daß
schließlich die so entstandene Form mit härtendem, elastischem Material (Silikon,
PU, EP) gefüllt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Negativform zum Erstellen einer Dichtung im Aufriß;
Fig. 2 die Negativform von Fig. 1 im Schnitt; Fig. 3 das Füllen der Negativform
mittels einer Rakel; Fig. 4 das Auftragen eines Klebemittels durch Siebdruck; Fig.
5 im Schnitt die mit Dichtungsmasse gefüllte Negativform einschließlich des aufgetragenen
Klebemittels;
Fig. 6 im Schnitt die gefüllte Negativform zusammen
mit dem Bauteil, auf dem die Dichtung erstellt werden soll; Fig. 7 im Schnitt eine
Doppelform zur Erstellung der Dichtung, wobei das Volumen der Doppelform durch Vakuum
veränderbar ist; Fig. 8 das Füllen der Doppelform von Fig. 7; Fig. 9 im Schnitt
die Doppelform in gefülltem Zustand bei abgeschaltetem Vakuum während des Vorhärtens;
Fig. 10 im Schnitt die Doppelform während des Nachhärtens und des übertragens der
Dichtung auf das Bauteil; Fig. 11 im Schnitt die Anordnung zur Erzeugung eines Urmodells
für die Herstellung der Doppelform von Fig. 7 und Fig. 12 im Schnitt die Anordnung
zur Herstellung der Doppelform von Fig. 7.
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Die Negativform 1 wird in üblicher Weise auf mechanischem Weg hergestellt,
z. B. durch Eingravieren oder Einfräsen der Dichtungskontur in geeignete Materialien
(PTFE, PE, PP usw.), durch thermisches Umformen von geeigneten Werkstoffen über
Heißprägen oder Heißsiegelverfahren, durch chemisches Anätzen der Dichtungskontur
aus geeigneten Werkstoffen oder durch Abformen eines Dichtungsurmodells mittels
Gießharzen, Silikonen, Polyurethan usw., wobei die Herstellung des Urmodells auf
phototechnischem Wege erfolgt.
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Zweckmäßig besteht die Negativform 1 aus einem für UV-Strahlen transparenten
Material, um später das Aushärten von durch UV-Strahlung aushärtbarem Dichtungsmaterial
zu verbessern. Die Negativform 1 weist eine Vertiefung 2 auf, die in ihren Abmessungen
der zu erstellenden Dichtung entspricht, s. Fig. 1 und Fig. 2.
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Gemäß Fig. 3 wird die Vertiefung 2 mittels einer Rakel 3 mit härtbarem
Dichtungsmaterial 4 ausgefüllt. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird dann das Bauteil auf
die Negativform 1 aufgesetzt, so daß das in der Vertiefung 2 befindliche Dichtungsmaterial
4 das Bauteil 7 benetzt.
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Durch UV-Strahlung oder durch Wärme wird das Dichtungsmaterial sodann
in der Negativform 1 ausgehärtet. Besteht die Negativform 1 aus für UV-Licht durchlässigem
Material, so kann die UV-Lampe 9 auf der der Vertiefung 2 gegenüberliegenden Seite
der Negativform 1 angeordnet werden. Nach dem Aushärten ist das Dichtungsmaterial
4 mit dem Bauteil 7 fest verbunden, so daß dieses mit der daran haftenden Dichtung
von der Negativform 1 abgehoben werden kann.
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Beim Auffüllen der Negativform 1 mit einer Rakel 3 ist in Abhängigkeit
von dem adhäsiven Verhalten zwischen dem Dichtungsmaterial und dem Rakelmaterial
bisweilen eine 3 bis 5-%ige Unterfüllung der Vertiefung 2 unvermeidlich, so daß
das flüssige oder pastöse Dichtungsmaterial 4 in der Vertiefung 2 einen konkaven
Meniskus bildet. Dieses Problem kann auf verschiedene Weise gelöst werden: Eine
erste Möglichkeit besteht darin, das Unterfüllung aufweisende Dichtungsmaterial
4 in der Negativform 1 auszuhärten und dann vor dem Aufsetzen des Bauteils 7
auf
die noch in der Negativform 1 befindliche Dichtung z. B. durch Siebdruck ein geeignetes,
ebenfalls härtbares Klebemittel 5 aufzubringen (Fig. 4). Die Menge des Klebemittels
5 entspricht dabei mindestens dem Volumen der Unterfüllung der Negativform 1 und
wird so auf die in der Negativform 1 befindliche, bereits ausgehärtete Dichtung
aufgebracht, daß es über die Oberfläche der Negativform 1 hervorsteht (Fig. 5).
Danach wird das Bauteil 7 mit der Fläche, auf der die Dichtung erstellt werden soll,
auf die mit dem Klebemittel 5 benetzte Dichtung gedrückt. Das Klebemittel wird sodann
durch UV-Strahlung oder Wärme ausgehärtet, wodurch die Dichtung mit dem Bauteil
7 verbunden wird (Fig. 6). Das Bauteil 7 wird dann mit der aufgeklebten Dichtung
von der Negativform 1 abgehoben.
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Die Unterfüllung der Negativform kann auch durch die Verwendung von
Dichtungsmaterial ausgeglichen werden, das während des Aushärtens unter dem Einfluß
von Wärme oder UV-Strahlung eine Volumenvergrößerung erfährt, z. B. durch Schäumen.
Bei dieser Methode wird das Bauteil 7 mit der entsprechenden Fläche unmittelbar
nach dem Füllen der Vertiefung 2 auf die Negativform 1 aufgebracht. Die Volumenvergrößerung
des Dichtungsmaterials 4 während des Aushärtens führt dann zur Benetzung der Oberfläche
des Bauteils und damit zur Verbindung der Dichtung mit dem Bauteil. Nach dem Aushärten
wird das Bauteil 7 mit der aufgebrachten Dichtung von der Negativform 1 abgehoben.
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Die Figuren 7 bis 10 erläutern noch eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung
der Unterfüllung der Vertiefung 2. Hierbei wird eine sog. Doppelform 11 verwendet.
Sie besteht aus elastischem Material, z. B. Silikon oder Polyurethan, und ihre Herstellung
wird später in Verbindung
mit den Figuren 11 und 12 beschrieben.
Die Doppelform 11 weist auf der Oberseite die gleiche Vertiefung 2 wie die Negativform
1 auf. Zusätzlich weist sie auf der Unterseite eine entsprechende Vertiefung 12
auf, die genau unter der Vertiefung 2 verläuft. Zwischen den Vertiefungen 2 und
12 bleibt ein Steg 14 stehen, der eine Stärke von 0,5 bis 1,0 mm aufweist (Fig.
7).
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Die Doppelform ist auf einem Vakuumtisch 13 montiert, so daß an die
Unterseite der Doppelform Unterdruck angelegt werden kann. Durch das Anlegen eines
Unterdruckes verformt sich dabei der Steg 14 zwischen den Vertiefungen 2 und 12
und wird nach unten gedrückt, so daß sich das Volumen der Vertiefung 2 auf der Oberseite
vergrößert (Fig. 8).
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Durch das Füllen der Doppelform 11 in diesem Zustand und anschließendes
Wegnehmen des Unterdrucks wird ein überfüllten der Vertiefung 2 erreicht, so daß
sich ein konvexer Meniskus bildet. Danach kann das Bauteil 7 direkt auf die Doppelform
11 aufgebracht werden, wobei das Dichtungsmaterial noch flüssig ist. Das Dichtungsmaterial
benetzt das Bauteil und wird dann ausgehärtet.
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Bei Verwendung von anärob aushärtendem Dichtungsmaterial 4 kann das
Dichtungsmaterial auch vor dem Aufbringen des Bauteils 7 ausgehärtet werden. Durch
die stabilisierende Wirkung des Luftsauerstoffs bleibt bei dem Aushärten des Dichtungsmaterials
an der Oberfläche eine Schicht 10 von etwa 0,02 bis 0,05 mm Dicke flüssig (Fig.
9). Wird dann das Bauteil aufgedrückt, so entfällt diese stabilisierende Wirkung
des Luftsauerstoffs und härtet auch diese Restmenge des Dichtungsmaterials aus,
wobei zugleich eine Verbindung zwischen der Dichtung und dem Bauteil 7 hergestellt
wird (Fig. 10). Nach diesem Vorgang kann das Bauteil 7 dann mit der Dichtung von
der Doppelform 11 abgehoben werden.
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Der Vakuumtisch 13 weist zwei im Abstand voneinander angeordnete Platten
16 auf, die auf ihrem Umfang abgedichtet sind, so daß zwischen den Platten 16 ein
Hohlraum entsteht.
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Die untere Platte ist über eine Bohrung und eine daran angeschlossene
Leitung 19 mit einer Vakuumquelle verbunden. Auf die obere Platte wird die Doppelform
11 aufgelegt, und die obere Platte weist mehrere kleine Bohrungen 20 im Bereich
der Vertiefungen 12 auf. Beim Anlegen eines Vakuums entsteht daher auch in den Vertiefungen
12 ein Unterdruck, so daß die Stege 14 nach unten gebogen werden.
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Die maximale Durchbiegung der Stege 14 ergibt sich, wenn der Steg
14 an dem Vakuumtisch 13 aufliegt, d. h. die maximale Durchbiegung des Steges 14
ist gleich der Tiefe der Vertiefung 12. Durch die Anlage des Steges 14 an den Vakuumtisch
13 ist die Volumenveränderung der Vertiefung 2 daher genau definiert und veränderbar.
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Die Oberseite der elastischen Doppelform 11 ist zweckmäßiyerweise
im Tiefziehverfahren mit einer antiadhesiven Folie 15 belegt, um eine gute Trennung
des ausgehärteten Dichtungsmaterials von der Doppelform 11 und Resistenz des Formenmaterials
gegen das Dichtungsmaterial zu erreichen.
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Die Figuren 11 und 12 veranschaulichen die Herstellung der Doppelform.
Auf die Platte 16 wird eine Schicht 17 aus photosensiblem Methacrylat aufgebracht,
und auf der Schicht 17 liegt eine Trennfolie oder ein Trennpapier 21.
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Durch einen Negativfilm 18 der Dichtung wird die Anordnung aus Trennfolie
21, Schicht aus photosensiblem Methacrylat und Platte 16 hindurch mit UV-Licht bestrahlt.
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Die Dicke der Schicht 17 aus photosensiblem Methacrylat entspricht
der gewünschten Dicke der zu erstellenden Dichtung. Man erhält dadurch auf der Platte
16 ein Dichtungs-Urmodell 23 aus UV-gehärtetem Methacrylat. Die infolge
der
geschwärzten Bereiche des Negativfilms 18 nicht dem UV-Licht ausgesetzten Flächen
des Methacrylats werden nach dem Abziehen der Trennfolie 21 durch ein Lösemittel
ausgewaschen.
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Auf einer zweiten Platte 16 wird auf die gleiche Weise ein Dichtungs-Urmodell
24 mit spiegelverkehrter Kontur hergestellt. Die Dicke des spiegelverkehrten Dichtungs-Urmodells
bestimmt die Tiefe der Vertiefung 12 auf der Unterseite der Doppelform und damit
die Volumenänderung bei Anlegung des Unterdrucks.
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Die beiden Platten werden so zueinander montiert, daß die Dichtungs-Urmodelle
deckungsgleich gegenüberliegen und zwischen den Modelloberflächen ein Abstand von
0,5 bis 1,0 mm besteht. Zweckmäßig wird über das Dichtungs-Urmodell noch eine Antihaftfolie
15 tiefgezogen. Dadurch wird erreicht, daß später eine einwandfreie Entnahme der
hergestellten Dichtung aus der Vertiefung 2 gewährleistet ist. Die Antihaftfolie
15 kann entfallen, wenn nicht die Gefahr besteht, daß das Dichtungsmaterial beim
Aushärten an dem Material der Doppelform haftet, und sichergestellt ist, daß das
Formenmaterial resistent gegen Difusion des Dichtungsmittels ist. Am Umfang werden
die Platten 16 zueinander abgedichtet, und die so entstandene Gießform wird mit
geeignetem, härtbarem, elastischem Formmaterial, z. B. Silikon, Polyurethan oder
Epoxy ausgegossen. Nach dem Aushärten des Formmaterials kann die gegebenenfalls
mit Antihaftfolie 15 kaschierte Doppelform entnommen werden.
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Beispiel: Es wird eine Dichtung mit einer Dicke von 0,7 mm und einer
Shore-Härte A von 70° erstellt, um einen gestanzten,
verzinkten
Blechdeckel gegenüber einem Zinkdruckgußgehäuse abzudichten (Spritzwasser, Fett).
Zur Herstellung der Dichtung wird das härtbare Dichtungsmaterial in eine Negativform
der Dichtung gefüllt und darin ausgehärtet, wird auf die ausgehärtete Dichtung durch
Siebdruck ein Klebemittel aufgebracht, wird der Deckel mit der Dichtfläche auf die
noch in der Form befindliche Dichtung aufgebracht und wird das Klebemittel ausgehärtet.
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Die Negativform besteht aus einer 3 mm starken PTFE-Platte in der
Größe 300 x 400 mm , in die über mechanische Gravierverfahren die Dichtungskontur
eingearbeitet ist. Alle Kanten werden abgerundet und die Flanken der Dichtung werden
mit Aushebeschrägen von 30 bis 70 versehen.
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Zum Füllen der Negativform wird eine über Linearantrieb bewegte Rakel
verwendet, deren Unterseite aus elastischem Material besteht, um den Verschleiß
der Negativform gering zu halten und sauber abzustreifen.
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Nach dem Füllen der Negativform wird sowohl von der Unterseite als
auch von der Oberseite durch UV-Strahlung das UV-polymerisierbare Metacrylat-Dichtmittel
ausgehärtet. Die Aushärtung erfolgt innerhalb von ca. 25 Sekunden bei einer Strahlungsleistung
von 2 x 400 Watt.
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Um die ausgehärtete Dichtung auf den Blechdeckel zu übertragen, wird
auf die noch in der Negativform befindliche Dichtung mittels Siebdruck (Siebgröße
8 T) ein UV-polymerisierbares Klebemittel aufgebracht.
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Nach dem Abheben des Siebes wird pneumatisch der Blechdeckel mit einer
Kraft von 30 bis 50 N auf die Dichtung in der Negativform gepreßt, während gleichzeitig
die
Negativform von unten mit UV-Licht durchstrahlt wird, um den
Klebstoff auszuhärten und die Dichtung mit dem Blechdeckel zu verbinden. Die etwa
2 mm Stärke des ungesinterten PTFE-Materials ergibt dabei eine 40 bis 75 %ige Abschwächung
der Intensität der UV-Strahlung im Bereich von 365 nm.
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Der Blechdeckel ist nun mit der Dichtung verbunden und wird durch
einen Vakuumsauger von der Negativform abgehoben.
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