DE102016120759B3 - Method for producing a valve housing, valve housing and multi-way valve - Google Patents
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Abstract
Ein Ventilgehäuse für ein Mehrwegeventil (1) zur Verwendung in Luftfederungssystemen von Kraftfahrzeugen, das eine Druckversorgungsöffnung (P), mindestens zwei Verbraucheranschlussöffnungen (RES) und einen die Druckversorgungsöffnung mit den Verbraucheranschlussöffnungen verbindenden Verbindungskanal (3) aufweist, wird im Spritzgussverfahren zweiteilig hergestellt. Die beiden Ventilgehäuseteile (2A, 2B) werden so miteinander verbunden, dass der Verbindungskanal (3) in einer durch aneinandergrenzende Oberflächen der beiden Ventilgehäuseteile gebildeten Grenzfläche (4) verläuft.A valve housing for a multi-way valve (1) for use in automotive air suspension systems, which has a pressure supply port (P), at least two consumer ports (RES) and a connecting channel (3) connecting the pressure supply port to the consumer ports, is made in two parts by injection molding. The two valve housing parts (2A, 2B) are connected to one another in such a way that the connecting passage (3) extends in an interface (4) formed by adjoining surfaces of the two valve housing parts.
Description
Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil und insbesondere ein Ventilgehäuse für das Mehrwegeventil sowie ein Verfahren zur Herstellung des Ventilgehäuses und ein Mehrkavitäten-Spritzgusswerkzeug für die Herstellung von Ventilgehäuseteilen des Ventilgehäuses. Die Erfindung ist besonders geeignet im Zusammenhang mit Mehrwegeventilen für Luftfederungssysteme von Fahrzeugen, wie zum Beispiel PKWs. Dementsprechend ist das Ventilgehäuse vorzugsweise ein Ventilgehäuse für Druckluftventile, ist aber prinzipiell auch als Ventilgehäuse für Hydraulikventile geeignet.The invention relates to a multi-way valve and in particular a valve housing for the multi-way valve and a method for producing the valve housing and a multi-cavity injection molding tool for the production of valve housing parts of the valve housing. The invention is particularly suitable in connection with multi-way valves for air suspension systems of vehicles, such as cars. Accordingly, the valve housing is preferably a valve housing for compressed air valves, but is in principle also suitable as a valve housing for hydraulic valves.
Luftfederungssysteme von Fahrzeugen bestehen im Wesentlichen aus einer Druckversorgungseinheit, einem Ventilblock, einem optionalen Druckspeicher, pneumatischen und elektrischen Leitungen sowie den Luftfederbeinen. Die Erfindung beschäftigt sich mit der Gestaltung des Ventilblocks für solche Systeme. Dabei kann der Ventilblock als Einzelkomponente (so genannter „stand alone block”) mit entsprechenden elektrischen und pneumatischen Schnittstellen oder auch in einer integrierten Anordnung, beispielsweise angeflanscht an einen Kompressor, vorliegen. Der Ventilblock umfasst ein Ventilgehäuse, in welchem fluidführende Verbindungskanäle zum Beispiel für Druckluft oder Hydraulikfluid verlaufen. Die Verbindungskanäle innerhalb des Gehäuses verbinden die Druckversorgungseinheit mit den Verbrauchern, insbesondere also mit den Luftfederbeinen und/oder ggf. dem optionalen Druckspeicher, unter Berücksichtigung der mit dem Ventilgehäuse gekoppelten Ventile, die dazu dienen, einen freien Strömungsquerschnitt zwischen der Druckversorgung und den Verbrauchern einzustellen. Dementsprechend komplex ist der Aufbau eines solchen Ventilgehäuses, denn es benötigt mindestens eine Druckversorgungsöffnung zum Anschließen des Ventilblocks an die Druckversorgungseinheit, mindestens zwei Verbraucheranschlussöffnungen zum Anschließen des Ventilblocks an die Verbraucher, insbesondere also an die Luftfederbeine, und mindestens eine Ventilaufnahme zur Aufnahme eines oder mehrerer Ventile zum Einstellen des freien Strömungsquerschnitts zwischen der Druckversorgungsöffnung und den mindestens zwei Verbraucheranschlussöffnungen.Vehicle air suspension systems essentially consist of a pressure supply unit, a valve block, an optional pressure accumulator, pneumatic and electrical cables and air suspension struts. The invention is concerned with the design of the valve block for such systems. In this case, the valve block as a single component (so-called "stand alone block") with corresponding electrical and pneumatic interfaces or in an integrated arrangement, for example, flanged to a compressor present. The valve block comprises a valve housing in which fluid-carrying connection channels run, for example, for compressed air or hydraulic fluid. The connection channels within the housing connect the pressure supply unit with the consumers, in particular with the air spring struts and / or optionally the optional pressure accumulator, taking into account the valves coupled to the valve housing, which serve to set a free flow cross section between the pressure supply and the consumers. Accordingly complex is the structure of such a valve housing, because it requires at least one pressure supply port for connecting the valve block to the pressure supply unit, at least two consumer port openings for connecting the valve block to the consumer, ie in particular to the air spring legs, and at least one valve receptacle for receiving one or more valves for adjusting the free flow cross section between the pressure supply opening and the at least two consumer connection openings.
Die bekannten Ventilgehäuse der vorbeschriebenen Art sind üblicherweise als einteilige Spritzgussteile aus Kunststoff ausgeführt. Die Verbindungskanäle im Ventilgehäuse werden dabei durch Schieber im Spritzgusswerkzeug realisiert. Dadurch ergeben sich bei der Konstruktion des Ventilgehäuses Grenzen in Bezug auf die geometrische Formgebung der Verbindungskanäle, da die Schieber entformbar gestaltet werden müssen. Denn nach dem Einspritzen des Kunststoffs und vor dem Öffnen des Werkzeugs müssen die Schieber aus dem Spritzgusswerkzeug herausgezogen werden. Hinterschnitte sind dabei in der Regel nicht herstellbar, und eine strömungsgünstige Gestaltung der Verbindungskanäle wird dadurch deutlich beschränkt. Ferner entstehen herstellungsbedingt Öffnungen am Ventilgehäuse dort, wo die Schieber gezogen werden, die wieder verschlossen werden müssen, wenn keine andere Verwendung für diese Öffnungen gefunden werden kann. Im einfachsten Fall werden zum Beispiel Metallkugeln in diese Hilfsöffnungen eingepresst. Bei höheren Dichtigkeitsanforderungen sind Verschlüsse mit Elastomererdichtung, zum Beispiel Dichtbolzen mit einem O-Ring, erforderlich.The known valve housing of the type described above are usually designed as one-piece plastic injection molded parts. The connection channels in the valve housing are realized by slides in the injection mold. This results in the construction of the valve housing limits with respect to the geometric shape of the connecting channels, since the slide must be designed demouldable. Because after injecting the plastic and before opening the tool, the slide must be pulled out of the injection mold. Undercuts are generally not produced, and a streamlined design of the connecting channels is thereby significantly limited. Furthermore, production-related openings on the valve housing arise where the slides are pulled, which must be closed again, if no other use for these openings can be found. In the simplest case, for example, metal balls are pressed into these auxiliary openings. For higher sealing requirements, closures with elastomer seals, such as sealing bolts with an O-ring, are required.
Darüber hinaus sind aufgrund der Komplexität des Ventilgehäuses sehr komplexe Spritzgusswerkzeuge notwendig, die nur eine Kavität pro Werkzeug ermöglichen. Eine kostengünstige Herstellung in Mehrkavitäten-Spritzgusswerkzeugen, bei denen mit einem Werkzeug mehrere Teile gleichzeitig spritzgegossen werden können, ist kaum möglich.In addition, due to the complexity of the valve housing very complex injection molding tools are necessary, which allow only one cavity per tool. A cost-effective production in multi-cavity injection molding tools in which several parts can be injection-molded simultaneously with one tool is hardly possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Ventilgehäuses für ein Mehrwegeventil der vorbeschriebenen Art und ein entsprechendes Ventilgehäuse vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile vermeiden.Object of the present invention is therefore to propose a method for producing a valve housing for a multi-way valve of the type described above and a corresponding valve housing, which avoid the aforementioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventilgehäuse nicht als einteiliges sondern als mehrteiliges Gehäuse ausgebildet wird. Dazu werden zunächst ein erstes Ventilgehäuseteil und ein zweites Ventilgehäuseteil spritzgegossen. Anschließend wird eine erste Oberfläche des ersten spritzgegossenen Ventilgehäuseteils mit einer zweiten Oberfläche des zweiten Ventilgehäuseteils verbunden um, gegebenenfalls mit weiteren Ventilgehäuseteilen, das Ventilgehäuse zu bilden. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Verbindungskanal, welcher die Druckversorgungsöffnung und die mindestens zwei Verbraucheranschlussöffnungen strömungstechnisch verbindet, in der durch die erste Oberfläche des ersten Ventilgehäuseteils und die zweite Oberfläche des zweiten Ventilgehäuseteils gebildeten Grenzfläche verläuft.This object is achieved in that the valve housing is not formed as a one-piece but as a multi-part housing. For this purpose, first a first valve housing part and a second valve housing part are injection-molded. Subsequently, a first surface of the first injection-molded valve housing part is connected to a second surface of the second valve housing part in order, optionally with other valve housing parts, to form the valve housing. The essence of the invention lies in the fact that the connecting channel, which fluidly connects the pressure supply opening and the at least two consumer connection openings, extends in the boundary surface formed by the first surface of the first valve housing part and the second surface of the second valve housing part.
Die Teilung des Ventilgehäuses in zwei Ventilgehäuseteile, die später wieder zusammengefügt werden, erlaubt es, an den jeweiligen Gehäuseteilen eine strömungsoptimale Kontur im Bereich der Verbindungskanäle einzubringen, ohne dass dazu ein anderes Fertigungsverfahren in den Herstellungsprozess integriert werden müsste. Denn dadurch, dass der Verbindungkanal in der durch die Ventilgehäuseteileoberflächen gebildeten Grenzfläche verläuft, kann der Verbindungskanal schon beim Spritzgießen mit entsprechend strömungsoptimaler Kontur in die Oberflächen der Ventilgehäuseteile integriert werden. So kann der Verbindungskanal in der ersten Oberfläche oder in der zweiten Oberfläche oder teilweise, beispielsweise jeweils hälftig, in der ersten und der zweiten Oberfläche verlaufen. Der Querschnitt der Kanals ist dabei unkritisch, wenngleich vorzugsweise kreisrund oder besonders bevorzugt oval.The division of the valve housing into two valve housing parts, which are later reassembled, makes it possible to introduce a flow-optimal contour in the region of the connection channels at the respective housing parts without having to integrate another manufacturing method into the manufacturing process. Because the fact that the connection channel extends in the interface formed by the valve housing parts surfaces, the connecting channel can be integrated in the injection valve with appropriate flow-optimal contour in the surfaces of the valve housing parts. Thus, the connection channel in the first surface or in the second surface or partially, for example, in each case in half, in the first and the second surface. The cross section of the channel is not critical, although preferably circular or more preferably oval.
Vorteilhaft an dem Verlauf des Verbindungskanals in der Grenzfläche zwischen den beiden Ventilgehäuseteiloberflächen ist insbesondere, dass Umlenkungen verrundet ausgebildet werden können, dass es keine nicht durchströmten Strömungsgebiete, sogenannte Totwassergebiete, gibt, dass Abrisskanten vermieden werden können und dass insgesamt mehr Freiheiten beim Verlauf und bei der Querschnittsgestaltung der Verbindungskanäle bestehen. Darüber hinaus sind Gestaltungen möglich, bei denen keine Verschlusselemente zum Verschließen von Hilfsöffnungen mehr notwendig sind, wie beispielsweise die eingangs genannten Dichtkugeln und Dichtstopfen. Durch den Entfall der Aufnahmebereiche für diese Verschlusselemente reduziert sich des Weiteren das Gewicht und der Bauraum des Ventilgehäuses.An advantage of the course of the connecting channel in the interface between the two valve housing sub-surfaces is in particular that deflections can be rounded rounded that there are no non-flow through flow areas, so-called dead water areas, that demolition edges can be avoided and that overall more freedom in the course and in the Cross-sectional configuration of the connection channels exist. In addition, designs are possible in which no closure elements for closing auxiliary openings are more necessary, such as the sealing beads and sealing plugs mentioned above. The elimination of the receiving areas for these closure elements further reduces the weight and space of the valve housing.
Die Herstellung der einzelnen Ventilgehäuseteile ist darüber hinaus weniger komplex als die Herstellung eines einteiligen Ventilgehäuses. Insbesondere können die Schieber zur Erzeugung der Verbindungskanäle entfallen, weil die Verbindungskanäle stattdessen durch ein oder mehrere entsprechend geformte Wulste in der Spritzgusswerkzeugkavität gebildet werden, die den Querschnitt sowie den Verlauf der späteren Verbindungskanäle definieren.The manufacture of the individual valve housing parts is also less complex than the production of a one-piece valve housing. In particular, the slides can be omitted for the production of the connecting channels, because the connecting channels are instead formed by one or more correspondingly shaped beads in the Spritzgusswerkzeugkavität defining the cross section and the course of the later connecting channels.
Dadurch wird es auch möglich, ein Mehrkavitäten-Spritzgusswerkzeug zu verwenden, mit welchem die Ventilgehäuseteile und damit letztlich das gesamte Ventilgehäuse kostengünstig herstellbar sind. Je nachdem, welche Ventilgehäuseteile und wieviel Ventilgehäuseteile in dem Mehrkavitäten-Spritzgusswerkzeug hergestellt werden, umfasst vorzugsweise jedenfalls mindestens eine der mehreren Kavitäten im geschlossenen Zustand des Mehrkavitäten-Spritzgusswerkzeugs eine von einer Wandung der Kavität abstehende, in die Kavität hineinragende Wulst zur Erzeugung des späteren Verbindungskanals sowie mit der Wulst in Verbindung stehende Kerne, die die Kavität durchsetzen. Diese Kerne definieren in dem herzustellenden Ventilgehäuseteil Öffnungen, die den in dem Gehäuse verlaufende Verbindungskanal mit der Umgebung verbinden. Dabei kann es sich um Öffnungen zum Anschließen des Ventilblocks an eine Druckversorgungseinheit oder an Verbraucher, wie Luftfederbeine oder Druckspeicher, und um Anschlussöffnungen für die mit dem Ventilgehäuse zu koppelnden Ventile handeln.This also makes it possible to use a multi-cavity injection molding tool, with which the valve housing parts and thus ultimately the entire valve body can be produced inexpensively. Depending on which valve housing parts and how many valve housing parts are produced in the multi-cavity injection mold, preferably at least one of the plurality of cavities in the closed state of the multi-cavity injection molding tool protruding from a wall of the cavity, protruding into the cavity bead for the production of the subsequent connection channel and Cores associated with the bead penetrating the cavity. These cores define in the valve housing part to be produced openings that connect the running in the housing connecting channel with the environment. These may be openings for connecting the valve block to a pressure supply unit or to consumers, such as air spring legs or pressure accumulator, and to connection openings for the valves to be coupled to the valve housing.
Die Ventilaufnahme des Ventilgehäuses wird aus Kostengründen vorzugsweise ebenfalls beim Schritt des Spritzgießens erzeugt, kann aber auch ergänzend in anderer Weise, beispielsweise durch Fräsen und/oder Bohren erzeugt werden. Die Ventilaufnahme kann als Kavität im Ventilgehäuse realisiert sein, kann aber auch in anderer Weise realisiert sein, beispielsweise als Flansch, an den das Ventil angeflanscht wird. Sofern mehrere Ventile vorhanden sind, kann für jedes Ventil eine Ventilaufnahme vorhanden sein. Es kann aber auch eine Ventilaufnahme zur Aufnahme mehrerer einzelner Ventile oder einer integrierten Ventilgruppe vorgesehen sein.The valve receptacle of the valve housing is preferably also produced at the step of injection molding for cost reasons, but can also be produced in a complementary manner, for example by milling and / or drilling. The valve receptacle can be realized as a cavity in the valve housing, but can also be realized in other ways, for example as a flange to which the valve is flanged. If there are several valves, there may be one valve seat for each valve. But it can also be provided a valve receptacle for receiving a plurality of individual valves or an integrated valve group.
Da die Ventilaufnahme strömungstechnisch zwischen der Druckversorgungsöffnung und mindestens einer der mindestens zwei Verbraucheranschlussöffnungen angeordnet ist, um mittels des mit der Ventilaufnahme gekoppelten Ventils einen freien Strömungsquerschnitt zwischen der Druckversorgungsöffnung und der Verbraucheranschlussöffnung einzustellen, weist die Ventilaufnahme mindestens zwei Ventilanschlussöffnungen auf, von denen das eine direkt oder indirekt mit der Druckversorgungsöffnung und das andere direkt oder indirekt mit der Verbraucheranschlussöffnung verbunden sind.Since the valve receptacle is arranged fluidically between the pressure supply opening and at least one of the at least two consumer connection openings in order to set a free flow cross-section between the pressure supply opening and the consumer connection opening by means of the valve coupled with the valve receptacle, the valve receptacle has at least two valve connection openings, one of which directly or indirectly connected to the pressure supply port and the other directly or indirectly connected to the consumer port opening.
Während der radiale Querschnitt des an der Grenzfläche verlaufenden Verbindungskanals regelmäßig kreisrund ausgebildet sein wird, und sich in diesem Falle sowohl in die erste Oberfläche als auch in die zweite Oberfläche der beiden Ventilgehäuseteile erstreckt, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass sich der radiale Querschnitt des an der Grenzfläche verlaufenden Verbindungskanals zumindest in einer der ersten und zweiten Oberflächen in Tiefenrichtung werter erstreckt als in Breitenrichtung. So kann der Querschnitt des Verbindungskanals oval sein und sich dementsprechend wiederum in beide Oberflächen erstrecken oder er kann rechteckig, dreieckig oder in anderer Weise polygon sein und in diesem Falle gegebenenfalls auch nur in einer Oberfläche liegen. Der Vorteil eines sich in Tiefenrichtung weiter erstreckenden Verbindungskanalquerschnitts als in Breitenrichtung liegt darin, dass der Strömungsquerschnitt auf diese Weise erhöht werden kann, ohne die in Folge des in dem Verbindungskanal herrschenden Druckes auf die Verbindungsstelle der beiden Ventilgehäuseteile wirkende Kraft zu erhöhen.While the radial cross-section of the interface at the interface connecting channel will be regularly circular, and in this case extends both in the first surface and in the second surface of the two valve housing parts, a preferred embodiment of the invention provides that the radial cross section of the interface passage extending at least in one of the first and second surfaces in the depth direction werter extends than in the width direction. Thus, the cross-section of the connecting channel may be oval and accordingly extend in both surfaces again or it may be rectangular, triangular or otherwise polygonal and in this case, if appropriate, lie only in one surface. The advantage of a connection channel cross-section extending further in the depth direction than in the width direction is that the flow cross-section can be increased in this way without increasing the force acting on the connection point of the two valve housing parts as a result of the pressure prevailing in the connection channel.
Die Verbindung der beiden spritzgegossenen Ventilgehäuseteile erfolgt vorteilhaft im Schweißverfahren, besonders bevorzugt im Heißgasschweißverfahren.The connection of the two injection-molded valve housing parts is advantageously carried out in the welding process, particularly preferably in the hot gas welding process.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show:
Beide Ventilgehäuse
Ein Teil des Querschnitts der Verbindungskanäle
Dies ist besonders anschaulich anhand des in
Andere Verschaltungen sind selbstverständlich möglich. Je nach Anwendungsfall können z. B. mehr oder weniger Ventile
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Owner name: RAPA AUTOMOTIVE GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: RAUSCH & PAUSCH GMBH, 95100 SELB, DE |
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Representative=s name: KLUNKER IP PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE |