Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus zumindest einem Kunststoff bestehendenDichtelements für einen insbesondere trockenlaufenden Kolbenkompressor gemäss dem Oberbegiff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Dichtelement hergestelltnach dem erfindungsgemässen Verfahren.

Zum Abdichten einer Kolbenstange an einer insbesondere trockenlaufenden Kolbenmaschine sind auf der Basis von Fluor-Kunststoffen gefertigte Dichtelemente bekannt, wobei als Kunststoffmaterial insbesondere PTFE (Polytetrafluorethylen) Verwendung findet. Zur

Herstellung eines derartigen Dichtelements wird ein gesintertes oder extrudiertes, plattenfor iges Kunststoff-Halbzeug verwendet, aus welchem das Dichtelement mittels spanender Fertigung herausgearbeitet wird. Das Kunststoff-Halbzeug weist herstellungsbedingt richtungsabhängig unterschiedliche physikalische, mechanische und tribologische Eigenschaften auf, was auch als eine Anisotropie bezeichnet wird. So weist zum Beispiel ein extrudiertes Kunststoff-Halbzeug bezüglich der Herstellungsrichtung und senkrecht zu dieser Richtung

unterschiedliche physikalische, mechanische und tribologische Eigenschaften auf. Eine besonders ausgeprägte Anisotropie weist ein Kunststoff-Halbzeug auf, wenn zusätzlich Faserteile wie Kohlefasern, Glasfasern oder Aramit eingelagert sind. Ein aus einem Kunststoff-Halbzeug gefertigtes, z.B. bogenförmig verlaufendes Dichtelement weist somit in Umfangsrichtung eine Anisotropie, daher veränderliche physikalische, mechanische und tribologische Eigenschaften auf. Besonders ausgeprägt wird die Anisotropie bei faserhaltigen Kunststoffen, wobei geometrisch identisch ausgestaltete Dichtelemente in Umfangsrichtung unterschiedliche pysikaliεche, mechanische und tribologische Eigenschaften aufweisen können, je nachdem, wie die Dichtelemente bezüglich der Faserausrichtung aus dem Kunststoff-Halbzeug herausgearbeitet worden sind.

Das Gefüge bekannter Dichtelemente weist eine nicht kontrollierbare Anisotropie auf, was sich auf deren Verschleiss und Lebensdauer entsprechend negativ auswirkt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein wirtschaftlich vorteilhafteres Dichtelement vorzuschlagen. Im speziellen soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtelements für einen insbesondere trockenlaufenden Kolbenkompressor bereitgestellt werden, welches Dichtelement insbesondere in Umfangsrichtung homogene physikalische, mechanische und tribologische Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäss den Merkmalen von Anspruch 1. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Dichtelement aufweisend die Merkmale gemäss Anspruch 14. Die Unteransprüche 2 bis 13 beziehen sich auf weitere, vorteilhafte Verfahrensführungen. Die

Unteransprüche 15-17 beziehen sich auf weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen des Dichtelements.

Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, dass das aus zumindest einem Kunststoff bestehende Dichtelement durch ein Spritzgiessverfahren hergestellt wird, bei welchem der flüssige Kunststoff an mindestens einer Angussstelle in ein Werkzeug, insbesondere eine Giessform, eingebracht wird. Der Kunststoff für das Dichtelement u fasst vorzugsweise das Kunststoffmaterial PEEK (Polyetheretherketon) oder PFA (Perfluoralkoxy-

Copolymer) oder PPS (Polyphenylen-Sulfid) oder weitere, im Spritzgiessverfahren verarbeitbare Kunststoffe. Beim Hochtemperaturpolymer PEEK handelt es sich um ein Material, das im Spritzgiessverfahren gut verarbeitbar ist. Zudem weist ein Dichtelement bestehend zumindest aus PEEK oder einem modifizierten PEEK sehr gute mechanische Eigenschaften auf, z.B. eine sehr gute Warmfestigkeit, was eine hohe Druckbelastung bei hohen Temperaturen erlaubt, und z.B. eine hohe Verschleissfestigkeit, so dass ein solches Dichtelement eine hohe Standzeit aufweist.

Die Herstellung eines Dichtelementes mittels des Kunststoffes PTFE ist ausserst aufwendig, denn PTFE wird über einen Sinterungsprozess erzeugt, indem ein Granulat durch Pressen verdichtet wird. Das Verdichten bewirkt eine relativ grosse Volumenänderung, weshalb in einem ersten Arbeitsgang ein Halbzeug erzeugt wird, üblicherweise ausgebildet als ein platten- oder stangenförmiger Körper. In mehreren nachfolgenden Arbeitsgängen wird aus dem Halbzeug durch Drehen, spanende Fertigung und weitere Bearbeitungsverfahren das Dichtelement herausgearbeitet, wobei insbesondere bei ringförmig ausgestalteten Dichtelementen der überwiegende

Anteil des Halbzeuges als Abtragmaterial anfällt und entsorgt werden muss.

Ein Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass das Dichtelement in einem einzigen oder in sehr wenigen Arbeitsgängen herstellbar ist, ohne die Notwendigkeit eines nachfolgenden aufwendigen Fertigungverfahrens. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit die Herstellung von sehr kostengünstigen Dichtelementen. Zudem fällt kaum oder kein Abfallmaterial an, so dass selbst bei der Verwendung von sehr teurem Kunststoff aterial wie z.B. PEEK ein kostengünstiges Dichtelement herstellbar ist, insbesondere wenn das Dichtelement ringförmig ausgestaltet ist, was eine nur geringe Materialmenge erfordert. Im Unterschied zur spanenden Herausarbeitung eines Dichtelements aus einem platten- oder stangenförmigen Halbzeug kann nämlich beim Spritzgiessverfahren der Materialüberschuss zwischen Giessling und Endprodukt grösstenteils wiederverwendet werden, beispielsweise durch einfaches Einschmelzen, so dass kaum oder kein Abfall anfällt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens beziehungsweise des nach dem Verfahren hergestellten Dichtelements ist darin zu sehen, dass das Dichtelement durch das Spritzgiessverfahren entweder unmittelbar in seiner endgültigen Bauteilform herstellbar ist, oder in sehr einfacher Weise ohne besonders extensive Nachbearbeitungsschritte aus dem Giessling gewonnen werden kann. Ferner ermöglicht das Spritzgiessen die Herstellung eines Dichtelements mit in Umfangsrichtung gleichbleibenden physikalischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften, weil bei der Herstellung über die Strömungsrichtung des Kunststoffs die gewünschte Geometrie des fertigen Dichtelements deutlich besser berücksichtigt werden kann als beispielsweise bei der

spanenden Herausarbeitung aus einem Halbzeug. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die physikalischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften des Dichtelementes auch gezielt beeinflusst werden können, zum Beispiel in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie, indem während dem Spritzen durch die Steuerung des Füllvorganges die physikalischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften in einem weiten Bereich beeinflussbar sind.

Bei teilkristallinen Kunststoffen wie beispielsweise PEEK sind die physikalischen und mechanischen Eigenschaften stark abhängig von der Anzahl, der Verteilung und dem Typ der erzeugten Kristalle. Bei dem im Spritzgiessverfahren hergestellten Dichtelement lässt sich die Ausbildung der Kristalle günstig beeinflussen, so dass gegenüber den bisher bekannten Herstellungsverfahren wie Extrusion oder Sintern ein Dichtelement mit einer um 30% bis 50% höhere mechanische Belastbarkeit, zum Beispiel bezüglich Zug, Druck oder Biegebeanspruchung erzeugbar ist. Ein im Spritzgiessverfahren aus PEEK hergestelltes Dichtelement weist eine Kristallinität auf, die höher ist als bei einem Sinter- oder Extrudierverfahren. Die Kristallinität von im Spritzgiessverfahren erzeugen Bauteilen aus PEEK ist beeinflussbar durch Parameter wie die Temperatur oder die Abkühlgeschwindigkeit. Gegenüber von im Extrudier- oder Sinterverfahren hergestellten Bauteilen aus PEEK weisen im Spritzgiessverfahren hergestellte Dichtelemente ein ho ogenerens Gefüge auf, wobei das PEEK zudem keine Poren oder Löcher aufweist. Die höhere Warmfestigkeit von im Spritzgiessverfahren hergestellten Dichtelementen aus

PEEK resultiert direkt aus der höheren Kristallinität des Kunststoffes PEEK.

Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Dichtelement, insbesondere ein Dichtungsring,

unterscheidet sich durch strukturelle Merkmale eindeutig von bisher bekannten Dichtelementen und weist gegenüber diesen erhebliche physikalische und mechanische Vorteile auf. Aus einem Schnitt durch das erfindungsgemässe Dichtelement lässt sich eindeutig die für ein

Spritzgussteil charakteristische Gefügestruktur erkennen, so dass ein erfindungsgemässes Dichtelement, wie zum Beispiel ein Dichtungsring oder ein Kolbenring, sich durch strukturelle Merkmale eindeutig von bisher bekannten Dichtelementen unterscheidet. Ein weiteres, charakteristisches Merkmal für ein Spritzgussteil ist die Fliessrichtung des Kunststoffes oder die Ausrichtung der Füllstoffe, insbesondere wenn faserförmige Füllstoffe verwendet wurden, welche Merkmale sich zum Beispiel mit einem Durchlichtverfahren eindeutig feststellen lassen.

Werden dem Kunststoff organische Füllstoffe wie PTFE oder anorganische Füllstoffe wie Graphit und/oder faserförmige Stoffe wie Kohlefasern, Glasfasern, Aramitfasern oder Metall beigemischt, so kann dank dem Spritzgiessverfahren die Ausrichtung dieser Fasern beeinflusst werden, im Unterschied zum Extrudierverfahren, bei welchem die Fasern immer in dieselbe Richtung verlaufend ausgerichtet sind. Die Fasern des Dichtungsringes können beim Spritzgiessen in Umfangsrichtung verlaufend ausgerichtet werden, so dass auch bei faserhaltigen Dichtungsringen entlang dem Umfang ähnliche oder konstante physikalische, mechanische und tribologische Eigenschaften erzielbar sind.

Die Ausrichtung von Faserteilen in Verlaufsrichtung eines Dichtungsringes istbei der bekannten Herstellmethode durch Erstellung eines Halbzeuges mit anschliessender spanenden Fertigung auch nicht möglich. In einem Halbzeug sind üblicherweise alle Faserteile in gleicher Richtung verlaufend ausgerichtet, so dass eine anschliessende,

spanende Fertigung zur Folge hat, dass die Ausrichtung der Faserteile in Umfangsrichtung eines Dichtungsrings ständig ändert,wodurch die bekannten Dichtungsringe in Umfangsrichtung ständig ändernde mechanische Eigenschaften aufwiesen. Ein Vorteil eines erfindungsgemässen Dichtungsringes ist darin zu sehen, dass die Fasern in Umfangsrichtung eine gleichmässige Ausrichtung oder Verwirbelung aufweisen, weshalb der Dichtungsring in Umfangsrichtung konstante mechanische Eigenschaften aufweist.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Anordnung und Konzentration der Faserteile im Dichtungsring optimierbar ist, z. B. durch die Wahl der Anzahl und der Anordnung der Angussεtellen. Auch können dem Kunststoff im Verlauf des Spritzgiessens die faserformigen Stoffe in unterschiedlichen Konzentration beigemischt werden, so dass die Dichte der faserformigen Stoffe in dem Dichtelement lokal variiert. Dadurch sind z.B. Dichtungsringe herstellbar, deren Faseranteile ausschliesslich im Innern des Ringes liegen, jedoch nicht bis zur Aussenflachen gelangen. Weiter ist es realisierbar, dass die Dichtflächen eines Dichtungsrings keine Faseranteile aufweisen, wogegen im Bereich der übrigen Oberflächen Fasern eingelagert sind, um derart die mechanische Festigkeit des Dichtungsringes zu erhöhen. Insbesondere bei der Verwendung von Glasfasern ist dies vorteilhaft, weil diese gezieltaus dem Bereich der Dichtfläche des Dichtungsringes ferngehalten werden können und somit die Gefahr vermieden wird, dass die Oberfläche einer Kolbenstange, oder, allgemeiner ausgedrückt, die Oberfläche des Gegenlaufpartners, wie einer Kolbenstange oder einer Zylinderlaufbahn, durch solche Fasern verletzt wird. Somit können Glasfasern zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit in einen Dichtungsring eingebracht werden, wobei eine durch eine

gezielte Reduktion der Faserdichte im Bereich der Dichtfläche bzw. der Lauffläche die durch die Fasern auf einen Gegenlaufpartner bewirkte, abrasive Wirkung vermieden oder zumindest reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens beziehungsweise des damit hergestellten Dichtungselementes ist darin zu sehen, dass die Zusammensetzung des verwendeten Kunststoffes auf einfache Weise variierbar ist. Das Dichtungselement weist immer einen Grundaufbau bestehend aus einer Kuhststoffmatrix, beispielsweise aus PEEK, PFA oder PPS auf, wobei der Anteil an PEEK z.B. 70% der Gesamtmasse des Dichtelementes beträgt. Diese Kunststoffmatrix lässt sich mit unterschiedlichen Füllstoffen füllen, sodass das Dichtelement in einer grossen Variationsbreite unterschiedlicher Zusammensetzung herstellbar ist, wobei einerseits der Anteil Kunststoff, wie PEEK, zu Anteil Füllstoff variierbar ist, und andererseits verschiedene Füllstoffe eingelagert werden können. Als Füllstoffe eignen sich organische Füllstoffe wie PTFE oder anorganische Füllstoffe wie Kohlefasern, Glasfasern, Graphit oder Metalle. Das Spritzgiessverfahren ermöglicht die Anteile an PEEK, PTFE, Fasern, Graphit usw. in einem wählbaren Verhältnis zu mischen und kleine Mengen von Dichtelementen herzustellen, sodass auf kostengünstige

Weise Dichtelemente mit einer Vielzahl unterschiedlicher Mischverhältnisse bzw. unterschiedlicher tribologischer, mechanischer oder thermischer Eigenschaften herstellbar sind.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass ein Dichtungsring mit einer in Umfangsrichtung überlappenden Stossstelle auf einfache Weise herstellbar ist, indem das Werkzeug bzw. die Giessfor zur Herstellung des Dichtungsrings zum Beispiel

mit einem geringfügig wendeiförmig verlaufenden Hohlraum ausgestaltet ist, sodass das Werkzeug im Bereich der Endteile des Dichtungsringes zwei voneinander getrennte Hohlräume aufweist, die sich in Umfangsrichtung des Dichtungsringes jedoch überlappen. Derart ist ein Dichtungsring mit in Umfangsrichtung überlappenden Stossstellen herstellbar, wobei der geringfügig wendeiförmig ausgestaltete Dichtungsring zum Beispiel durch eine nachfolgende Wärmebehandlung in eine ebene Verlaufsrichtung umformbar ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass Dichtelemente mit unterschiedlichen Farbenherstellbar sind, indem unterschiedlich eingefärbte Kunststoffe verwendet werden. Weiter ist auch ein partiell, unterschiedliche Farben aufweisendes Dichtelement herstellbar, indem zum Beispiel während dem Spritzgiessen eines Dichtungsringes abwechslungsweise unterschiedlich eingefärbt Kunststoffe gespritzt werden, so dass der Dichtungsring in Umfangsrichtung oder radialer Richtung mehrere unterschiedliche Farben aufweist. Diese Färbung oder partiell unterschiedliche Färbung kann z.B. als Kodierung oder als Hinweise auf die Abnutzung des Dichtelements dienen

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen

Verfahrens wird als Werkzeug eine Giessform verwendet, deren Hohlraum zur Aufnahme des flüssigen Kunststoffs geometrisch im wesentlichen identisch ist mit der Form des herzustellenden Dichtelements. Hierbei werden die Angussstellen derart angeordnet, dass eine ausgeprägte, insbesondere bei einem ringförmig ausgestalteten Dichtelement in Umfangsrichtung verlaufende Strömungs¬ bzw. Fliessrichtung des Kunststoffs erzeugt wird. Der einfliessende Kunststoff folgt der Form des

Dichtungsrings, was ein homogenes Gefüge mit in Verlaufsrichtung des Dichtungsrings vorteilhaften mechanischen Eigenschaften zur Folge hat. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens kann somit der flüssige Kunststoff in einem einzigen

Arbeitsschritt in seine im wesentlichen endgültige Form gebracht werden.

Eine zweite besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die räumliche Lage jeder Angussstelle so gewählt wird, dass das Dichtelement frei von Anspritzpunkten ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil auch die Anspritzpunkte prinzipiell Störungen im Gefüge des Dichtelements darstellen können, die seine mechanischen, physikalischen und tribologischen Eigenschaften negativ beeinflussen können.

Je nach der Geometrie des herzustellenden Dichtelementε kann es vorteilhaft sein, den Kunststoff an genau einer Angussstelle in die Gieεsform einzubringen, weil dadurch das Spritgiessverfahren besonders einfach wird. Die räumliche Lage dieser Angussstelle wird dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass der von dem Kunststoff in der Giessform zurückzulegende Weg minimal ist, denn die Praxis zeigt, dass sich kurze Strömungs- oder Fliesswege des Kunststoffs insbesondere auf die mechanischen Eigenschaften (z. B. Festigkeit) des Dichtelements positiv auswirken.

Insbesondere für die Herstellung ringförmig ausgestalteter Dichtelemente ist es bei der zweiten Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Angussstelle derart angeordnet werden, dass eine ausgeprägte in radialer Richtung verlaufende Strömungsrichtung des Kunststoffs erzeugt wird. Speziell bevorzugt wird für die Herstellung

ringförmiger Dichtelemente, den Kunststoff an einer etwa im geometrischen Mittelpunkt des ringförmigen Dichtelements angeordneten Angusεstelle in die Giessform einzubringen. Durch diese Massnahme werden zum einen die von dem flüssigen Kunststoff zurückzulegenden Wege möglichst kurz gehalten und zum anderen ist für alle Punkte auf einer Umfangslinie der Abstand von der Angussεtelle der gleiche. Dies hat den Vorteil, dass die physikalischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften des Dichtelements in Umfangsrichtung gesehen in sehr guter Weise homogen sind.

Bevorzugt wird zur Herstellung eines im wesentlichen ringförmigen Dichtelements bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wie folgt vorgegangen: Zunächst wird im Spritzgiessverfahren ein schirmförmiger Giessling hergestellt, indem durch einen Angusskanal der flüssige Kunststoff in das Zentrum eines im wesentlichen scheibenförmigen Hohlraums einer Giessform eingebracht wird und erstarrt. Der schirmförmige Giessling wird dann entformt und ein zentraler Bereich des schirmförmigen Giesslings, der den Stiel umfasst, wird entfernt, so dass das im wesentlichen ringförmige Dichtelement entsteht.

Auf diese Weise lässt sich auf sehr einfache und kostengünstige Art ein ringförmiges Dichtelement herstellen, dessen physikalische, mechanische und tribologische Eigenschaften im Hinblick auf die Verwendung in trockenlaufenden Kolbenkompressoren sehr günstig sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und anhand von mehreren Ausführungsbeispielen für Dichtelemente im Detail beschrieben. In der nicht

massstäblichen und teilweise schematischen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein als Dichtungsring ausgestaltetes Dichtelement;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dichtungsringes;

Fig. 2a ein Querschnitt durch den Dichtungsring gemäss Fig. 2 entlang der Linie B-B;

Fig. 2b ein Querschnitt durch den Dichtungsring gemäss Fig. 2 entlang der Linie C-C;

Fig. 2c eine Seitenansicht der Stossstelle des

Dichtungsringes gemäss Fig. 2 aus Richtung E;

Fig. 2d ein vergrössert dargestellter Teilabschnitt des Dichtungsringes gemäss Fig. 2;

Fig. 3 ein in einem trockenlaufenden Kolbenkompressor eingebauter Dichtungsring;

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Durchführung des Spritzgiessverfahrens;

Fig. 5 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Spritzgiessverfahrens;

Fig. 6a ein weiteres Dichtelement;

Fig. 6b ein weiterer Dichtungsring, bestehend aus einer Mehrzahl von Dichtelementen gemäss Fig. 6a;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer Giessform für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens;

Fig. 8 eine Aufsicht auf einen Giessling, der mit der Giessform aus Fig. 7 herstellbar ist; und

Fig. 9 einen Längsschnitt durch den Giessling aus Fig. 8.

Fig. 1 zeigt eine Dichtungsanordnung für eine Kolbenstange 4 eines trockenlaufenden Kolbenkompressors. Die Anordnung besteht aus einem Dichtungsring 1 sowie einen diesen umgebenden Deckring 2. Der Dichtungsring 1 läuft aus in zwei Endteile lc,ld, wobei sich zwischen den Endteilen lc,ld eine Teilung la ergibt. Der Dichtungsring 1 istmittelseiner ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens herstellbar. Er weist einen Anspritzpunkt lu auf, welcher von der Angussstelle resultiert. Der Dichtungsring 1 ist mit einem Spritzgiessverfahren hergestellt, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Dichtungsrings 1 die Angussstelle so angeordnet ist, dass der Anspritzpunktlu symmetrisch bezüglich dem Dichtungsring 1 angeordnet ist. Das während dem Spritzvorgang über die Angussstelle in den Hohlraum des Werkzeuges bzw. der Giessform einfliessende Kunststoff breitet sich in Richtung fl,f2 fliessend im Hohlraum aus, bis der Hohlraum aufgefüllt ist und dadurch der Dichtungsring 1 erstellt ist. Der Dichtungsring 1 weist zwei Dichtflächen lh,lm auf, die eine Dichtfläche lh liegt an der sich bewegenden Kolbenstange 4 an, während die zweite Dichtfläche Im auf einem festen Teil, dem Kammerring 5 aufliegt. Beide Dichtflächen lh,lm müssen präzisen geometrischen Anforderungen wie zum Beispiel bezüglich Krümmungsradius, Ebenheit oder Oberflächenstruktur genügen. Andererseits ist es eine

bekannt Tatsache, dass ein im Spritzgiessverfahren hergestelltes Kunststoffteil einen Schwund aufweist. Diese beiden an sich widersprüchlichen Bedingungen werden im erfindungsgemässen Spritzgiessverfahren derart gelöst, dass der Schwund derart kontrolliert wird, dass die geometrischen Abmessungen der beiden Dichtflächen lh,lm während dem Herstellen und Abkühlen des Dichtungsringes asshaltig bleiben, wogegen bei den restlichen Flächen des Dichtungsringes 1 ein Schwund bewusst in Kauf genommen wird. Dieses Vorgehen ermöglicht die Herstellung eines Dichtungsringes im Spritzgiessverfahren, dessen Dichtflächen lh, Im sehr genaue geometrische Abmessungen aufweist. Eine anschliessende mechanische Nachbearbeitung des Dichtungsringes ist somit nicht erforderlich. Trotzdem kann es sich als vorteilhaft erweisen, die erzeugten Flächen in einem nachfolgenden Schleifprozess weiter zu bearbeiten, um besonders präzise ausgestaltete Oberflächen zu erlangen.

Auf dieselbe Weise ist auch ein als Kolbenring ausgestaltetes Dichtelement herstellbar. An Stelle einer masshaltigen, gegen innen orientierten Fläche, wie dies beim Dichtungsring 1 erforderlich ist, bedarf der Kolbenring statt dessen eine masshaltige, umfangsseitig gegen Aussen orientierte Fläche. Somit ist ein Kolbenring auf einfache Weise mit dem erfindungsgemässen Spritzgiessverfahren herstellbar.

Fig. 1 zeigt weiter einen Deckring 2 mit Endbereichen 2b. Dieser Deckring 2 weist einen Anspritzpunkt 2u auf, von welchem aus der Kunststoff während dem Herstellungsverfahren in Richtung fl,f2 fliessend den

Hohlraum des Werkzeuges ausfüllt. Auch beim Deckring 2 besteht die Möglichkeit zwei Flächen mit hoher geometrischen Genauigkeit herzustellen.

Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf ein weiteres Auεführungsbeispiel eines Dichtungsringes 1 mit Anspritzpunkt lu und Fliessrichtung fl,f2 des Kunststoffes. Der Dichtungsring 1 weist zwei masshaltige Dichtflächen lm,lh auf. Der Dichtungsring 1 weist eine Teilung la mit einer in Umfangsrichtung überlappenden Stoεsstelle auf, wobei der Dichtungsring 1 in zwei Endabschnitte lb,lc ausläuft, wobei am einen Endabschnitt lc das Endteil ld angeordnet ist, derart, dass eine in Umfangsrichtung überlappende Stossstelle entsteht. Der Dichtungsring 1 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordnete Stege lp auf, wobei in Fig. 2b ein Querschnitt durch einen Steg lp entlang der Linie C-C dargestellt ist. Ein Steg lp weist eine über die gesamte Höhe H des Dichtungsringes 1 verlaufende Dichtfläche lh auf. Ein Schnitt durch eine weitere Stelle entlang der Linie B-B ist in Fig. 2a dargestellt. Hier verläuft die masshaltige Dichtfläche lh nur über einen geringen Teilbereich der Höhe H, während sich die Fläche 11 im Bereich lk konisch erweitert unter einem Winkel ß. Mit dem erfindungsgemässen Spritzgiessverfahren ist auch ein Dichtungsring 1 mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung sehr schmal ausgestalteten Stegen lp herstellbar. Im Querschnitt durch den Dichtungsring 1 ist in Fig. 2b die unterschiedliche Dichte eingelagerter faserförmiger Stoffe dargestellt. Die Fasern verlaufen in Umfangsrichtung des Dichtungsringes 1 und daher senkrecht zur dargestellten Betrachtungsebene. Die Fasern wurden im dargestellten Ausführungsbeispiel derart eingelagert, dass in einem ersten Bereich lz eine Zone mit einer hohen Faserdichte ausgebildet wird wogegen in einem zweiten Bereich ly eine Zone mit einer sehr geringen Faserdichte entsteht. Somit weisen die für die Dichtfunktion wichtigen Flächen lh, Im eine geringe Faserdichte oder gar keine Fasern auf. Eine Lauffläche oder Dichtfläche mit einer geringen Dicht an Fasern, zum Beispiel an

Glasfasern, bewirkt eine weit geringere abrasive Wirkung auf ein Gegenstück als eine entsprechende Fläche mit einer hohen Dichte an Glasfasern.

Fig. 2c zeigt die Seitenansicht des Dichtungsringes 1 gemäss Fig. 2 aus Blickrichtung E mit Endabschnitten lb,lc und dem den Endabschnitt lc überlappenden Endteil ld. Eine derartig überlappende Stossstelle lässt sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren auf einfache Weise derart herstellen, dass der Hohlraum des Werkzeuges leicht wendeiförmig verlaufend ausgestaltet ist, derart, daεs das Endteil ld und der Endabschnitt lc in zwei voneinander getrennte Hohlräume auslaufen. Nach erfolgtem Spritzgiessen kann der Dichtungsring 1 durch Pressen oder durch Wärmebehandlung derart behandelt werden, dass der ursprünglich wendeiförmig verlaufende Dichtungsring 1 in einen in einer Ebene verlaufenden Dichtungsring 1 umgestaltet wird.

Fig. 2d zeigt, als Teilabschnitt des Dichtungsringes 1 gemäss Fig. 2, den Verlauf von innerhalb des Dichtungsringes 1 eingelagerten Fasern lv. Diese Fasern lv sind bezüglich der Verlaufsrichtung des Dichtungsringes 1 ausgerichtet. Daher weist der Dichtungsring 1 in Umfangsrichtung gleichbleibende physikalische, mechanische oder tribologische Eigenschaften auf. Bei durch das Spritzgussverfahren hergestellten Dichtungsringen l weisen insbesondere die Dichtflächen lh ein homogenes Gefüge auf.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Packung 6 eines trockenlaufenden Kolbenkompressors mit Kolbenstange 4, wobei die Dichtungsanordnung 12 in einer

Dichtungskammer 14 angeordnet ist und einen Dichtungsring 1, einen Deckring 2 sowie eine Schlauchfeder 3 umfasst. Die eine masshaltige Dichtfläche lh des Dichtungsringes 1

liegt auf der Kolbenstange 4 auf, wogegen die andere masshaltige Dichtfläche Im an einem Kammerring 5 aufliegt, um dadurch den Druck des Zylinderraumes 15 abzudichten. Dabei ist der Druck pl höher als der Druck p2.

Fig. 4 zeigt eine Spritzgiessvorrichtung 20 zur Durchführung des Spritzgiessverfahrens. Die Spritzgiessmaschine 25 wird über den Trichter 26 mit granulierter, kalter Formmasse beschickt. Durch die rotierende Schnecke 27, deren Zylinder von aussen beheizt ist, wird die Formmasse geschmolzen, plastifiziert und zur Schneckenspitze gefördert. Durch axiale Verschiebung der Schnecke 27 wird die Formmasse unter hohem Druck durch eine Düse und Angiesskanal in das mit Heizelementen 23 temperierte Werkzeug 21 bzw die Giessform gespritzt. Dabei fliesst der plastische Kunststoff in den Hohlraum 22 des Werkzeuges 21 bis dieser gefüllt ist, und somit das Dichtelement 1 erstellt ist. Dem Trichter 26 kann entweder ein Granulat 28 bestehend aus nur einem einzigen Kunststoffmaterial zugeführt werden, oder auch ein

Gemisch unterschiedlicher Kunststoffmaterialen wie PEEK, enthaltend zusätzlich Komponenten wie zum Beispiel PTFE, sowie Fasern wie Kohlefasern, Glasfasern oder Aramitfasern.

Fig. 5a zeigt eine weitere Spritzgiessvorrichtung 20 mit zwei unabhängigen Spritzgiessmaschinen 25, welche über eine Mischvorrichtung 29 den Kunststoff 24 dem Werkzeug 21 mit Hohlraum 22 zuführen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Inhalt 28b des Trichters 26b in Richtung ql fliessend dem Werkzeug 21 zugeführt. Die Mischvorrichtung 29 kann zu einem wählbaren Zeitpunkt umgeschaltet werden, derart, dass nun der Inhalt 28a des Richters 26a dem Werkzeug 21 zugeführt wird. Derart sind Dichtelemente 1 bestehend aus unterschiedlichen

Kunststoffen herstellbar. Es können auch dieselben Kunstεtoffe, jedoch mit unterschiedlichem Farbton verwendet werden, sodass zum Beispiel ein als Dichtungsring ausgeεtaltetes Dichtelement in Umfangsrichtung eine Farbkodierung aufweist.

Fig. 5b zeigt dieselbe Spritzgiesseinrichtung 20, wie diese bereits in Fig. 5a dargestellt wurde, wobei im Gegensatz zu Fig. 5a die beiden Spritzgiessmaschinen 25 gleichzeitig Kunststoff in Richtung ql, q2 fliessend abgeben. Beide Trichter 26a, 26b weisen unterschiedliche Kunststoffe auf. Diese Mehrko ponentenspritztechnik erlaubt ein Dichtelement 1 mit eine kompakten Aussenhaut 24b und bestehend aus dem einen Kunststoff 28b, sowie einen Kern 24a, bestehend aus dem anderen Kunststoff 28a herzustellen.

Fig. 6a zeigt ein Dichtelement 1 mit Anspritzpunkt lu und masshaltigen Flächen lh, ly, lz. Fig. 6b zeigt ein Dichtungsring bestehend aus drei in Umfangsrichtung aneinanderliegend geordneten Dichtelementen 1. Alle Dichtelemente 1 sind mittels einem Spritzgiessverfahren hergestellt und weisen einen Anspritzpunkt lu auf. Die Dichtelemente 1 werden derart hergestellt, dass sie der Kolbenstange 4 zugewandte Dichtfläche lh masshaltig ausgestaltet ist. Weiter sind die gegenseitigen Berührungsflächen ly,lz masshaltig ausgestaltet.

Eine zweite besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die räumliche Lage jeder Angussstelle beim Spritzgiessverfahren so gewählt wird, dass das Dichtelement frei von Anspritzpunkten ist. Abgesehen von diesem Unterschied zu der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, gelten die vorne stehenden

Erläuterungen bezüglich der ersten Ausführungsform bzw.

bezüglich der gemäss ihr hergestellten Dichtelemente in sinngemäss gleicher Weise auch für die zweite Ausführungsform.

Die Anspritzspunkte können auch nachteilige Störstellen im Gefüge des Dichtelements darstellen, die sich negativ auf die mechanischen, physikalischen und tribologischen Eigenschaften des Dichtelements auswirken. Es ist ein besonderer Vorteil der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, dass solche potentiellen Störstellen vermieden werden.

Im folgenden wird die zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens beispielhaft anhand der Herstellung eines geschlossenen ringförmigen Dichtelements (endloser Ring) und unter Bezugnahme auf die Figuren 7 bis 9 näher erläutert.

Fig. 7 zeigt in einer Schnittdarεtellung eine Giessform 30 mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Hohlraum 32, in dessen Zentrum der flüssige Kunststoff durch einen Angusskanal 31 einbringbar ist. Fig. 8 zeigt eine Aufsicht auf einen Giessling 40, der mit der Giessform 30 im Spritzgiessverfahren herstellbar ist, und Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch den Giessling 40 aus Fig. 8.

Die Giessform 30 kann in analoger Weise, wie dies in den Fig. 4, 5a, 5b dargestellt und den diesbezüglichen Erläuterungen vorne erklärt ist, mittels der

Spritgiessvorrichtung 20 bzw der Spritzgiessmaschine 25 mit flüssigem Kunststoff gefüllt werden. Dazu wird der Angusskanal 31 (Fig. 7) mit der Spritzgiessmaschine 25 (Fig. 4, 5a, 5b) bzw. mit der Mischvorrichtung 29 verbunden, so dass der flüsεige Kunststoff durch den

Angusskanal 31 (Fig. 7) in den Hohlraum 32 der Giessform 30 einbringbar ist. Die Angussstelle 33 liegt dort, wo

der Angusskanal 31 in den Hohlraum 32 der Giessform 30 mündet.

Die Giessform 30 hat ferner eine im wesentlichen ringförmige Rippe 34, welche den Angusskanal 31 konzentrisch umgibt und in den im wesentlichen scheibenförmigen Hohlraum 32 vorsteht. Zusätzlich können eine oder mehrere Auslassbohrungen 35 vorgesehen sein, durch welche z. B. Gasblasen beim Befüllen der Giessform 30 entweichen können.

Beim Befüllen der Giessform 30 fliesst der flüssige

Kunststoff durch den Angusskanal 31 und strömt dann von der Angussstelle 33 in radialer Richtung in den scheibenförmigen Hohlraum 32 bis dieser vollständig gefüllt ist. Nach der Erstarrung des Kunststoffs wird der Giessling 40 entformt und hat die in Fig. 8 bzw. Fig. 9 dargestellte schirmförmige Gestalt, das heisεt er hat einen Stiel 41, der durch den Angusskanal 31 geformt ist, sowie eine Scheibe 42, die durch den Hohlraum 32 geformt ist. Bedingt durch die Rippe 34 weist die Scheibe 42 des Giesslings 40 eine ringförmige Nut 44 auf, welche konzentrisch zum Stiel 41 verläuft. Um das ringförmige Dichtelement zu erzeugen, dessen geometrischer Mittelpunkt M etwa mit der Angusεεtelle 33 übereinstimmt, wird ein zentraler Bereich 43 des Giesεlings 40 entfernt. Dieser zentrale Bereich 43 umfasst den Stiel 41 des

Giesslings 40 sowie denjenigen Teil der Scheibe 42, der von der ringförmigen Nut 44 umgeben wird. Das Entfernen des zentralen Bereichs 43 kann beispielsweise durch Herausbrechen, Herausschlagen, Schneiden oder Sägen erfolgen. Der Sinn der ringförmigen Nut 44 ist es, das

Entfernen des zentralen Bereichs 43 zu erleichtern. Falls erforderlich, kann die innere Begrenzungsfläche des ringförmigen Dichtelements nach dem Entfernen des

zentralen Bereichs 43 noch nachbearbeitet, z. B. geschliffen werden.

Bei dem hier beschriebenen Beispiel der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Kunststoff an einer Angussstelle 33 in die Giessform 30 eingebracht, deren räumliche Lage so gewählt ist, dass der von dem Kunststoff in der Giessform zurückzulegende Weg minimal ist. Dies ist vorteilhaft, weil sich kurze Fliesswege des Kunststoffs positiv auf die mechanischen Eigenschaften des Dichtelements auswirken, . beispielsweise seine Festigkeit und speziell seine Biegefestigkeit erhöhen. Insbesondere wird der Kunststoff an einer etwa im geometrischen Mittelpunkt M des ringförmigen Dichtelements angeordneten Angusεεtelle 33 in die Giessform 30 eingebracht. Dadurch haben alle Punkte, die auf derselben Umfangslinie liegen, im wesentlichen den gleichen Abstand von der Angussstelle 33. Dies gilt insbesondere auch für die innere und die äussere Begrenzungsfläche des ringförmigen Dichtelements. Daraus resultiert der Vorteil, dass das Dichtelement in Umfangsrichtung gesehen sehr homogene mechanische, physikalische und tribologische Eigenschaften aufweist, weil die Ausbreitung des flüssigen Kunststoffs in der Giessform 30 im wesentlichen radialsymmetrisch erfolgt.

Auch bei der zweiten Ausführungsform fällt bei der

Herstellung des Dichtelements kaum Abfall an, weil der zentrale Bereich 43 in einfacher Weise wieder eingeschmolzen werden kann und somit für weitere Giessvorgänge zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere bei der Verwendung teurer Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise PEEK, unter wirtschaftlichen Aspekten ein bedeutender Vorteil.

Natürlich ist die zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nicht auf die hier detailliert beschriebene Herstellung von endlosen Ringen beschränkt. So lassen sich beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung des Hohlraums 32 und/oder der Rippe 34 der Giessform 30 sehr viele Bauteilgeometrien des Dichtelements realisieren. Insbesondere können alle die in den Fig. 1, 2a-d, 6a ,6b dargestellten Dichtelemente ebenfalls mittels der zweiten Ausführungsform des erfindungεgemässebn Verfahrens hergestellt werden, sind jedoch dann frei von Anspritzpunkten.

Der Dichtungsring 1 gemäss Fig. 1 kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein endloser Ring an einer Stelle aufgetrennt wird bzw. ein Segment aus einem endlosen Ring herausgetrennt wird, so dass die Teilung la entsteht. Alternativ kann auch der Hohlraum 32 der Gieεsform 30 so ausgestaltet werden, dass die Scheibe 42 des Giesslings 40 eine entsprechende Ausnehmung aufweist.

Eine überlappende Stossstelle (siehe Fig. 2c) kann beispielsweise auch in sinngemäss gleicher Weise wie vorne im Zusammenhang mit Fig. 2c erläutert erzeugt werden. Auch eine sich konisch erweiternde Fläche 11 (siehe Fig. 2a) ist durch eine dementsprechende Ausgestaltung der Wandung der Giessform 30 realisierbar. Nicht-rechteckige Querschnitte des Dichtelements (siehe Fig. 2b) können z. B. ebenfalls durch eine dementsprechende Geometrie des Hohlraums 32 der Giessform 30 erzeugt werden.

Die Herstellung segmentierter Dichtelemente (siehe Fig. 6a und 6b) kann z. B. durch Schneiden eines endlosen Rings hergestellt werden. Auch ist es möglich, jedes Segment (wie es z. B. in Fig 6a dargestellt ist) einzeln,

das heisst in einem separaten Giessvorgang, herzustellen. Dabei wird vorteilhafterweiεe die Angussstelle von ihrer räumlichen Lage so gewählt, dass sie sich etwa im Krümmungsmittelpunkt des Segments befindet.

Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäsεen Verfahrenε wird eine auεgeprägte in radialer Richtung verlaufende Strömungsrichtung des Kunststoffs in der Giessform erzeugt. Bei der Verwendung von Kunststoffen, denen faserförmige Stoffe wie Kohlefasern, Ara itfasern, Glasfasern oder Metall beigemischt sind, zeigt sich, dass sich diese faserformigen Stoffe beim Spritzgiessen mit in radialer Richtung fliesεendem Kunststoff hauptsächlich quer zur Fliessrichtung des Kunststoffs ausrichten, so dass die faserformigen Stoffe in dem ringförmigen Dichtelement im wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Dies wirkt sich insbesondere auf die Homogenität der physikalischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften in Umfangsrichtung deε Dichtelements positiv aus. Natürlich ist es auch bei der zweiten Ausführungsform möglich, dem Kunststoff die faserformigen Stoffe in unterschiedlichen Konzentrationen beizumischen, so dasε die Dichte der faserformigen Stoffe in dem Dichtelement lokal variiert. So können - in sinngemäss gleicher Weise wie bereits vorne beschrieben - Dichtelemente hergestellt werden, deren für die

Dichtfunktion wichtigen Flächen kaum oder keine Fasern enthalten, während in anderen Bereichen des Dichtelements deutlich höhere Faserdichten realisiert sind. Dies lässt sich beispielεweise für ein ringförmiges Dichtelement mit aussenliegender Dichtfläche erreichen, indem beim

Spritzgiessen die Giessform zunächst partiell mit einem Kunststoff gefüllt wird, der keine oder nur sehr wenige faserförmige Beimischungen enthält, und anschliessend ein Kunststoff mit höherer Faserdichte in die Giessform eingebracht wird.

Neben den konkret beschriebenen Ausgestaltungen von Dichtelementen bzw. Dichtungsringen sind natürlich auch alle übrigen, bekannten Ausgestaltungen von Dichtelementen bzw. Dichtungsringen mit dem erfindungsgemässen Verfahren herstellbar.