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Hintergrund
der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet
der Verschlussvorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Verschlussvorrichtungen
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, insbesondere Vorrichtungen und ihre Herstellung,
die zum Abdecken und Abdichten von Öffnungen in dünnen Platten,
starren Blechen oder anderen Materialien verwendet werden.
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Die Erfindung ist insbesondere für die Art
von Verschlusstopfen anwendbar, die zum Abdecken von Öffnungen
in Kfz-Karosserieplatten verwendet wird, und wird auch insbesondere
in Bezug hierauf beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die
Erfindung ein breiteres Anwendungsgebiet hat und vorteilhafterweise
auch für
andere Zwecke auf vielen verschiedenen Gebieten Anwendung finden
kann, wann immer es notwendig ist, eine Öffnung in einer Trägerplatte
abzudecken und abzudichten.
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Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen werden
Verschlussvorrichtungen verwendet, um verschiedene Öffnungen
in Karosserieplatten oder Zugangsöffnungen, die ihren vorgesehenen
Zweck erfüllt
haben und nicht länger
gebraucht werden, permanent zu verschließen, oder um eine andere nützliche
Funktion zu erfüllen,
wie z. B. den wirksamen Durchmesser einer Öffnung auf eine gewünschte neue
Größe zu reduzieren
oder eine geeignete Montagefläche
für ein
weiteres Bauteil zu bilden. Derartige Öffnungen können anfänglich aus vielen Gründen erforderlich
sein, beispielsweise als Auslassöffnungen
für Farbe
oder als Zugangsöffnungen
zum Anbringen von Fahrzeugbauteilen. Üblicherweise müssen diese
Auslass- oder Zugangsöffnungen
genau abgedeckt und abgedichtet werden, wenn sie ihren nützlichen
Zweck erfüllt
haben, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit, Straßenschmutz, Lärm, Abgase etc.
durch die Öffnung
in der Platte in das Kraftfahrzeug eindringen.
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Herkömmliche Verschlussvorrichtungen,
die einen Dichtungseffekt gegen Flüssigkeiten bieten, wiesen bisher
einen Hauptkörperbereich
auf, der an einem separaten Dichtungsring befestigt ist, welcher aus
einem anderen Material besteht als der Körper der Verschlussvorrichtung.
Der Hauptkörperbereich der
herkömmlichen
Verschlussvorrichtungen besteht typischerweise aus einem haltbaren
Metallmaterial oder einem elastischen Synthetik- oder Kunststoffmaterial,
um die mechanische Unversehrtheit der Verschlussvorrichtung zu gewährleisten.
Die Dichtungsringe bestehen jedoch häufig aus weichen Materialien,
wie z. B. extrudierten Gummiverbindungen oder heißsiegelfähigen Materialien.
Bei der Herstellung derartiger herkömmlicher Verschlussvorrichtungen
wird viel Zeit und Mühe
aufgewendet, zunächst die
Dichtungsringe zu extrudieren und abzustanzen und dann die separaten
Dichtungsringe auf dem Körper
der Verschlussvorrichtungen anzubringen, beispielsweise durch eine
mechanische Verbindung oder durch die Anwendung von Klebstoffen
o. Ä. Häufig werden
die Dichtungsringe von Hand an den Körpern der Stopfen befestigt.
Eine derartige Anordnung und Praxis ist nachteilig, da zusätzliche
Kosten und Arbeit investiert werden müssen.
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In der Vergangenheit wurden Zwei-Schuss-Formgebungsverfahren
angewandt, um verschiedene Bestandteile aus zwei unterschiedlichen
Materialien zu formen. So kann die Zwei-Schuss-Formgebung gemäß FR-A-2731984, US-A-5658509
und EP-A-0482272
beispielsweise dazu verwendet werden, Teile mit zwei verschiedenen
Farben oder Teile mit unterschiedlichen Härtebereichen zu formen, doch
waren Zwei-Schuss-Formgebungsverfahren
bisher zur Herstellung von Teilen, die aus einem starren Kunststoff
bestehen, zusammen mit einem thermoexpandierenden Material untauglich,
was hauptsächlich
daran lag, dass die Temperatur der Press- bzw. Gießformen
nicht gesteuert werden konnte.
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Daher galt es als wünschenswert,
eine neue und verbesserte Verschlussvorrichtung und -anordnung sowie
ein Verfahren zur Herstellung derselben zu entwickeln, mit welchen
die vorgenannten und andere Nachteile beseitigt werden, während gleichzeitig
eine bessere und effektivere Leistung beim Einsatz ermöglicht wird.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Verschlussanordnung zum Abdecken und Abdichten einer in
einer Trägerplatte
ausgebildeten Öffnung
geschaffen. Die Anordnung weist eine dünne Abdeckkappe mit einer flachen
Oberseite auf, sowie mit einer Unterseite, die mit einer Vielzahl
sich axial erstreckender, entlang des Umfangs voneinander beabstandeter,
elastischer Führungselemente
und einer entsprechenden Vielzahl sich axial erstreckender, entlang
des Umfangs voneinander beabstandeter Halteschenkel versehen ist.
Die Führungselemente und
die Halteschenkel arbeiten so zusammen, dass sie eine Aufnahmeschulter
auf der Unterseite bilden, so dass die Verschlussanordnung in einer Öffnung einrasten
kann. Die Verschlussanordnung ist mit einem auf Wärme reagierenden,
thermoexpandierenden, kreisförmigen
Kunststoffring versehen, der auf einer entsprechenden kreisförmigen Wand
ruht, die auf der Unterseite der Abdeckkappe ausgebildet ist. Wenn
die Verschlussanordnung sich in einer Öffnung befindet und einer Temperatur
von 85°C
bis 180°C ausgesetzt
wird, erfährt
der thermoexpandierende kreisförmige
Kunststoffring eine Umformung, bei der der Ring sich ausdehnt und
einen Raum einnimmt, der etwa dem 1,5-fachen seiner ursprünglichen
Größe entspricht.
Der sich ausdehnende kreisförmige Kunststoffring
fließt
in alle Richtungen zwischen der Unterseite der Abdeckkappe und der
Kfz-Karosserieplatte und bildet eine Fluiddichtung zwischen dem Stopfen
und der Platte.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird eine Verschlussanordnung der vorgenannten Konstruktion
durch Anwendung eines Zwei-Schuss-Spritzgießverfahrens gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 hergestellt. Beim ersten Schuss wird die Abdeckkappe
zusammen mit den Führungselementen
und den Halteschenkeln geformt, indem ein elastisches Nylonmaterial
in den Formenhohlraum eingespritzt wird. In einem zweiten Zeitabschnitt
wird der Formenhohlraum abgekühlt
und ist dazu vorgesehen, das Sekundärmaterial, das den kreisförmigen Dichtungsring
bildet, aufzunehmen. In einem dritten Zeitabschnitt wird das thermoexpandierende
Sekundärmaterial
in die Form eingespritzt, um den kreisförmigen Dichtungsring auf der
Verschlusskappe zu formen. Nach dem dritten Zeitabschnitt wird die
eine Einheit bildende Verschlussanordnung aus der Spritzgießmaschine
ausgeworfen.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung
liegt hauptsächlich
in dem verbesserten Verfahren zum Zusammensetzen einer eine Einheit
bildenden Verschlussanordnung, die aus unähnlichen Verbindungen besteht.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht in dem verbesserten Verfahren zum Betrieb einer
Zwei-Schuss-Spritzgießmaschine,
um eine eine Einheit bildende Verschlussanordnung zu konstruieren,
die aus unähnlichen
Verbindungen besteht.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung liegt in einer verbesserten Gießform aus Berylliumkupfer zur
Verwendung in einer Zwei-Schuss-Spritzgießmaschine, um eine eine Einheit
bildende Verschlussanordnung zu konstruieren, die aus unähnlichen
Verbindungen besteht.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine verbesserte Verschlussanordnung zum
Abdecken und Abdichten einer Öffnung in
einer Platte zu schaffen, die durch das Zwei-Schuss-Formgebungsverfahren,
wie es vorstehend im Allgemeinen beschrieben wurde, hergestellt wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung
liegt darin, eine derartige Anordnung zu schaffen, die als Schutzvorrichtung
dienen und eine Öffnung
in einer Platte sicher verschließen kann.
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Weitere Vorteile und nützliche
Eigenschaften der Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen und
Verstehen der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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Die Erfindung kann in bestimmten
Teilen und Anordnungen von Teilen sowie in bestimmten Arbeitsschritten
oder Anordnungen von Arbeitsschritten realisiert sein, deren bevorzugte
Ausführungsformen in
dieser Beschreibung ausführlich
erläutert
und in der anliegenden Zeichnung, die einen Teil der Beschreibung
bildet, dargestellt werden. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Unteransicht einer Verschlussanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht der in 1 dargestellten
Verschlussanordnung;
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3 einen
Schnitt durch die Verschlussanordnung entlang der Linie 3-3 der 1;
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4 einen
Schnitt durch die Verschlussanordnung entlang der Linie 4-4 der 1;
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5 einen
Schnitt durch die Verschlussanordnung entlang der Linie 5-5 der 2;
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6a eine
schematische Darstellung eines Zwei-Schuss-Spritzgießsystems,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet;
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6b eine
schematische, teils gebrochene Draufsicht auf die untere Zwei-Schuss-Gießform gemäß 6a, wobei der Schnitt entlang
der Linie 6b-6b ausgeführt
wurde; und
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7 ein
Zeitdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Verschlussstopfenvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend wird auf die Zeichnung
Bezug genommen, die nur dem Zweck der Veranschaulichung der bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung dienen und diese nicht einschränken soll. 1–5 zeigen den neuen erfindungsgemäßen Verschlussstopfen 10,
der dazu vorgesehen ist, fest an einer Kfz-Karosserieplatte angebracht
zu werden und bei einer in der Platte ausgebildeten Öffnung eine
Dichtwirkung zu erzielen. Obwohl die dargestellte bevorzugte Ausführungsform
im Zusammenhang mit Kfz-Karosserieplatten
am nützlichsten
ist, versteht es sich, dass die Erfindung überall dort Anwendung findet,
wo Bauteile wie Haken, Klinken, Platten o. Ä. in einem Ofen oder durch
Anwendung eines anderen Wärmeprozesses
an einer Oberfläche
oder an anderen Teilen befestigt werden.
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Der Verschlussstopfen 10 besteht
aus einer dünnen
Abdeckkappe 12, die vorzugsweise aus Nylon oder einem anderen
formbaren starren Synthetik- oder Kunststoffmaterial besteht. Die
Abdeckkappe 12 definiert eine erste oder äußere Fläche 14 und eine
zweite oder innere Fläche 16,
wobei die erste und zweite Fläche
einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Wie am besten aus 1 und 5 ersichtlich, hat die Abdeckkappe 12 eine
im Allgemeinen kreisförmige
Umfangsstruktur, obwohl es sich versteht, dass auch andere Strukturen
in zufriedenstellender Weise verwendet werden können, um einer bestimmten Anwendung
oder Anforderung zu genügen.
In dieser Hinsicht weist die Abdeckkappe 12 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
eine Vielzahl voneinander beabstandeter Vorsprünge 18 auf, die um
den Außenumfang
der Abdeckkappe herum angeordnet sind. Wie dargestellt, sind die
Vorsprünge 18 zwischen
halbkreisförmigen
Vertiefungen ausgebildet, die an der Abdeckkappe angeordnet sind.
Die Vorsprünge 18 sind
so geformt und vorgesehen, wie dargestellt, um die Handhabung des
Verschlussstopfens während
des Einsetzens in verschiedene Öffnungen
zu vereinfachen.
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Entlang des Außenumfangs 22 der
Abdeckkappe ist eine Trägerwand 20 integriert,
die entlang eines durchgehend kreisförmigen Bereichs von der zweiten
Fläche 16 herabragt.
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Die Trägerwand 20 definiert
eine äußere zylindrische
Fläche 24,
die dazu vorgesehen ist, mit einer entsprechend dimensionierten
inneren zylindrischen Oberfläche 26,
die auf einem thermoexpandierenden kreisförmigen Kunststoffring 30 ausgebildet ist,
kraftschlüssig
in Verbindung zu stehen. Der thermoexpandierende kreisförmige Kunststoffring 30 besteht
aus einem durch Spritzgießen
formbaren, durch Wärme
ausdehnbaren Material auf Elastomerbasis. Obwohl viele aufschäumbare oder
durch Wärme ausdehnbare
thermoplastische Materialien durch Spritzgießen in Ringform gebracht oder
extrudiert und später
zu Ringen abgestanzt werden können, wurde
durch die Erfinder festgestellt, dass die Kunststoffe L-2300 und
L-4161 der Fa. L&L
Products, Inc. sowie der Kunststoff RV-7125-3 der Fa. Ruvin, Inc. für das Zwei-Schuss-Spritzgießen gemäß den Schritten
des neuen Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung besonders
gut geeignet sind.
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Wie weiterhin aus 1–5 ersichtlich, sind vier
Haltezungen 32, 34, 36, 38 an
der Innenfläche 16 der
Abdeckkappe 12 vorgesehen. Wie dargestellt, sind die Haltezungen
entlang des Umfangs 22 des Verschlusstopfens vorzugsweise
gleichmäßig voneinander
beabstandet. Die Haltezungen sind bei der bevorzugten Ausführungsform
identisch konstruiert, so dass die folgende Beschreibung der Haltezunge 32 gleichermaßen für die übrigen Haltezungen
gilt, sofern keine speziellen anderen Angaben gemacht werden. Wie
am besten in 3 und 4 ersichtlich, besteht die
Haltezunge 32 aus zwei kleinen Riegeln oder elastischen
Streben 40, 42, die sich von der Innenfläche 16 der
Abdeckkappe 12 axial erstrecken. Zwischen den elastischen
Strebenelementen 40, 42 ist ein Auflageelement 44 angeordnet,
wie dargestellt. Das Auflageelement 44 bildet mit einem
Verbindungsbereich 46 einen Haken, der in einem vorherbestimmten
Winkel im Verhältnis
zu den elastischen Strebenelementen 40, 42 ausgerichtet
ist. Auf dem Auflageelement 44 ist ein Anschlagbereich 48 in
vorherbestimmtem Abstand von der Innenfläche 16 der Abdeckkappe 12 angeordnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist das Auflageelement 44 dazu vorgesehen, durch die Kanten
einer Öffnung
geführt
und mit diesen in Eingriff gebracht zu werden. Aus
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2 ist
ersichtlich, dass der Anschlagbereich 48, der an den elastischen
Strebenelementen 40, 42 angeordnet ist, von einem
kontinuierlichen offenen Bereich oder Durchgangskanal 50 umgeben ist.
Gemäß dieser
Anordnung kann der Anschlagbereich 48 durch elastisches
Zusammendrücken
bis zu einer Ebene, die durch die elastischen Strebenelemente 40, 42 definiert
ist, und über
diese hinaus eindringen bzw. sich radial nach innen verbiegen. Auf diese
Weise können
die mehreren Haltezungen 32–38 bis zu einem Durchmesser
A radial nach innen geklappt werden, um in eine Öffnung mit einem Durchmesser
A zu passen.
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Nachfolgend wird immer noch auf 1-5, jedoch insbesondere auf 2 Bezug genommen. Der Anschlagbereich 48 erstreckt
sich über
eine vorherbestimmte Strecke parallel zu den benachbarten elastischen
Strebenelementen 40, 42 von dem Verbindungsbereich 46.
Der Verbindungsbereich 46 der Haltezunge 32 ist
zur Längsachse
L-L des Verschlussstopfens in spitzem Winkel angeordnet, vorzugsweise
zwischen 30 und 35 Grad, wodurch eine Abschrägung 52 definiert
wird. Der Satz von Abschrägungen,
die auf jeder der Haltezungen 32–38 definiert werden,
bildet zusammen eine kegelstumpfförmige Oberfläche, die
axial entlang der Längachse L-L
des Verschlussstopfens ausgerichtet ist. Die hierdurch definierte
kegelstumpfförmige
Oberfläche
bildet eine erste Einführungsstruktur,
die die Installation des Verschlussstopfens, insbesondere die Blindinstallation,
wie sie in Kfz-Karosseriefertigungsstraßen üblich ist, vereinfacht.
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Wie wiederum aus 1–5 ersichtlich, sind vier
Führungselemente 60, 62, 64, 66 an
der zweiten Fläche 16 der
Abdeckkappe 12 vorgesehen. Die Führungselemente 60–66 erstrecken
sich axial von der zweiten Fläche 16 und
sind entlang des Umfangs 22 der Abdeckkappe 12 gleichmäßig voneinander
beabstandet. Die Führungselemente 60–66 teilen
die Innenfläche 16 der
Abdeckkappe in vier gleiche Teile. Jedes der Führungselemente 60–66 ist
identisch konstruiert, so dass die folgende Beschreibung des Führungselements 60 gleichermaßen für die übrigen Führungselemente
gilt, sofern keine speziellen anderen Angaben gemacht werden. Das
Führungselement 60 erstreckt
sich um einen vorherbestimmten Betrag axial über die Haltezungen 32–38 hinaus,
wie am besten in 2 und 3 zu erkennen. Das Führungselement 60 ist
im Wesentlichen eben ausgebildet und weist eine flache Nasenkante 68 und
eine winklige Führungskante 70 auf.
Der Satz von Führungskanten 70,
der auf dem Satz von Führungselementen 60–66 angeordnet
ist, definiert insgesamt eine kegelstumpfförmige Oberfläche, die
axial entlang der Längachse
L-L des Verschlussstopfens ausgerichtet ist, wodurch eine sekundäre Einführungsfläche geschaffen
wird. Die sekundäre
Einführungsfläche erstreckt
sich axial über
den Endpunkt der ersten, durch die Haltezungen definierten Einführungsfläche hinaus,
wie dargestellt, was es äußerst einfach macht,
den Verschlussstopfen zu installieren.
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Wie in den Figuren dargestellt, arbeitet
die kegelstumpfförmige
Oberfläche,
die durch die Führungselemente 60–66 definiert
wird, mit der kegelstumpfförmigen
Oberfläche
zusammen, die durch die Haltezungen 32–38 definiert wird,
wodurch zusammenwirkende erste und zweite Einführungsflächen an der Abdeckkappe gebildet
werden. Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform die jeweiligen kegelstumpfförmigen Oberflächen als
axial übereinstimmend
dargestellt sind, und der Einführungswinkel,
der durch die Führungselemente 60–66 definiert wird,
größer dargestellt
ist als der Einführungswinkel, der
durch die Haltezungen 32–38 definiert wird,
sind auch andere Ausführungen
im Umfang der vorliegenden Erfindung vorstellbar, zu welchen auch
ein erster Einführungswinkel
gehört,
der zu dem zweiten Einführungswinkel
passt.
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Die vorstehend beschriebene Gesamtkonstruktion
hat zur Folge, dass der Verschlussstopfen der vorliegenden Erfindung
im Wesentlichen selbsteinstellend oder selbstausrichtend in Bezug
auf die Plattenöffnungen
ist. Hierdurch eignet sich der Verschlussstopfen besonders gut dazu,
ohne oder nur mit geringem Aufwand bzw. geringer Konzentration eines
Arbeiters in die Öffnung
in einer Kfz-Karosserieplatte eingesetzt zu werden. Bei einer typischen Kfz-Fertigungsstraße wird
der Verschlussstopfen der vorliegenden Erfindung als Verschlussstopfen
zum Abdichten von Ablauflöchern
in metallischen Fahrzeugunterböden
beim Zusammensetzen von Kfz-Karosserien verwendet. Wie für den Fachmann
nahe liegend, wird der Verschlussstopfen in dem Fahrzeugun terboden
zu irgendeinem Zeitpunkt nach dem kathodischen „E-Coat-Einbrennzyklus" des Fahrwerks, aber
vor dem „Farbeneinbrennzyklus" installiert, wobei
der thermoexpandierende Dichtungsring erwärmt und thermoexpandiert wird,
so dass die Abdeckkappe mit dem Fahrzeugunterboden verbunden und
hierdurch das Ablaufloch verschlossen und abgedichtet wird.
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Wie vorstehend allgemein beschrieben,
besteht der thermoexpandierende, kreisförmige Kunststoffring 30 vorzugsweise
aus einem durch Wärme ausdehnbaren
Kunststoff-Dichtungsmaterial
auf Elastomerbasis, das so ausgewählt wird, dass es gleichzeitig
weich und leicht fließfähig wird,
wenn es über
eine erste, vorher gewählte
Konstruktionstemperatur hinaus erwärmt wird, und sich ausdehnt, wenn
es über
eine zweite, vorher gewählte
Konstruktionstemperatur hinaus erwärmt wird. Der Kunststoffring 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann aus jedem thermoexpandierenden Material bestehen, das
diese allgemeinen Eigenschaften hat, jedoch besteht er vorzugsweise
aus einem Material, das aus der Gruppe von Materialien ausgewählt wird,
die der technischen Norm Nr. MS-CD466C der Chrysler Motor Corporation
entsprechen, die dem Fachmann bekannt und für ihn zugänglich ist. Zu dieser Gruppe
gehören
die vorgenannten Kunststoffmaterialien L-2300, L-4161 und RV-7125-3.
Diese Materialien sind zwischen 60°C und 82,2°C weich und fließfähig, sind
oberhalb von etwa 82,2°C
thermoexpandierend und erstarren bei Temperaturen unter 60°C.
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Wenn der installierte Verschlussstopfen während der
Montage eines Kfz-Fahrgestells den Einbrennofen passiert, weicht
der Kunststoffring 30 auf, was dazu führt, dass die Innenfläche 16 des
Verschlussstopfens in Richtung der Karosserieplatte, in der der
Verschlussstopfen sitzt, zurückweicht,
was auf die Federkraft zurückzuführen ist,
die durch den Satz von Haltezungen 32–38 in dieser Richtung
erzeugt wird. Nachdem die Stufe der vollständigen Ausdehnung des bevorzugten
Dichtungsmaterials erreicht wurde, erhärtet sich das Material und
haftet sowohl an der Abdeckkappe als auch an der Karosserieplatte,
so dass eine Fluiddichtung erzielt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
dehnt sich bei einer Temperatur von etwa 121,0°C in dem Fahrgestell- Einbrennofen das
Material auf etwa 150% seines ursprünglichen, nicht ausgedehnten
Volumens aus. Sobald es ausgehärtet
ist, kann das bevorzugte Material nicht reaktiviert werden.
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Unter Bezugnahme auf 6a und 6b wird nun
ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Verschlussstopfens
gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Eine Zwei-Schuss-Spritzgießvorrichtung 100 ist
mit ersten und zweiten Gießformelementen 102, 104 versehen,
die einen ersten Hohlraum 106 bilden, der die Abdeckkappe
definiert, welche während
eines ersten Spritzgießschusses
geformt wird. Ein im Wesentlichen zylindrisches bewegliches Element 108 ist
dazu vorgesehen, von einer ersten Position, die auf der linken Seite
der 6a dargestellt ist,
in eine zweite Position zu gleiten, die auf der rechten Seite der 6a dargestellt ist. Wenn das
bewegliche Element sich in der Position befindet, die auf der rechten
Seite in 6a dargestellt
ist, wird hierdurch ein zweiter Formenhohlraum 110 gebildet,
der im Wesentlichen den Formenhohlraum definiert, in dem der auf
Wärme reagierende
Kunststoffring geformt wird. Der erste und der zweite Formenhohlraum
grenzen vorzugsweise aneinander an, wie dargestellt, so dass der
thermoexpandierende kreisförmige
Kunststoffring 30 während
des zweiten Schusses direkt auf dem Abdeckkappenkörper geformt
wird. Dieser Vorteil der vorliegenden Erfindung macht die manuelle
Installation des Dichtungsrings unnötig, so dass Zeit und Arbeitskosten
gespart werden können.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
auch ein neues Verfahren zum Formen eines einstückigen Verschlussstopfenteils
aus zwei unähnlichen
Materialien, vorzugsweise einer Nylon-Abdeckkappe und einem thermoexpandierenden
kreisförmigen
Kunststoffring, durch Steuern der Temperatur der Gießformelemente 102, 104 und
Steuern des Timings der Spritzgieß-Schüsse. In dieser Hinsicht umfasst
die vorliegende Erfindung erste und zweite Gießformelemente 102, 104,
die aus Berylliumkupfer bestehen. Alternativ dazu können auch
Berylliumkupfereinsätze oder
eine Berylliumkupferbeschichtung für die Gießformelemente 102, 104 verwendet
werden. Es wurde festgestellt, dass Berylliumkupfer ausgezeichnete Wärmeeigenschaften
hat. Im Besonderen ist Berylliumkupfer gut dazu geeignet, Wärme schnell
abzuführen,
und es hat sich als ausgezeichneter Wärmeleiter mit guten mechanischen
Eigenschaften, die die Verwendung bei Gießformen unterstützen, herausgestellt.
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Um die Übertragung von Wärmeenergie
aus der Spritzgießmaschine
so zu steuern, dass das Material für den thermoexpandierenden
Dichtungsring zuverlässig
innerhalb des Temperaturbereichs, in dem es fließfähig ist, also zwischen 60°C und 82,2°C, eingespritzt
wird, ist ein Steuerungssystem vorgesehen, zu welchem ein Wärmesensorpaar 112,
ein elektronisches Steuergerät 114 für die Spritzgießvorrichtung,
eine auf ein Signal aus dem Steuergerät reagierende Fluidpumpe und
ein Kühlmittelleitungssystem 118 gehört, durch
das ein Kühlfluid
durch die ersten und zweiten Gießformelemente 102, 104 zirkuliert.
Das Fluidleitungssystem 118 ist mit einer Quelle eines
gekühlten
Fluids 120, wie z. B. Wasser, verbunden.
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Wie am besten aus 6a ersichtlich, erstreckt sich das Leitungssystem 118 im
Wesentlichen entlang der Längsachse
L-L des zwischen dem oberen und dem unteren Gießformelement geformten Verschlussstopfens
in das obere Gießformelement 102.
Eine Zufuhrleitung 122 für die obere Gießform transportiert
das gekühlte
Kühlfluid 120 in
den zentralen Bereich des oberen Gießformelements 102,
wie dargestellt, um die Oberseite und die Mitte der Gießform am
wirksamsten zu kühlen.
Eine Rückführleitung 124 für die obere
Gießform
führt das
Kühlfluid 120 von
dem zentralen Bereich des oberen Gießformelements 102 zurück zur Fluidquelle,
wie dargestellt. Obwohl nur einzelne Zufuhr- und Rückführleitungen
dargestellt sind, können
auch mehrere Leitungen und mehrere Leitungswege verwendet werden,
um das obere Gießformelement 102 zu
kühlen.
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Wie am besten aus 6b ersichtlich, erstreckt sich das Leitungssystem 118 im
Wesentlichen kreisförmig
um den Kunststoff-Verschlussstopfen 10, der zwischen dem
oberen und dem unteren Gießformelement
geformt wird, in das untere Gießformelement 104.
Eine Zufuhrleitung 126 für die untere Gießform transportiert
das gekühlte Kühlfluid 120 in
den Bereich des unteren Gießformelements 104,
der den Außenumfang
des Verschlussstopfens 10 eng umgibt, wie dargestellt,
um die untere Gießform
am wirksamsten zu kühlen.
Eine Rückführleitung 128 für die untere
Gießform
führt das
Kühlfluid 120 von
dem unteren Gießformelement 104 zur
Fluidquelle zurück, wie
dargestellt. Wie schon bei den Kühlfluidleitungen der
oberen Gießform
gilt auch hier, dass, obwohl nur einzelne Zufuhr- und Rückführleitungen
dargestellt sind, auch mehrere Leitungen und mehrere Leitungswege
verwendet werden können,
um das untere Gießformelement 104 zu
kühlen.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die oberen und unteren Kühlleitungen 122, 124 und 126, 128 getrennt
sind. Auf diese Weise arbeiten die oberen und unteren Kühlleitungen etwas
unabhängig
voneinander. Die Wärmeabsorptionskapazität der oberen
Kühlleitungen 122, 124 stört nicht
die Wärmeabsorptionskapazität der unteren Kühlleitungen 126, 128.
Bei bestimmten Anwendungen kann es jedoch möglich oder wünschenswert sein,
die oberen und unteren Kühlleitungen
in vielen Ausführungen
und Topologien anzuordnen, so dass beispielsweise die oberen und
unteren Kühlleitungen in
Reihe verbunden sein können.
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Nachfolgend wird immer noch auf 6a, 6b Bezug genommen, aber auch auf 7. Das Nylonmaterial, aus
dem die Abdeckkappe besteht, wird während eines ersten Formgebungszeitabschnitts, nämlich dem
Zeitabschnitt I, bei einer Temperatur von etwa 287°C in die
oberen und unteren Gießformelemente 102, 104 eingespritzt.
Während
des Zeitabschnitts I ist die Fluidpumpe 116 abgeschaltet,
wie es durch das Steuergerät 114 bestimmt
wird. Der erste Zeitabschnitt dauert etwa 23 Sekunden. Der Fachmann
spricht bei diesem Zeitabschnitt vom „ersten Schuss".
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Nachdem das Nylonmaterial in den
ersten Hohlraum 104 eingespritzt wurde, schaltet das Steuergerät die Fluidpumpe 116 an,
um die Gießformelemente 102, 104 zu
kühlen.
Während
dieses Zeitabschnitts- des Zeitabschnitts II – reagiert das Steuergerät auf Signale
von dem Wärmesensorpaar 112, um
eine geeignete Temperatur für
das Einspritzen des auf Wärme
reagierenden Materials in den zweiten Hohlraum zu bestimmen. Außerdem wird
während
des Zeitabschnitts II das bewegliche Element 108 in die
Position verschoben, die auf der rechten Seite von 6a dargestellt ist. Hierdurch wird der zweite
Formenhohlraum gebildet, um den „zweiten Schuss" des auf Wärme reagierenden
Kunststoffmaterials aufzunehmen.
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Wenn der Wärmesensor 112 ein
Signal registriert, das anzeigt, dass die Gießformelemente sich bis zu einer
Temperatur abgekühlt
haben, bei der das aufschäumbare
Dichtungsringmaterial unter Druck fließt, vorzugsweise 83,0°C, die aber
immer noch deutlich unterhalb der Aktivierungstemperatur von etwa
121,0°C
liegt, unterbricht das Steuergerät 114 die
Fluidpumpe 116, um den Fluss des Kühlmaterials zu stoppen. Der
zweite Schuss des auf Wärme reagierenden
Kunststoffmaterials findet während
dieses dritten Zeitabschnitts, des Zeitabschnitts III, statt, wie
in 7 dargestellt.
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Schließlich startet bei dem bevorzugten
Verfahren das Steuergerät 114 in
einem vierten Zeitabschnitt, dem Zeitabschnitt IV, die Fluidpumpe 116 erneut,
um die Gießformelemente 102, 104 weiter
auf eine Temperatur abzukühlen,
die eine vollständige Erhärtung und
den Auswurf des komplettierten einstückigen Verschlussstopfens möglich macht.
Das Steuergerät
arbeitet so mit dem Wärmesensor
zusammen, dass die Fluidpumpe gestoppt und die Form geöffnet wird,
wenn die Temperatur der Gießformelemente
etwa 57,2°C
erreicht.