DE102007040099A1 - sealing ring - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Dichtungsring aus einem Polymermaterial vorgeschlagen, insbesondere für die Verwendung in optischen Anordnungen, wobei das Polymermaterial ein thermoplastisch verarbeitbares fluoriertes Kunststoffmaterial umfasst.It is proposed a sealing ring made of a polymeric material, in particular for use in optical arrangements, wherein the polymer material comprises a thermoplastically processable fluorinated plastic material.
Description
Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring, insbesondere für die Verwendung in optischen Anordnungen, hergestellt aus einem Polymermaterial.The The invention relates to a sealing ring, in particular for the use in optical arrangements made of a polymeric material.
Optische Anordnungen benötigen häufig Dichtungsringe mit produktionstechnisch aufwändigeren Querschnitten, wie z. B. Winkelringe. Gleichzeitig stellen optischen Anordnungen hohe Anforderungen an Oberflächengüte, Dimensionsstabilität und Maßhaltigkeit, die in der Fertigung einen hohen Aufwand verlangen.optical Arrangements often require sealing rings with production technically more complex cross sections, such. B. angle rings. At the same time, optical arrangements make high Requirements for surface quality, dimensional stability and dimensional accuracy, which in the production of a lot of effort desire.
Als Polymermaterialien werden bisher PTFE oder mit geringen Comonomer-Anteilen (Perfluorpropylvinylether) modifiziertes PTFE verwendet, welches sich verarbeitungstechnisch von PTFE nicht unterscheidet. Für diese Materialien kommt nur die spanende Bearbeitung und Formgebung von aus stab- oder rohrförmigen Halbfabrikaten hergestellten Rohlingen in Betracht.When Polymer materials have hitherto been PTFE or with low comonomer proportions (Perfluoropropyl vinyl ether) modified PTFE used which does not differ from PTFE in terms of processing technology. For these materials only comes from the machining and shaping of rod-shaped or tubular semi-finished products Blanks into consideration.
Wie in vielen anderen Anwendungen kommt auch PTFE als Polymermaterial zum Einsatz aufgrund seiner chemischen Resistenz, hohen Temperaturbeständigkeit, physiologischen Unbedenklichkeit und fehlenden Neigung zur Wasseraufnahme um nur die wichtigsten Vorzüge von PTFE zu nennen.As PTFE is also used as polymer material in many other applications due to its chemical resistance, high temperature resistance, physiological safety and lack of water intake to mention only the most important benefits of PTFE.
Weitere gängige Materialien für die eingangs genannten Dichtungsringe sind Fluorsilikone (FVMQ), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere (EPDM) oder Fluorelastomere (FKM, FEPM, FFKM), die mit für Elastomere typischen Prozessen, wie insbesondere das Spritzgießen mit anschließender Vulkanisation oder bei thermoplastischen Varianten dieser Polymermaterialien der Spritzguß und die Extrusion, verarbeitet werden.Further common materials for the aforementioned Sealing rings are fluorosilicone (FVMQ), ethylene-propylene-diene terpolymers (EPDM) or fluoroelastomers (FKM, FEPM, FFKM) used with for Elastomeric typical processes, in particular injection molding followed by vulcanization or thermoplastic Variants of these polymer materials of injection molding and the Extrusion, to be processed.
Die mittels spanender Bearbeitung von Rohlingen hergestellten Dichtringe weisen häufig bearbeitungsbedingt eine hohe Oberflächenrauigkeit auf. Ebenso müssen breite Toleranzfelder aufgrund innerer Spannungen im verwendeten Halbfabrikaten in Kauf genommen werden. Verarbeitungsbedingt ist hier die Herstellung mit einer hohen Abfallrate belastet. Die Dichtringe zeigen im Einsatz einen unerwünscht hohen Partikelabrieb (particle shedding).The Sealing rings produced by machining of blanks often have a high surface roughness due to processing on. Similarly, wide tolerance fields due to internal tensions be accepted in the used semi-finished products. Due processing Here is the production burdened with a high rate of waste. The Sealing rings show in use an undesirably high particle abrasion (particle shedding).
Die aus Elastomeren hergestellten Dichtringe sind insofern nachteilig als ihre Maßhaltigkeit unter dem nach dem Spritzguß durchzuführenden Vulkanisationsschritt leidet. Gleichzeitig findet man bei diesen Polymermaterialien herstellungsbedingt einen hohen Anteil an extrahierbaren Komponenten, wie z. B. Restmonomere, Vernetzungsmittel und Verarbeitungshilfsstoffe.The made of elastomers sealing rings are disadvantageous as their dimensional stability below that to be carried out by injection molding Vulkanisationsschritt suffers. At the same time one finds with these Polymeric materials due to manufacturing a high proportion of extractable Components, such. B. residual monomers, crosslinking agents and processing aids.
Materialbedingt weisen die Dichtringe aus Elastomermaterialien eine geringe Druckstabilität sowie eine geringe Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Lösemitteln (Quellverhalten) auf. Teilweise problematisch ist auch deren eingeschränkte Temperaturelastizität bzw. deren Neigung zum Verspröden bei tiefen Temperaturen, insbesondere bereits wenn Einsatztemperaturen von bis zu –40°C gefordert sind. Darüber hinaus sind die begrenzte Witterungsbeständigkeit und die Tendenz zum Altern und Verspröden einzukalkulieren.Depending on the material the sealing rings made of elastomeric materials have a low pressure stability and a low resistance to chemicals and solvents (swelling behavior). Partly problematic is also their limited temperature elasticity or their tendency to embrittle at low temperatures, especially when operating temperatures of up to -40 ° C are required. In addition, the limited weather resistance and taking into account the tendency to aging and embrittlement.
Auch ist die Reproduzierbarkeit der Bauteilqualität oft nicht ausreichend und insbesondere bei der Massenproduktion problematisch.Also the reproducibility of component quality is often not sufficient and especially problematic in mass production.
Hohe Reibungskoeffizienten erschweren das Fügen bei der Montage.Height Friction coefficients complicate the joining during assembly.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Dichtungsring vorzuschlagen, der die oben genannten Nachteile vermeidet und insbesondere wirtschaftlich hergestellt werden kann.task The invention is to propose a sealing ring, the avoids the above-mentioned disadvantages and in particular economically can be produced.
Diese Aufgabe wird durch einen Dichtungsring gemäß Anspruch 1 gelöst.These Task is achieved by a sealing ring according to claim 1 solved.
Unter thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffmaterialien sind solche Materialien zu verstehen, welche einen Schmelzflußindex (MFI) aufweisen, der von Null verschieden ist (ASTM Test D1238-88 bei 372°C und einer Last von 5 kg bei einer maximalen Extrudat-Auffangzeit von 1 Stunde).Under thermoplastically processable plastic materials are those Understand materials that have a melt flow index (MFI), which is different from zero (ASTM Test D1238-88 at 372 ° C and a load of 5 kg at a maximum extrudate collection time of 1 hour).
Das erfindungsgemäß verwendete, thermoplastisch verarbeitbare, fluorierte Kunststoffmaterial lässt sich insbesondere im Spritzgussverfahren verarbeiten, so dass der erfindungsgemäße Dichtungsring in einem einstufigen Prozess herstellbar ist.The used according to the invention, thermoplastically processable, Fluorinated plastic material can be used in particular Process injection molding, so that the inventive Sealing ring can be produced in a one-step process.
Fluorierte thermoplastisch verarbeitbare Kunststoffmaterialien im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere ETFE, FEP, MFA, PFA sowie thermoplastisch verarbeitbares PTFE, wobei insbesondere letzteres besonders bevorzugt ist. Ebenso können Mischungen von zwei oder mehr dieser Materialien zum Einsatz kommen.Fluorinated thermoplastically processable plastic materials in the context of the present invention are in particular ETFE, FEP, MFA, PFA and thermoplastically processable PTFE, in particular the latter being particularly preferred. Likewise, mixtures of two or more of these materials may be used.
Eine
Vielzahl solcher PTFE-Materialien ist beispielsweise in der
Hierbei sind insbesondere TFE-Copolymere in Betracht zu ziehen, bei denen der Comonomeranteil weniger als 3,5 Mol-% beträgt, da hier die PTFE-Eigenschaften weitestgehend erhalten bleiben und trotzdem eine thermoplastische Verarbeitung möglich ist. Weiter bevorzugt ist der Comonomeranteil beschränkt auf weniger als ca. 3 Mol-%, noch weiter bevorzugt sind Comonomeranteile von weniger als ca. 1 Mol-%, beispielsweise 0,5 Mol-% oder weniger.in this connection In particular TFE copolymers are to be considered in which the comonomer content is less than 3.5 mol%, since here The PTFE properties are largely retained and still a thermoplastic processing is possible. Further preferred the comonomer content is limited to less than approx. 3 mole%, even more preferred are comonomer levels of less as about 1 mol%, for example, 0.5 mol% or less.
Bevorzugte Comonomere, die einerseits eine gute thermoplastische Verarbeitbarkeit gewährleisten und andererseits die Materialeigenschaften gegenüber PTFE weitgehend unverändert lassen sind Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.preferred Comonomers, on the one hand a good thermoplastic processability ensure and on the other hand, the material properties to PTFE are largely unchanged Hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene.
Als erfindungsgemäß zu verwendendes, voll fluoriertes Kunststoffmaterial kommen neben den TFE-Copolymeren auch Polymerblends von PTFE und einem oder mehreren thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffen zum Einsatz.When Fully fluorinated according to the invention Plastic material comes in addition to the TFE copolymers and polymer blends of PTFE and one or more thermoplastically processable plastics for use.
Diese weiteren Kunststoffe werden insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der PTFE-Mikropulver. Hierbei handelt es sich um PTFE-Typen mit im Vergleich zu hochmolekularem (Standard) PTFE niederem Molekulargewicht und niederer Schmelzviskosität. Sie werden typischerweise hergestellt entweder durch Emulsionspolymersation, durch thermomechanischen Abbau von hochmolekularem PTFE im Extruder oder durch Strahlenabbau von hochmolekularem PTFE, gefolgt von einem Mahlprozess.These other plastics are selected in particular the group of PTFE micropowders. These are PTFE types with low molecular weight compared to high molecular weight (standard) PTFE and low melt viscosity. They are typically prepared either by emulsion polymerization, by thermomechanical Degradation of high molecular weight PTFE in the extruder or by radiation degradation of high molecular weight PTFE, followed by a milling process.
Die
Eigenschaftsunterschiede von hochmolekularem (Standard) PTFE und
niedermolekularen PTFE-Mikropulvern lassen sich beispielsweise wie
folgt darstellen (
Beispiele
für solche Polymerblends finden sich in den Offenlegungsschriften
Der erfindungsgemäße Dichtungsring kann einerseits vollständig aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden voll fluorierten Kunststoffmaterial hergestellt sein. Andererseits, kann der erfindungsgemäße Dichtungsring aber auch ein Einlegeteil beinhalten, beispielsweise in Form eines Inserts, wobei dann bevorzugt das Einlegeteil von aus dem Polymermaterial gebildeten Oberflächenbereichen im Wesentlichen allseitig umgeben ist.Of the on the one hand completely from the invention to be made using fully fluorinated plastic material. On the other hand, the sealing ring according to the invention but also include an insert, for example in the form of a Inserts, wherein then preferably the insert of from the polymer material formed surface areas substantially on all sides is surrounded.
Das Einlegeteil von erfindungsgemäßen Dichtungsringen wird bevorzugt ausgewählt aus metallischem Material, aus organischen Polymeren, Aramidfaser-, Kohlefaser- und/oder Glasfaserverstärkten Materialien sowie keramischen Materialien.The Insertion of sealing rings according to the invention is preferably selected from metallic material, from organic polymers, aramid fiber, carbon fiber and / or glass fiber reinforced Materials as well as ceramic materials.
Das Einlegeteil ist nicht notwendigerweise einstückig ausgebildet, auch wenn dies bevorzugt wird, da es in der Regel die Handhabung des Einlegeteils bei der Fertigung des Dichtungsrings erleichtert.The Insert is not necessarily integrally formed, although this is preferred as it is usually handling the insert facilitates in the manufacture of the sealing ring.
Das Einlegeteil wird bevorzugt in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und dann mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden voll fluorierten Kunststoffmaterial umspritzt.The Insert is preferably placed in an injection mold and then with the invention to be used fully encapsulated fluorinated plastic material.
Das Einlegeteil kann vor der Beschichtung mit dem voll fluorierten Kunststoffmaterial vorgeformt werden um den Dichtungsring an eine anwendungsspezifische Geometrie oder spezifische Abdichtungsaufgaben anzupassen.The Insert can be coated with fully fluorinated plastic before coating preformed around the sealing ring to an application specific Geometry or specific sealing tasks.
Des Weiteren kann der Dichtungsring mit einem Bauteil verbunden sein, wobei der Verbund insbesondere stoffschlüssig oder formschlüssig hergestellt werden kann.Of Furthermore, the sealing ring can be connected to a component, wherein the composite in particular cohesively or positively can be produced.
Zur Herstellung des mit einem Bauteil verbundenen Dichtungsrings kann dieser an das Bauteil angespritzt oder nach seiner gesonderten Herstellung in einem Umformprozess mit dem Bauteil verbunden werden.to Production of the associated with a component sealing ring can this molded onto the component or after its separate production be connected in a forming process with the component.
Gemäß einer weiteren Alternative lässt sich das Bauteil mit dem Dichtungsring auch in einem nachgelagerten Schritt verschweißen.According to one Another alternative is the component with the sealing ring also weld in a downstream step.
Ein für optische Anwendungen konzipierter Dichtungsring weist eine zylindrische Wand auf, an deren unterem Rand bevorzugt ein umlaufender, radial nach innen abstehender Bund angeformt ist. Bevorzugt ist die Wandstärke der zylindrischen Wand geringer als die Dicke des Bundes (in Axialrichtung gemessen).One designed for optical applications sealing ring has a cylindrical wall, at the lower edge preferably a circumferential, radially inwardly projecting collar is formed. Prefers the wall thickness of the cylindrical wall is less than the thickness of the collar (measured in the axial direction).
Weiter bevorzugt ist der untere Rand der zylindrischen Wand an seinem Außenumfang verrundet.Further Preferably, the lower edge of the cylindrical wall is at its outer periphery rounded.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsrings wie es in Anspruch 8 näher definiert ist.The The present invention further relates to a method of preparation a sealing ring according to the invention as it is defined in more detail in claim 8.
Bevorzugt erfolgt das Befüllen des Formwerkzeugs mittels Einspritzen des Polymermaterials in dessen Hohlraum.Prefers the filling of the mold takes place by means of injection of the polymeric material in its cavity.
Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Dichtungsring ein Einlegeteil enthalten soll, wird der Hohlraum des Formwerkzeugs bevorzugt so ausgebildet, dass er eine Aufnahme für ein Einlegeteil bildet, wobei das Einlegeteil in das Formwerkzeug eingebracht wird bevor der Hohlraum des Formwerkzeugs mit dem Polymermaterial befüllt wird.For the case that the sealing ring according to the invention an insert is to contain the cavity of the mold Preferably designed so that it has a receptacle for a Insert part forms, wherein the insert is introduced into the mold before the cavity of the mold with the polymer material is filled.
Das Befüllen des Hohlraums des Formwerkzeugs wird vorzugsweise mittels Einspritzen des Polymermaterials erfolgen, unabhängig davon ob die herzustellende Dichtungsring ein Einlegeteil aufweisen soll oder nicht.The Filling the cavity of the mold is preferably by injection of the polymer material, independently of whether the sealing ring to be produced have an insert should or not.
Um eine definierte Position des Einlegeteils in der fertigen erfindungsgemäßen Dichtungsring zu gewährleisten, wird bevorzugt das Einlegeteil in dem Formwerkzeug mittels einer Halterung auf Abstand zur Oberfläche des Formwerkzeugs gehalten.Around a defined position of the insert in the finished invention To ensure sealing ring, is preferably the insert in the mold by means of a holder at a distance from the surface held the mold.
Bevorzugt verwendete Halterungen umfassen mehrere, von außen in den Hohlraum des Formwerkzeugs einschiebbare Haltestifte.Prefers used mounts include several, from the outside in the Cavity of the mold retractable retaining pins.
Bevorzugt halten die Haltestifte das Einlegeteil während dem Befüllen in einer vorgegebenen Position und werden danach aus dem Hohlraum des Formwerkzeugs entfernt.Prefers the retaining pins hold the insert during filling in a predetermined position and then out of the cavity removed from the mold.
Besonders bevorzugt werden die Haltestifte während einer so genannten Nachdruckphase entfernt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Hohlraum des Formwerkzeugs großenteils oder im Wesentlichen vollständig mit dem Polymermaterial ausgefüllt und eine Veränderung der Position des Einlegeteils in den Folgeschritten des Herstellungsverfahrens ist nicht mehr zu befürchten. Zu diesem Zeitpunkt steht aber noch über den Nachdruck Polymermaterial an, das in den Hohlraum der Form gepresst werden kann, zum einen um die während des Verfestigen des Polymermaterials eintretende Schwindung desselben auszugleichen und zum anderen um die durch das Entfernen der Haltestifte entstehenden freien Volumina zu befüllen. Die zeitliche Abfolge der Schritte wird bevorzugt so gewählt, dass das Polymermaterial im Hohlraum des Formwerkzeugs beim Entfernen der Haltestifte noch schmelzflüssig ist und so über das mittels Nachdruck noch eingefüllte Polymermaterial die freien Volumina füllen werden können, wobei dann eine praktisch nahtlose Umhüllung des Einlegeteils erzielbar ist.Especially the retaining pins are preferred during a so-called Pressing phase removed. At this time, the cavity of the Mold largely or substantially completely filled with the polymer material and a change the position of the insert in the subsequent steps of the manufacturing process is no longer to be feared. At this time stands but still on the emphasis polymer material that in the cavity of the mold can be pressed, on the one hand during the the shrinkage of the polymer material entering the same and on the other hand by removing the retaining pins to fill resulting free volumes. The temporal Sequence of the steps is preferably chosen so that the Polymer material in the cavity of the mold when removing the retaining pins is still molten and so on the means Repressing still filled polymer material, the free volumes can be filled, and then a practical seamless wrapping of the insert is achievable.
Ergänzend zu den Haltestiften oder alternativ kann der Hohlraum des Formwerkzeugs mit einem oder mehreren kleinflächigen Auflagern für das Einlegeteil ausgebildet werden.additional to the retaining pins or alternatively, the cavity of the mold with one or more small-area supports for the insert are formed.
Bevorzugt wird das Einlegeteil vor dem Einbringen desselben in den Hohlraum des Formwerkzeugs auf eine vorgegebene Temperatur vorgewärmt. Im Hinblick auf die Schmelztemperatur der einzufüllenden Polymermaterialien wird eine Vorwärmtemperatur von bevorzugt ca. 200°C oder mehr gewählt.Prefers is the insert before introducing it into the cavity of the mold preheated to a predetermined temperature. With regard to the melting temperature of the einzuzulenden Polymeric materials are preferred for a preheat temperature about 200 ° C or more.
Die vorstehenden Erwägungen für das Einbringen eines Einlegeteils in den Dichtungsring gelten entsprechend, wenn der Dichtungsring an ein Bauteil anzuspritzen ist. Der einzige Unterschied besteht im Wesentlichen darin, dass das Bauteil nicht von dem Polymermaterial nach dem Spritzgußvorgang umhüllt wird, sondern nur insoweit mit dem Polymermaterial in Kontakt steht wie dies für das Anspritzen, d. h. den form- oder stoffschlüssigen Verbund von Dichtungsring und Bauteil notwendig bzw. vorteilhaft ist.The above considerations for the introduction of an insert in the sealing ring apply ent speaking, when the sealing ring is to be sprayed on a component. The only difference is essentially that the component is not enveloped by the polymer material after the injection molding process, but only so far in contact with the polymer material as for injection molding, ie the positive or cohesive bond of sealing ring and component necessary or is advantageous.
Die Schmelzetemperatur des in den Hohlraum des Formwerkzeug eingespeisten Polymermaterials wird vorzugsweise gleich oder größer der Peaktemperatur im DSC-Diagramm, ermittelt im zweiten Aufschmelzen, gewählt, vorzugsweise eine Temperatur von ca. 330°C oder höher.The Melting temperature of the injected into the cavity of the mold Polymer material is preferably equal to or greater the peak temperature in the DSC diagram, determined in the second melting, chosen, preferably a temperature of about 330 ° C. or higher.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein überwiegender Teil des Polymermaterials bei einem Spritzdruck in den Hohlraum eingespeist wird und dass danach ein weiterer Teil des Polymermaterials bei einem Nachdruck in den Hohlraum eingespeist wird, wobei der Spritzdruck höher gewählt wird als der Nachdruck.at a preferred variant of the invention Procedure is envisaged that a predominant part of the polymer material is injected into the cavity at an injection pressure and that thereafter added another portion of the polymeric material a pressure in the cavity is fed, the injection pressure is chosen higher than the reprint.
Insbesondere wird ein Anteil von ca. 70 Gew.-% bis ca. 90 Gew.-% des Polymermaterials mit dem Spritzdruck in den Hohlraum des Formwerkzeugs eingefüllt.Especially is a proportion of about 70 wt .-% to about 90 wt .-% of the polymer material filled with the injection pressure in the cavity of the mold.
Weiter bevorzugt wird nach dem Befüllen des Hohlraums mit dem Polymermaterial das Formwerkzeug noch für eine vorgegebene Haltezeit geschlossen gehalten.Further is preferred after filling the cavity with the Polymer material still the mold for a given Holding time kept closed.
Diese Haltezeit liegt bevorzugt im Bereich von ca. 3 sec oder mehr, insbesondere ca. 5 sec oder mehr.These Holding time is preferably in the range of about 3 seconds or more, in particular about 5 seconds or more.
Bevorzugt wird bei dem oben beschriebenen Verfahren ein Formwerkzeug, das als Mehrfachwerkzeug ausgebildet ist, verwendet. Dabei weist das Mehrfachformwerkzeug insbesondere 2, 4, 6, 8 oder mehr Hohlräume auf, in denen in einem Prozessschritt die erfindungsgemäßen Bauteile in entsprechender Vielzahl ausgebildet werden können.Prefers In the method described above, a molding tool that is is designed as a multiple tool used. This shows that Multiple mold especially 2, 4, 6, 8 or more cavities on, in which in a process step the invention Components can be formed in a corresponding variety.
Bevorzugt kommen dabei so genannte balancierte Verteilersysteme zum Einsatz, bei denen die Hohlräume alle gleich weit von einem gemeinsamen Zuführkanal für das Polymermaterial entfernt angeordnet sind. Dies bietet die Gewähr für eine besonders gute Maßhaltigkeit der hergestellten Dichtungsringe, da alle Hohlräume (oder Kavitäten) des Mehrfachwerkzeugs mit demselben Druck und zur gleichen Zeit befüllt werden. In der Folge ist die Konstanz der Teilequalität verbessert.Prefers so-called balanced distribution systems are used, where the cavities are all equidistant from a common one Feeding channel for the polymer material arranged away are. This guarantees a special good dimensional accuracy of the produced sealing rings, since all cavities (or cavities) of the multiple tool be filled with the same pressure and at the same time. As a result, the constancy of part quality is improved.
Insbesondere für Dichtungsringe mit geringen räumlichen Abmessungen ist das Volumen des Polymermaterials in den Zuführkanälen des Verteilersystems höher als das der Dichtungsringe selbst. Dadurch entstehen nicht unerheblich erhöhte Abfallkosten.Especially for sealing rings with small dimensions is the volume of polymer material in the feed channels of the distributor system higher than that of the sealing rings themselves. This results in not inconsiderably increased waste costs.
Bildet man die Zuführkanäle als Heißkanalsystem aus, erhält man häufig einen Kostenvorteil in der Fertigung, da die in dem Kanalsystem verbleibenden Polymermaterialien nicht verworfen werden müssen, sondern für den nächsten Füllzyklus zum Befüllen des oder der Hohlräume verwendet werden können. Wichtig ist dabei allerdings, dass die Zuführkanäle aus gegenüber dem Polymermaterial korrosionsfesten Materialien (z. B. Inconel® 625) hergestellt sind. Die Heißkanäle sollten strömungsgünstig mit großen Radien an allen Kurven ausgelegt sein.Forming the feed channels as a hot runner system often results in a cost advantage in manufacturing because the polymer materials remaining in the channel system need not be discarded, but can be used for the next fill cycle to fill the cavity or cavities. It is important, however, that the supply channels in respect to the polymer material corrosion-resistant materials (eg. As Inconel ® 625) are made. The hot runners should be aerodynamically designed with large radii on all curves.
Alternativ zu dem Anspritzendes Dichtungsrings an das Bauteil ist vorstellbar, den Dichtungsring unabhängig zu fertigen und eine Verbindung zwischen dem Dichtungsring und dem Bauteil in einem nachfolgenden Schritt herzustellen.alternative for the injection of the sealing ring to the component is conceivable to manufacture the sealing ring independently and a connection between the sealing ring and the component in a subsequent To make a step.
Der Dichtungsring kann seine endgültige Gestalt dabei in einem Umformschritt erhalten. Insbesondere kann die Verbindung zwischen dem Dichtungsring und dem Bauteil während des Umformschritts erzielt werden.Of the Sealing ring can have its final shape in one Forming step obtained. In particular, the connection between the sealing ring and the component during the forming step be achieved.
Das Bauteil kann insbesondere ein Gehäuse oder Gehäuseteil sein.The Component may in particular a housing or housing part be.
Die vorliegende Erfindung erzielt bei dem erfindungsgemäßen Dichtungsring durch die Verwendung der thermoplastisch verarbeitbaren, voll fluorierten Kunststoffmaterialien eine Reihe von entscheidenden Vorteilen gegenüber der Verwendung von herkömmlichem PTFE oder modifiziertem PTFE. Zum einen wird ein verringerter Kaltfluß beobachtet. Ferner erzielt man eine verminderte Permeation, d. h. eine erhöhte Dichtigkeit. Des Weiteren ist der Dichtring leich ter und einfacher mittels Schweißen mit weiteren Komponenten einer komplexeren Anordnung zu verbinden. Dieser Vorteil ergibt sich insbesondere auch gegenüber Elastomermaterialien.The present invention achieves a number of significant advantages over the use of conventional PTFE or modified PTFE in the sealing ring of the present invention through the use of the thermoplastically processable, fully fluorinated plastic materials. On the one hand, a reduced cold flow is observed. Furthermore, one achieves a reduced permeation, ie an increased density. Furthermore, the sealing ring is leich ter and easier to connect by welding with other components of a complex arrangement. This advantage results in particular against Elastomerma terialien.
Gegenüber den Werkstoffen FVMQ, EPDM, FKM und dgl. erhält man eine höhere Temperaturbeständigkeit sowie eine höhere Chemikalien- und Ölbeständigkeit. Ferner findet man kein Verspröden bei tiefen Temperaturen. Alterungseffekte sind vernachlässigbar ebenso wie der so genannte Compression set.Across from The materials FVMQ, EPDM, FKM and the like. Get one higher temperature resistance and higher Chemical and oil resistance. Further finds no embrittlement at low temperatures. aging effects are negligible as well as the so-called compression set.
Verbesserungen erzielt man auch im Fertigungsprozess. Gegenüber der Verarbeitung von herkömmlichem PTFE und modifiziertem PTFE kann in Fällen der Verwendung von Einlegeteilen durch die Möglichkeit des Umspritzens ein bedeutend einfacherer Herstellungsprozess realisiert werden. Für die gesamte Fertigung lässt sich durch das Verbinden des Dichtungsrings mit anderen Bauteilen die Zahl der Komponenten für die Gesamtanordnung verringern und somit die Konstruktion vereinfachen.improvements you also achieve in the manufacturing process. Opposite the processing of conventional PTFE and modified PTFE can in cases the use of inserts through the possibility of Umspritzens realized a significantly simpler manufacturing process become. For the entire production can be through connecting the sealing ring with other components the number reduce the components of the overall arrangement and thus simplify the construction.
Gleichzeitig erhält man eine Verminderung der Abfallrate, da spanende Nachbearbeitung ganz oder zumindest großenteils entfallen kann. Die Nutzung von Mehrfachkavitäten bei Spritzguß erhöht die Wirtschaftlichkeit in der Fertigung weiter.simultaneously one obtains a reduction of the waste rate, since cutting Post-processing completely or at least largely omitted can. Increased the use of multiple cavities in injection molding the profitability in production continues.
Gegenüber der Verarbeitung von Elastomeren erhält man eine verbesserte Prozesssicherheit, da der Rohstoff in Form eines Granulats, d. h. einer einzigen Komponente, zur Verfügung gestellt werden kann, während bei Elastomeren ein Vielkomponentensystem notwendig wird, umfassend das Basispolymer, den Vernetzer, den Beschleuniger, den Säurefänger, weitere Verarbeitungshilfmittel sowie Formtrennmittel, welches eine hohe die Anforderung an die Homogenität der Mischung stellt.Across from the processing of elastomers gives an improved Process safety, since the raw material in the form of granules, d. H. a single component can, while elastomers a multi-component system necessary, comprising the base polymer, the crosslinker, the accelerator, the acid scavenger, other processing aids as well as mold release agent, which is high the requirement of the Homogeneity of the mixture provides.
Verbesserungen werden schließlich im Rahmen der Gesamtvorrichtung erzielt, da die erfindungsgemäßen Dichtungsringe eine geringere Rautiefe an der Oberfläche zeigen als herkömmliche aus PTFE und modifiziertem PTFE gefer tigte Teile. Dies erleichtert die Montage, erhöht die erzielbare Dichtigkeit bei vergleichbarer Kontaktflächenpressung und bietet gleichzeitig die Voraussetzung für einen geringeren Partikelabrieb.improvements are eventually achieved within the overall apparatus, because the sealing rings according to the invention a smaller Roughness on the surface show as conventional parts made of PTFE and modified PTFE. This facilitates the assembly increases the achievable tightness at comparable Contact surface pressure and at the same time provides the prerequisite for a smaller particle abrasion.
Während man bei PTFE-Oberflächen aufgrund der zerspanenden Bearbeitung Rautiefen Ra von ca. 0,6 bis ca. 0,9 μm beobachtet, erhält man Oberflächen mit Rautiefen Ra bei den erfindungsgemäßen, im Spritzguß hergestellten Dichtungsringen, die kleiner als ca. 0,25 μm ausfallen.While one with PTFE surfaces due to machining Roughness Ra observed from about 0.6 to about 0.9 microns, receives one has surfaces with roughnesses Ra at the invention, Injection molded sealing rings, the smaller than about 0.25 microns fail.
Gegenüber den aus Elastomeren hergestellten Dichtungsringen eröffnen sich mehr Möglichkeiten die mit den Dichtungsringen in Kontakt kommenden Flüssigkeiten auszuwählen und zu modifizieren, wobei die Verwendung von Oberflächenaktiven Substanzen unproblematisch ist. Des Weiteren bleibt die Reinheit der Flüssigkeiten über lange Zeit erhalten.Across from open the sealing rings made of elastomers There are more possibilities with the sealing rings in To select contact liquids and with the use of surfactants Substances is unproblematic. Furthermore, the purity remains get the fluids for a long time.
Die
zuletzt genannten Vorteile finden insbesondere Beachtung bei einem
der Anwendungsbeispiele für die erfindungsgemäßen
Dichtungsringe, nämlich Flüssiglinsensystemen
mit variablem Fokus, wie sie z. B. in der
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:These and further advantages of the invention are described below with reference to the Drawing explained in more detail. They show in detail:
Herstellung eines Dichtungsrings aus thermoplastisch verarbeitbarem PTFE:Production of a sealing ring made of thermoplastic processable PTFE:
Für die Verarbeitung der erfindungsgemäß zu verwendenden voll fluorierten Kunststoffmaterialien im Spritzgußverfahren empfiehlt sich die Verwendung einer speziellen Maschinenausrüstung.For the processing of the invention to be used fully fluorinated plastic materials by injection molding We recommend the use of special machine equipment.
Da bei der Verarbeitung von Fluorthermoplasten Fluorwasserstoff entstehen kann, empfiehlt es sich alle mit der Schmelze in Berührung kommenden Teile korrosionsbeständig auszulegen (z. B. aus Hastelloy C4 oder Inconel 625).There Hydrofluoric acid is formed in the processing of fluorothermoplastics It is recommended that all of them are in contact with the melt be designed corrosion-resistant parts (eg Hastelloy C4 or Inconel 625).
Um
des Weiteren eine optimale Verarbeitung des Fluorthermoplasten zu
gewährleisten empfiehlt sich die Verwendung einer Schnecke
Die
Schnecke
Die
zugehörigen beispielhaften Schneckenparameter sind die
folgenden, wobei D den Nenndurchmesser der Schnecke bezeichnet:
Als voll fluoriertes Kunststoffmaterial wurde ein TFE-Copolymer verwendet mit einem Comonomeranteil von 0,5 Mol-%. Das Comonomer war Perfluorpropylvinylether (PPVE).When Fully fluorinated plastic material, a TFE copolymer was used with a comonomer content of 0.5 mol%. The comonomer was perfluoropropyl vinyl ether (PPVE).
Das
Spritzgießen zur Herstellung der Dichtungsringen
Bei der Auslegung des Werkzeugs (nicht dargestellt) wurde darauf geachtet, dass die vorgegebenen Endmaße eingehalten werden. Zum Schließen des Spritzgußwerkzeugs ist eine kleine Schließkraft ausreichend (ca. 0,05 t/cm2 oder mehr), da einerseits die erfindungsgemäß verwendeten thermoplastischen Polymermaterialien auf Grund ihrer hohen Viskosität weniger stark zu Gratbildung neigen und andererseits so zusätzlich die Trennebene des Werkzeugs als Entlüftung fungieren kann.In the design of the tool (not shown) was taken to ensure that the specified final dimensions are met. For closing the injection molding tool, a small closing force is sufficient (about 0.05 t / cm 2 or more), because on the one hand the thermoplastic polymer materials used according to the invention are less prone to burr formation due to their high viscosity and on the other hand so the separation plane of the tool as a vent can act.
Die Werkzeugtemperatur betrug ca. 230°C oder mehr.The Tool temperature was about 230 ° C or more.
Ein
Angußsystem wurde als 4-fach Anguss derart ausgelegt, dass
der Schmelzeeintritt in den Hohlraum des Spritzgußwerkzeugs
sich exakt in der Mitte der herzustellenden Dichtungsring
Eingespritzt wird mit einem Spritzdruck von ca. 2300 bar oder weniger und einer Massetemperatur von ca. 330°C oder höher.injected is with an injection pressure of about 2300 bar or less and one Melt temperature of about 330 ° C or higher.
Nachdem
der Hohlraum vollständig gefüllt war, verblieb
das Werkzeug eine gewisse Zeit ca. 6 sec oder mehr im geschlossenen
Zustand um dem Polymermaterial
Die Zykluszeit für den kompletten Vorgang ist ca. 10 sec oder etwas mehr.The Cycle time for the complete process is about 10 sec or a bit more.
In einem nachfolgenden Veredelungsschritt wird der Anguss entfernt, um den endgültigen Innendurchmesser zu erzeugen.In a subsequent finishing step removes the sprue, to produce the final inside diameter.
Die an dem Dichtungsring gemessene Rautiefe Ra betrug ca. 0,19 μm.The Roughness Ra measured on the sealing ring was approx. 0.19 μm.
Das
Zuführkanalsystem
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - vgl. S. Ebnesajjad, Fluoroplastics, Vol. 1, Non-Melt Processible Fluoroplastics, Verlag William Andrew Publishing, 2000 [0021] - see. S. Ebnesajjad, Fluoroplastics, Vol. 1, Non-Melt Processible Fluoroplastics, published by William Andrew Publishing, 2000 [0021]
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