DE102004024033A1

DE102004024033A1 - Verfahren zum Justieren der Vorspannung einer Druckwendelfeder

Info

Publication number: DE102004024033A1
Application number: DE200410024033
Authority: DE
Inventors: Heinrich Reutter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-12-01

Abstract

Bei einem Verfahren zum justierenden Erhöhen der Vorspannung einer zwischen einem ortsfesten und einem beweglichen Bauteil unter Vorspannung eingebauten Druckwendelfeder, wobei zumindest eines der Bauteile, an denen sich die Druckwendelfeder abstützt, aus einem Kunststoff ist, wird an mindestens zwei Stellen einer dem Anlagebereich der Druckwendelfeder entsprechenden inneren Ringfläche des betreffenden Kunststoffbauteils jeweils aus dieser axial vorstehend eine Justiernoppe mittels eines von der Außenseite des Kunststoffbauteils angesetzten und mit axialem Vorschub versehenen Ultraschall-Werkzeug (Sonotrode) ausgeformt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum justierenden Erhöhen der Vorspannung einer Druckwendelfeder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine entsprechende Druckwendelfedereinheit und ein damit ausgestattetes Ventil.
Bei beispielsweise Ventilen, bei denen das als Ventilteller ausgebildete bewegliche Bauteil entgegen der Vorspannung der Druckwendelfeder bei einem bestimmten zu hohen Druck von seinem Dichtsitz abheben soll, ist es ein Problem, die Druckwendelfeder in vorgegebenen engen Toleranzbereichen in gewünschter Weise vorzuspannen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, bei solchen Druckwendelfedern, die eine zu geringe Vorspannung in eingebautem Zustand aufweisen, es in einfacher Weise zu ermöglichen, eine justierende Erhöhung der Vorspannung zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Mit Hilfe dieser Maßnahmen ist es in einfacher und gezielter Weise möglich, bei einer bereits montierten Druckwendelfeder die Vorspannung, die sich bei der Überprüfung als zu gering herausstellt, durch ein gezieltes Abheben der Druckwendelfeder von ihrer Anlagefläche zu erreichen, und zwar dadurch, dass mit Hilfe eines Ultraschallwerkzeugs (Sonotrode) Material aus der Feder-Anlagefläche des Kunststoffbauteils in axialer Richtung ausgeformt wird. Dadurch wird das betreffende Ende der Druckwendelfeder axial derart versetzt, dass die Vorspannung der Feder erhöht wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung hierzu ergibt sich aus den Merkmalen nach Anspruch 2.

Je nach der Wanddicke des Kunststoffbauteils zwischen dessen innerem Durckwendelfeder-Anlagebereich und dessen Rückseite, der die Sonotrode zugewandt ist, kann es notwendig sein, die Merkmale nach Anspruch 3 vorzusehen, um eine rasche und gezielte Ausformung der Justiernoppen auch bei zu großere Wandstärke zur erreichen. Dabei ist es zweckmäßig, die Merkmale nach Anspruch 4 zu verwenden.

Insbesondere dann, wenn die zu erzielende Vorspannung der Druckwendelfeder im Verhältnis zu den Ausformungskräften für die Justiernoppen zu hoch ist, ist es vorteilhaft, die Merkmale nach Anspruch 5 vorzusehen. In diesem Falle wird die Druckwendelfeder kurzzeitig mechanisch von ihrer Anlagefläche abgehoben, bevor die Justiernoppen ausgeformt werden. Erst nach dem Ausformen der Justiernoppen wird die Druckwendelfeder zum Anlegen an die ausgeformten Justiernoppen freigegeben.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Merkmale nach Anspruch 6 vorgesehen sind, was bedeutet, dass die beiden Vorgänge, nämlich das Abheben der Druckwendelfeder und das Ausformen der Justiernoppen mit einem Werkzeug und in einem Arbeitsgang erfolgen kann.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einheit aus einem ortsfesten und einem beweglichen Bauteil, zwischen denen eine Druckwendelfeder unter Vorspannung eingebaut gehalten ist, welche Einheit nach den Merkmalen des Anspruchs 7 derart ausgestaltet ist, dass in gezielter Weise eine Erhöhung der Vorspannung der Druckwendelfeder erreicht ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der genannten Einheit ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 8 bis 11.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein mit einer derartigen Einheit ausgestattetes Ventil, insbesondere Druckventil.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Ventileinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung und
2 eine der 1 entsprechende Darstellung, jedoch in einem um 45° gedrehten Schnitt gemäß einer Variante.
1 zeigt eine um eine Achse 11 rotationssymmetrische Ventileinheit 10, die an einem Korb 12 ein ortsfestes Bauteil 13 und ein gegenüber diesem axial bewegliches Bauteil 14 besitzt. Zwischen den beiden Bauteilen 13 und 14 ist eine Druckwendelfeder 15 vorgespannt eingebaut. Das ortsfeste Bauteil 13 ist an einem oberen Bereich mit dem Korb 12 fest verbunden, während das axial bewegliche Bauteil 14, das als Ventilteller ausgebildet ist, mit seiner unteren Ringdichtung 16 an einer Ringdichtfläche 17, die radial nach Innen vom unteren Bereich des Korbes 12 einstückig vorsteht, unter der Wirkung der vorgespannten Druckwendelfeder 15 anliegt.
Die Druckwendelfeder 15 liegt an einem oberen Anlagebereich 21 an der Innenseite der Decke 18 des etwa trapezförmigen ortsfesten Bauteils 13 und an einem unteren Anlagebereich 22 an der gegenüberliegenden Innenseite des beweglichen Bauteils 14 derart an, dass sie eine bestimmte axiale Vorspannung besitzt. Radial geführt ist die Druckwendelfeder 15 obenseitig an einem von der Innenseite des ortsfesten Bauteils 13 axial abstehenden Zylinderansatz 23 und untenseitig an einer axial vorstehenden Ringmanschette 24 des beweglichen Bauteils 14.
Bei sog. Sicherheitsventilen, bei denen das axial bewegliche Bauteil 14 bzw. Ventilteller bei einem bestimmten Druck von seiner Ringdichtfläche 17 abheben soll, ist es wichtig, die Vorspannung der Druckwendelfeder 15 entsprechend zu wählen bzw. genau einzustellen. Dies wird nach der Fertigung der Ventileinheit 10 in Abnahmetests untersucht und dabei die Toleranz festgestellt.
Bei zu geringer Vorspannung der eingebauten Druckwendelfeder 15 muss an der montierten Einheit 10 eine Justierung zur Erhöhung der Vorspannung der Druckwendelfeder 15 in gezielter Weise vorgenommen. Hierzu wird an mehreren gleichmäßig verteilt angeordneten Umfangsstellen einer virtuellen Ringfläche 26 an der Außenseite 27 des ortsfesten Bauteils 13 eine axiale Sacklochbohrung 28 vorgesehen. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel sind es vier, tatsächlich jedoch beispielsweise acht Sacklochbohrungen 28, wobei es sich versteht, dass auch eine andere Anzahl, jedoch mindestens zwei gewählt werden können. Die Ringfläche 26 an der Außenseite 27, von der die Sacklochbohrung 28 ausgehen, befindet sich der Anlageringfläche des oberen Anlagebereichs 21, an der die Druckwendelfeder 15 innenseitig am ortsfesten Bauteil 13 anliegt, axial gegenüberliegend. Die Tiefe der identischen Sacklochbohrungen 28 in der Decke 18 des ortsfesten Bauteils 13 hängt von der Dicke dieser Decke 18 ab.
In diese Sacklochbohrungen 28 werden Nadeln 31 eines Ultraschallwerkzeugs bzw. Sonotrode 30 eingeführt, deren Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser der Sacklochbohrungen 28. Diese Sonotroden-Nadeln 31 bewirken bei weiterem axialem Vorschub über den Grund der Sacklochbohrungen 28 hinaus, dass sich Material an der inneren oberen Anlagefläche 21 in Form sog. Justiernoppen 32 axial vorstehend ansammelt bzw. ausformt. Diese Justiernoppen 32 sind dadurch gebildet, dass sich das von den Sonotroden-Nadeln 31 erweichte Kunststoffmaterial axial nach vorne und über die Ringanlagefläche 21 schiebt. Das axiale Maß der ausgeformten Justiernoppen 32 ist gezielt einstellbar. Beim in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Justiernoppen 32 etwa kegelig mit gerunderter Kuppe ausgebildet. Diese Kuppe kann entweder unmittelbar über der Mitte der Dicke der Federwendel stehen oder, wie 1 zeigt, etwas nach radial außen versetzt sein. Auf jeden Fall bewirken die Justiernoppen 32, dass die Druckwendelfeder 15 von ihrer ursprünglichen Ringanlagefläche 21 abhebt bzw. zurückgedrängt wird und damit eine Erhöhung der Vorspannung der Druckwendelfeder 15 erreicht wird.
Die einzelnen Justiernoppen 32 sind vorzugsweise gleichmäßig über die Ringanlagefläche 21 verteilt angeordnet, wobei die Anordnung bevorzugt derart ist, dass keine der Justiernoppen 32 sich am Übergang der ersten zur zweiten Federwendel befindet. Wie dargestellt, ist die Druckwendelfeder 15 jeweils an ihrer ersten bzw. letzten Federwendel zu einer ebenen Anlagefläche geschliffen.
Es versteht sich, dass bei einer relativ geringen Dicke der Decke 18 des ortsfesten Bauteils 13 die Sacklochbohrungen 28 entfallen können, so dass ein Ausformen der Justiernoppen 32 auch dann erfolgen kann, wenn die Sonotroden-Nadel 31 bereits von der Außenseite des ortsfesten Bauteils 13 aus wirken können.
Ist die voreingestellte und möglicherweise noch zu erhöhende Vorspannung der Druckwendelfeder 15 von vornherein relativ hoch, ist es zweckmäßig gemäß der Variante nach 2 zwischen den Ansatzstellen der Sonotroden-Nadeln 31 bzw. den Sacklochbohrungen 28 mindestens zwei diametral gegenüberliegende Durchgangsbohrungen 35 durch die Decke 18 des ortsfesten Bauteils 13 vorzusehen. Diese Durchgangsbohrungen 35 dienen zum Einführen von Stiften 36, die ein Abheben der Druckwendelfeder 15 von ihrer inneren Ringanlagefläche 21 bewirken. Diese Stifte 36 eilen den Sonotroden-Nadeln 31 voraus, was bedeutet, dass die Justiernoppen 32 mit Hilfe der Sonotroden-Nadeln 31 erst dann axial vorstehend ausgeformt werden, wenn die Stifte 36 die Druckwendelfeder 15 vorab von ihrer Ringanlagefläche 21 an der Innenseite der Bauteildecke 18 um mindestens das Maß der auszuformenden Justiernoppen 32 abgehoben haben. Mit anderen Worten, das Ausformen der Justiernoppen 32 erfolgt ohne anstehenden Gegendruck durch die vorgespannte Druckwendelfeder 15. Sind die Justiernoppen 32 axial vorstehend ausgeformt, bewegen sich mit den Sonotroden-Nadel 31 auch die Stifte 36 wieder zurück, so dass sich die Druckwendelfeder 15 an die axial vorstehenden Justiernoppen 32 anlegen kann und dadurch eine erhöhte Vorspannung besitzt. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei solcher Stifte 36 zum vorübergehenden mechanischen Abheben bzw. Zusammendrücken der Druckwendelfeder 15 vorgesehen sein können.
Zweckmäßigerweise ist das ortsfeste Bauteil 13 schon bei dessen Herstellen, d.h. vor der Montage der Ventileinheit 10, mit den Sacklochbohrungen 28 und/oder mit den Durchgangsbohrungen 35 versehen, um notwendigenfalls eine schnelle und einfache Justierung zur Erhöhung der Vorspannung der Druckwendelfeder 15 zu erreichen.

Claims

Verfahren zum justierenden Erhöhen der Vorspannung einer zwischen einem ortsfesten und einem beweglichen Bauteil unter Vorspannung eingebauten Druckwendelfeder, wobei zumindest eines der Bauteile, an denen sich die Druckwendelfeder abstützt, aus einem Kunststoff ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei Stellen einer dem Anlagebereich der Druckwendelfeder entsprechenden inneren Ringfläche des betreffenden Kunststoffbauteils jeweils aus dieser axial vorstehend eine Justiernoppe mittels eines von der Außenseite des Kunststoffbauteils angesetzten und mit axialem Vorschub versehenen Ultraschall-Werkzeugs (Sonotrode) ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass die Justiernoppe mittels paralleler Nadeln der Sonotrode ausgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil von seiner Rückseite her vor Ausformung der Justiernoppen mit axialen Sacklochbohrungen versehen wird.
Verfahren nach den Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden-Nadeln in die Sacklochbohrungen eingeführt und zur Ausformung der Justiernoppen axial weitergeführt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausformen der Justiernoppen mit der Sonotrode vorauseilend die Druckwendelfeder von ihrem inneren Anlagebereich am betreffenden Kunststoffbauteil mechanisch abgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Sonotroden-Nadeln mindestens zwei Vorspannstifte axial vorauseilend durch vorgegebene Durchgangsbohrungen im Kunststoffbauteil gebracht werden.
Einheit (10) bestehend aus einem ortsfesten Bauteil (13) und einem beweglichen Bauteil (14) sowie einer zwischen den beiden Bauteilen (13, 14) unter Vorspannung eingebaut gehaltenen Druckwendelfeder (15), wobei mindestens eines der Bauteile (13, 14) aus einem Kunststoff ist, gekennzeichnet durch an mindestens zwei Stellen einer dem Anlagebereich der Druckwendelfeder (15) entsprechenden inneren Ringfläche (26) des betreffenden Kunststoffbauteils (13) und jeweils von bzw. aus dieser axial vorstehend mittels eines Ultraschallwerkzeugs ausgeformten Justiernoppen (32).
Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang acht gleichmäßig verteilt angeordnete Justiernoppen (32) vorgesehen sind.
Einheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit den Justiernoppen (32) vorgesehene Bauteil (13) mit Sacklochbohrungen (28) versehen ist, in deren axialer Verlängerung die Justiernoppen (32) vorgesehen sind.
Einheit nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiernoppen (32) außermittig auf die Druckwendelfeder (15) treffen.
Einheit nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Justiernoppen (32) mindestens zwei diametral gegenüberliegende und die innere Ringfläche (26) durchdringende Durchgangsbohrungen (35) vorgesehen sind.
Ventil mit einer Einheit nach Anspruch 7 und/oder ggf. nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11.