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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein
pneumatisches Schieberventil durch Spritzgießen in einer
mit mindestens einem Werkzeugkern zur Bildung einer Schieberbohrung
ausgestatteten Gießform.
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Stand der Technik
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Das
Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich insbesondere
auf die Herstellung von Mehrwegeventilgehäusen nach Schieberventilbauart.
Im Unterschied zur Sitzventilbauart wird bei der Schieberventilbauart
ein langgestrecktes Gehäuse verwendet, dass mit einer Schieberbohrung
versehen ist, in welcher ein Ventilschieber axial bewegbar geführt
ist. Entlang der Schieberbohrung und/oder seitens des Ventilschiebers
sind Abschnitte größeren und kleineren Durchmessers
ausgebildet, welche ventilinterne Kammern bilden, über
welche je nach Stellung des Ventilschiebers der Druckmittelfluss
geleitet wird. Die einzelnen Kammern stehen über im Wesentlichen
orthogonal zur Schieberbohrung ausgerichtete Anschlusskanäle
mit den äußeren Anschlüssen des Ventilgehäuses
in Verbindung. Bei der hier interessierenden Art von Schieberventilen
sind die zwischen Ventilschieber und Ventilgehäuse erforderlichen
dynamischen Dichtringe am Ventilschieber angebracht und gleiten
dynamisch dichtend über Laufflächen und Steuerkanten
seitens des Ventilgehäuses. Das Ventilgehäuse
eines pneumatischen Schieberventils besteht gewöhnlich
aus einem Kunststoff und wird durch Spritzgießen hergestellt.
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Aus
dem allgemeinen Stand der Technik gehen derartige Kunststoffgehäuse
hervor, welche mittels einer Gießform spritztechnisch hergestellt
werden. Diese Herstellungsform erfordert eine spanende Nachbearbeitung
der Schieberbohrung, um maßgerechte Laufflächen
sowie Steuerkanten zu erhalten. Dieser zusätzliche spanende
Bearbeitungsschritt verursacht einen entsprechenden Herstellungsaufwand
und durch unvermeidbare Restspäne innerhalb der Schieberbohrung
ist die Herstellungsqualität nicht unter allen Umständen
garantierbar.
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Die
DE 102 13 258 C1 offenbart
eine technische Lösung, welche das vorstehend erläuterte
Problem dadurch verhindert, dass das Kunststoffgehäuse
mehrere axial zueinander beabstandete umspritzte Ventilbuchsen enthält
zwischen denen mit den äußeren Anschlüssen
in Verbindung stehende Druckmittelkammern angeordnet sind. Mit dieser
Lösung wird zwar eine spanende Nachbearbeitung eines so erzeugten
Kunststoffgehäuses vollständig vermieden. Es ist
aber erforderlich, vorgefertigte Ventilbuchsen in die Gießform
einzulegen, ehe das Kunststoffgehäuse durch Spritzgießen
erzeugt werden kann.
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Aus
der
DE 197 29 828
A1 gehen eine weitere Vorrichtung sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein Schieberventil
hervor. Hierbei wird das Gehäuseinnere des einstückigen
Kunststoffgehäuses zur Erzeugung der ventilinternen Kammern
und Anschlusskanäle mit einem Schmelzkern versehen, welcher
von mindestens einem herkömm lichen Werkzeugstempel in der
Spritzgussform gehalten wird. Diese herkömmlichen Werkzeugstempel
besitzen über die Länge einen gleich großen
Querschnitt, so dass diese sich nach dem Spritzgießen,
also dem Erhärten des Kunststoffes, wieder leicht aus dem
fertigen Kunststoffgehäuse herausziehen lassen. Zur Bildung
der Hinterschneidungen ist der Schmelzkern vorgesehen, welcher nach Herausziehen
der übrigen Werkzeugstempel durch Wärmeeinbringung
aus dem Gehäuseinneren herausgeschmolzen werden kann. Zwar
wird durch diese Technologie die Herstellung eines hinterschnittenen
Kunststoffgehäuses durch Spritzgießen realisierbar,
jedoch verursacht die Verwendung von sich verbrauchenden Schmelzkernen
einen erhöhten Herstellungsaufwand.
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Aus
der
DE 10 2006
045 337 A1 ist ein Spritzgießverfahren bekannt,
bei dem ein mehrere Hinterschneidungen zur Ausbildung einer abgestuften
Schieberbohrung aufweisender Werkzeugkern in der Gießform
positioniert ist, welcher nach dem Einspritzen des flüssigen
Kunststoffs und vor dem Abkühlen desselben aus der Gießform
zwangsentformend herausgezogen wird, sodass sich nach elastischer
Verformung des den Werkzeugkern umgebenden Bereichs des Kunststoffgehäuses
eine nachbearbeitungsfreie abgestufte Schieberbohrung herausbildet.
Nachteilig ist, dass diese Lösung eine geeignete Abstimmung
in der Materialwirkung des Kunststoffes erfordert, welcher einen
ausreichenden elastischen Verformungsbereich während des
Abkühlens besitzen muss, in Kombination mit einem geeigneten Verhältnis
zwischen den kleinen und großen Durchmessern, aus denen
der Werkzeugkern besteht. Somit sind nicht alle Formen erzeugbar
und nicht alle Materialien verwendbar, wobei insbesondere die besonders
robusten glasfaserverstärkten Kunststoffe weniger geeignet
sind.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik stellt sich somit die Aufgabe, eine
Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Her stellung eines Kunststoffgehäuses
für ein pneumatisches Schieberventil durch Spritzgießen
zu schaffen, welche eine einfache, spanlose Herstellung ohne Einschränkung
der Materialwahl gestatten.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zur Herstellung eines Kunststoffgehäuses für ein
pneumatisches Schieberventil durch Spritzgießen mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der
nachfolgenden Beschreibung.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Spritzwerkzeug,
mit dem das einstückige Kunststoffgehäuse hergestellt
wird, mit besonderen Kernen für die Formung der Laufflächen
ausgestattet ist. Im Gegensatz zu heute üblichen Kernen sind
diese in definierten Bereichen so elastisch, dass sie sich bei bestimmten,
bewusst aufgebrachten Belastungen im Durchmesser elastisch aufweiten.
Nach Wegnahme der Belastung gehen die Kerne vorzugsweise selbständig
in ihre ursprüngliche Form zurück. Die Verformung
kann bspw. durch Anlegen von Druck innerhalb des Kernes, durch eine
Kraft in axialer Richtung des Kernes oder einer Kombination von
beidem erfolgen.
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Vorteile der Erfindung
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass zusätzliche Nachbearbeitungsschritte
des hergestellten Kunststoffgehäuses gänzlich
entfallen. Nach der Anordnung des in die Arbeitsform gebrachten
Werkzeugkerns in der Gießform kann das Kunststoffgehäuse
unter Verwendung üblichen Spritzgussmaterials hergestellt
werden. Die im Stand der Technik gegebene Einschränkung
der Materialwahl kann weitgehend ausgeräumt werden. Die
Herstellung des Kunststoffgehäuses kann ohne Einlegeteile
und Zwangsentformung erfolgen. Die erfindungsgemäße
Lösung ermöglicht eine automatische Fertigung
der Ventilgehäuse, wobei die Anzahl der notwendigen Teile
reduziert ist. Somit sind geringe Herstellungskosten erzielbar.
Weiterhin kann eine sichere und langlebige Funktion des hergestellten
Ventils durch die qualitativ hochwertige Ausbildung der Ventilinnenräume
gewährleistet werden.
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Zweckmäßigerweise
umfasst die Vorrichtung zusätzlich wenigstens einen in
die Giesform einlegbaren Seitenschieber zur Erzeugung wenigstens
eines Anschlusskanals im Kunststoffgehäuse. Der wenigstens
eine Seitenschieber erstreckt sich vorzugsweise orthogonal zu dem
wenigstens einen Werkzeugkern und mündet an einem äußeren
Anschluss des Kunststoffgehäuses. Der Seitenschieber kann
einen konstanten Querschnitt aufweisen, um nach der Herstellung
auf einfache Weise aus dem gegossenen Kunststoffgehäuse
entfernt werden zu können.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt
der wenigstens eine Seitenschieber eine Anschlagfläche
für den wenigstens einen elastischen Bereich zur Bildung
der Hinterschneidungen bereit. Es bietet sich an, wenn der Seitenschieber
gemäß dieser Ausführungsform einen ringförmigen
bzw. hohlscheibenförmigen Kopfbereich aufweist, wobei der
wenigstens eine Werkzeugkern so innerhalb der Öffnung angeordnet
wird, dass der wenigstens eine elastische Bereich bei der Ausdehnung
an der Innenfläche der Öffnung anschlägt.
Auf diese Weise kann besonders einfach ein den wenigstens einen
Werkzeugkern sowie den wenigstens einen Seitenschieber umfassender
Gusskern bereitgestellt werden, der eine zusammenhängende Öffnung
mit den notwendigen Hinterschneidungen innerhalb des gegossenen
Kunststoffgehäuses erzeugt. Das bevorzugte Zusammenwirken des wenigstens
einen Werkzeugkerns bzw. dessen elastischen Bereiches mit dem wenigstens
einen Seitenschieber ermöglicht es, definierte Hinterschneidungen
und deren Abfasungen bzw. Steuerkanten bereitzustellen, wobei der
Gefahr entgegengewirkt wird, dass sich die elastischen Bereiche
des wenigstens einen Werkzeugkerns undefiniert ausdehnen.
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Der
wenigstens eine Werkzeugkern weist in seiner Arbeitsform, insbesondere
wenn er mit dem wenigstens einen Seitenschieber zusammenwirkt, mehrere
Absätze auf, die angefast sind und Bereiche kleineren und
größeren Durchmessers der Schieberbohrung bilden.
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Der
wenigstens eine elastische Bereich ist in der Grundform des Werkzeugkerns
vorzugsweise zylindrisch oder konisch ausgebildet. Dadurch kann
der Werkzeugkern einfach aus dem gegossenen Kunststoffgehäuse
entfernt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zwei
Werkzeugkerne und drei Seitenschieber auf.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird insbesondere eine erfindungsgemäße
Vorrichtung verwendet.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der
Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt
einen Gusskern einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei sich die zum Gusskern beitragenden Werkzeugkerne
in der Grundform befinden,
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2 zeigt
den Gusskern gemäß 1, wobei
sich die zum Gusskern beitragenden Werkzeugkerne in der Arbeitsform
befinden, und
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3 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Schieberventils, dessen Gehäuse
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung
hergestellt ist.
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Die
Figuren werden nachfolgend zusammenhängend und übergreifend
beschrieben, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind.
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In 1 ist
ein Gusskern einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer Schnittansicht dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
In der gezeigten Darstellungsform umfasst der Gusskern 100 zwei
Werkzeugkerne 110, 120 und drei Seitenschieber 130, 140, 150.
Die Werkzeugkerne 110 und 120 werden von rechts
und links durch runde Öffnungen der Seitenschieber eingeführt,
bis sie mittig innerhalb des Seitenschiebers 140 aneinander
stoßen.
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Die
Werkzeugkerne 110 und 120 sind identisch aufgebaut,
wobei nachfolgend nur der Werkzeugkern 110 näher
beschrieben wird. Der Werkzeugkern 110 umfasst eine Reihe
von aneinandergrenzenden Abschnitten 111 bis 115,
von denen die Bereiche 111, 113 und 115 starr
und die Bereiche 112 sowie 114 elastisch ausgebildet
sind. Die Elastizität wird in der gezeigten Ausgestaltung
durch dünnere Materialstärken erzielt. Es versteht
sich, dass daneben auch andere Möglichkeiten denkbar sind,
z. B. unterschiedliche oder unterschiedlich behandelte Materialien.
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Die
Werkzeugkerne 110 und 120 sind in ihrer Grundform
dargestellt, so dass die elastischen und starren Bereiche 112 bis 115 eine
zusammenhängende Zylinderform haben. In dieser Grundform
ist der Werkzeugkern 110 leicht in die Öffnungen
der Seitenschieber einführbar und nach der Herstellung des
Kunststoffgehäuses aus diesen wieder entfernbar. Dies ist
in Ausschnitt 160 in 1 detaillierter abgebildet.
Es ist zu erkennen, dass in der Grundform eine Beabstandung d zwischen
dem Seitenschieber 150 und dem Werkzeugkern 120 vorhanden ist.
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Wie
anhand 2 dargestellt ist, können die Werkzeugkerne 110 und 120 beispielsweise
durch Beaufschlagung mit Innendruck oder durch Stauchung, d. h.
Kraftbeaufschlagung von den Außenseiten, in eine Arbeitsform
gebracht werden. Durch die Druckbeaufschlagung und/oder Stauchung
werden die elastischen Bereiche 112 und 114 verformt,
bis sie an den Innenflächen der Öffnungen der
Seitenschieber 130, 140 und 150 anschlagen.
Auf diese Weise wird ein Gusskern 200 einer bevorzugten
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erzeugt. Der Gusskern 200 wird zum Spritzgießen
eines Kunststoffgehäuses in einer Gießform (nicht
gezeigt) angeordnet und definiert die nicht mit Kunststoff ausgefüllten
Volumina innerhalb des Gehäuses. Flüssiger Kunststoff
wird in die Gießform eingebracht. Wenn der Kunststoff ausreichend
ausgehärtet ist, werden die Werkzeugkerne 110 und 120 wieder
entspannt, so dass sie in ihre Grundform zurückkehren.
Anschließend können die Werkzeugkerne 110 und 120 einfach
aus dem Kunststoffgehäuse heraus gezogen werden. Dadurch
werden auch die Seitenschieber 130, 140 und 150 freigegeben
und können ebenfalls, in der Darstellung gemäß 2 beispielsweise
nach rechts, aus dem Kunststoffgehäuse entfernt werden.
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Durch
das bevorzugte Zusammenwirken der elastischen Bereiche der Werkzeugkerne 110, 120 und
der Innenflächen der Seitenschieber 130, 140, 150 kann
eine wohldefinierte Form der Hinterschneidungen sowie deren Abfasungen
bzw. Führungskanten bereitgestellt werden. Dies ist in
Ausschnitt 170 vergrößert dargestellt.
Auf diese Weise ist eine exakte und langlebige Ventilfunktionalität
sichergestellt.
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In 3 ist
ein Schieberventil schematisch im Querschnitt dargestellt und insgesamt
mit 300 bezeichnet. Das Schieberventil 300 weist
ein unter Verwendung der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 hergestelltes
Kunststoffgehäuse 310 auf, in dem ein axial verschiebbarer
Ventilschieber 350 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 310 weist
eine Schieberbohrung 311 auf, von der sich Anschlusskanäle 312, 313, 314 erstrecken.
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Die
Schieberbohrung 311 wird während des Gießvorgangs
von den Werkzeugkernen 110 und 120 definiert,
wohingegen die Anschlusskanäle 312, 313, 314 von
den Seitenschiebern 130, 140, 150 definiert
werden. Die Schieberbohrung 311 weist Laufflächen 315 und
Steuerkanten bzw. Abfasungen 316 auf, von denen aus Übersichtlichkeitsgründen
nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind.
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Der
Ventilschieber 350 weist Dichtungsbereiche 351 und 352 auf,
die eine dynamische Abdichtung gegenüber den Laufflächen 315 und
den Steuerkanten bzw. Abfasungen 316 der Schieberbohrung 311 gestatten.
Die Laufflächen 315 dienen im Zusammenwirken mit
den Dichtungsbereichen 351 bzw. 352 zum dynamischen
Abdichten und die Steuerkanten 316 zum Einführen
der Dichtringe bzw. Dichtungsbereiche 351, 352 zu
den Laufflächen 315. Die Laufflächen 315 sowie
Steuerkanten 316 erfüllen somit eine wesentliche
Funktion des Ventils. Sie werden durch die erfindungsgemäße
Lösung besonders präzise ausgebildet.
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Es
versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur beispielhafte
Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Daneben
ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen
dieser Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10213258
C1 [0004]
- - DE 19729828 A1 [0005]
- - DE 102006045337 A1 [0006]