CN103557345A - 球阀的塑料制成的阀球 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球阀（1）的塑料制成的阀球（2），其具有通孔（5）且可支承在球阀（1）的壳体（4）内，能够在开启阀位和关闭阀位之间旋转。为了实现球阀的塑料制成的阀球具有改进的形状稳定性，建议将阀球（2）以组合结构部件的形式由支承件（2c）和覆盖层（2d）构建而成。

Description

球阀的塑料制成的阀球

相关申请的交叉引用

本申请是2008年5月20日提交的优先权日为2007年5月24日的申请号为200880017334.2的名称为“塑料球阀”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种球阀的阀球，其具有通孔且支承在球阀的壳体内，从而能够在开启阀位和关闭阀位之间旋转。

背景技术

由欧洲专利EP0575643B1公开了一种塑料制的球阀以及用于其制造的方法。该球阀基本上由壳体组成，在该壳体中支承了作为闭锁件的阀球。该壳体具有两个管连接件，该管连接件通常在阀球的开启阀位通过管连接件的通孔互相连接，且在关闭位置通过阀球彼此分开。该壳体以压铸法一件式地由聚乙烯制成。为了可以从开启阀位旋转至关闭位置，从水平对齐的管连接件的方向看，该阀球围绕着基本垂直的轴线可旋转地支承，且与用于操作该阀球的开关轴连接。该阀球不是直接地支承在壳体中，而是通过两个轴承环支承在壳体中，这两个轴承环通过环状的衬垫彼此连接。该轴承环具有与管连接件的内横截面一致的开孔且从经过球阀的流体的液流方向上看在前面和后面与阀球邻接。在开启阀位中，阀球的通孔与轴承环的开孔对齐。从横截面看，轴承环基本上设计为三角形并因此超出阀球的外圆周面的一部分。在超出阀球的区域中，在轴承环中分别设置了密封环，该密封环支承在阀球的外圆周面上。丁腈橡胶优选为用于密封环的材料。支承环的背离阀球的且指向径向方向的外圆周区域设计为有棱纹的，其中棱纹平行于球阀的液流方向延伸。两个轴承环的棱纹的外端部通过环状的衬垫互相连接。在该情况下，该环状的衬垫与轴承环粘合或焊接。因此，具有密封环的两个轴承环和衬垫组成用于阀球的一类支承护圈。轴承环、阀球和衬垫可以由红色黄铜、黄铜、不锈钢或塑料，优选由玻璃纤维加固的塑料或聚丙烯制成。此外，在环状的衬垫中设有通孔，从而在制造过程中壳体的注入的塑料可以经过通孔在阀球的方向上或在棱纹的方向上进入。在此，壳体塑料向前进入直到阀球的表面。因此，在壳体的材料和轴承环以及衬垫之间建立起嵌入形式的紧密的连接。衬垫必须根据加固的类型吸收拉力、压力和运动力以及球阀内出现的旋转力矩。

为了制造球阀，在第一工作步骤的其中一个中，具有密封环的轴承环放在阀球的互相面对的端部上。接着，环状的衬垫在两个轴承环上移动。然后环状的衬垫通过粘合或焊接在其端部与两个轴承环连接。该由阀球、轴承环和衬垫组成的支承护套现在插入压铸模内，并接着由壳体材料围绕压铸和渗透。在该压铸过程中，衬垫的通孔要把在压铸过程中产生的壳体分开为外部件和内部件。在冷却在压铸模中制造的壳体时，强制发生了两个壳体部件相对于彼此的收缩过程，并阻止了壳体径向向内的收缩。由此应该避免阀球在壳体内压紧。为了得到阀球和塑料壳体之间的空隙，在壳体压铸前加热阀球。

此外，欧洲专利EP1121549B1公开了一种另外的塑料制的关闭阀以及用于其制造的方法。除了连接两个轴承环的衬垫外，该关闭阀的基本构造与上述球阀一致。根据该专利，用两个步骤把衬垫制造作为压铸件。在第一步骤中制造模具件，该模具件优选由热塑性塑料，特别是粘着－共聚物制成。该模具件形成衬垫的外部形状并因此也形成稍后由聚乙烯喷镀的壳体的内部形状。当该塑料喷镀到该模具件上时，该模具件部分熔化，且在模具件和在第二方法步骤中引入的塑料之间形成一个熔化焊接连接部分。因此，该衬垫包括由热塑性塑料，特别是粘着－共聚物制成的第一外层和由塑料，优选为玻璃纤维加固的塑料或聚丙烯制成的第二内层。该衬垫还具有上述的通孔，因此在关闭阀的最后一个制造步骤中，用于壳体的注入的聚乙烯可以通过衬垫的通孔直到阀球上，并进而把衬垫嵌入壳体材料中。

此外，欧洲专利EP0756681B1公开了具有阀球和两件式壳体的球阀。该壳体在中间且从液流方向看垂直于一个平面分开，该平面在中间平分阀球的调节轴。半壳体具有用于容纳球阀插入物的凹陷。在安装时，该球阀插入物插入两件式的壳体中且该两个半壳体借助于螺丝互相夹紧。由于该球阀插入物相对于壳体中的凹陷过大，通过已达到的预张紧进行密封。该球阀插入物基本上由具有开关轴的阀球和与之相对的轴承颈组成，该轴承颈全部由无缝的衬套包围，该衬套从液流方向上看在前面和后面具有凸缘。由于该球阀插入物的衬套从凸缘到凸缘是无缝且连续的，以及由氟塑料如PFA、PTFE或FEP制成，该球阀插入物的其它部件不具有介质接触，且不需要用如此高质量的材料制造。为了拆除阀球，必须分开并进而毁坏衬套。阀球在衬套内可旋转且抵靠在阀球的表面上，且部分抵靠在轴承颈和开关轴上。在衬套的背离阀球的外侧上布置了弹性的衬垫，该衬垫由该球阀插入物的另外的外壳壳体在周围结合。该弹性的衬垫需要相对于外壳壳体密封衬套。该外壳壳体可以由金属或塑料制成，然后为了安装而分为两半。该外壳壳体也可以以不分开的方式由压铸的塑料制成。那么外壳壳体的塑料的加工温度必须低于衬套和弹性的衬垫的温度。此外，衬套和外壳壳体机械地、形锁合地或借助于粘合剂通过粘合连接。为了在开关轴的区域中密封球阀插入物，该球阀插入物附加地具有压力件，该压力件支承在弹性的衬垫上且通过套筒形的、同心地包围开关轴的轴承凸缘在衬套的方向上预张紧，直到达到期望的密封性。

发明内容

以该现有技术为出发点，本发明的目的在于提出一种球阀的塑料制成的阀球，该球阀的特征在于改进的形状稳定性。

该目的通过具有权利要求1的特征的球阀的塑料制成的阀球达到。在权利要求2到6中描述本发明的有利的设计方案。

根据本发明，一种球阀的阀球，其具有通孔且支承在球阀的壳体内，能够在开启阀位和关闭阀位之间旋转，当阀球以组合结构部件的形式由支承件和覆盖层构建而成时，可实现其改进的形状稳定性。由此，可以在阀球内把基于支承件的高形状稳定性的特性和基于覆盖层的对介质的良好抵抗性的特性结合起来。良好的抗变形性导致了阀球即使在高的工作压力下也只发生小的形变，并进而随后还可以很好地在壳体内从关闭阀位旋转至开启阀位，而不需要克服阀球的高的启动扭矩在阀球的调节范围内，需要的转矩也是恒定的。阀球的组合结构方式导致其结构轻巧、重量轻以及节省材料。也可以喷铸大直径的阀球。不需要由挤压半成品制成。

为了达到对介质的良好抵抗性，设计了使支承件完全被覆盖层包围。

此外，覆盖层最好能适应介质的要求。特别有利的是，支承件由耐热的高效工程塑料，特别是玻璃纤维加固的聚酰胺制成，覆盖层由抵抗介质的塑料，特别是氟塑料、聚乙烯、聚甲醛、合成橡胶或合成热固性塑料，如橡胶制成，以及支承件的与覆盖层连接的表面用作为粘合剂的粘合层涂覆。通过支架由工程的高效塑料制成以及阀球也很难变形，从而一方面提高了球阀的密封性，以及另一方面支承结构和阀球在高压下也都不发生明显的形变，从而保持了阀球在支承结构中的自由移动性并因此不需要用于球阀的启动过程的高的开机转矩。

在支承件中设置至少一个封闭的空腔实现了阀球的轻巧结构。

为了使阀球能有良好导通且易于调节，在一个端部布置了向外凸出的轴颈并在阀球的另一相对的端部上布置了用于容纳调节轴的凹陷。

特别有利的是，在轴颈的区域中布置了空腔。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例进一步解释本发明。附图示出了：

图1球阀的纵向剖视图；

图2根据图1的球阀的阀体的详细图示；

图3图2的侧视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明球阀1的纵向剖视图。从内向外看，球阀1基本上由阀球2、支承结构3和壳体4组成。

在球阀1中用作截止件的阀球2通常具有中央圆柱形通孔5。图1中示出了阀球2处于开启阀位。在该位置中，通孔5将两个互相对齐相对设置的连接管4a相互连接，这两个连接管是壳体4的组成部件，所以流体可以流过球阀1。为了能够将阀球2从其开启阀位移动至其关闭位置开启阀位切换至截止阀位，在支承结构3中围绕着在上述情况下垂直的轴线A可旋转地支承该阀球。为此，在阀球2下端区域中设有环形轴颈2a，其纵轴L平行于轴线A。轴颈2a的纵轴L也垂直于通孔5d的液流方向D。在阀球2的与轴颈2a相对的上端处设有凹陷2b，调节轴7形状配合地嵌合在其中。通过该调节轴7，可以从外面将阀球2从开启阀位切换到关闭阀位，反之亦然。在调节轴7和凹陷2b之间形状配合的连接例如可以设计为多边形连接或Torx连接，也可以简单地设计为具有矩形截面的狭缝。

阀球2本身是以混合或组合结构方式制造。支承件2c位于在阀球2内部，阀球2因为通孔5而基本上为套筒形，支承件2c由耐热的工程的高效塑料，例如玻璃纤维加固的聚酰胺制成。为了使阀球2具有轻型结构，该支承件2c具有如图中示出的在轴颈2a的区域内的尽可能环绕封闭的空腔8。通过喷铸，利用介质耐抗塑料以覆盖层2d形式的包覆该支承件2c，从而得到阀球2的最终形状。可用于覆盖层2d的塑料有氟塑料、聚乙烯、聚甲醛（POM）或合成橡胶。在喷镀覆盖层2d之前，用增附剂2e或粘合层形式的底漆处理支承件2c的表面。增附剂2e也可以是喷铸的共聚物。覆盖层2d完全包围支承件2c，从而支承件2c不与被引导通过管道并进而通过球阀1的介质或流体接触。也可以采用无增附剂2e的连接。覆盖层2d的厚度约5至25mm，优选为8至10mm，且可以切削加工或以其它合适的方式加工，以达到预期的或阀球2需要的圆度。这样设计的阀球2的特点是添加的重量轻、对腐蚀介质的高抵抗性和高的形状稳定性。良好的形状稳定性避免了在封闭状态中下作用于阀球2上的高的压力，由于阀球2变形产生的起动扭矩使球阀1的开启变得困难。

前述阀球2围绕轴线A可旋转地支承在在支承结构3中且通过密封件9相对于支承结构3密封。支承结构3由多个构件构成，即第一支承环10a、套筒状连接件11和第二支承环10b。从液流方向看，第一支承环10a、套筒状连接件11和第二支承环10b一个接一个地布置。换句话说，连接件11将第一支承环10a和与之间隔的第二支承环10b压接在一起，从而形成了包围阀球2的支承结构3。两个支承环10a、10b中的每个都具有连接件10c和支承件10d，该连接件10c分别由壳体4的连接管4a的塑料包围，在从液流方向D看阀球2的前端和后端的区域中，该支承件10d分别环状地从相对的端部包围阀球2。支承件10d在其与阀球2相对的侧面上分别具有圆弧面10e，该圆弧面跟随阀球2的外表面的密封面2f。此外，支承环10a和10b在其连接件10c的区域中以栅格状配有开孔13，因此在压铸过程中进入的壳体4的塑料会穿过连接件10c并进而在连接管4a的形成过程中，该连接管4a保持与穿入的塑料强化了支承环10a和10b的连接件10c的紧密的连接。

此外，在每个支承环10a和10b中，在其朝向阀球2的圆弧面10e的区域中都设有凹陷12，该凹陷的横截面为三角形，其中环状的凹陷12具有两个彼此垂直的用于密封件9的支承面12a和12b，它们分别平行于和垂直于液流方向D。密封件9容纳在凹陷12中，且相对于阀球2的密封面2f密封第一支承环10a或第二支承环10b。

总体来看，每个支承环10a和10b具有管状外形，该外形在相应的连接件10c的区域中设计为圆柱状和栅格状，在随后的支承件10d中壁厚增大以便承受在工作中作用于阀球2的力，并以其圆弧面10e在阀球2的方向上延伸。明显地，由此在阀球2的密封面2f和支承环10a和10b的圆弧面10e之间仅保留了较小的缝隙14，加入介质在阀球2或调节轴7的方向上从密封件9处泄露时，球阀1总体上仅具有小的压缩容积。缝隙14的宽度为1/10mm到5/10mm。

在背离阀球2的外侧面10f上，第一支承环10a和第二支承环10b基本上为圆柱状。然而在该背离阀球2的外侧面10f上，在每个支承环10a和10b上设有阶梯状向外延伸的凸出部分10g，该凸出部分设计为基本上垂直于液流方向D的支承面10h。为了形成支承结构3，分别把第一支承环10a或第二支承环10b从端部插入基本上为套筒状的且具有圆柱状的内侧面11a的连接件11中。连接件11在其两个相对的端部上在其内侧面11a上具有向外指向的阶梯状的延展部分11b，该延展部分设计为基本上垂直于液流方向D的支承面11c。因此两个支承面11c之间的间距a确定了两个插入连接件11中的支承环10a和10b的间距并进而最终确定了在圆弧面10e和阀球2的密封面2f之间保留的缝隙14的大小以及当阀球2夹紧在支撑架构3中时密封件9的预张力的大小。

为了把第一支承环10a和第二支承环10b分别保持在连接件11的互相面对的端部中，设置了两个保持件15a、15b，从横截面看保持件呈u形且具有长脚15c和短脚15d。在将保持件15a、15b装入后，长脚15c分别抵靠在与密封件9相对的保持面10i上，该保持面垂直于球阀1的液流方向D且与连接件11的外表面11d齐平地终止。保持件15a、15b的短脚15d抵靠在连接件11的对面11e上。对面11e同样垂直于球阀1的液流方向D。因此，夹子状的保持件15a、15b的任务是分别用其长脚15c从外部把第一支承环10a和第二支承环10b压入连接件11的敞开的端部中，直到其支承面10h抵靠在连接件的支承面11c上。为了获得该保持力，保持件15a、15b以其短脚15d支承在连接件11的对面11e上。

为了安装保持件15a、15b，把保持件设计为由两部分组成且分别铰接地连接两个端部中的一个，以及通过闭锁或卡锁连接使另外一端闭合。除了借助于保持件15a、15b通过连接件11把两个支承环10a和10b机械地夹紧之外，还对连接件2a的内表面11a和两个支承环10a和10b的外表面10f进行密封或粘合。

此外，从液流方向D看，在连接件11的中心的区域中，连接件11具有衬套11f，调节轴7旋转地支承在该衬套中且通过密封环16密封。该衬套11f以其纵向延伸部分垂直于液流方向D。

基本上通过喷铸由所谓的工程的高效塑料制成基本上由第一支承环10a、连接件11、第二支承环10b和两个保持件15a、15b组成的支承结构3，该高效塑料的特点在于高强度和同时具有耐热性。例如在此提及的玻璃纤维加固的聚酰胺。在使用聚酰胺的情况下，在支承结构3的表面的区域上涂上保护层17，该保护层可以接触在未示出的管道中以及进而在球阀1中的介质。可以使用增附剂或优选喷铸的共聚物作为保护层17。此外，所有的表面，优选支承结构3的外表面由作为粘合层的粘合剂18或优选喷铸的共聚物包围，从而得到壳体4的塑料和支承结构3之间的紧密连接。

因此，粘合剂18起始于衬套11f的外侧面的区域并延续至连接件11的外表面11d的区域中，然后包围保持件15a、15b的短脚15d，然后越过进入保持件15a、15b的长脚15c并在那里接触支承环10a和10b的连接件10c。

明显地，支承结构3以及粘合剂18完全包围阀球2且不会形成开孔，壳体4的塑料在压铸过程中可以在阀球2的方向上进入这样的开孔。因此，支承结构3和阀球2已经形成了密封的和功能性的球阀1。

在球阀1的最后一个制造步骤中，将具有阀球2和由粘合剂18包围的调节轴7的支承结构3插入压铸模中，且通过环绕压铸上述部件利用热素树脂、优选聚乙烯或聚氯乙烯或合成橡胶制成壳体4。壳体4的任务在于保护支承结构3不受机械的和化学的负荷，因为支承结构3的高效材料大多不是很牢固。在这种情况下，连接管4a具有开孔6，其开孔截面对应于阀球2的通孔5的截面。在连接管4a的区域中使用的热塑树脂也实现了焊接和挤压待连接和未示出的管道，或连接在连接管4a的外表面上切入的螺纹。

粘合剂或底漆是在微米范围内的薄层，其在金属喷涂法、等离子法、熔槽法中由合适的材料，例如塑料粉末，作为乳剂的塑料粉末在合适的溶剂中获得。粘合剂的材料通常来自与待粘合的材料匹配的材料（塑料）。粘合连接通过粘合、分子结构的扩散和/或形成氢键的作用而发生。

图2是根据图1的球阀的阀体2的详细图示，从中可以清楚地看到阀体2分为支承件2c、粘合层2e和覆盖层2d的上述结构。在凸出部分2a的区域内通过支架状的支承件2c得到足够的稳定性，从而可以通过支承件2c内的空腔8进一步减轻重量。

图3是图2的侧视图。

塑料阀球的设计方案为独立的发明构思。用于达到球阀的塑料阀球的改进的形状稳定性的、对本发明来说必要的特征是根据组合结构部件的形式由支承件和覆盖层构建阀球，其中该阀球具有通孔且可以在开启阀位和关闭阀位之间可旋转地支承在壳体中。由此，可以在阀球内把基于支承件的高形状稳定性的特性和基于覆盖层的对介质的良好抵抗性的特性结合起来。良好的抗变形性导致了阀球即使在高的工作压力下也只发生小的形变，并进而随后还可以很好地在壳体内从关闭阀位旋转至开启阀位，而不需要克服阀球的高的启动扭矩。

在阀球的调节范围内，需要的转矩也是恒定的。阀球的组合结构方式导致其结构轻巧、重量轻以及节省材料。也可以喷铸大直径的阀球。不需要由挤压半成品制成。为了达到对介质的良好抵抗性，设计了使支承件完全被覆盖层包围。此外，覆盖层最好能适应介质的要求。特别有利的是，支承件由耐热的高效工程塑料，特别是玻璃纤维加固的聚酰胺制成，覆盖层由抵抗介质的塑料，特别是氟塑料、聚乙烯、聚甲醛、合成橡胶或合成热固性塑料，如橡胶制成，以及支承件的与覆盖层连接的表面用作为粘合剂的粘合层涂覆。在支承件中设置至少一个封闭的空腔实现了阀球的轻巧结构。为了使阀球能偶良好导通且易于调节，在一个端部布置了向外凸出的轴颈并在阀球的另一相对的端部上布置了用于容纳调节轴的凹陷。特别有利的是，在轴颈的区域中布置了空腔。

附图标记列表

1   球阀

2   阀球

2a  轴颈

2b  凹陷

2c  支承件

2d  覆盖层

2e  粘合剂

2f  密封面

3   支承结构

4   壳体

4a  连接件

5   通孔

6   开孔

7   调节轴

8   空腔

9   密封件

10a 第一支承环

10b 第二支承环

10c 连接件

10d 支承件

10e 圆弧面

10f 外侧面

10g 凸出部分

10h 支承面

10i 保持面

11  连接件

11a 内表面

11b 延伸部分

11c 支承面

11d 外表面

11e 对面

11f 套筒

12  凹陷

12a 支承面

12b 支承面

13  开孔

14  缝隙

15a 第一保持件

15b 第二保持件

15c 长脚

15d 短脚

16  密封环

17  保护层

18  粘合剂

19  存储部件

20  凹陷

a   间距

A   轴线

D   液流方向

L   纵轴线

Claims (6)

1.一种由球阀（1）的塑料制成的阀球，具有通孔（5）且可安装在所述球阀（1）的壳体（4）内，以便能够在开启阀位和关闭阀位之间旋转，其特征在于，所述阀球（2）以组合结构部件的形式由支承件（2c）和覆盖层（2d）构建而成。

2.根据权利要求1所述的阀球，其特征在于，所述覆盖层（2d）完全包围所述支承件（2c）

3.根据权利要求1或2所述的阀球，其特征在于，所述支承件（2c）由耐热的高效工程塑料，特别是玻璃纤维加固的聚酰胺制成，所述覆盖层（2d）由抵抗介质的塑料，特别是氟塑料、聚乙烯、聚甲醛、合成橡胶或合成热固性塑料，如橡胶制成，以及所述支承件（2c）的与所述覆盖层（2d）连接的表面涂有作为粘合剂的粘合层（2e）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的阀球，其特征在于，在所述支承件（2c）中设置至少一个封闭的空腔（8）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀球，其特征在于，在所述阀球（2）一个端部布置向外凸出的轴颈（2a）并在所述阀球（2）的另一相对的端部上布置用于容纳调节轴（7）的凹陷（2b）。

6.根据权利要求4或5所述的球阀，其特征在于，在所述轴颈（2a）的区域中布置空腔（8）。

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