DE102004001362B4

DE102004001362B4 - Ventilzapfeneinsatz

Info

Publication number: DE102004001362B4
Application number: DE200410001362
Authority: DE
Inventors: Richard C. Fuksa; Jun Zhu
Original assignee: Thomas Industries Inc
Current assignee: Thomas Industries Inc
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: DE102004001362A1; US20040140006A1; US7975717B2

Abstract

Ventilzapfeneinsatz (10') mit einem Körper (11), zum Einsetzen in eine Ventilplatte (12), wobei der Körper (11) einen unteren Schaft (16) an einem Ende des Körpers und einen oberen Schaft (18) benachbart zu dem unteren Schaft (16) aufweist, wobei der untere Schaft (16) einen ersten Durchmesser und der obere Schaft (18) einen zweiten Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchmesser geringer ist als der zweite Durchmesser, und dass zwischen dem oberen Schaft (16) und dem unteren Schaft (18) des Körpers (11) eine Hinterschneidungsschulter (22') eine Vertiefungsöffnung in Richtung auf den unteren Schaft bildet, wobei die Hinterschneidungsschulter (22') eine kleine axial nach außen zeigende Schulter (30) oben auf dem unteren Schaft (16) ausbildet und wobei die Vertiefung einen Zahn (24) bildet, der Material der Ventilplatte (12) abschert, welches fließt, wenn der Zapfen (10') in eine Öffnung (14) in der Ventilplatte (12) eingesetzt wird, wodurch dieses Material verdichtet wird und in der Lage ist, den Lasten zu widerstehen, denen der Zapfen (10') ausgesetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilzapfeneinsatz und insbesondere einen Ventilzapfeneinsatz in eine Ventilplatte aus Polytetraflurethylen(PTFE)-Material.
Chemische Leistungspumpen benötigen die Verwendung von korrosionsresistenten Materialien. Nicht chemische Leistungspumpen, insbesondere Hochvakuum-, öllose Vakuumpumpen, waren als Membranpumpen ausgebildet und eine der Ausbildungen verwendet einen Aluminiumzapfen, der in eine Aluminiumventilplatte eingepreßt ist, um ein Klappenventil zu erhalten, das beim Pumpenhub betätigt wird. Die Membran schlägt bei jedem Hub auf den Zapfen. Da jedoch der Zapfen fest in der Ventilplatte durch den engen Preßsitz gehalten ist, war dies unschädlich und zulässig.
In chemischen Leistungspumpen müssen die Materialien der Ventilplatte korrosionsbeständig sein, und deshalb ist das Material der Ventilplatte aus PTFE, das allgemein als ”Teflon” bekannt ist, gebildet. Die Zapfen müssen ebenfalls korrosionsbeständig sein. Da sie jedoch den Anforderungen des Haltens des Klappenventils unterworfen sind, das über ihnen gedehnt wird, werden sie aus einem härteren Kunststoffmaterial gebildet, beispielsweise Glas- oder Grafit-gefüllte Polyetheretherketone (”PEEK”). Das Ventil selbst ist typischerweise ein korrosionsbeständiges Elastomer, beispielsweise ein Material bekannt unter der Marke ”Kalrez”. Typischerweise ist das Ventil ein flaches Gummiventil, das an der Ventilplatte mit zwei Zapfen befestigt ist. Das Ventil weist zwei Langlöcher für die Zapfen auf, die die erforderliche Bewegung zum Öffnen und Schließen des Ventils ermöglichen.
In der DE 82 16 583 U1 , die den nächstliegenden Stand der Technik bildet, ist ein Ablassventil mit Ventilzapfeneinsatz mit einem Körper bekannt, zum Einsetzen in eine Ventilplatte, wobei der Körper einen unteren Schaft an einem Ende des Körpers und einen oberen Schaft benachbart zu dem unteren Schaft aufweist, wobei der untere Schaft einen ersten Durchmesser und er obere Schaft einen zweiten Durchmesser aufweist.
Die Membran, die die Zapfen bei jedem Hub berührt, führt dazu, daß die Zapfen in die Ventilplatte einsinken, was nachteilig den Betrieb des Ventils beeinflußt. Die Ventilöffnung wird dadurch eingeschränkt oder es ist nicht möglich, daß sie vollständig schließt. Der Preßsitz in dem PTFE ist nicht ausreichend, diesen Zustand zu verhindern.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine neue Ausgestaltung für einen Ventilzapfeneinsatz zu schaffen, der den Zapfen auf der geforderten Höhe über die Lebensdauer der Pumpe stützt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Ventilzapfeneinsatz bzw. Zapfen erreicht dies dadurch, dass der erste Durchmesser geringer als der zweite Durchmesser ist, und dass zwischen dem oberen und dem unteren Schaft des Körpers eine Hinterschneidungsschulter eine Vertiefungsöffnung in Richtung auf den unteren Schaft bildet. Die Hinterschneidungsschulter bildet eine kleine axial nach außen zeigende Schulter oben auf dem Schaft aus. Die Vertiefung bildet einen Zahn, der Material der Ventilplatte abschert, welches fließt, wenn der Zapfen in eine Öffnung in der Ventilplatte eingesetzt wird, wodurch dieses Material verdichtet wird und in der Lage ist, den Lasten zu widerstehen, denen der Zapfen ausgesetzt ist.
Mit anderen Worten, die hinterschnittene Schulter bzw. Hinterschneidungsschulter erstreckt sich zu der radialen Tiefe, die sich unterhalb der Oberfläche des unteren Schaftes befindet. Dies bildet eine nach außen gerichtete Schulter oberhalb des unteren Schaftes derart, daß wenn der Zapfen in die Öffnung eingesetzt wird, das Material, das von der Ventilplatte abgeschert wird, in die Hinterschneidung fließt und fließt und darin verdichtet wird oben auf der nach außen gerichteten Schulter, wodurch die Verhinderung eines jeden Rückspringens des Zapfens aus der Öffnung unterstützt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung. In der Beschreibung wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen. Darin ist:
1 eine Schnittansicht eines allgemeinen Zapfens, der zur Einführung in die Öffnung in einem Substrat dient;
2 eine ähnliche Ansicht zu 1, wobei der Zapfen in das Substrat eingesetzt ist; und
3 eine Ansicht ähnlich zu 2 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Zapfens.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Ventilzapfeneinsatz bzw. ein Zapfen 10 dargestellt, der zum Einführen in eine Öffnung 14 einer Ventilplatte 12 vorgesehen ist. Der Zapfen 10 weist einen Körper 11 mit einem unteren Schaft 16 mit einem ersten Durchmesser und einen oberen Schaft 18 mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser 16. Ein Ansatz 20 ist einstückig mit dem oberen Schaft 18 des Körpers 11 verbunden und erstreckt sich oberhalb der Oberseite der Ventilplatte 12, wenn der Zapfen 10 in der Platte 12 angeordnet ist, so daß das vorbezeichnete Klappenventil am Kopf 21 des Ansatzes 20 eingehakt werden kann. Der Verbindungsabschnitt des unteren Schaftes 16 und des oberen Schaftes 18 weist eine nach unten gerichtete hinterschnittene Schulter oder Hinterschneidungsschulter 22 auf, die um den gesamten Umfang des Zapfens 10 ausgebildet ist, wobei sie einen geschärften Rand oder Zahn 24 bildet, der sich um 360° um den oberen Schaft 18 des Zapfens 10 erstreckt. Die Öffnung 14 ist leicht größer als der untere Schaft 16 und dient dazu, den Zapfen 10 zu führen, wenn er in die Öffnung 14 eingesetzt wird. Wenn das Ende des Zahns 24 die Oberseite der Ventilplatte 12 um die Öffnung 14 herum nach einem anfänglichen Einführen berührt, so wird beim weiteren Einführen des Zapfens der Zahn 24 in die Ventilplatte 12 um die Öffnung 14 herum eingepreßt und schert das Material in das er hineingepreßt wird ab. Das Einsetzen wird für ungefähr zwei weitere Millimeter fortgesetzt, bis die Oberseite 26 des Schafts 18 mit der Oberseite 28 der Ventilplatte 12 fluchtet. Die Kraft zum Einsetzen des Zapfens 10 wird vorzugsweise durch die Oberfläche 26 des Schaftes 18 aufgebracht und weniger durch den Ansatz 20, um eine Verformung des Ansatzes 20 zu vermeiden. Wenn vollständig eingeführt, erscheinen der Zapfen 10 und die Ventilplatte 12, wie in 2 dargestellt, mit dem Material, das abgeschert wurde durch den Zapfen 10, das geflossen ist und verdichtet wurde, um die Schulter 22 und den Zapfen 10 gegen Kräfte zu stützen, die von der Membran aufgebracht werden, die in eine Richtung laufen, zum weiteren Einsetzen des Zahns 10 in die Öffnung 14. Wie oben ausgeführt, ist eine typische Abmessung für die Länge des Schaftes 18 2 mm. Eine typische Abmessung für den Durchmesser des Schaftes ist ungefähr 6,4 mm, für den Durchmesser des Schaftes 16 5,7 mm und für den Durchmesser der Öffnung 14 5,8 mm.
Das Material der Ventilplatte 12 ist PTFE, daß ein weiches fließbares Material mit geringer Elastizität ist. Andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften können ebenfalls verwendet werden. Jedoch ist PTFE gewünscht, da es hoch chemisch resistent ist. Die Kombination von Abscheren, Fließen und Verdichten, die von der Erfindung vorgesehen ist, führt dazu, daß dieses Material verdichtet wird und in der Lage ist den Lasten zu widerstehen, denen der Zapfen ausgesetzt ist, die anderenfalls schädlich die Funktion des Ventils und der Pumpe beeinträchtigen.
Der Zapfen 10 ist vorzugsweise aus PEEK-Material gebildet, das entweder glasgefüllt, grafitgefüllt oder auf andere Weise gefüllt sein kann. In der Ausführungsform gemäß 2 ist der Zapfen 10 in der Lage in einem Formungsverfahren gebildet zu werden, mit einer Hinterschneidungsschulter 22, die in dem Formungsprozeß gebildet wird. Es ist jedoch auch möglich, die Hinterschneidung in einen geformten Zapfen einzuarbeiten, entweder mit einer Hinterschneidung 22, wie in den 1 und 2 dargestellt, oder einer Hinterschneidung 22', wie in 3 dargestellt, deren Beschreibung folgt.
Die bevorzugte Ausführungsform dargestellt in 3 ist jener von 2 sehr ähnlich, mit dem Unterschied, daß die Hinterschneidung 22' des Ventilzapfeneinsatzes (10') durch spanende Bearbeitung ausgebildet ist, und tatsächlich eine kleine axial nach außen zeigende Schulter 30 oben auf dem unteren Schaft 16 ausbildet, durch Schneiden bis in eine Tiefe unterhalb der Oberfläche des unteren Schaftes 16 hinein. Wenn der Zapfen 10', der die Hinterschneidungsschulter 22' aufweist, in die Öffnung 14 eingesetzt wird, fließt das abgescherte Material in den Hinterschnitt 22' und fließt und wird verdichtet darin oben auf der Schulter 30, um dabei zu Helfen, jegliche Rückfederung des Zapfens 10' aus der Öffnung 14 heraus zu verhindern.
Viele Modifikationen und Veränderungen der bevorzugten Ausführungsform werden dem Durchschnittsfachmann geläufig sein. Beispielsweise können Ansätze von unterschiedlicher Form sich von dem Körper erstrecken, oder kann eine Öffnung in dem Körper ausgebildet sein, um ein Verbindungselement aufzunehmen, zum Verbinden des Ventils mit der Ventilplatte. Demzufolge ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims

Ventilzapfeneinsatz (10') mit einem Körper (11), zum Einsetzen in eine Ventilplatte (12), wobei der Körper (11) einen unteren Schaft (16) an einem Ende des Körpers und einen oberen Schaft (18) benachbart zu dem unteren Schaft (16) aufweist, wobei der untere Schaft (16) einen ersten Durchmesser und der obere Schaft (18) einen zweiten Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchmesser geringer ist als der zweite Durchmesser, und dass zwischen dem oberen Schaft (16) und dem unteren Schaft (18) des Körpers (11) eine Hinterschneidungsschulter (22') eine Vertiefungsöffnung in Richtung auf den unteren Schaft bildet, wobei die Hinterschneidungsschulter (22') eine kleine axial nach außen zeigende Schulter (30) oben auf dem unteren Schaft (16) ausbildet und wobei die Vertiefung einen Zahn (24) bildet, der Material der Ventilplatte (12) abschert, welches fließt, wenn der Zapfen (10') in eine Öffnung (14) in der Ventilplatte (12) eingesetzt wird, wodurch dieses Material verdichtet wird und in der Lage ist, den Lasten zu widerstehen, denen der Zapfen (10') ausgesetzt ist.
Ventilzapfeneinsatz nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des unteren Schafts (16) geringer ist als der Durchmesser der Öffnung (14) in der Ventilplatte (12).
Ventilzapfeneinsatz nach Anspruch 1, wobei der Ventilzapfeneinsatz (10) aus PEEK gebildet ist.
Ventilzapfeneinsatz nach Anspruch 1, wobei die Ventilplatte (12) aus PTFE gebildet ist.
Ventilzapfeneinsatz nach Anspruch 1, wobei die Hinterschneidungsschulter (22) in den Ventilzapfen (10) eingeformt ist.
Ventilzapfeneinsatz nach Anspruch 1, wobei die Hinterschneidungsschulter (22) spanend in den Zapfen eingebracht ist.
Ventilzapfen nach Anspruch 1, wobei die Hinterschneidungsschulter (22) sich in eine Tiefe unterhalb der Oberfläche des unteren Schaftes (16) erstreckt.
Ventilzapfen nach Anspruch 1, der weiterhin einen Ansatz (20) aufweist, der sich axial von dem Körper (11) nach außen erstreckt.