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Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Ventilgehäuse, einem diesem zugeordneten hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbaren Doppelzylinder mit beidseitig beaufschlagbarem Kolben, wobei die Achse des Ventilgehäuses und die Achse des Doppelzylinders konzentrisch zueinander liegen, und einem in der Achse von Ventilgehäuse und Doppelzylinder liegenden Ventilstift zur Steuerung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums.
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Das vorgeschlagene Ventil wird vorzugsweise zur Entlüftung von Spritzgußformen während des Spritzgießens eingesetzt. Für diesen Anwendungsfall sind nach dem Stand der Technik zahlreiche Ventile bekannt, welche in dem zu entlüftenden Bereich von außen in die Spritzgußform eingesetzt sind. Ventile dieser Art weisen einen axialen Ventilstift auf, der zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist. Die Bewegung des Ventilstiftes wird in der Mehrzahl der Fälle mittels eines hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbaren Zylinders erzeugt, der in der Regel als Doppelzylinder ausgebildet ist. Die Beaufschlagung des Kolbens erfolgt dementsprechend abwechselnd von der einen und der anderen Seite und führt zu einer Verschiebung des Ventilstiftes jeweils von der einen in die andere Endposition.
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Bei der genannten Anwendung nimmt der Ventilstift während des Spritzgießvorgangs eine Endposition ein, in welcher Luft aus der Spritzgießform über geeignet angeordnete Öffnungen des Ventils entweichen kann. Dies führt allerdings dazu, daß zum Ende des Vorgangs auch das flüssige Gießmaterial über eben diese Öffnungen ins Freie austritt. Vor Durchführung des nächsten Gießvorgangs ist es daher erforderlich, das am Ventilstift und gegebenenfalls in den genannten Öffnungen anhaftende Gießmaterial zu entfernen.
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Diese Aufgabe wird bei bekannten Ventilen dieser Art dadurch gelöst, daß der Ventilstift in seine zweite Endposition verschoben und dabei das anhaftende Gießmaterial abgestreift wird. Nach einer an diesen Vorgang anschließenden Verschiebung des Ventilstiftes in die ursprüngliche Position ist das Ventil dann wieder zur Entlüftung der Gießform nutzbar.
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In der Patentschrift
DE 692 28 683 T2 ist eine Düse für ein gasunterstütztes Spritzgießen mit einem Düsenkörper vorgeschlagen, welcher ein Eintrittsende und ein Abgabeende, sowie einen Strömungskanal für das viskose Strömungsmittel von dem Eintrittsende zu dem Abgabeende umfasst.
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Die Patentschrift
DE 37 87 507 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Entgasen einer Metallgußform, welche einen Zylinder mit einer in Längsrichtung angeordneten Bohrung umfasst.
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In der Patentschrift
DE 695 24 797 T2 ist eine Mehrfachform-Ventilanschnitts-Spritzgießvorrichtung offenbart, welche eine Mehrzahl von beheizten Düsen aufweist, die in einer Form sitzen.
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Bei den nach dem Stand der Technik ausgeführten Ventilen sind der Ventilstift und der Doppelzylinder in Reihe zu einander angeordnet, mit der Folge einer vergleichsweise lang bauenden Anordnung. Der dementsprechend große Platzbedarf führt bei zahlreichen Anwendungsfällen, und insbesondere in dem oben genannten, zu Nachteilen.
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Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Ventil der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu entwickeln, daß die Baulänge auf ein Minimum reduziert wird und die genannten Nachteile dadurch vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
- – der Kolben einen u-förmigen Längsschnitt aufweist,
- – die Innenseite des Kolbenbodens
- – dem Ventilstift zugewandt
- – und mit dessen einem Ende verbunden ist,
- – das Ventilgehäuse ebenfalls einen u-förmigen Längsschnitt aufweist,
- – wobei die Öffnungen der beiden U's einander zugewandt sind,
- – und der Kolben mit seiner inneren Oberfläche dichtend auf der Außenfläche des Ventilgehäuses gleitet.
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Die vorgeschlagene Lösung baut auf Ventilen an sich bekannter Bauart auf, deren Ventilstift durch einen hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbaren Doppelzylinder bewegt wird. Dabei ist das Ventilgehäuse in der Regel konzentrisch mit dem Doppelzylinder verbunden und in deren gemeinsamer Achse der Ventilstift zur Steuerung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums angeordnet. In Abweichung zum Stand der Technik weisen bei dem Ventil gemäß vorliegender Erfindung der Kolben des Doppelzylinders und das Ventilgehäuse jeweils einen u-förmigen Längsschnitt auf, und sind so miteinander verbunden, daß die Öffnungen der beiden U's einander zugewandt sind. Desweiteren sind die Abmessungen von Ventilgehäuse und Hohlkolben derart aufeinander abgestimmt, daß die Innenfläche des Kolben auf der Außenfläche des Ventilgehäuses dichtend gleitet. Diese Ausbildung führt dazu, daß die Außenseite des u-förmigen Kolbens die Arbeitsseite des Kolbens darstellt, während der auf der Seite der U-Schenkel außerhalb des Ventilgehäuses liegende Raum die der Arbeitsseite des Kolbens abgewandte Seite definiert.
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Einem Kerngedanken der Erfindung entsprechend ermöglicht der vorgeschlagene Aufbau von Ventilgehäuse und Kolben eine Anordnung des Ventilstiftes, bei welcher dessen eines Ende an der Innenseite des Kolbenbodens festgelegt ist, während dessen anderes Erde frei ist. Bei Beaufschlagung der Arbeitsseite des Kolbens wird dementsprechend der Ventilstift in die Richtung bewegt, welche von der Innenseite des Kolbenbodens weg weist, während bei Beaufschlagung der anderen Kolbenseite der Ventilstift in die zur Innenseite des Kolbenbodens weisende Richtung verschoben wird.
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Der Vorteil dieser Ausbildung liegt darin, daß die Baulänge von Ventilgehäuse und Doppelzylinder zusammen nur wenig größer als die Länge des Ventilstiftes ausfällt. Die Längenmaße des erfindungsgemäßen Ventils sind somit erheblich geringer als für ähnliche Anwendungen vorgesehene Ventile nach dem Stand der Technik. Aufgrund des geringen Platzbedarfs ermöglicht das Ventil gemäß vorliegender Erfindung daher auch den Einsatz bei Anwendungen, bei denen Ventile nach dem Stand der Technik ausscheiden.
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Das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Ventils wird durch die Ausbildung des Ventilstiftes und dessen Führung bestimmt. Bei entsprechender Ausbildung dieses Stiftes läßt sich das Ventil beispielsweise zum Öffnen und/oder Schließen eines Luft- oder Wasserstroms einsetzen. Bei einer speziellen, für den Einsatz als Entlüftungsventil vorgesehenen Ausführungsform ist der dem Doppelzylinder abgewandte Gehäuseboden des Ventils mit einem Flansch versehen. Der Flansch dient einerseits zur Befestigung des Ventils und andererseits zur Ableitung der entweichenden Luft. Die Befestigung erfolgt zweckmäßig mittels eines Gewindes, das an der Außenseite des Flansches angebracht ist und in eine entsprechenden Gegenaufnahme an dem zu entlüftenden Bauelement, beispielsweise einer beim Spritzgießen eingesetzten Form, eingeschraubt wird. Der Flansch weist senkrecht zur Richtung der Achse des Ventilgehäuses eine Querbohrung und in Richtung der genannten Achse eine Längsbohrung zur gleitenden Aufnahme des Ventilstifts auf. Dabei kann die Querbohrung als Durchgangsbohrung oder als Sackloch ausgebildet sein, dessen Tiefe bis zur Längsbohrung oder darüber hinaus reicht. Der Ventilstift weist bei dieser Ausführung des Ventils wenigstens eine Längsausnehmung auf, die in dessen erster Endposition beidseitig über die genannte Längsbohrung hinausragt. In jener Position bildet die Ausnehmung des Ventilstiftes und die Wandung der Längsbohrung zur Führung des Ventilstiftes einen freien Kanal aus, durch den hindurch die Luft aus dem zu entlüftenden Bauelement in die Querbohrung des Flansches entweichen kann und somit nach außen abgeführt wird.
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Bei der technischen Umsetzung von Ventilstift und Längsausnehmung sind zahlreiche Ausführungen möglich. Beispielsweise kann die Längsausnehmung durch eine in Längsrichtung des Ventilstiftes sich erstreckenden Nut realisiert sein. Vorgesschlagen wird im Rahmen der Erfindung ein Ventilstift von der Form eines Kreiszylinder mit einer als Zylindersegment ausgebildeten Ausnehmung. Der Vorteil eines derart ausgeführten Ventilstiftes ist in dessen einfacher Fertigung zu sehen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Ventilstift zwei Ausnehmungen in Form von Zylindersegmeten auf, die an diametral gegenüber liegenden Stellen des Kreiszylinders ausgebildet sind.
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Bei der Beaufschlagung der Arbeitsseite des Kolbens gleitet die Innenseite des Hohlkolbens in der Richtung über das Ventilgehäuse hinweg, so daß sich der von Ventilgehäuse und Hohlzylinder eingeschlossene Raum verkleinert. Um zu verhindern, daß sich hierbei innerhalb des eingeschlossenen Raums hohe Drücke ausbilden, ist gemäß vorliegender Erfindung in der Wandung des Ventilgehäuses wenigstens eine Bohrung vorgesehen. Diese Bohrung stellt auf einfache Weise einen Druckausgleich zwischen dem eingeschlossenen Raum und dem Raum auf der Außenseite des Ventilgehäuses her.
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Gemäß vorliegender Erfindung ist insbesondere die Verwendung des Ventils zur Entlüftung von Formen vorgesehen, die beim Spritzgießen eingesetzt werden. Der Vorteil der kurzen Baulänge des erfindungsgemäßen Ventils kommt hierbei insbesondere zum Tragen.
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Bei diesem Anwendungsfall fällt dem Ventilstift eine zweifache Aufgabe zu. Die erste besteht darin, die in der Spritzgußform durch das Spritzmaterial verdrängte Luft aus der Form heraus- und über die genannte Querbohrung abzuleiten. Hierzu geeignete Ausbildungen des Ventilstiftes wurden im vorangehenden Teil der Beschreibung vorgeschlagen. Die zweite Aufgabe ergibt sich daraus, daß zum Ende des Spritzgußvorgangs ebenfalls über den Ventilstift Spritzgußmaterial austritt, das vor Durchführung des nächsten Gießvorgangs entfernt werden muß.
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Die konstruktiven Maßnahmen zur Losung dieser Aufgabe sehen im Ventilgehäuse eine Führung des Ventilstiftes vor, die komplementär zur Oberfläche des Ventilstiftes ausgebildet ist. Dabei erstreckt sich der Bereich, innerhalb dessen die Ventilführung diese Ausbildung aufweist, von der Querbohrung im genannten Flansch zum Gehäuseboden des Ventilgehäuses hin.
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Zur der technischen Umsetzung dieser Führung wird bei der oben genannten Ausführung des Ventils mit einem zylindrischen Ventilstift, dessen Längsausnehmungen in Form zweier Zylindersegmenten ausgeführt sind, ein Element vorgeschlagen, das aus einem zylindrischen Körper besteht, in welchen von beiden Seiten in axialer Richtung unterschiedlich geformte Ausnehmungen eingearbeitet sind. Auf der einen Seite des Elements ist etwa bis zu dessen Mitte eine Bohrung eingebracht, während auf der anderen Seite in radialer Richtung eine Nut eingearbeitet ist, deren Breite dem Abstand der oben genannten, am Ventilstift ausgebildeten beiden parallelen Ebenen entspricht und deren Tiefe so bemessen ist, daß sie die von der anderen Seite eingebrachte Bohrung erreicht. Bei Blick in Achsenrichtung des Elementes weist die Ausnehmung somit eine zum Querschnitt des Ventilstiftes komplementäre Ausbildung auf.
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Das Element selbst ist konzentrisch zur Achse des Ventilgehäuses in genanntem Bereich zwischen Querbohrung und Gehäuseboden in das Ventilgehäuse eingesetzt und nimmt den Ventilstift auf. Dabei ist die Seite mit der eingearbeiteten Nut zur Querbohrung hin ausgerichtet. Die spezielle Ausgestaltung der Führung bewirkt beim Zurückziehen des Ventilstiftes ein Abstreifen der am Ventilstift anhaftenden Spritzgußmasse. Dabei wird das abgestreifte Kunststoffmaterial über die Querbohrung nach außen abgegeben.
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Ventile gemäß vorliegender Erfindung sind mit Vorteil für alle Materialien einsetzbar, deren Eigenschaften so ausgeprägt sind, daß am Stift anhaftendes Material beim Zurückziehen des Stiftes sich von diesem löst.
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Um den Arbeitsablauf beim Abstreifen der am Stift anhaftenden Sritzgußmasse optimal zu gestalten, ist gemäß vorliegender Erfindung vorgesehen, daß in der zweiten Endposition des Ventilstifts dessen genannte Längsausnehmungen im Bereich des freien Endes des Ventilstiftes vollständig in die Bohrung mit zum Ventilstift komplementärer Oberfläche eintauchen. Diese Ausbildung stellt sicher, daß der Ventilstift soweit zurückgezogen wird, daß an ihm anhaftendes Spritzgußmaterial vollständig abgestreift wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1a und 1b je einen Längsschnitt durch das Ventil gemäß vorliegender Erfindung, wobei in 1a der Ventilstift die erste Endposition nach dessen Ausfahren, in 1b die zweite Endposition nach dessen Einfahren einnimmt.
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2 die einzelnen Elemente des Ventils in axiometrischer Darstellung.
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In 1a und 1b ist der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils wiedergegeben. Dessen wesentliche Komponenten umfassen den Doppelzylinder 1, den Kolben 2, das Ventilgehäuse 3 und den in der Achse 4 von Doppelzylinder und Ventilgehäuse angeordneten Ventilstift 5. Der Doppelzylinder 1 ist stirnseitig durch einen Deckel 6 und den Gehäuseboden 7 des Ventilgehäuses 3 abgeschlossen. Wie den beiden Figuren zu entnehmen ist, weisen der Kolben 2 und das Ventilgehäuse 3 jeweils einen u-förmigen Längsschnitt auf, und sind so angeordnet, daß die Öffnungen der beiden U's einander zugewandt sind. Dabei übergreift der Kolben 2 das Ventilgehäuse 3 derart, daß die Innenfläche 8 des Kolbens 2 auf der Außenfläche 9 des Ventilgehäuses 3 dichtend gleitet. Der zwischen Kolbenboden 10 und Deckel 6 eingeschlossene Raum 11 definiert die Arbeitsseite des Kolbens 2, während der außerhalb des Ventilgehäuses 3 liegende Raum 12 die der Arbeitsseite des Kolbens 2 abgewandte Seite kennzeichnet.
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An den Gehäuseboden 7 des Ventilgehäuses 3 schließt sich ein Flansch 13 an, der mit einem Gewindestück 14, einer Längsbohrung 15 zur Führung des Ventilstiftes 5 und einer senkrecht zur Achse 4 des Ventilgehäuses 3 verlaufenden Querbohrung 16 versehen ist. Mittels des Gewindestücks 14 wird das Ventil in der zu entlüftenden (nicht dargestellten) Gießform befestigt, während die entweichende Luft über die Längsbohrung 15 und die Querbohrung 16, die am Ventilstift 5 anhaftenden Spritzgußreste über die Querbohrung 16 nach außen abgeführt werden.
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Das eine Ende 17 des Ventilstiftes 5 ist mittels eines zylindrischen Formstückes 18 an der Innenseite 19 des Kolbenbodens 10 festgelegt, während dessen anderes Ende 20 frei ist und bei der in 1a dargestellten Endposition über den Flansch 14, 15 hinausragt. Die Verschiebung des Ventilstiftes aus der einen in die andere Endposition (1a bzw. 1b) erfolgt durch eine Beaufschlagung des Raumes 11 auf der Arbeitsseite des Kolbens 2 über die Zuführung 21 bzw. des Raumes 12 über die Zuführung 22.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, sind bei vorliegender Ausführungsform der Ventilstift 5 als Kreiszylinder 23 und die Längsausnehmungen im Ventilstift als Zylindersegmente 24 ausgebildet. Diese Ausbildung des Ventilstiftes führt dazu, daß zwischen der Wandung der Längsbohrung 15 und der Mantelfläche des Ventilstiftes zwei freie Kanäle 25 erhalten bleiben.
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Bei der in 1a wiedergegebenen Position des Ventilstiftes erfolgt die Entlüftung der (nicht dargestellten) Gießform. Die Luft entweicht dabei durch die freien Kanäle 25 und die Querbohrung 16 ins Freie. Gegen Ende des Gießvorgangs tritt über diese Kanäle und die Querbohrung auch Spritzgußmaterial nach außen aus. Diese Material muß vor Durchführung des nächsten Spritzgußvorgangs entfernt werden. Zu diesem Zweck ist die Führung des Ventilstiftes 5 in dem Bereich 26, der sich von der Querbohrung 16 zum Gehäuseboden 7 des Ventilgehäuses 3 hin erstreckt, mit einer zur Oberfläche des Ventilstiftes 5 komplementären Oberfläche ausgestattet. Das Abstreifen der am Ventilstift anhaftenden Kunststoffreste wird dann in der Weise durchgeführt, daß der Ventilstift 5 aus seiner in 1a dargestellten Endposition in die Endposition nach 1b verschoben wird. Bei diesem Vorgang löst sich das anhaftende Spritzgußmaterial beim Eintritt des Ventilstiftes 2 in den Bereich 26 mit der zur Oberfläche des Ventilstiftes komplementären Oberfläche vom Stift ab. Das Ventil ist nach Abschluß dieses Vorgangs wieder zur Entlüftung der Gießform einsetzbar, dementsprechend wird der Ventilstift 5 wieder in die ursprüngliche Endposition nach 1a verschoben.
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In 2 sind die Komponenten des Ventils der besser Anschaulichkeit wegen noch einmal in axiometrischer Darstellung wiedergegeben. Die Bezugszeichen der einzelnen Komponenten entsprechen denen aus 1a und 1b.
