BRPI0610788A2

BRPI0610788A2 - válvula

Info

Publication number: BRPI0610788A2
Application number: BRPI0610788-5A
Authority: BR
Inventors: Christopher M Shay
Original assignee: Kohler Co
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2010-07-27
Also published as: US20060231141A1; WO2006113611A1; US7331359B2; MX2007012934A

Abstract

VáLVULA. Uma válvula de controle para fluido tem em sua extremidade de entrada inferior uma vedação de carregamento duplo. A vedação é genericamente conformada em anel em vista superior. Contudo ela tem uma primeira seção de carga flexível para vedar o disco estacionário em relação ao alojamento, e uma segunda seção de carga que tem um inserto anelar, que em seção transversal é em forma de gancho, para formar uma dobra de mais de 90 graus. O inserto pode ser moldado dentro do corpo resiliente da vedação de modo ciue sua borda externa é colocada em um ressalto circular que se apóia contra um batente de vedação do alojamento. Uma carga elevada pode assim ser aplicada entre ressalto de apoio e o batente de vedação para conseguir uma vedação estanque, enquanto uma carga mais baixa pode ser aplicada entre a parte flexível não corrigida da vedação e um disco de válvula estacionário.

Description

"VÁLVULA"

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

A invenção é relativa a válvulas de controle para fluido, taiscomo válvulas de controle para água utilizadas em acessórios deencanamentos e vedações utilizadas com eles.

Cartuchos de válvula e similares são bem conhecidos parautilização em torneiras e outros acessórios de encanamentos. Ver, porexemplo, a Patente U.S. 5.398.717. Genericamente tais válvulas incluem umalojamento de cartucho com uma haste de válvula que pode girar dentro doalojamento para controlar um disco rotativo que se move sobre um discoestacionário. Os discos estacionário e rotativo têm, tipicamente, furosatravessantes, que quando alinhados permitem escoamento, e quandocompletamente não alinhados fecham o escoamento. Estes discos sãopreferivelmente feitos de cerâmica, uma vez que a cerâmica é resistente aatrito e desgaste e assim proporcionam vida prolongada da válvula.

Diversas vedações e anéis-O são fornecidos entre oalojamento, haste de válvula e disco estacionário, de modo a impedirvazamento. Em particular, a vedação entre um corpo de acessório deencanamento e o alojamento do cartucho de válvula é tipicamente conseguidopor meio de um anel resiliente que veda por compressão contra o discoestacionário e um assento do corpo do acessório. Força de compressãoinsuficiente pode fazer com que a válvula vaze na conexão com o acessório.

Muita força de compressão pode criar resistência indesejável à rotação,tornando difícil abrir ou fechar a torneira, e aumentando a velocidade dedesgaste.

Uma tentativa de enfrentar problemas com a vedação inferiorestá divulgada na Patente U.S. 6.422.268. Nesta Patente é divulgado umcartucho de válvula com um anel de vedação reforçado por um anel dereforço que tem uma seção transversal genericamente em ângulo reto. O anelde vedação é construído de modo que uma extremidade do anel de reforço seapoia contra uma borda do alojamento de válvula, de modo que a maior partedas forças de compressão é transferida para o alojamento ao invés de contra odisco de controle estacionário. O lado superior mais flexível do anel devedação veda contra o disco fixo/estacionário da válvula sob carregamentoreduzido. Contudo, mesmo com tal estrutura existem problemas. Com relaçãoa isto, na presença de picos de pressão o anel de vedação pode cisalhar em suaextremidade interna.

Daí, existe ainda uma necessidade por um tipo melhorado deválvula de controle para fluido do tipo cartucho, particularmente em relação àestrutura e desempenho da vedação inferior.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção fornece uma válvula que tem uma vedação decarregamento duplo com construção melhorada. A vedação resiste acisalhamento e falha de flutuação de alta pressão na entrada da válvula, aomesmo tempo que mantém características de boa vedação e vida prolongada.

Em um aspecto, a invenção fornece uma válvula que tem umalojamento de válvula, um elemento de válvula estacionário que tem um furoatravessante, um elemento de válvula móvel posicionado no alojamento deválvula para regular o escoamento de fluido através da válvula em resposta amovimento do elemento móvel adjacente ao elemento estacionário, umelemento operacional que se estende para o interior do alojamento de válvulapara movimentar o elemento móvel, e uma vedação próxima aura lado deentrada do elemento de válvula estacionário e que tem uma primeira seção decarga flexível para vedar o elemento de válvula estacionário em relação aoalojamento de válvula, e uma segunda seção de carga que tem um elementoque confere rigidez que forma uma dobra que, em seção transversal vertical,se estende por mais do que 90 graus.

Em formas preferenciais, o elemento que confere rigidez é umelemento anelar que tem, em seção transversal vertical, uma primeira perna euma segunda perna que se estendem em um ângulo entre as primeira esegunda pernas de menos de 90 graus, as primeira e segunda pernas sendounidas por uma porção intermediária que se estende entre a segunda pernaentre elas, a segunda perna é paralela à primeira perna ou dentro de 10 grausde ser paralela à primeira perna, a vedação é na forma de um anel onde umaperna termina em uma superfície externa da vedação, de modo a se apoiarcontra o alojamento, e/ou o elemento que confere rigidez tem uma seçãotransversal vertical essencialmente conformada em gancho.

Em outras formas preferenciais o elemento que confere rigidezé constituído de um metal tal como latão. Também pode haver uma porçãoflexível radialmente voltada para dentro da vedação, que se estende aindamais para o interior do alojamento de válvula do que uma porção a maissuperior do elemento que confere rigidez.

Em outros refinamentos a vedação encosta uma borda circularvoltada para baixo, formada ao longo de um interior do alojamento, a segundaseção de carga é um corpo genericamente anelar que se estende desde umsegundo lado até uma região intermediária que tem um ressalto de apoiocircular, e a primeira seção de carga se estende desde a região intermediáriaaté um primeiro lado oposto ao segundo lado. O elemento que confere rigidezpode ser associado com o ressalto de apoio na região intermediária e osprimeiro e segundo lados são resilientes.

Em um outro aspecto da presente invenção pode haver umavedação anelar que tem uma primeira seção de carga flexível e uma segundaseção de carga, a segunda seção de carga tendo um elemento que confererigidez associado com uma superfície de apoio em uma região intermediárialocalizada entre um primeiro lado resiliente da vedação onde a primeira seçãode carga termina, e um segundo lado resiliente da vedação onde a segundaseção de carga termina, no qual o elemento que confere rigidez é um elementoanelar que tem uma seção transversal vertical que forma uma dobra de maisdo que 90 graus.

Estas válvulas fornecem todas as vantagens do estado datécnica de válvulas de cartucho deste tipo, ao mesmo tempo que tambémreduzem falhas devido a desgaste e cisalhamento. Além disto, elas permitemque seja utilizada uma carga de compressão elevada para evitar vazamentos,com menos conseqüências adversas.

Outras vantagens da invenção serão evidentes a partir dadescrição detalhada que segue, e desenhos que acompanham. O que segue émeramente uma descrição de uma configuração preferencial da presenteinvenção. Para acessar o escopo completo da invenção, as reivindicaçõesdeveriam ser olhadas como a modalidade de configuração preferencial e nãotem a intenção de ser a única configuração dentro do escopo dasreivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em perspectiva frontal inferior de umaválvula de acordo com a presente invenção;

A Figura 2 é uma vista dela em corte feito ao longo da linha 2-2 da Figura 1;

A Figura 3 é uma vista em corte parcial, ampliada, que mostraa interface de uma vedação na entrada da válvula;

A Figura 4 é uma vista em perspectiva frontal superior davedação em isolamento; e

A Figura 5 é uma outra vista em perspectiva do inserto devedação em isolamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA CONFIGURAÇÃO PREFERENCIAL

Fazendo referência às Figuras 1 e 2, o conjunto cartucho deválvula é referido genericamente pelo numerai de referencia 10 e inclui umcorpo de alojamento anelar 12 com uma cavidade interna 14 colocada aolongo de um eixo principal 16 e em comunicação com uma entrada inferior18, e duas saídas laterais opostas 20 (uma mostrada). Como tal, o trajeto depassagem da válvula é desde a entrada 18 para cima através de uma porçãoinferior 19 da cavidade 14 e para fora através das saídas 20. O alojamento 12também define uma seção rosqueada 22 para corresponder com o acessório(não mostrado) e uma seção hexagonal 24 para fixá-la no lugar com umachave. Duas abas batentes 26 (uma mostrada) espaçadas separadas 180 grausse estendem para cima a partir do topo do alojamento. O alojamento tem umflange de diâmetro maior 30 entre as roscas e a seção hexagonal sob a qualassenta um anel-O (não mostrado).

Uma válvula de fuso/haste 32 é colocada ao longo do eixo 16dentro do alojamento 12 e tem uma extremidade superior ranhurada 34 paramontar um cabo de torneira (não mostrado). Abaixo da seção ranhurada ahaste de válvula 32 tem um sulco 36 adjacente a uma seção quadrada 38. Aseção quadrada 38 monta um limitador 40 com duas orelhas que se estendemradialmente 42, que interferem com as abas batentes 26 do alojamento 12 paralimitar rotação da haste de válvula 32 em cada direção. O limitador 40 épreferivelmente projetado para ser reversível, remontando-o com as orelhas42 para os outros lados das abas batentes 26, de modo que a haste de válvula e32 pode trabalhar com qualquer torneira direita ou esquerda, ou talvezcorrespondendo a torneiras quente ou fria.

Um pequeno grampo de encaixe 44 se ajusta no sulco 36 paramontar o alimentador 40. Dois sulcos 46 e 48 na seção intermediária da hastede válvula 32 acomoda um suporte de anel 50 e um anel-O 52,respectivamente. A entrada 18 do alojamento 12 é vedada por uma vedaçãoanelar 54 discutida em detalhe abaixo.

No fundo da haste de válvula 32 existe uma barra deacionamento 56 que é acomodada em uma fenda 58 de um disco deacionamento 60. O disco de acionamento 60 tem duas projeções (nãomostrado) que se ajustam em duas fendas (não mostrado) de um disco rotativoconformado em laço 62. A face voltada para baixo do disco rotativo 62 éplana e lisa, e desliza contra a face superior lisa de um disco estacionado 64,que é mantido fixado contra rotação em relação ao alojamento 12 peloengatamento de duas orelhas (não mostrado) que são acomodadas em fendasdo alojamento 12. O disco estacionário 64 tem duas aberturas triangulares 66(uma mostrada).

Em uma posição fechada da válvula mostrada na Figura 2, asasas do disco rotativo 62 alinham com as aberturas 66 do disco estacionário64, de modo que escoamento é bloqueado. Girando a haste de válvula 32 umquarto de volta para sua posição aberta, o disco rotativo 62 é girado paraalinhar os espaços entre suas asas com as aberturas 66 e as saídas 20 doalojamento 12, e com isto permitir escoamento desde a entrada 18 até as saídas 20.

Com referência particular às Figuras 3 - 5, a construção eoperação da vedação 54 será discutida agora. A vedação 54 tem um corporesiliente, preferivelmente de EPDM, e é uma vedação de carregamentoduplo, em que tem uma primeira seção de carga 70 e uma segunda seção decarga 72. A segunda seção de carga 72 se estende desde um lado inferiorresiliente 74 que tem dois sulcos concêntricos 75, até uma regiãointermediária 76 que define um ressalto de apoio circular 78, entre o ladoinferior 74 e um lado superior resiliente 80 onde a primeira seção de carga 70termina. A primeira seção de carga 70 é mais fina do que a segunda seção decarga 72 e se afunila ou inclina para dentro no sentido do centro da vedação54 que poderia ser aproximadamente no eixo principal 16 quando montada naválvula.

A segunda seção de carga 2 inclui um inserto que confererigidez anelar 82. O inserto que confere rigidez 82 tem uma seção transversalcom uma primeira perna 84 e uma segunda perna 86 unidas por uma porçãointermediária 88 que se estende entre elas. A segunda perna 86 éaproximadamente paralela a uma primeira porção perna 90, e uma segundaporção perna 92 se estende em um ângulo em relação à primeira porção perna90, preferivelmente voltada para fora a partir de um centro da vedação 54. Aspernas 84 e 86 formam assim uma forma de gancho, ou possivelmente umaforma em J, ou em U, em seção transversal, que se dobra através de mais doque 90 graus, ou colocado de outra forma, o ângulo incluído entre as pernas84 e 86 é menor do que 90 graus. A configuração dobrada reforça o inserto 82e fornece área superficial aumentada para ligação do inserto 82 ao corporesiliente da vedação 54.

O inserto que confere rigidez 82 posicionado na vedação 54 nasegunda seção de carga na, ou junto da região intermediária 76 e que seestende essencialmente para baixo menos do que a meio caminho entre o ladoinferior 74 e o ressalto de apoio 76. Ele é orientado de modo que a bocacôncava do inserto 82 abre no sentido do lado superior 80 e a primeira seçãode carga 70. Esta orientação ajuda ainda mais a resistir à separação do corporesiliente da vedação.

A extremidade superior ou borda da perna 86 do inserto 82termina no ressalto de apoio 78, e pode se estender até a superfície externa doressalto ou pode ser coberta por uma pequena quantidade de materialresiliente. Quando a vedação 54 está montada na válvula, o ressalto 78 comosustentado pela extremidade do inserto 82, irá encostar um batente de vedaçãocircular 100 formado no interior do alojamento 12 junto da entrada 18axialmente abaixo do disco estacionário 64. Desta maneira a segunda seção decarga tornada rígida da vedação 54 irá transferir forças de compressãoelevadas para o batente de vedação 100. A primeira seção de carga flexívelnão tornada rígida irá vedar contra o lado da face inferior do disco ou placa dofuro 64, porém sob carregamento muito menor. Como delineado na Figura 3,esta seção irá fletir e se conformar para fornecer uma boa vedação sem forçaexcessiva.

Assim, a vedação 54 desta construção irá transferir cargaselevadas para o alojamento ao invés de para os discos cerâmicos. Isto permiteum movimento de giro de sensação mais suave e sem a necessidade por forçaexcessiva, e também prolonga a vida dos componentes móveis e daqueles emcontato com eles. Além disto, ambos os lados superior e inferior da vedaçãosão resilientes e flexíveis, de modo que boa vedação pode ser conseguida emambos os lados. Também a construção do inserto e sua orientação na vedação54, fornecem adesão melhorada das duas partes, e possibilidade reduzida deseparação do material resiliente, e assim falha da vedação.

O corpo da vedação 54 preferivelmente é de um materialresiliente adequado, tal como EPDM. O inserto 82 é preferivelmente de ummetal tal como latão, adequado para moldagem do inserto, o inserto dentro davedação 54. O alojamento 12 e haste de válvula 32 também sãopreferivelmente de latão. O disco de acionamento 60 pode ser de um plásticorígido, e o disco rotativo 62 e o disco estacionário 64 são preferivelmente decerâmica. Outros materiais com rigidez ou resiliência adequadas podem serutilizados.

Embora tenha sido mostrado e descrito o que é atualmenteconsiderado a configuração preferencial da invenção, diversas mudanças emodificações podem ser feitas nela sem se afastar do escopo da invenção,definido pelas reivindicações anexas. Por exemplo, o inserto não precisa sersomente conformado em J ou conformado em U. Outras formas de ganchotambém deveriam ser suficientes.

Portanto, diversas alternativas e configurações sãoconsideradas como estando dentro do escopo das reivindicações a seguir queapontam particularmente e reivindicam de maneira distinta o temarelacionado como a invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIALA invenção fornece uma válvula melhorada, e construção devedação para utilização com ela, tal como utilizada no controle de escoamentode água em torneiras e outros acessórios de tubulações.

Claims

1. Válvula, caracterizada pelo fato de compreender:um alojamento de válvula;um elemento de válvula estacionário, posicionado noalojamento de válvula e tendo um furo atravessante;um elemento de válvula móvel, também posicionado noalojamento de válvula e para regular o escoamento de fluido através daválvula em resposta ao movimento do elemento móvel adjacente ao elementoestacionário;um elemento operacional que se estende para o interior doalojamento de válvula para mover o elemento móvel; euma vedação próxima a um lado de entrada do elemento deválvula estacionário e tendo uma primeira seção de carga flexível para vedar oelemento de válvula estacionário em relação ao alojamento de válvula, e umasegunda seção de carga tendo um elemento que confere rigidez que formauma dobra que, em seção transversal vertical, se estende por mais do que 90graus;em que o elemento que confere rigidez possui uma aparênciaseccional transversal vertical essencialmente conformada em gancho;em que a vedação está na forma de um anel, no qual oelemento que confere rigidez possui uma extremidade superior que terminaadjacente a uma superfície externa da vedação; eem que a segunda seção de carga é um corpo geralmenteanular que se estende de um segundo lado para uma região intermediáriapossuindo um ressalto de apoio circular definido pela superfície externa davedação, e em que a primeira seção de carga se estende da regiãointermediária para um primeiro lado oposto ao segundo lado e a extremidadesuperior termina adjacente ao ressalto de apoio da região intermediária.

2. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato do elemento que confere rigidez ser um elemento anelar que tem, emseção transversal vertical, uma primeira perna e uma segunda perna que seestendem em um ângulo entre as primeira e segunda pernas de menos do que-90 graus, as primeira e segunda pernas sendo unidas por uma porçãointermediária que se estende entre elas.

3. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de uma porção flexível radialmente para dentro da vedação seestender ainda mais para o interior do alojamento de válvula do que umaporção mais superior do elemento que confere rigidez.

4. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato da vedação encostar em uma borda circular voltada para baixoformada ao longo de um interior do alojamento.

5. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato do elemento que confere rigidez ser associado com o ressalto deapoio na região intermediária e no qual os primeiro e segundo lados sãoresilientes.

6. Válvula, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadapelo fato do elemento que confere rigidez se estender a menos do que metadedo caminho entre o segundo lado e o ressalto de apoio na regiãointermediária.

7. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato do elemento que confere rigidez abrir no sentido do elemento deválvula estacionário.