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Die Erfindung betrifft ein in einem formbildenden Arbeitsritt gespritztes Ventilgehäuse mit Dichtring entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
EP 0 217 013 B1 ist ein blockierbares Kolben-Zylinderaggregat bekannt, das an einem Ende ein Ventilgehäuse aufweist, das von einem Kunststoffträger gebildet wird. Der Kunststoffträger weist eine zum Arbeitsraum angeordnete Ringdichtung auf, die in einer Nut des Kunststoffträgers gekammert ist. Der Kunststoffträger verfügt über einen stirnseitigen Deckel, wobei ein umlaufender Deckelrand mit seiner axialen Stirnfläche eine Nutseitenwand bereitstellt, an der sich die Ringdichtung zum Arbeitsraum abstützen kann.
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Die
DE 197 14 647 A1 , die
DE 297 20 483 U1 und die
EP 0 383 303 B1 beschreiben einen Kunststoffträger für ein funktionsgleiches Kolben-Zylinderaggregat, bei dem die besagte Ringdichtung formschlüssig auf den Kunststoffträger aufgespritzt ist. In allen Fällen wurde Vorsoge getroffen, daß die Ringdichtung nicht vom Kunststoffträger rutschen kann. In einem unbelasteten Betriebszustand ist der Momentandruck an der Ringdichtung im Bereich der Dichtfläche des Kunststoffträgers größer, als an der gegenüberliegenden Seite. Dieser Effekt ist in den Flächen- und Druckverhältnissen des Kolben-Zylinderaggregats begründet. Des Weiteren wird beim Befüllen des Kolben-Zylinderaggregates ebenfalls schlagartig ein Druck auf die Ringdichtung aufgebracht, der ein Abgleiten der Ringdichtung bewirken könnte. Das Verrutschen oder Abgleiten der Ringdichtung vom Kunststoffträger tritt jedoch nur dann verstärkt auf, wenn ungünstige klimatischen Bedingungen, beispielsweise beim Transport von Kolben-Zylinderaggregat in einem Container bei entsprechenden Außentemperaturen die Vorspannung der Ringdichtung abnimmt.
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Eine Deckelsicherung, wie in der
EP 217 013 B1 ist hinsichtlich der Montage eher ungünstig, da ein weiteres Bauteil eingesetzt werden muß. Des Weiteren ist dafür zu sorgen, daß auch der Deckel unter allen Betriebsbedingungen seine vorbestimmte Lage beibehält.
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Zum Stand der Technik sei schließlich noch auf die Druckschriften
DE 2419 991 A1 ,
US 5,804,123 A und
AT 178 935 B verwiesen. Dabei offenbaren diese Patendokumente Herstellungsprozesse von Montageteilen, die anders als in der vorliegenden Erfindung, in einem Arbeitsgang erfolgen.
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Bei innerhalb einer Ringnut angespritzten Dichtungen ist auf eine Materialverträglichkeit zwischen dem Dichtungswerkstoff und dem Werkstoff des Kunststoffträgers zu achten. Kunststoffe haben teilweise die Eigenschaft, daß sie sich aufgrund einer sehr dichten Oberfläche nur sehr schwer mit sortenfremden Kunststoffen verbinden.
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Man kann bei der Herstellung von Kunststoffträgern auch geteilte Formen im Bereich der Nut für die Ringdichtung einsetzen. Geteilte Formen bringen selbst bei größter Sorgfalt häufiger Spritzgrate mit sich, die die Oberflächengüte der abzudichtenden Fläche nachteilig beeinflußt.
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Es hat auch schon Überlegungen gegeben, ob es nicht andere Möglichkeiten gibt, auf eine zum Arbeitsraum gerichtete axiale Sicherung des Dichtrings zu verzichten. Man hat herausgefunden, daß es Dichtungswerkstoffe gibt, die sehr temperaturbeständig, aber auch im gleichen Maße druckbeständig sind und damit als Lösung nur bei entsprechend sensiblen Anwendungen verwendbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen auch unter erhöhter Wärmebelastung als Ventilgehäuse verwendbaren funktionstüchtigen Kunststoffträger mit einer Ringdichtung zu realisieren, wobei ein geringer Fertigungsaufwand in Verbindung mit einer großen Funktionssicherheit angestrebt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einer ersten Variante dadurch gelöst, daß das Ventilgehäuse einen Formschlußbereich aufweist, der in einem formbildenden Arbeitsschritt die Nutenseitenwand der Ringnut, die der als Dichtfläche wirksamen Nutseitenwand gegenüber angeordnet ist, fixiert, wobei die Dichtfläche durch eine axiale Stellbewegung eines Formwerkzeugs entformbar ist.
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Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, daß man sehr einfache Formwerkzeuge für die Herstellung des Ventilgehäuses verwenden kann und trotzdem eine gratfreie Dichtfläche erhält, da die Dichtfläche keine Naht aufgrund einer Trennfuge eines Formwerks aufweist.
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So kann vorgesehen sein, daß der Formschlußbereich von einem bezogen auf die Nutgrundfläche zumindest abschnittsweise umlaufenden Steg gebildet wird. Ein Steg bietet sich immer dann an, wenn mit einer höheren axialen Belastung auf die noch anzuspritzende Nutseitenwand zu rechnen ist. Der Steg stellt eine Durchmesservergrößerung dar und bietet deshalb eine große Kontaktfläche.
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Alternativ kann der Formschlußbereich von einer bezogen auf die Nutgrundfläche zumindest abschnittsweise umlaufende Nut gebildet werden. Wenn der Formschlußbereich in der unmittelbaren Nähe eines Absatzes im Ventilgehäuse ausgeführt wird, kann der die Nut begrenzende umlaufende Ring elastisch deformiert werden, was den Entformungsvorgang für das Formwerkzeug deutlich erleichtert.
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Im Hinblick auf eine gute Verbindung zwischen dem Kunststoffträger und dem nachträglich angespritzten Teil, der die Nutseitenwand bildet, ist das Maß des Kunststoffträgers zwischen der als Dichtfläche ausgeführten Nutenseitenfläche und einem dieser Nutseitenwand zugewandte Rand des Formschlußbereichs größer als die Nutgrundfläche.
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Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Formschlußbereich eine größere radiale Ausdehnung aufweist als eine maximal mögliche elastische Ausdehnung der Nutseitenwand. Es gibt Kunststoffe, die eine sehr dichte Oberfläche aufweisen, die nur eine bedingte Haftung zu einem aufgespritzten Teil besitzt. Mit dem beschriebenen Ausdehnungsverhältnis zwischen dem Formschlußbereich und der elastischen Ausdehnung ist sichergestellt, daß der Formschlußbereich stets im Eingriff bleibt.
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Bei einer Alternativlösung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die der als Dichtfläche ausgeführte Nutenseitenfläche gegenüberliegenden Nutseitenwand der Ringnut elastisch ausgeführt ist, so daß ein die Ringnut bildendes Formwerkzeug durch elastische Deformation der Nutseitenwand axial aus der Ringnut gezogen werden kann.
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Damit bei Werkstoffen, die stoffspezifisch eine geringere Eigenelastizität aufweisen, ein beschädigungsfreies Entformen möglich ist, weist die elastische Nutseitenwand mindestens einen Freiraum auf, der den beim Entfernen des Formwerkzeugs verdrängten Werkstoff der Nutseitenwand aufnimmt.
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Um eine möglichst einfache Kontur für den Freiraum zu erhalten, wird der mindestens eine Freiraum von einem axial verlaufenden Schlitz in der elastischen Nutseitenwand gebildet.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Übergang zwischen der Nutgrundfläche und der elastischen Nutseitenwand ausgerundet ist. Die Kräfte zum Entformen sind geringer und der zu verdrängende Werkstoff kann leichter in die Freiräume verformt werden.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 Anwendung eines Ventilgehäuses innerhalb eines Kolben-Zylinderaggregates
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2a u 2b Herstellvorgang des Ventilgehäuses einer ersten Lösung
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2c Detaildarstellung des Ventilgehäuses
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3a u. 3b Ventilgehäuse nach einer zweiten Lösung
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Die 1 zeigt einen Kunststoffträger 1 in der Anwendung eines Ventilgehäuses innerhalb eines blockierbaren Kolben-Zylinderaggregates 3. Innerhalb eines mit Druckmedium gefüllten Druckrohres 5 ist eine Kolbenstange 7 axial beweglich angeordnet. Die Kolbenstange 7 trägt einen Kolben 9, der das Druckrohr 5 in einen ersten und einen zweiten Arbeitsraum 11; 13 unterteilt. Konzentrisch zum Druckrohr ist ein Behälterrohr 15 angeordnet. Beide Arbeitsräume verfügen über Strömungsverbindungen 17; 19 zu einer Fluidenverbindung 21 zwischen dem Behälterrohr und dem Druckrohr. Die Strömungsverbindung 21 wird von einem Ventilstößel 23 innerhalb des Ventilgehäuses willkürlich gesteuert, wodurch die Kolbenstange in einer gewünschten Stellung blockiert werden kann.
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Der Arbeitsraum 13 wird von einem Dichtring 25 gegenüber dem Druckraum 11 abgedichtet. Der Dichtring ist einer Ringnut 27 des gespritzten Kunststoffträgers gekammert und dichtet gegen die Innenwand des Druckrohres ab.
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In der 2a ist ein geteiltes Formwerkzeug 29 dargestellt, das aus einer ersten Hälfte 29a und einer zweiten Hälfte 29b besteht. Die Teilungsnaht 31 des Formwerkzeugs 29 ist derart gewählt, daß in der Formwerkzeughälfte 29a keine Hinterschneidungen auftreten, da Hinterschneidungen eine axiale Öffnungsbewegung eines Formwerkzeuges ganz allgemein behindern. Auf die Darstellung der Einspritz- und Entlüftungskanäle wurde verzichtet.
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In dem Formwerkzeug 29 ist im Vergleich zur 1 detaillierter Kunststoffträger 1, der als Ventilgehäuse verwendet wird, eingezeichnet. In einem zylindrischen Abschnitt 33 des Kunststoffträgers 1, der in dem Druckrohr 5, s. 1 eingepreßt ist, ist die halboffene Ringnut 27 ausgeführt. Die Ringnut 27 besteht aus einer Nutgrundfläche 35 und einer als Dichtfläche 37 ausgeführten Nutseitenwand. Im Vergleich zur fertigen Nutgrundfläche ist die Nutgrundfläche in der 2a mit einem Maß A ausgeführt, das größer ist als die fertige Nutgrundfläche entsprechend der 2b. Zur linken Stirnfläche 39 des Kunststoffträgers 1 schließt sich ein Formschlußbereich 41 an. In der oberen Schnitthälfte der 2a ist der Formschlußbereich in der Form eines umlaufenden Steges 43 und in der unteren Schnitthälfte als umlaufende Nut 45 ausgeführt. Bezogen auf die Nutgrundfläche 35 ist der radiale Versatz des Formschlußbereichs auf ein Maß beschränkt, daß die Formwerkzeughälfte 29b durch eine axiale Bewegung von der Formwerkzeughälfte 29a bzw. dem Kunststoffträger abgezogen werden kann, wobei der Formschlußbereich unabhängig von seiner räumlichen Ausgestaltung elastisch deformierbar ist. Die Strömungsverbindung 19, s. 1, im Kunststoffträger wird durch ein stiftförmiges Einlegeform 29c erreicht.
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Bei einem Formschlußbereich, der als Nut 45 ausgeführt ist, besteht die Möglichkeit, daß sich die Formwerkzeughälfte 29b auf den Bereich zwischen der Dichtfläche 37 und dem Rand zum Formschlußbereich 45 erstreckt. Der Abschnitt des Formschlußbereichs wird von einem geteilten Formwerkzeug 29d gebildet, das radial vom Kunststoffträger entformt wird. Durch diese Ausgestaltung der Formwerkzeugteile kann auf eine Zwangsentformung verzichtet werden.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird, wie in der 2b dargestellt, ein neues Formwerkzeug 47 eingesetzt, das ebenfalls aus zwei Formwerkzeughälften 47a; 47b, die über eine Teilungsnaht 49 verbunden und radial beweglich sind. Das Formwerkzeug 29a wird nicht ausgetauscht. Ein umlaufender Ringabschnitt 51; 53 beider Formwerkzeughälften greift in die von der Nutgrundfläche 35 und der Dichtfläche 37 teilweise begrenzte Ringnut ein. Über einen nur prinzipiell dargestellten Spritzanschluß 55 wird formbildend die noch fehlende Nutseitenwand 57 hergestellt. Trotz der Teilungsnaht 49 bildet sich im Bereich der Dichtfläche kein Spritzgrat aus. Die Nutgrundfläche 35 trennt die Dichtfläche praktisch ab. Sollte sich auf der Nutgrundfläche 35 trotz sorgfältiger Abdeckung ein Grat bilden, so ist dieser für die Funktion des Dichtringes 25, s. 1, nicht schädlich.
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Am Ende der Herstellung kann der Kunststoffträger nach Entfernen der Formwerkzeughälfte 29a samt Einlegeform 29c und dem radialen Öffnen der Formwerkzeughälften 47a; 47b, als Fertigteil ohne Nachbearbeitung eingesetzt werden.
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Die 2c zeigt einen Ausschnitt aus der 1, um einen Zusammenhang zwischen der radialen Ausgestaltung des Formschlußbereichs 41 und einem gewünschten Spalt 57a zwischen der Nutseitenwandung 57 und der Innenwandung des Druckrohres 5 zu verdeutlichen. Einige Kunststoffmaterialien bilden eine sehr dichte Oberfläche, die nur schwerlich einer zusätzlich aufgespritzten Wandung genügend Haftung bietet. Bei der Benutzung des Kolben-Zylinderaggregates nach der 1 kann aufgrund einer thermischen Belastung nicht ausgeschlossen sein, daß sich die aufgespritzte Wandung 57 radial ausdehnt. Damit trotzdem ein ausreichender Formschluß zwischen der Nuseitenwandung 57 und dem restlichen Kunststoffträger erhalten bleibt, ist die radiale Ausdehnung des Formschlußbereichs, d. h. die Nuttiefe oder die radiale Erhebung H größer als eine maximale Ausdehnung E, die von der Innenwandung des Druckrohres 5 begrenzt wird.
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Die 3a zeigt ein Ventilgehäuse 1 als Fertigteil innerhalb eines Formwerkzeugs 29 nach dem Prinzip der 2a. Es besteht ebenfalls aus zwei Formwerkzeughälften 29a; 29b und einer Einlegeform 29c. Der wesentliche Unterschied zur Ausführung nach den 2a; 2b liegt darin, daß die Nutseitenwand 57 in einem Verfahrensschritt mit den restlichen Bestandteilen des Ventilgehäuses hergestellt wird. Die Nutseitenwand 57 ist elastisch deformierbar, so daß dies Formwerkzeughälfte 29b trotz des umlaufenden Rings 51, der die Ringnut 27 für den Dichtring 25 bestimmt, von dem Kunststoffträger axial abgezogen werden kann.
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Damit die axiale Entformung erleichtert wird, weist die elastische Nutseitenwand 57 Freiräume auf, die von axial verlaufenden Schlitzen 59 gebildet werden, die die Nutseitenwand 57 in umlaufende Stegabschnitte unterteilt. Die Schlitze münden in Taschen 63, die auch zu einer umlaufenden Tasche zusammengefaßt sein können, wie die 3b zeigt. Die umlaufenden Stege sind bis zum Nutgrund 35 oder bis in die Nähe des Nutgrunds voneinander getrennt. Der beim Entformen zwangsläufig zu verdrängende Werkstoff der umlaufendenden Stege kann in die Tasche 63 ausweichen. Dieses elastische Ausweichen wird durch einen ausgerundeten Übergang 61 zwischen der Nutgrundfläche 35 und der elastischen Nutseitenwand 57 verbessert.
