WO2009026973A1 - Sealing ring - Google Patents

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WO2009026973A1
WO2009026973A1 PCT/EP2008/004265 EP2008004265W WO2009026973A1 WO 2009026973 A1 WO2009026973 A1 WO 2009026973A1 EP 2008004265 W EP2008004265 W EP 2008004265W WO 2009026973 A1 WO2009026973 A1 WO 2009026973A1
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WO
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sealing ring
mold
polymer material
cavity
ptfe
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PCT/EP2008/004265
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Michael Schlipf
Katja Widmann
Armin Müller
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Elringklinger Ag
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    • B29L2031/7096Rings or ring-like articles

Definitions

  • the invention relates to a sealing ring, in particular for use in optical arrangements made of a polymeric material.
  • Optical arrangements often require sealing rings with production-technically more complex cross-sections, such as e.g. Angle rings. At the same time make optical arrangements high demands on surface quality, dimensional stability and dimensional accuracy, which require a lot of effort in the production.
  • PTFE or PTFE modified with low amounts of comonomer which does not differ from PTFE in terms of processing technology, has hitherto been used as polymer materials. For these materials, only the machining and shaping of blanks made of rod or tubular semi-finished products into consideration.
  • PTFE is also used as a polymeric material due to its chemical resistance, high temperature resistance, physiological safety, and lack of water absorption to name only the most important benefits of PTFE.
  • sealing rings are fluorosilicone (FVMQ), ethylene-propylene-diene terpolymers (EPDM) or fluoroelastomers (FKM, FEPM, FFKM), with processes typical for elastomers, in particular injection molding with subsequent vulcanization or in thermoplastic variants of these polymer materials of injection molding and extrusion, are processed.
  • FVMQ fluorosilicone
  • EPDM ethylene-propylene-diene terpolymers
  • FKM fluoroelastomers
  • FEPM fluoroelastomers
  • FFKM fluoroelastomers
  • the sealing rings produced by machining of blanks often have a high surface roughness due to machining. Likewise, wide tolerance fields due to internal stresses in the semi-finished products used must be accepted. Due to processing, here the production is burdened with a high rate of waste.
  • the sealing rings show in use an undesirably high particle abrasion (particle shedding).
  • the sealing rings made of elastomers are disadvantageous in that their dimensional stability suffers under the vulcanization step to be carried out by injection molding. At the same time, in the case of these polymer materials, a high proportion of extractable components, such as, for example, is found, as a result of the preparation. Residual monomers, crosslinking agents and processing aids.
  • the sealing rings made of elastomeric materials Due to 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 their limited temperature elasticity or their tendency to embrittle at low temperatures, especially when operating temperatures of up to - 40 0 C are required. In addition, the limited weathering resistance and the tendency to age and embrittle be taken into account.
  • the object of the invention is to propose a sealing ring which avoids the disadvantages mentioned above and in particular can be produced economically.
  • thermoplastically processable plastic materials such materials are meant, which have a melt flow index (MFI) which is different from zero (ASTM Test D1238-88 at 372 0 C and a load of 5 kg at a maximum extrudate-collection time of 1 hour).
  • thermoplastically processable, fluorinated plastic material used according to the invention can be processed in particular by injection molding, so that the sealing ring according to the invention can be produced in a single-stage process.
  • thermoplastically processable plastic materials in the context of the present invention are in particular ETFE, FEP, MFA, PFA and thermoplastically processable PTFE, with the latter in particular being particularly preferred. Likewise, mixtures of two or more of these materials may be used.
  • a multiplicity of such PTFE materials is described, for example, in WO 01/60911 and WO 03/078481.
  • TFE copolymers in which the comonomer content is less than 3.5 mol% should be taken into consideration, since the PTFE properties are preserved to the greatest possible extent and thermoplastic processing is nevertheless possible. More preferably, the comonomer content is limited to less than about 3 mol%, even more preferred are comonomer levels of less than about 1 mol%, for example, 0.5 mol% or less.
  • Preferred comonomers which on the one hand ensure good thermoplastic processability and on the other hand leave the material properties largely unchanged relative to PTFE are hexafluoropropylene, perfluoroalkylvinyltherryl, perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene.
  • polymer blends of PTFE and one or more thermoplastically processable plastics are used in addition to the TFE copolymers. These other plastics are selected in particular from the group of PTFE micropowders.
  • PTFE types with low molecular weight and low melt viscosity compared to high molecular weight (standard) PTFE. They are typically prepared by either emulsion polymerization, by thermomechanical degradation of high molecular weight PTFE in the extruder, or by jet degradation of high molecular weight PTFE, followed by a milling process.
  • the sealing ring according to the invention can be made entirely from the fully fluorinated plastic material to be used according to the invention.
  • the sealing ring according to the invention may also include an insert, for example in the form of an insert, in which case preferably the insert part of surface regions formed from the polymer material is surrounded substantially on all sides.
  • the insert 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 and ceramic materials.
  • the insert is not necessarily integrally formed, although this is preferred because it usually facilitates handling of the insert in the manufacture of the seal ring.
  • the insert is preferably placed in an injection mold and then encapsulated with the fully fluorinated plastic material to be used according to the invention.
  • the insert may be preformed prior to coating with the fully fluorinated plastic material to conform the seal ring to an application specific geometry or specific sealing tasks.
  • sealing ring can be connected to a component, wherein the composite can be produced in particular cohesively or positively.
  • the sealing ring connected to a component can be molded onto the component or, after its separate production, connected to the component in a forming process.
  • the component can be welded to the sealing ring in a subsequent step.
  • a designed for optical applications sealing ring has a cylindrical wall, at the lower edge preferably a circumferential, radially inwardly projecting collar is formed.
  • the wall thickness of the cylindrical wall is less than the thickness of the collar (measured in the axial direction). More preferably, the lower edge of the cylindrical wall is rounded at its outer periphery.
  • the present invention further relates to a method for producing a sealing ring according to the invention as defined in more detail in claim 8.
  • the filling of the molding tool preferably takes place by means of injection of the polymer material into its cavity.
  • the cavity of the mold is preferably formed so that it forms a receptacle for an insert, wherein the insert is introduced into the mold before the cavity of the mold is filled with the polymer material.
  • the filling of the cavity of the mold is preferably carried out by means of injection of the polymer material, regardless of whether or not the sealing ring to be produced should have an insert.
  • the insert is preferably held in the mold by means of a holder at a distance from the surface of the mold.
  • Preferably used brackets comprise a plurality of retractable from the outside into the cavity of the mold retaining pins.
  • the Haiteashe hold the insert during filling in a predetermined position and are then removed from the cavity of the mold.
  • the retaining pins are removed during a so-called reprinting phase.
  • the cavity of the mold is largely or substantially completely filled with the polymer material, and a change in the position of the insert in the subsequent steps of the manufacturing process is no longer to be feared.
  • the time sequence of the steps is preferably selected so that the polymer material in the cavity of the mold when removing the retaining pins is still molten and can be filled on the still filled by means of polymer material, the free volumes, in which case a virtually seamless sheathing of the insert is achieved ,
  • the cavity of the molding tool can be formed with one or more small-area supports for the insert.
  • the insert is preheated prior to introduction thereof into the cavity of the mold to a predetermined temperature.
  • a preheat temperature preferably about 200 0 C or more is selected.
  • the above considerations for the introduction of an insert in the sealing ring apply accordingly 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.
  • the melt temperature of the injected in the cavity of the mold the polymer material is preferably equal to or greater than the peak temperature in the DSC diagram, determined in the second melting chosen, preferably a temperature of about 330 0 C or higher.
  • a predominant part of the polymer material is fed into the cavity at an injection pressure and that thereafter a further part of the polymer material is fed into the cavity at a pressure, wherein the injection pressure is selected higher than the reprint ,
  • a proportion of about 70 wt.% To about 90 wt.% Of the polymer material is filled with the injection pressure in the cavity of the mold.
  • the mold is kept closed for a predetermined holding time.
  • This hold time is preferably in the range of about 3 seconds or more, more preferably about 5 seconds or more.
  • a molding tool which is designed as a multiple tool is used.
  • the multiple molding tool in particular 2, 4, 6, 8 or more cavities, in which the components of the invention can be formed in a corresponding plurality in a process step.
  • so-called balanced distribution systems are used, in which the cavities are arranged at the same distance from a common supply channel for the polymer material. This ensures a particularly good dimensional stability of the produced sealing rings, since all cavities (or cavities) of the multiple tool with same pressure and filled at the same time. As a result, the constancy of part quality is improved.
  • the volume of the polymer material in the supply channels of the distribution system is higher than that of the sealing rings themselves. This results in not inconsiderably increased waste costs.
  • 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 from over the polymer material corrosion-resistant materials (eg Inconel ® 625) are made.
  • the hot runners should be aerodynamically designed with large radii on all curves.
  • sealing ring As an alternative to the injection of the sealing ring to the component is conceivable to manufacture the sealing ring independently and to establish a connection between the sealing ring and the component in a subsequent step.
  • the sealing ring can thereby obtain its final shape in a forming step.
  • the connection between the sealing ring and the component can be achieved during the forming step.
  • the component may in particular be a housing or housing part.
  • 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.
  • a reduced cold flow is observed.
  • the sealing ring is easy ter and easier to connect by welding with other components of a complex arrangement. This advantage is particularly evident over elastomeric materials.
  • elastomers Compared to the processing of elastomers, improved process reliability is obtained since the raw material is in the form of a granulate, i. a single component, while elastomers require a multi-component system comprising the base polymer, the crosslinker, the accelerator, the acid scavenger, other processing aids, and mold release agents which places high demands on the homogeneity of the mixture.
  • sealing rings according to the invention have a lower roughness on the surface than conventional ones made of PTFE and modified PTFE. manufactured parts. This facilitates assembly, increases the achievable tightness at comparable contact surface pressure and at the same time provides the prerequisite for a lower particle abrasion.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an extruder screw for use in the production of sealing rings according to the invention
  • Figure 2 an inventive sealing ring
  • Figure 3 a balanced multiple tool in a schematic representation.
  • thermoplastically processable PTFE For the processing of the invention to be used fully fluorinated plastic materials by injection molding, the use of a special machine equipment is recommended.
  • the screw 10 comprises a feed zone 12, a compression zone 14 and a metering zone 16.
  • FIG. 2 shows a sealing ring 20 according to the invention with a cylindrical wall portion 22 and an integrally formed on the lower edge 24 of the wall portion 22 radially inwardly projecting collar 26.
  • a sealing ring 20 can be used in lens systems as described in EP 1 662 276 A1.
  • the fully fluorinated plastic material used was a TFE copolymer having a comonomer content of 0.5 mol%.
  • the comonomer was perfluoropropyl vinyl ether (PPVE).
  • the injection molding for the production of the sealing rings 20 was carried out on a Elektra 50 with the machine design described above (not shown).
  • the thickness of the portions of such seal rings is often in the range of about 0.1 mm to about 0.25 mm.
  • Their outer diameter can be for example about 5 mm or 10 mm.
  • the mold temperature was about 230 0 C or more.
  • a sprue system was designed as a 4-way sprue such that the melt inlet into the cavity of the injection mold is located exactly in the middle of the seal ring 20 to be produced. This guarantees a uniform distribution of the melt during injection in the present small, thin-walled parts.
  • Injection is with an injection pressure of about 2300 bar or less and a melt temperature of about 330 0 C or higher. After the cavity was completely filled, the tool remained for a certain time about 6 seconds or more in the closed state to give the polymer material 36 the possibility to cool to a dimensionally stable temperature level.
  • the cycle time for the complete process is about 10 seconds or more.
  • the gate is removed to produce the final inside diameter.
  • the roughness Ra measured on the sealing ring was about 0.19 ⁇ m.
  • Figure 3 shows a balanced multiple tool 30 with 4 cavities or cavities 32, which are connected via a balanced distribution or Zuzhoukanalsystem 34 with a centrally disposed feed channel 36 (also known as sprue bar).
  • the feed channel system is designed so that the flow paths for the polymer material from the central feed channel 36 to all cavities 32 are the same length.
  • the individual channels of the feed channel system 34 lead into the center of each cavity and each end with a 4-way sprue.
  • the feed channel system 34 can also be designed as a hot runner system.

Abstract

The invention relates to a sealing ring consisting of a polymer material, in particular for use in optical systems. The polymer material comprises a thermoplastically processable fluorinated plastic material.

Description

Dichtungsring sealing ring
Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring, insbesondere für die Verwendung in optischen Anordnungen, hergestellt aus einem Polymermaterial.The invention relates to a sealing ring, in particular for 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 as e.g. Angle rings. At the same time make optical arrangements high demands on surface quality, dimensional stability and dimensional accuracy, which require a lot of effort in the production.
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.PTFE or PTFE modified with low amounts of comonomer (perfluoropropylvinyl ether), which does not differ from PTFE in terms of processing technology, has hitherto been used as polymer materials. For these materials, only the machining and shaping of blanks made of rod or tubular semi-finished products 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 in many other applications, PTFE is also used as a polymeric material due to its chemical resistance, high temperature resistance, physiological safety, and lack of water absorption to name 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. 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).Other common materials for the above-mentioned sealing rings are fluorosilicone (FVMQ), ethylene-propylene-diene terpolymers (EPDM) or fluoroelastomers (FKM, FEPM, FFKM), with processes typical for elastomers, in particular injection molding with subsequent vulcanization or in thermoplastic variants of these polymer materials of injection molding and extrusion, are processed. The sealing rings produced by machining of blanks often have a high surface roughness due to machining. Likewise, wide tolerance fields due to internal stresses in the semi-finished products used must be accepted. Due to processing, here the production is 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 sealing rings made of elastomers are disadvantageous in that their dimensional stability suffers under the vulcanization step to be carried out by injection molding. At the same time, in the case of these polymer materials, a high proportion of extractable components, such as, for example, is found, as a result of the preparation. 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 0C gefordert sind. Darüber hinaus sind die begrenzte Witterungsbeständigkeit und die Tendenz zum Altern und Verspröden einzukalkulieren.Due to 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 their limited temperature elasticity or their tendency to embrittle at low temperatures, especially when operating temperatures of up to - 40 0 C are required. In addition, the limited weathering resistance and the tendency to age and embrittle be taken into account.
Auch ist die Reproduzierbarkeit der Bauteilqualität oft nicht ausreichend und insbesondere bei der Massenproduktion problematisch.Also, the reproducibility of the component quality is often insufficient and particularly problematic in mass production.
Hohe Reibungskoeffizienten erschweren das Fügen bei der Montage.High coefficients of friction make joining difficult during assembly.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Dichtungsring vorzuschlagen, der die oben genannten Nachteile vermeidet und insbesondere wirtschaftlich hergestellt werden kann.The object of the invention is to propose a sealing ring which avoids the disadvantages mentioned above and in particular can be produced economically.
Diese Aufgabe wird durch einen Dichtungsring gemäß Anspruch 1 gelöst. 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 0C und einer Last von 5 kg bei einer maximalen Extrudat-Auffangzeit von 1 Stunde).This object is achieved by a sealing ring according to claim 1. Under thermoplastically processable plastic materials, such materials are meant, which have a melt flow index (MFI) which is different from zero (ASTM Test D1238-88 at 372 0 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 thermoplastically processable, fluorinated plastic material used according to the invention can be processed in particular by injection molding, so that the sealing ring according to the invention can be produced in a single-stage 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, with the latter in particular being particularly preferred. Likewise, mixtures of two or more of these materials may be used.
Eine Vielzahl solcher PTFE-Materialien ist beispielsweise in der WO 01/60911 und der WO 03/078481 beschrieben.A multiplicity of such PTFE materials is described, for example, in WO 01/60911 and WO 03/078481.
Hierbei sind insbesondere TFE-Copolymere in Betracht zu ziehen, bei denen der Comonomeranteil weniger als 3,5 Mol-% beträgt, da hier die PTFE-Eigen- schaften 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 Comonome- ranteile von weniger als ca. 1 Mol-%, beispielsweise 0,5 Mol-% oder weniger.TFE copolymers in which the comonomer content is less than 3.5 mol% should be taken into consideration, since the PTFE properties are preserved to the greatest possible extent and thermoplastic processing is nevertheless possible. More preferably, the comonomer content is limited to less than about 3 mol%, even more preferred are comonomer levels of less than about 1 mol%, for example, 0.5 mol% or less.
Bevorzugte Comonomere, die einerseits eine gute thermoplastische Verarbeit- barkeit gewährleisten und andererseits die Materialeigenschaften gegenüber PTFE weitgehend unverändert lassen sind Hexafluorpropylen, Perfluoralkyl- vinyiether, Perfϊuor-(2,2-dimethyl-l,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen. 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. 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.Preferred comonomers which on the one hand ensure good thermoplastic processability and on the other hand leave the material properties largely unchanged relative to PTFE are hexafluoropropylene, perfluoroalkylvinyltherryl, perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene. As fully fluorinated plastic material to be used according to the invention, polymer blends of PTFE and one or more thermoplastically processable plastics are used in addition to the TFE copolymers. These other plastics are selected in particular from the group of PTFE micropowders. These are PTFE types with low molecular weight and low melt viscosity compared to high molecular weight (standard) PTFE. They are typically prepared by either emulsion polymerization, by thermomechanical degradation of high molecular weight PTFE in the extruder, or by jet 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 (vgl. S. Ebnesajjad, Fluoroplastics, Vol. 1, Non-Melt Processible Fluoro- plastics, Verlag William Andrew Publishing, 2000):The differences in the properties of high molecular weight (standard) PTFE and low molecular weight PTFE micropowders can be represented, for example, as follows (cf., S. Ebnesajjad, Fluoroplastics, Vol 1, Non-Melt Processible Fluoropolymers, Verlag William Andrew Publishing, 2000):
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Beispiele für solche Polymerblends finden sich in den Offenlegungsschriften WO 01/60911 und WO 03/078481.Examples of such polymer blends can be found in the published patent applications WO 01/60911 and WO 03/078481.
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. Das Einlegeteil von erfindungsgemäßen Dichtungsringen wird bevorzugt ausgewählt aus metallischem Material, aus organischen Polymeren, Aramidfaser-, Kohlefaser- und/oder Glasfaserverstärkten Materialien sowie keramischen Materialien.On the one hand, the sealing ring according to the invention can be made entirely from the fully fluorinated plastic material to be used according to the invention. On the other hand, however, the sealing ring according to the invention may also include an insert, for example in the form of an insert, in which case preferably the insert part of surface regions formed from the polymer material is surrounded substantially on all sides. The insert 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 and 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 because it usually facilitates handling of the insert in the manufacture of the seal 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 encapsulated with the fully fluorinated plastic material to be used according to the invention.
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 may be preformed prior to coating with the fully fluorinated plastic material to conform the seal 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.Furthermore, the sealing ring can be connected to a component, wherein the composite can be produced in particular cohesively or positively.
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 produce the sealing ring connected to a component, it can be molded onto the component or, after its separate production, connected to the component in a forming process.
Gemäß einer weiteren Alternative lässt sich das Bauteil mit dem Dichtungsring auch in einem nachgelagerten Schritt verschweißen.According to a further alternative, the component can be welded to the sealing ring in a subsequent 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). Weiter bevorzugt ist der untere Rand der zylindrischen Wand an seinem Außenumfang verrundet.A designed for optical applications sealing ring has a cylindrical wall, at the lower edge preferably a circumferential, radially inwardly projecting collar is formed. Preferably, the wall thickness of the cylindrical wall is less than the thickness of the collar (measured in the axial direction). More preferably, the lower edge of the cylindrical wall is rounded at its outer periphery.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsrings wie es in Anspruch 8 näher definiert ist.The present invention further relates to a method for producing a sealing ring according to the invention as defined in more detail in claim 8.
Bevorzugt erfolgt das Befüllen des Formwerkzeugs mittels Einspritzen des Polymermaterials in dessen Hohlraum.The filling of the molding tool preferably takes place by means of injection of the polymer material into 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.In the event that the sealing ring according to the invention should contain an insert, the cavity of the mold is preferably formed so that it forms a receptacle for an insert, wherein the insert is introduced into the mold before the cavity of the mold is filled with the polymer material.
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 of the cavity of the mold is preferably carried out by means of injection of the polymer material, regardless of whether or not the sealing ring to be produced should have an insert.
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.In order to ensure a defined position of the insert in the finished sealing ring according to the invention, the insert is preferably held in the mold by means of a holder at a distance from the surface of the mold.
Bevorzugt verwendete Halterungen umfassen mehrere, von außen in den Hohlraum des Formwerkzeugs einschiebbare Haltestifte.Preferably used brackets comprise a plurality of retractable from the outside into the cavity of the mold retaining pins.
Bevorzugt halten die Haitestifte das Einlegeteil während dem Befüllen in einer vorgegebenen Position und werden danach aus dem Hohlraum des Formwerkzeugs entfernt. 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.Preferably, the Haitestifte hold the insert during filling in a predetermined position and are then removed from the cavity of the mold. Particularly preferably, the retaining pins are removed during a so-called reprinting phase. At this time, the cavity of the mold is largely or substantially completely filled with the polymer material, and a change in the position of the insert in the subsequent steps of the manufacturing process is no longer to be feared. At this time, however, there is still over the reprinting polymer material that can be pressed into the cavity of the mold, on the one hand to compensate for the shrinkage occurring during the solidification of the polymer material and on the other to fill the resulting by the removal of the retaining pins free volumes , The time sequence of the steps is preferably selected so that the polymer material in the cavity of the mold when removing the retaining pins is still molten and can be filled on the still filled by means of polymer material, the free volumes, in which case a virtually seamless sheathing of the insert is achieved ,
Ergänzend zu den Haltestiften oder alternativ kann der Hohlraum des Formwerkzeugs mit einem oder mehreren kleinflächigen Auflagern für das Einlegeteil ausgebildet werden.In addition to the retaining pins or alternatively, the cavity of the molding tool can be formed with one or more small-area supports for the insert.
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 0C oder mehr gewählt.Preferably, the insert is preheated prior to introduction thereof into the cavity of the mold to a predetermined temperature. With respect to the melting temperature of the polymer materials be filled a preheat temperature of preferably about 200 0 C or more is selected.
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. 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 0C oder höher.The above considerations for the introduction of an insert in the sealing ring apply accordingly 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. The melt temperature of the injected in the cavity of the mold the polymer material is preferably equal to or greater than the peak temperature in the DSC diagram, determined in the second melting chosen, preferably a temperature of about 330 0 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.In a preferred variant of the method according to the invention, it is provided that a predominant part of the polymer material is fed into the cavity at an injection pressure and that thereafter a further part of the polymer material is fed into the cavity at a pressure, wherein the injection pressure is selected 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.In particular, a proportion of about 70 wt.% To about 90 wt.% Of the polymer material is 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.More preferably, after filling the cavity with the polymer material, the mold is kept closed for a predetermined holding time.
Diese Haltezeit liegt bevorzugt im Bereich von ca. 3 sec oder mehr, insbesondere ca. 5 sec oder mehr.This hold time is preferably in the range of about 3 seconds or more, more preferably 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.Preferably, in the method described above, a molding tool which is designed as a multiple tool is used. In this case, the multiple molding tool in particular 2, 4, 6, 8 or more cavities, in which the components of the invention can be formed in a corresponding plurality in a process step.
Bevorzugt kommen dabei so genannte balancierte Verteilersysteme zum Einsatz, bei denen die Hohlräume aiie 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 dem- selben Druck und zur gleichen Zeit befüllt werden. In der Folge ist die Konstanz der Teilequalität verbessert.Preferably, so-called balanced distribution systems are used, in which the cavities are arranged at the same distance from a common supply channel for the polymer material. This ensures a particularly good dimensional stability of the produced sealing rings, since all cavities (or cavities) of the multiple tool with same pressure and filled 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.In particular, for sealing rings with small spatial dimensions, the volume of the polymer material in the supply channels of the distribution system is 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 from over the polymer material corrosion-resistant materials (eg Inconel ® 625) are made. The hot runners should be aerodynamically designed with large radii on all curves.
Alternativ zu dem Anspritzen des 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.As an alternative to the injection of the sealing ring to the component is conceivable to manufacture the sealing ring independently and to establish a connection between the sealing ring and the component in a subsequent 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.The sealing ring can thereby obtain its final shape in a forming step. In particular, the connection between the sealing ring and the component can be achieved during the forming step.
Das Bauteil kann insbesondere ein Gehäuse oder Gehäuseteil sein.The component may in particular be a housing or housing part.
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 easy ter and easier to connect by welding with other components of a complex arrangement. This advantage is particularly evident over elastomeric materials.
Gegenüber den Werkstoffen FVMQ, EPDM, FKM und dgl. erhält man eine höhere Temperaturbeständigkeit sowie eine höhere Chemikalien- und Ölbeständig- keit. Ferner findet man kein Verspröden bei tiefen Temperaturen. Alterungseffekte sind vernachlässigbar ebenso wie der so genannte Compression set.Compared to the materials FVMQ, EPDM, FKM and the like one obtains a higher temperature resistance as well as a higher chemical and oil resistance. Furthermore, there is 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 are also achieved in the manufacturing process. Compared with the processing of conventional PTFE and modified PTFE, the possibility of overmoulding can lead to a considerably simpler manufacturing process in cases of using inserts. For the entire manufacturing process, connecting the seal ring to other components can reduce the number of components required for the overall assembly and thus simplify the design.
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.At the same time, a reduction in the rate of waste is obtained since machining can be omitted entirely or at least for the most part. The use of multiple cavities in injection molding further increases the profitability of production.
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.Compared to the processing of elastomers, improved process reliability is obtained since the raw material is in the form of a granulate, i. a single component, while elastomers require a multi-component system comprising the base polymer, the crosslinker, the accelerator, the acid scavenger, other processing aids, and mold release agents which places high demands on the homogeneity of the mixture.
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 ge- fertigte Teile. Dies erleichtert die Montage, erhöht die erzielbare Dichtigkeit bei vergleichbarer Kontaktflächenpressung und bietet gleichzeitig die Voraussetzung für einen geringeren Partikelabrieb.Finally, improvements are achieved in the context of the overall device, since the sealing rings according to the invention have a lower roughness on the surface than conventional ones made of PTFE and modified PTFE. manufactured parts. This facilitates assembly, increases the achievable tightness at comparable contact surface pressure and at the same time provides the prerequisite for a lower 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 surface roughness Ra of approximately 0.6 to approximately 0.9 μm is observed in PTFE surfaces due to machining, surfaces with roughness Ra are obtained in the case of the inventive sealing rings produced by injection molding, which are smaller than approximately 0.25 μm 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.Compared with the sealing rings made of elastomers, there are more possibilities to select and modify the liquids coming into contact with the sealing rings, whereby the use of surface-active substances is unproblematic. Furthermore, the purity of the liquids is maintained over 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 EP 1 662 276 Al beschrieben sind.The last-mentioned advantages find particular attention in one of the application examples of the sealing rings according to the invention, namely liquid lens systems with variable focus, as e.g. in EP 1 662 276 A1.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:These and other advantages of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. They show in detail:
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Extruderschnecke zur Verwendung bei der Herstellung erfindungsgemäßer Dichtungsringen;FIG. 1 shows a schematic representation of an extruder screw for use in the production of sealing rings according to the invention;
Figur 2: ein erfindungsgemäßer Dichtungsring; undFigure 2: an inventive sealing ring; and
Figur 3: ein balanciertes Mehrfachwerkzeug in schematischer Darstellung.Figure 3: a balanced multiple tool in a schematic representation.
Herstellung eines Dichtungsrings aus thermoplastisch verarbeitbarem PTFE: Für die Verarbeitung der erfindungsgemäß zu verwendenden voll fluorierten Kunststoffmaterialien im Spritzgußverfahren empfiehlt sich die Verwendung einer speziellen Maschinenausrüstung.Production of a sealing ring made of thermoplastically processable PTFE: For the processing of the invention to be used fully fluorinated plastic materials by injection molding, the use of a special machine equipment is recommended.
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).Since hydrofluoric acid can form during the processing of fluorothermoplasts, it is recommended that all parts in contact with the melt are made corrosion-resistant (for example from Hastelloy C4 or Inconel 625).
Um des Weiteren eine optimale Verarbeitung des Fluorthermoplasten zu gewährleisten empfiehlt sich die Verwendung einer Schnecke 10 mit einer Auslegung der Schneckengeometrie wie sie beispielsweise in Figur 1 dargestellt ist und im Folgenden beschreiben wird.In order to further ensure optimum processing of the fluorothermoplastics, it is recommended to use a screw 10 with a design of the screw geometry as shown, for example, in FIG. 1 and described below.
Die Schnecke 10 umfasst eine Einzugszone 12, eine Kompressionszone 14 und eine Meteringzone 16.The screw 10 comprises a feed zone 12, a compression zone 14 and a metering zone 16.
Die zugehörigen beispielhaften Schneckenparameter sind die folgenden, wobei D den Nenndurchmesser der Schnecke bezeichnet:The associated exemplary screw parameters are the following, where D denotes the nominal diameter of the screw:
Wirksame Schneckenlänge ca. 20 DEffective screw length approx. 20 D
Länge der Einzugszone ca. 10 bis ca. 12 DLength of the intake zone approx. 10 to approx. 12 D
Länge der Kompressionszone ca. 4 bis ca. 5 DLength of the compression zone approx. 4 to approx. 5 D
Länge der Meteringzone ca. 4 bis ca. 5 DLength of metering zone approx. 4 to approx. 5 D
Steigung a ca. 1 DGradient a approx. 1 D
Stegbreite b ca. 0,1 DBridge width b approx. 0.1 D
Gangtiefe der Einzugszone c ca. 0,16 bis ca. 0,18 DChannel depth of the feed zone c about 0.16 to about 0.18 D
Gangtiefe der Meteringzone d ca. 0,06 bis ca. 0,07 DChannel depth of metering zone d approx. 0.06 to approx. 0.07 D
Kompressionsverhältnis ca. 2,5 bis ca. 2,7Compression ratio about 2.5 to about 2.7
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtungsring 20 mit einem zylindrischen Wandteil 22 und einem am unteren Rand 24 des Wandteils 22 angeformten radial nach innen abstehenden Bund 26. Ein solcher Dichtungsring 20 läßt sich in Linsensystemen wie in der EP 1 662 276 Al beschrieben einsetzen.Figure 2 shows a sealing ring 20 according to the invention with a cylindrical wall portion 22 and an integrally formed on the lower edge 24 of the wall portion 22 radially inwardly projecting collar 26. Such a sealing ring 20 can be used in lens systems as described in EP 1 662 276 A1.
Als voll fluoriertes Kunststoffmaterial wurde ein TFE-Copolymer verwendet mit einem Comonomeranteil von 0,5 Mol-%. Das Comonomer war Perfluorpropyl- vinylether (PPVE).The fully fluorinated plastic material used was a TFE copolymer having a comonomer content of 0.5 mol%. The comonomer was perfluoropropyl vinyl ether (PPVE).
Das Spritzgießen zur Herstellung der Dichtungsringen 20 erfolgte auf einer Elektra 50 mit der oben beschriebenen Maschinenauslegung (nicht dargestellt). Die Dicke der Teilbereiche solcher Dichtungsringe liegt oft im Bereich von ca. 0,1 mm bis ca. 0,25 mm. Deren Außendurchmesser kann beispielsweise ca. 5 mm oder 10 mm betragen.The injection molding for the production of the sealing rings 20 was carried out on a Elektra 50 with the machine design described above (not shown). The thickness of the portions of such seal rings is often in the range of about 0.1 mm to about 0.25 mm. Their outer diameter can be for example about 5 mm or 10 mm.
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 mold, a small closing force is sufficient (about 0.05 t / cm 2 or more), since 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. 2300C oder mehr.The mold temperature was about 230 0 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 20 befindet. Dies garantiert eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze beim Einspritzen bei den hier vorliegenden kleinen, dünnwandigen Teilen.A sprue system was designed as a 4-way sprue such that the melt inlet into the cavity of the injection mold is located exactly in the middle of the seal ring 20 to be produced. This guarantees a uniform distribution of the melt during injection in the present small, thin-walled parts.
Eingespritzt wird mit einem Spritzdruck von ca. 2300 bar oder weniger und einer Massetemperatur von ca. 330 0C oder höher. Nachdem der Hohlraum vollständig gefüllt war, verblieb das Werkzeug eine gewisse Zeit ca. 6 sec oder mehr im geschlossenen Zustand um dem Polymermaterial 36 die Möglichkeit zu geben auf formstabiles Temperaturniveau abzukühlen.Injection is with an injection pressure of about 2300 bar or less and a melt temperature of about 330 0 C or higher. After the cavity was completely filled, the tool remained for a certain time about 6 seconds or more in the closed state to give the polymer material 36 the possibility to cool to a dimensionally stable temperature level.
Die Zykluszeit für den kompletten Vorgang ist ca. 10 sec oder etwas mehr.The cycle time for the complete process is about 10 seconds or more.
In einem nachfolgenden Veredelungsschritt wird der Anguss entfernt, um den endgültigen Innendurchmesser zu erzeugen.In a subsequent finishing step, the gate is removed 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 about 0.19 μm.
Figur 3 zeigt ein balanciertes Mehrfachwerkzeug 30 mit 4 Hohlräumen oder Kavitäten 32, die über ein balanciertes Verteiler- oder Zuführkanalsystem 34 mit einem zentral angeordneten Zuführkanal 36 (auch Angussstange genannt) verbunden sind. Das Zuführkanalsystem ist dabei so ausgebildet, dass die Fließwege für das Polymermaterial von dem zentralen Zuführkanal 36 zu allen Kavitäten 32 gleich lang sind. Die Einzelkanäle des Zuführkanalsystems 34 führen in die Mitte einer jeden Kavität und enden jeweils mit einem 4-fach Anguss.Figure 3 shows a balanced multiple tool 30 with 4 cavities or cavities 32, which are connected via a balanced distribution or Zuführkanalsystem 34 with a centrally disposed feed channel 36 (also known as sprue bar). The feed channel system is designed so that the flow paths for the polymer material from the central feed channel 36 to all cavities 32 are the same length. The individual channels of the feed channel system 34 lead into the center of each cavity and each end with a 4-way sprue.
Das Zuführkanalsystem 34 lässt sich auch als Heißkanalsystem ausbilden. The feed channel system 34 can also be designed as a hot runner system.

Claims

Patentansprüche claims
1. Dichtungsring, insbesondere für die Verwendung in optischen Anordnungen, hergestellt aus einem Polymermaterial, ein thermoplastisch verarbeitbares fluoriertes Kunststoffmaterial umfasst.A sealing ring, in particular for use in optical arrangements, made of a polymer material comprising a thermoplastically processable fluorinated plastic material.
2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastisch verarbeitbare Kunststoffmaterial ausgewählt ist aus ETFE, FEP, MFA, PFA, sowie thermoplastisch verarbeitbarem PTFE- Material oder Mischungen derselben.2. Sealing ring according to claim 1, characterized in that the thermoplastically processable plastic material is selected from ETFE, FEP, MFA, PFA, as well as thermoplastically processable PTFE material or mixtures thereof.
3. Dichtungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische PTFE-Material ein TFE-Copolymer ist, wobei der Co- Monomeranteil vorzugsweise 3,5 Mol-% oder weniger beträgt, insbesondere weniger als 3 Mol-%, weiter bevorzugt weniger als 1 Mol-%, noch weiter bevorzugt 0,5 Mol.-% oder weniger.3. Sealing ring according to claim 2, characterized in that the thermoplastic PTFE material is a TFE copolymer, wherein the Co monomer content is preferably 3.5 mol% or less, in particular less than 3 mol%, more preferably less than 1 mole%, more preferably 0.5 mole% or less.
4. Dichtungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Co- Monomer ausgewählt ist aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-l,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.4. Sealing ring according to claim 3, characterized in that the co-monomer is selected from hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoro (2,2-dimethyl-l, 3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene.
5. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das PTFE-Material eine Polymermischung ist, umfassend PTFE und einen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff.5. Sealing ring according to one of claims 1 to 4, characterized in that the PTFE material is a polymer mixture comprising PTFE and a thermoplastically processable plastic.
6. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring eine im Wesentlichen zylindrische Wand umfasst.6. Sealing ring according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sealing ring comprises a substantially cylindrical wall.
7. Dichtungsring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an die zylindrische Wand an einem Ende ein radial nach innen abstehender Bund angeformt ist. 7. Sealing ring according to claim 6, characterized in that on the cylindrical wall at one end a radially inwardly projecting collar is formed.
8. Verfahren zu Herstellung einer Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte8. A method for producing a sealing ring according to any one of claims 1 to 7, comprising the steps
Bereitstellen eines Formwerkzeugs mit einem Hohlraum zur Ausbildung des Dichtrings;Providing a mold with a cavity for forming the sealing ring;
Aufheizen des Formwerkzeugs auf eine Temperatur von 230 0C oder mehr; undHeating the mold to a temperature of 230 0 C or more; and
Befüllen des Formwerkzeugs mit einem Polymermaterial, wobei das Polymermateria! ein thermoplastisch verarbeitbares im Wesentlichen voll fluoriertes Kunststoffmaterial umfasst.Filling the mold with a polymer material, the Polymermateria! a thermoplastic processable substantially fully fluorinated plastic material comprises.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen mittels Einspritzen des Polymermaterials in den Hohlraum des Formwerkzeugs erfolgt.9. The method according to claim 8, characterized in that the filling takes place by means of injection of the polymer material into the cavity of the mold.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Befüllen in dem Formwerkzeug ein Bauteil angeordnet wird, an welches der Dichtungsring angeformt wird.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that prior to filling in the mold a component is arranged, to which the sealing ring is formed.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug als Mehrfachwerkzeug mit mehreren Hohlräumen ausgebildet wird.11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the mold is designed as a multiple tool with a plurality of cavities.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrfachwerkzeug ein balanciertes Verteilersystem für das Befüllen der Hohlräume aufweist.12. The method according to claim 11, characterized in that the multiple tool has a balanced distribution system for filling the cavities.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug mit einem Heißkanalsystem ausgerüstet ist.13. The method according to any one of claims 8 to 12, characterized in that the mold is equipped with a hot runner system.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil vor dem Einbringen desselben in den Hohl- raum des Formwerkzeugs auf eine vorgegebene Temperatur vorgewärmt wird.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the component before the introduction of the same in the hollow space of the mold is preheated to a predetermined temperature.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Vorwärmtemperatur ca. 200 0C oder mehr beträgt.15. The method according to claim 14, characterized in that the predetermined preheating temperature is about 200 0 C or more.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial mit einer Temperatur von 330 0C oder höher in den Hohlraum des Formwerkzeugs eingespeist wird.16. The method according to any one of claims 8 to 15, characterized in that the polymer material is fed at a temperature of 330 0 C or higher in the cavity of the mold.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug auf eine Temperatur von ca. 230 0C oder mehr vorgewärmt wird.17. The method according to any one of claims 8 to 16, characterized in that the mold is preheated to a temperature of about 230 0 C or more.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, 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.18. The method according to any one of claims 8 to 17, characterized in that a predominant part of the polymer material is injected at an injection pressure into the cavity and that thereafter, a further portion of the polymer material is fed at a reprint in the cavity, wherein the injection pressure is selected higher is considered the reprint.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ca. 70 bis ca. 90 Gew.% des Polymermaterials mit dem Spritzdruck in den Hohlraum eingespeist wird.19. The method according to claim 18, characterized in that about 70 to about 90 wt.% Of the polymer material with the injection pressure in the cavity is fed.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Befüllen des Hohlraums mit dem Polymermaterial das Formwerkzeug noch für eine vorgegebene Haltezeit geschlossen gehalten wird.20. The method according to any one of claims 8 to 19, characterized in that after filling the cavity with the polymer material, the mold is still kept closed for a predetermined holding time.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit ca. 3 sec oder mehr, insbesondere ca. 5 sec oder mehr beträgt. 21. The method according to claim 20, characterized in that the holding time is about 3 seconds or more, in particular about 5 seconds or more.
22. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrings gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffteil aus einem Vorprodukt durch Umformen hergestellt und anschließend mit einem Bauteil verbunden wird.22. A method for producing a sealing ring according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plastic part is made from a precursor by forming and then connected to a component.
23. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrings gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffteil aus einem Vorprodukt durch Umformen hergestellt und dabei mit einem Bauteil verbunden wird. 23. A method for producing a sealing ring according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plastic part is made from a precursor by forming and thereby connected to a component.
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