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Die vorliegende Erfindung betrifft Spritzgussteile für Fahrzeuge aller Art umfassend Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung solche Spritzgussteile, die einen Grundkörper und einen mit dem Grundkörper verbundenen Dichtkörper, der aus einem elastischeren Material als der Grundkörper gebildet ist, aufweisen. Rein beispielhaft seien als derartige Spritzgussteile Leitungsdurchführungen, d. h. Tüllen und Deckel für Behältnisse, z. B. zur Aufnahme von Elektrik und/oder Elektronik, z. B. E-Boxen, Sicherungsdosen, etc. genannt. Ein weiteres Beispiel sind räumliche Trennungen jeglicher Art, z. B. Aggregateträger, die Fahrzeugtüren in einen Nass- und einen Trockenbereich unterteilen und gleichzeitig zur Aufnahme von Aggregaten, z. B. Lautsprechern, Fensterhebermechanismen, etc. geeignet sind.
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Weitere mögliche Einsatzgebiete sind Dämpfungselemente, die beispielsweise zwischen Fahrzeugbauteilen als Klapperschutz angeordnet sind.
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So ist es im Stand der Technik beispielsweise bei Tüllen, wie sie in der
DE 101 40 714 C2 beschrieben sind, üblich einen Grundkörper einstückig mit einem Dichtkörper auszubilden, wobei der Dichtkörper aus einem elastischeren Material als der Grundkörper gebildet ist. Um für die Dichtwirkung den nötigen Anpressdruck des Dichtkörpers gering zu halten und einen gewissen Toleranzausgleich zu gewährleisten, ist es jedoch notwendig entsprechend komplexe Dichtgeometrien zu verwenden, insbesondere deshalb weil die Elastizität des gewählten Materials angesichts der dynamischen Beanspruchung im Bereich der Leitungsdurchführung nicht beliebig gewählt werden kann. Ein weiterer Nachteil derartiger Systeme ist ein relativ hohes Gewicht durch den aus Vollmaterial gebildeten Grund- und Dichtkörper.
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Eine Alternative hierzu besteht darin den Dichtkörper nicht einstückig mit dem Grundkörper auszubilden, sondern nachträglich in Form einer Schaumraupe mit dem Grundkörper zu verbinden. Ein solches Bauteil ist in Form eines Aggregateträgers beispielsweise aus der
EP 1 252 043 B1 bekannt. Die offenporige Oberfläche einer geschäumten Raupe hat den Nachteil, dass Wasser in den Dichtkörper eindringen kann. Darüber hinaus erfolgt das Einlegen der Schaumraupe mit dafür speziell ausgestalteten Werkzeugen, was zum einen die Herstellungskosten negativ beeinflusst und zum anderen dazu führt, dass die Geometrie des Dichtkörpers nicht beliebig gestaltbar und auch nicht maßgenau herstellbar ist.
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Angesichts der obigen Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin ein Spritzgussteil der eingangs genannten Art zu schaffen, das leicht ist, einen Toleranzausgleich gewährleistet, kostengünstig herstellbar ist und gut an die jeweiligen Gegebenheiten anpassbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Spritzgussteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin den Grundkörper und den Dichtkörper einstückig in einem Spritzgießverfahren auszubilden und während des Spritzgießverfahrens nur den Kern des Dichtkörpers oder eines Teils davon aufzuschäumen, wodurch der Dichtkörper leichter und elastischer wird, so dass ein geringerer Anpressdruck ausreicht und ein Toleranzausgleich möglich ist. Zusätzlich können die geringen Taktzeiten zur Herstellung des Spritzgussteils im Vergleich zum herkömmlichen Spritzgießverfahren beibehalten werden.
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Dementsprechend beschreibt die vorliegende Erfindung ein Spritzgussteil für Fahrzeuge mit einem Grundkörper und einem Dichtkörper. Der Grundkörper und der Dichtkörper sind einstückig in einem Verfahrensschritt miteinander ausgebildet. Hierfür kann ein Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren zum Einsatz kommen. Sowohl der Grundkörper als auch der Dichtkörper sind aus einem Kunststoff gebildet, wobei das Material des Dichtkörpers elastischer ist als das des Grundkörpers. Besonders bevorzugt kommen für den Grundkörper ein hartelastisches und für den Dichtkörper ein weichelastisches Material zum Einsatz. So kann der Grundkörper beispielsweise aus einem Thermoplast gebildet sein, während der Dichtkörper ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastischer Elastomer ist. Beispiele für das Material des Grundkörpers sind PP, PA, PA6, PA6.6, POM, ABS oder PBT. Beispiele für das Material des Dichtköpers sind TPE-S, TPE-V, TPE-E, TPE-O, TPE-U oder TPE-A. Die vorliegende Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass der einstückig mit dem Grundkörper ausgebildete Dichtkörper zumindest abschnittsweise einen geschäumten Kern und eine ungeschäumte Außenhaut aufweist. Mit anderen Worten befindet sich im Querschnitt des Dichtkörpers in seinem Inneren ein geschäumter Abschnitt, während die Außenfläche ungeschäumt bzw. glatt und geschlossen gestaltet ist. Das Aufschäumen des Kerns erfolgt bei der einstückigen Herstellung von Grundkörper und Dichtkörper im Spritzgießwerkzeug durch Einbringen eines Treibmittels, z. B. eines Gases. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
EP 1 161 333 B1 bekannt, auf das der Fachmann bezüglich der Umsetzung der vorliegenden Erfindung für weitere Informationen verwiesen wird. Durch den aufgeschäumten Kern ist weniger Material nötig als bei einem Dichtkörper aus Vollmaterial, was zu einer Gewichtsreduzierung führt. Darüber hinaus wird die Elastizität des Dichtkörpers durch den geschäumten Kern erhöht, so dass ein geringerer Anpressdruck zur Erzielung der Dichtwirkung ausreicht und damit größere Toleranzen ausgeglichen werden können. Darüber hinaus kann die Herstellung in einem Verfahrensgang vergleichbar mit dem Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahren des Stands der Technik erfolgen, so dass das Spritzgussteil kostengünstig hergestellt werden kann. Der Dichtkörper kann vollständig geschäumt sein. Es ist jedoch auch denkbar nur Teile des Dichtkörpers zu schäumen. Insbesondere werden Abschnitte, die stärkeren dynamischen Beanspruchungen unterliegen, nicht geschäumt, um Bruch zu vermeiden, während statisch belastete Abschnitte in der Regel geschäumt sein werden. Die Kombination ungeschäumter und geschäumter Abschnitte kann im Spritzgießvorgang durch Unterbrechen bzw. Hinzuschalten des Gases zum Aufschäumen (erst schäumen, dann nicht, umgekehrt oder alternierend) erfolgen.
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In einer alternativen Ausführungsvariante können die ungeschäumten Bereiche auch mit sepertaten Heißkanälen oder mit Heißkanal-Düsen ohne Gasbeaufschlagung im Spritzgusswerkzeug hergestellt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann das beschriebene Verfahren auch dazu genutzt werden einen Einleger aus einem Metallblech oder einem anderen Kunststoff, bspw. einem Duromer mit den zuvor genannten Komponenten zumindest teilweise zu umspritzen, bzw. an diese anzuspritzen.
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Um das Gewicht des Spritzgussteils weiter zu reduzieren, kann es von Vorteil sein auch den Grundkörper zumindest abschnittsweise so auszubilden, dass er einen geschäumten Kern und eine ungeschäumte Außenhaut aufweist. Darüber hinaus hat eine Hartkomponente mit geschäumtem Kern neben einem leichten und kostengünstigen Bauteil auch den Vorteil eines verzugsarmen Bauteils. Ferner sind keine wesentlichen Änderungen des Spritzgießwerkzeugs erforderlich, da die zum Schäumen des Dichtkörpers verwendeten Komponenten auch zum Schäumen des Grundkörpers genutzt werden können.
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Um eine zuverlässige Abstützung des elastischen Dichtkörpers beim Abdichten sicher zu gewährleisten, kann es in einer bevorzugten Ausführungsform von Vorteil sein den Grundkörper im Bereich des Dichtkörpers mit einer Nut zu versehen, in der der Dichtkörper teilweise aufgenommen ist. Dadurch wird verhindert, dass der Dichtkörper beim Anpressen gegen eine Dichtfläche seitlich ausweicht, wodurch eine zuverlässige Abdichtung erzielt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann das Spritzgussteil eine Leitungsdurchführung mit einem schlauchförmigen Dichtabschnitt umfassen, der zur Aufnahme von strangförmigen Elementen, d. h. Leitungen, geeignet ist und gegen die Leitungen abdichtet. Diese Leistungsdurchführung ist vorzugsweise einstückig aus demselben Material wie der Dichtkörper gebildet und damit gleichfalls einstückig mit dem Grundkörper verbunden. Es ist jedoch auch eine separate Ausbildung einer Leitungsdurchführung denkbar, die anschließend in das Spritzgussteil eingeknöpft wird. Eine solche Leitungsdurchführung könnte auch aus einem anderen Material als der Dichtkörper gebildet sein.
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In Bezug auf die Dichtgeometrie kann aufgrund der erhöhten Elastizität in dem Abschnitt, in dem der Kern aufgeschäumt ist, eine kreisrunde Form gewählt werden, die einfach und unkompliziert herstellbar ist. Bevorzugterweise ist zumindest die Dichtfläche konvex gekrümmt ausgestaltet. Es sind jedoch auch kompliziertere Dichtgeometrien denkbar, bei denen der Dichtkörper wenigstens eine Dichtlippe bildet.
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In der Regel wird das Spritzgussteil der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen, um entlang des Umfangs einer Öffnung abzudichten. Hierzu kann es von Vorteil sein, dass der Dichtkörper entlang des Umfangs des Grundkörpers verläuft und/oder ringförmig verläuft, d. h. einen geschlossenen Umlauf bildet.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung, die alleinstehend oder in Zusammenhang mit einem oder mehreren der obigen Merkmale umgesetzt werden können, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen, sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich.
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Diese erfolgt unter Bezugnahme die begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Kunststoffrahmens mit zwei Dichtkörpern und einer Leitungsdurchführung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung schematisch zeigt; und
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3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in 1 gemäß einer anderen Ausgestaltung schematisch darstellt.
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In den verschiedenen Ansichten kennzeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder vergleichbare Elemente. Wurden die Elemente entsprechend in einer Ausführungsform bereits im Detail erläutert, so wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine erneute Beschreibung bei anderen Ausführungsformen verzichtet.
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1 zeigt perspektivisch eine sogenannte Rahmentülle (Spritzgussteil), bei der die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt. Das dargestellte Spritzgussteil umfasst einen Kunststoffrahmen 10 (Grundkörper). Der Rahmen 10 weist eine Öffnung 11 auf sowie drei Bolzen 12 zur Befestigung an einer Wand (nicht dargestellt) z. B. einem Karosserieblech. Die Öffnung 11 ist von einem ersten Dichtkörper 13 umgeben. Ein zweiter Dichtkörper 14 verläuft entlang des Umfangs des Rahmens 10. Sowohl der erste Dichtkörper 13 als auch der zweite Dichtkörper 14 haben einen ringförmigen, d. h. geschlossenen Verlauf.
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Darüber hinaus ist eine Leitungsdurchführung 15 in 1 linker Hand zum Teil sichtbar. Die Leitungsdurchführung 15 weist einen schlauchförmigen Dichtabschnitt 16 zur Aufnahme einer oder mehrerer strangförmiger Elemente (nicht dargestellt), z. B. elektrischer Leitungen, auf. Der Dichtabschnitt 16 dient der Abdichtung gegen die strangförmigen Elemente in deren Längsrichtung.
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Bei der dargestellten Ausführungsform umgibt der zweite Dichtkörper 14 auch den schlauchförmigen Dichtabschnitt vollständig, d. h. er ist in der linker Hand gezeigten Darstellung kreisförmig um die Leitungsdurchführung 15 geschlossen und schließt sich dann an den verbleibenden, entlang des Umfangs des Rahmens 10 verlaufenden Bereich an. Der zweite Dichtkörper 14 und die Leitungsdurchführung 15 können einstückig aus demselben Material gebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Leitungsdurchführung 15 und insbesondere deren schlauchförmiger Dichtabschnitt 16 selbst in dem Fall, in dem eine einstückige Ausbildung mit dem zweiten Dichtkörper 14 erfolgt, ungeschäumt ausgebildet, wohingegen es vorteilhaft ist den Dichtkörper 14 in Bezug auf seinen Kern vollständig zu schäumen (siehe später). Der Dichtkörper 13 ist ebenfalls vorzugsweise in Bezug auf seinen Kern vollständig geschäumt.
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Zum Schäumen der Dichtkörper
13,
14 kommt ein Schäumverfahren beim Spritzgießprozess zum Einsatz, wie es beispielsweise in der
EP 1 161 333 B1 beschrieben ist und auf das der Fachmann für weitergehende Informationen verwiesen wird. Dadurch entsteht, wie es aus den
2 und
3 schematisch ersichtlich ist, ein Dichtkörper
13 bzw.
14 mit einem geschäumten Kern
17, bei dem das Material geschlossenporig geschäumt ist und Treibmittel enthält, während die Außenhaut
18 ungeschäumt ist und im Wesentlichen nur Ausgangsmaterial und kein Treibmittel enthält. Mit anderen Worten ist die Außenfläche der Außenhaut
18 im Wesentlichen glatt und weist keine offene Struktur auf. Dadurch wird das Eindringen von Feuchtigkeit in den Dichtkörper
13 bzw.
14 vermieden, während durch den geschlossenporigen geschäumten Kern
17 die Elastizität der Dichtkörper
13 bzw.
14 erhöht wird, so dass der zur Dichtung erforderliche Anpressdruck gering gehalten werden kann.
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Um beim Anpressen gegen eine Dichtfläche ein Ausweichen des Dichtkörpers 13 bzw. 14 in den 2 und 3 in seitlicher Richtung zu vermeiden, ist es bevorzugt eine Nut 19 in dem Rahmen 10 auszubilden. Die Nut 19 stützt die Seitenflächen der Dichtkörper 13 bzw. 14 ab. Dadurch kann der notwendige Anpressdruck weiter reduziert werden. Der Querschnitt setzt sich dabei aus einem im Wesentlichen der Nutform entsprechenden ersten Abschnitt und einem im Wesentlichen im Querschnitt gekrümmten bzw. runden zweiten Abschnitt zusammen.
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Der Rahmen 10 kann, wie in 2 dargestellt, mit mehreren Rippen 20 versteift sein, um den Verzug des Rahmens 10 zu minimieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Rahmen 10, wie es in 3 dargestellt ist, ebenfalls einen geschäumten geschlossenporigen Kern 21 mit einer ungeschäumten Außenhaut 22 umfassen. In diesem Fall wird der Rahmen 10 auf die gleiche Art und Weise wie der Dichtkörper 13 bzw. 14 hergestellt. Dies führt zu einer weiteren Gewichtsreduzierung des gesamten Bauteils und zu einer Erhöhung der Verzugssteifigkeit des Rahmens 10.
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Der Rahmen 10 kann vollständig, wie in 3 gezeigt, hergestellt werden oder abschnittsweise je nachdem wie es die Herstellung oder der Einsatzzweck des entsprechenden Bauteils fordert. Auch ist es selbstverständlich denkbar überhaupt keinen Teil des Rahmens 10 zu schäumen.
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Das Spritzgussteil der vorliegenden Erfindung vereint die Vorteile eines leichten und kostengünstig herstellbaren Bauteils mit einem Dichtkörper, der ausreichend elastisch ist, um einen Toleranzausgleich zu ermöglichen und insbesondere wasserundurchlässig ist.
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Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung bei den beschriebenen Kunststoffrahmen beschränkt. Vielmehr sind beliebige Teile wie z. B. Elektronikboxen oder Stoßfänger, Luftführungen, Verkleidungselemente, Sicherungsdosen, Trennwandabdichtungen, wie beispielsweise Aggregateträger für Türen und Kabeldurchführungen, insbesondere Tüllen, als weitere Anwendungsfelder zu nennen. Auch ist die Geometrie der Dichtkörper nicht auf die oben beschriebene Geometrie beschränkt. Vielmehr sind alle mit werkzeugtechnischen Mitteln herstellbaren Geometrien möglich. Z. B. können die Dichtkörper eine oder mehrere angeformte Dichtlippen aufweisen, die zu einer weiteren Reduzierung des notwendigen Anpressdrucks führen können.
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Auch kommen bevorzugterweise für die Dichtkörper thermoplastische Elastomere, wie beispielsweise TPE-S, TPE-V, TPE-E, TPE-O, TPE-U oder TPE-A zum Einsatz. Es sind jedoch auch andere Materialien denkbar. Der Grundkörper kann aus nahezu jedem beliebigen Material hergestellt werden, ist jedoch bevorzugt aus hartelastischem Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10140714 C2 [0003]
- EP 1252043 B1 [0004]
- EP 1161333 B1 [0008, 0025]