球閥的塑料製成的閥球的製作方法
2023-09-21 04:07:15 1
球閥的塑料製成的閥球的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種球閥（1）的塑料製成的閥球（2），其具有通孔（5）且可支承在球閥（1）的殼體（4）內，能夠在開啟閥位和關閉閥位之間旋轉。為了實現球閥的塑料製成的閥球具有改進的形狀穩定性，建議將閥球（2）以組合結構部件的形式由支承件（2c）和覆蓋層（2d）構建而成。
【專利說明】球閥的塑料製成的閥球
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請是2008年5月20日提交的 優先權日:為2007年5月24日的申請號為200880017334.2的名稱為「塑料球閥」的發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0003]本發明涉及一種球閥的閥球，其具有通孔且支承在球閥的殼體內，從而能夠在開啟閥位和關閉閥位之間旋轉。
【背景技術】
[0004]由歐洲專利EP0575643B1公開了一種塑料制的球閥以及用於其製造的方法。該球閥基本上由殼體組成，在該殼體中支承了作為閉鎖件的閥球。該殼體具有兩個管連接件，該管連接件通常在閥球的開啟閥位通過管連接件的通孔互相連接，且在關閉位置通過閥球彼此分開。該殼體以壓鑄法一件式地由聚乙烯製成。為了可以從開啟閥位旋轉至關閉位置，從水平對齊的管連接件的方向看，該閥球圍繞著基本垂直的軸線可旋轉地支承，且與用於操作該閥球的開關軸連接。該閥球不是直接地支承在殼體中，而是通過兩個軸承環支承在殼體中，這兩個軸承環通過環狀的襯墊彼此連接。該軸承環具有與管連接件的內橫截面一致的開孔且從經過球閥的流體的液流方向上看在前面和後面與閥球鄰接。在開啟閥位中，閥球的通孔與軸承環的開孔對齊。從橫截面看，軸承環基本上設計為三角形並因此超出閥球的外圓周面的一部分。在超出閥球的區域中，在軸承環中分別設置了密封環，該密封環支承在閥球的外圓周面上。丁腈橡膠優選為用於密封環的材料。支承環的背離閥球的且指向徑向方向的外圓周區域設計為有稜紋的，其中稜紋平行於球閥的液流方向延伸。兩個軸承環的稜紋的外端部通過環狀的襯墊互相連接。在該情況下，該環狀的襯墊與軸承環粘合或焊接。因此，具有密封環的兩個軸承環和襯墊組成用於閥球的一類支承護圈。軸承環、閥球和襯墊可以由紅色黃銅、黃銅、不鏽鋼或塑料，優選由玻璃纖維加固的塑料或聚丙烯製成。此夕卜，在環狀的襯墊中設有通孔，從而在製造過程中殼體的注入的塑料可以經過通孔在閥球的方向上或在稜紋的方向上進入。在此，殼體塑料向前進入直到閥球的表面。因此，在殼體的材料和軸承環以及襯墊之間建立起嵌入形式的緊密的連接。襯墊必須根據加固的類型吸收拉力、壓力和運動力以及球閥內出現的旋轉力矩。
[0005]為了製造球閥，在第一工作步驟的其中一個中，具有密封環的軸承環放在閥球的互相面對的端部上。接著，環狀的襯墊在兩個軸承環上移動。然後環狀的襯墊通過粘合或焊接在其端部與兩個軸承環連接。該由閥球、軸承環和襯墊組成的支承護套現在插入壓鑄模內，並接著由殼體材料圍繞壓鑄和滲透。在該壓鑄過程中，襯墊的通孔要把在壓鑄過程中產生的殼體分開為外部件和內部件。在冷卻在壓鑄模中製造的殼體時，強制發生了兩個殼體部件相對於彼此的收縮過程，並阻止了殼體徑向向內的收縮。由此應該避免閥球在殼體內壓緊。為了得到閥球和塑料殼體之間的空隙，在殼體壓鑄前加熱閥球。
[0006]此外，歐洲專利EP1121549B1公開了一種另外的塑料制的關閉閥以及用於其製造的方法。除了連接兩個軸承環的襯墊外，該關閉閥的基本構造與上述球閥一致。根據該專利，用兩個步驟把襯墊製造作為壓鑄件。在第一步驟中製造模具件，該模具件優選由熱塑性塑料，特別是粘著一共聚物製成。該模具件形成襯墊的外部形狀並因此也形成稍後由聚乙烯噴鍍的殼體的內部形狀。當該塑料噴鍍到該模具件上時，該模具件部分熔化，且在模具件和在第二方法步驟中引入的塑料之間形成一個熔化焊接連接部分。因此，該襯墊包括由熱塑性塑料，特別是粘著一共聚物製成的第一外層和由塑料，優選為玻璃纖維加固的塑料或聚丙烯製成的第二內層。該襯墊還具有上述的通孔，因此在關閉閥的最後一個製造步驟中，用於殼體的注入的聚乙烯可以通過襯墊的通孔直到閥球上，並進而把襯墊嵌入殼體材料中。
[0007]此外，歐洲專利EP0756681B1公開了具有閥球和兩件式殼體的球閥。該殼體在中間且從液流方向看垂直於一個平面分開，該平面在中間平分閥球的調節軸。半殼體具有用於容納球閥插入物的凹陷。在安裝時，該球閥插入物插入兩件式的殼體中且該兩個半殼體藉助於螺絲互相夾緊。由於該球閥插入物相對於殼體中的凹陷過大，通過已達到的預張緊進行密封。該球閥插入物基本上由具有開關軸的閥球和與之相對的軸承頸組成，該軸承頸全部由無縫的襯套包圍，該襯套從液流方向上看在前面和後面具有凸緣。由於該球閥插入物的襯套從凸緣到凸緣是無縫且連續的，以及由氟塑料如PFA、PTFE或FEP製成，該球閥插入物的其它部件不具有介質接觸，且不需要用如此高質量的材料製造。為了拆除閥球，必須分開並進而毀壞襯套。閥球在襯套內可旋轉且抵靠在閥球的表面上，且部分抵靠在軸承頸和開關軸上。在襯套的背離閥球的外側上布置了彈性的襯墊，該襯墊由該球閥插入物的另外的外殼殼體在周圍結合。該彈性的襯墊需要相對於外殼殼體密封襯套。該外殼殼體可以由金屬或塑料製成，然後為了安裝而分為兩半。該外殼殼體也可以以不分開的方式由壓鑄的塑料製成。那麼外殼殼體的塑料的加工溫度必須低於襯套和彈性的襯墊的溫度。此外，襯套和外殼殼體機械地、形鎖合地或藉助於粘合劑通過粘合連接。為了在開關軸的區域中密封球閥插入物，該球閥插入物附加地具有壓力件，該壓力件支承在彈性的襯墊上且通過套筒形的、同心地包圍開關軸的軸承凸緣在襯套的方向上預張緊，直到達到期望的密封性。
【發明內容】
[0008]以該現有技術為出發點，本發明的目的在於提出一種球閥的塑料製成的閥球，該球閥的特徵在於改進的形狀穩定性。
[0009]該目的通過具有權利要求1的特徵的球閥的塑料製成的閥球達到。在權利要求2到6中描述本發明的有利的設計方案。
[0010]根據本發明，一種球閥的閥球，其具有通孔且支承在球閥的殼體內，能夠在開啟閥位和關閉閥位之間旋轉，當閥球以組合結構部件的形式由支承件和覆蓋層構建而成時，可實現其改進的形狀穩定性。由此，可以在閥球內把基於支承件的高形狀穩定性的特性和基於覆蓋層的對介質的良好抵抗性的特性結合起來。良好的抗變形性導致了閥球即使在高的工作壓力下也只發生小的形變，並進而隨後還可以很好地在殼體內從關閉閥位旋轉至開啟閥位，而不需要克服閥球的高的啟動扭矩在閥球的調節範圍內，需要的轉矩也是恆定的。閥球的組合結構方式導致其結構輕巧、重量輕以及節省材料。也可以噴鑄大直徑的閥球。不需要由擠壓半成品製成。[0011 ] 為了達到對介質的良好抵抗性，設計了使支承件完全被覆蓋層包圍。
[0012]此外，覆蓋層最好能適應介質的要求。特別有利的是，支承件由耐熱的高效工程塑料，特別是玻璃纖維加固的聚醯胺製成，覆蓋層由抵抗介質的塑料，特別是氟塑料、聚乙烯、聚甲醛、合成橡膠或合成熱固性塑料，如橡膠製成，以及支承件的與覆蓋層連接的表面用作為粘合劑的粘合層塗覆。通過支架由工程的高效塑料製成以及閥球也很難變形，從而一方面提高了球閥的密封性，以及另一方面支承結構和閥球在高壓下也都不發生明顯的形變，從而保持了閥球在支承結構中的自由移動性並因此不需要用於球閥的啟動過程的高的開機轉矩。
[0013]在支承件中設置至少一個封閉的空腔實現了閥球的輕巧結構。
[0014]為了使閥球能有良好導通且易於調節，在一個端部布置了向外凸出的軸頸並在閥球的另一相對的端部上布置了用於容納調節軸的凹陷。
[0015]特別有利的是，在軸頸的區域中布置了空腔。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面根據在附圖中示出的實施例進一步解釋本發明。附圖示出了:
[0017]圖1球閥的縱向剖視圖；
[0018]圖2根據圖1的球閥的閥體的詳細圖示；
[0019]圖3圖2的側視圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1示出根據本發明球閥I的縱向剖視圖。從內向外看，球閥I基本上由閥球2、支承結構3和殼體4組成。
[0021]在球閥I中用作截止件的閥球2通常具有中央圓柱形通孔5。圖1中示出了閥球2處於開啟閥位。在該位置中，通孔5將兩個互相對齊相對設置的連接管4a相互連接，這兩個連接管是殼體4的組成部件，所以流體可以流過球閥I。為了能夠將閥球2從其開啟閥位移動至其關閉位置開啟閥位切換至截止閥位，在支承結構3中圍繞著在上述情況下垂直的軸線A可旋轉地支承該閥球。為此，在閥球2下端區域中設有環形軸頸2a，其縱軸L平行於軸線A。軸頸2a的縱軸L也垂直於通孔5d的液流方向D。在閥球2的與軸頸2a相對的上端處設有凹陷2b，調節軸7形狀配合地嵌合在其中。通過該調節軸7，可以從外面將閥球2從開啟閥位切換到關閉閥位，反之亦然。在調節軸7和凹陷2b之間形狀配合的連接例如可以設計為多邊形連接或Torx連接，也可以簡單地設計為具有矩形截面的狹縫。
[0022]閥球2本身是以混合或組合結構方式製造。支承件2c位於在閥球2內部，閥球2因為通孔5而基本上為套筒形，支承件2c由耐熱的工程的高效塑料，例如玻璃纖維加固的聚醯胺製成。為了使閥球2具有輕型結構，該支承件2c具有如圖中示出的在軸頸2a的區域內的儘可能環繞封閉的空腔8。通過噴鑄，利用介質耐抗塑料以覆蓋層2d形式的包覆該支承件2c，從而得到閥球2的最終形狀。可用於覆蓋層2d的塑料有氟塑料、聚乙烯、聚甲醛(POM)或合成橡膠。在噴鍍覆蓋層2d之前，用增附劑2e或粘合層形式的底漆處理支承件2c的表面。增附劑2e也可以是噴鑄的共聚物。覆蓋層2d完全包圍支承件2c，從而支承件2c不與被引導通過管道並進而通過球閥I的介質或流體接觸。也可以採用無增附劑2e的連接。覆蓋層2d的厚度約5至25mm，優選為8至10mm，且可以切削加工或以其它合適的方式加工，以達到預期的或閥球2需要的圓度。這樣設計的閥球2的特點是添加的重量輕、對腐蝕介質的高抵抗性和高的形狀穩定性。良好的形狀穩定性避免了在封閉狀態中下作用於閥球2上的高的壓力，由於閥球2變形產生的起動扭矩使球閥I的開啟變得困難。
[0023]前述閥球2圍繞軸線A可旋轉地支承在在支承結構3中且通過密封件9相對於支承結構3密封。支承結構3由多個構件構成，即第一支承環10a、套筒狀連接件11和第二支承環10b。從液流方向看，第一支承環10a、套筒狀連接件11和第二支承環IOb —個接一個地布置。換句話說，連接件11將第一支承環IOa和與之間隔的第二支承環IOb壓接在一起，從而形成了包圍閥球2的支承結構3。兩個支承環10a、10b中的每個都具有連接件IOc和支承件10d，該連接件IOc分別由殼體4的連接管4a的塑料包圍，在從液流方向D看閥球2的前端和後端的區域中，該支承件IOd分別環狀地從相對的端部包圍閥球2。支承件IOd在其與閥球2相對的側面上分別具有圓弧面10e，該圓弧面跟隨閥球2的外表面的密封面2f。此外，支承環IOa和IOb在其連接件IOc的區域中以柵格狀配有開孔13，因此在壓鑄過程中進入的殼體4的塑料會穿過連接件IOc並進而在連接管4a的形成過程中，該連接管4a保持與穿入的塑料強化了支承環IOa和IOb的連接件IOc的緊密的連接。
[0024]此外，在每個支承環IOa和IOb中，在其朝向閥球2的圓弧面IOe的區域中都設有凹陷12，該凹陷的橫截面為三角形，其中環狀的凹陷12具有兩個彼此垂直的用於密封件9的支承面12a和12b，它們分別平行於和垂直於液流方向D。密封件9容納在凹陷12中，且相對於閥球2的密封面2f密封第一支承環IOa或第二支承環10b。
[0025]總體來看，每個支承環IOa和IOb具有管狀外形，該外形在相應的連接件IOc的區域中設計為圓柱狀和柵格狀，在隨後的支承件IOd中壁厚增大以便承受在工作中作用於閥球2的力，並以其圓弧面IOe在閥球2的方向上延伸。明顯地，由此在閥球2的密封面2f和支承環IOa和IOb的圓弧面IOe之間僅保留了較小的縫隙14，加入介質在閥球2或調節軸7的方向上從密封件9處洩露時，球閥I總體上僅具有小的壓縮容積。縫隙14的寬度為1 /10mm 到 5/1 Omnin
[0026]在背離閥球2的外側面IOf上，第一支承環IOa和第二支承環IOb基本上為圓柱狀。然而在該背離閥球2的外側面IOf上，在每個支承環IOa和IOb上設有階梯狀向外延伸的凸出部分10g，該凸出部分設計為基本上垂直於液流方向D的支承面10h。為了形成支承結構3，分別把第一支承環IOa或第二支承環IOb從端部插入基本上為套筒狀的且具有圓柱狀的內側面Ila的連接件11中。連接件11在其兩個相對的端部上在其內側面Ila上具有向外指向的階梯狀的延展部分11b，該延展部分設計為基本上垂直於液流方向D的支承面11c。因此兩個支承面Ilc之間的間距a確定了兩個插入連接件11中的支承環IOa和IOb的間距並進而最終確定了在圓弧面IOe和閥球2的密封面2f之間保留的縫隙14的大小以及當閥球2夾緊在支撐架構3中時密封件9的預張力的大小。
[0027]為了把第一支承環IOa和第二支承環IOb分別保持在連接件11的互相面對的端部中，設置了兩個保持件15a、15b，從橫截面看保持件呈u形且具有長腳15c和短腳15d。在將保持件15a、15b裝入後，長腳15c分別抵靠在與密封件9相對的保持面IOi上，該保持面垂直於球閥I的液流方向D且與連接件11的外表面Ild齊平地終止。保持件15a、15b的短腳15d抵靠在連接件11的對面lie上。對面lie同樣垂直於球閥I的液流方向D。因此，夾子狀的保持件15a、15b的任務是分別用其長腳15c從外部把第一支承環IOa和第二支承環IOb壓入連接件11的敞開的端部中，直到其支承面IOh抵靠在連接件的支承面Ilc上。為了獲得該保持力，保持件15a、15b以其短腳15d支承在連接件11的對面lie上。
[0028]為了安裝保持件15a、15b，把保持件設計為由兩部分組成且分別鉸接地連接兩個端部中的一個，以及通過閉鎖或卡鎖連接使另外一端閉合。除了藉助於保持件15a、15b通過連接件11把兩個支承環IOa和IOb機械地夾緊之外，還對連接件2a的內表面Ila和兩個支承環IOa和IOb的外表面IOf進行密封或粘合。
[0029]此外，從液流方向D看，在連接件11的中心的區域中，連接件11具有襯套llf，調節軸7旋轉地支承在該襯套中且通過密封環16密封。該襯套Ilf以其縱向延伸部分垂直於液流方向D。
[0030]基本上通過噴鑄由所謂的工程的高效塑料製成基本上由第一支承環10a、連接件
11、第二支承環IOb和兩個保持件15a、15b組成的支承結構3，該高效塑料的特點在於高強度和同時具有耐熱性。例如在此提及的玻璃纖維加固的聚醯胺。在使用聚醯胺的情況下，在支承結構3的表面的區域上塗上保護層17，該保護層可以接觸在未示出的管道中以及進而在球閥I中的介質。可以使用增附劑或優選噴鑄的共聚物作為保護層17。此外，所有的表面，優選支承結構3的外表面由作為粘合層的粘合劑18或優選噴鑄的共聚物包圍，從而得到殼體4的塑料和支承結構3之間的緊密連接。
[0031]因此,粘合劑18起始於襯套Ilf的外側面的區域並延續至連接件11的外表面Ild的區域中，然後包圍保持件15a、15b的短腳15d，然後越過進入保持件15a、15b的長腳15c並在那裡接觸支承環IOa和IOb的連接件10c。
[0032]明顯地，支承結構3以及粘合劑18完全包圍閥球2且不會形成開孔，殼體4的塑料在壓鑄過程中可以在閥球2的方向上進入這樣的開孔。因此，支承結構3和閥球2已經形成了密封的和功能性的球閥I。
[0033]在球閥I的最後一個製造步驟中，將具有閥球2和由粘合劑18包圍的調節軸7的支承結構3插入壓鑄模中，且通過環繞壓鑄上述部件利用熱素樹脂、優選聚乙烯或聚氯乙烯或合成橡膠製成殼體4。殼體4的任務在於保護支承結構3不受機械的和化學的負荷，因為支承結構3的高效材料大多不是很牢固。在這種情況下，連接管4a具有開孔6，其開孔截面對應於閥球2的通孔5的截面。在連接管4a的區域中使用的熱塑樹脂也實現了焊接和擠壓待連接和未示出的管道，或連接在連接管4a的外表面上切入的螺紋。
[0034]粘合劑或底漆是在微米範圍內的薄層，其在金屬噴塗法、等離子法、熔槽法中由合適的材料，例如塑料粉末，作為乳劑的塑料粉末在合適的溶劑中獲得。粘合劑的材料通常來自與待粘合的材料匹配的材料(塑料)。粘合連接通過粘合、分子結構的擴散和/或形成氫鍵的作用而發生。
[0035]圖2是根據圖1的球閥的閥體2的詳細圖示，從中可以清楚地看到閥體2分為支承件2c、粘合層2e和覆蓋層2d的上述結構。在凸出部分2a的區域內通過支架狀的支承件2c得到足夠的穩定性，從而可以通過支承件2c內的空腔8進一步減輕重量。
[0036]圖3是圖2的側視圖。
[0037]塑料閥球的設計方案為獨立的發明構思。用於達到球閥的塑料閥球的改進的形狀穩定性的、對本發明來說必要的特徵是根據組合結構部件的形式由支承件和覆蓋層構建閥球，其中該閥球具有通孔且可以在開啟閥位和關閉閥位之間可旋轉地支承在殼體中。由此，可以在閥球內把基於支承件的高形狀穩定性的特性和基於覆蓋層的對介質的良好抵抗性的特性結合起來。良好的抗變形性導致了閥球即使在高的工作壓力下也只發生小的形變，並進而隨後還可以很好地在殼體內從關閉閥位旋轉至開啟閥位，而不需要克服閥球的高的啟動扭矩。
[0038]在閥球的調節範圍內，需要的轉矩也是恆定的。閥球的組合結構方式導致其結構輕巧、重量輕以及節省材料。也可以噴鑄大直徑的閥球。不需要由擠壓半成品製成。為了達到對介質的良好抵抗性，設計了使支承件完全被覆蓋層包圍。此外，覆蓋層最好能適應介質的要求。特別有利的是，支承件由耐熱的高效工程塑料，特別是玻璃纖維加固的聚醯胺製成，覆蓋層由抵抗介質的塑料，特別是氟塑料、聚乙烯、聚甲醛、合成橡膠或合成熱固性塑料，如橡膠製成，以及支承件的與覆蓋層連接的表面用作為粘合劑的粘合層塗覆。在支承件中設置至少一個封閉的空腔實現了閥球的輕巧結構。為了使閥球能偶良好導通且易於調節，在一個端部布置了向外凸出的軸頸並在閥球的另一相對的端部上布置了用於容納調節軸的凹陷。特別有利的是，在軸頸的區域中布置了空腔。
[0039]附圖標記列表
[0040]I 球閥
[0041]2 閥球
[0042]2a 軸頸
[0043]2b 凹陷
[0044]2c支承件
[0045]2d覆蓋層
[0046]2e粘合劑
[0047]2f 密封面
[0048]3 支承結構
[0049]4 殼體
[0050]4a連接件
[0051]5 通孔
[0052]6 開孔
[0053]7 調節軸
[0054]8 空腔
[0055]9 密封件
[0056]IOa第一支承環
[0057]IOb第二支承環
[0058]IOc連接件
[0059]IOd支承件
[0060]IOe圓弧面
[0061]IOf外側面
[0062]IOg凸出部分
[0063]IOh支承面[0064]IOi保持面
[0065]11連接件
[0066]Ila內表面
[0067]Ilb延伸部分
[0068]Ilc支承面
[0069]Ild外表面
[0070]Ile 對面
[0071]Ilf 套筒
[0072]12 凹陷
[0073]12a支承面
[0074]12b支承面
[0075]13 開孔
[0076]14 縫隙
[0077]15a第一保持件
[0078]15b第二保持件
[0079]15c 長腳
[0080]15d 短腳
[0081]16密封環
[0082]17保護層
[0083]18粘合劑
[0084]19存儲部件
[0085]20 凹陷
[0086]a 間距
[0087]A 軸線
[0088]D 液流方向
[0089]L 縱軸線
【權利要求】
1.一種由球閥(I)的塑料製成的閥球，具有通孔(5)且可安裝在所述球閥(I)的殼體(4)內，以便能夠在開啟閥位和關閉閥位之間旋轉，其特徵在於，所述閥球(2)以組合結構部件的形式由支承件(2c)和覆蓋層(2d)構建而成。
2.根據權利要求1所述的閥球，其特徵在於，所述覆蓋層(2d)完全包圍所述支承件(2c)
3.根據權利要求1或2所述的閥球，其特徵在於，所述支承件(2c)由耐熱的高效工程塑料，特別是玻璃纖維加固的聚醯胺製成，所述覆蓋層(2d)由抵抗介質的塑料，特別是氟塑料、聚乙烯、聚甲醛、合成橡膠或合成熱固性塑料，如橡膠製成，以及所述支承件(2c)的與所述覆蓋層(2d)連接的表面塗有作為粘合劑的粘合層(2e)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的閥球，其特徵在於，在所述支承件(2c)中設置至少一個封閉的空腔(8)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的閥球，其特徵在於，在所述閥球(2)—個端部布置向外凸出的軸頸(2a)並在所述閥球(2)的另一相對的端部上布置用於容納調節軸(7)的凹陷(2b)。
6.根據權利要求4或5所述的球閥，其特徵在於，在所述軸頸(2a)的區域中布置空腔(8)。
【文檔編號】F16K5/08GK103557345SQ201310347289
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2008年5月20日 優先權日:2007年5月24日
【發明者】麥可·坦普 申請人:麥可·坦普, 安德魯·伯奇