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Die Erfindung betrifft einen Kugelhahn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nämlich einen Kugelhahn mit einem Gehäuse, das zwei, vorzugsweise halbkugelschalenförmige, Gehäuseteile, die entlang einer Trennebene mittelbar oder unmittelbar gegeneinander anliegen, umfasst.
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Derartige Kugelhähne sind generell im Stand der Technik bekannt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kugelhahn zu schaffen, der günstig herstellbar ist und bezüglich seiner Dichtigkeit eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kugelhahn mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. Außerdem finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei diese Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlicher Kombination für die Erfindung wichtig sein können.
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Erfindungsgemäß sind die beiden Gehäuseteile über ein Verbindungselement, welches ein Polymermaterial umfasst, vorzugsweise im Wesentlichen aus einem Polymermaterial besteht, unlösbar miteinander verbunden, wobei das Verbindungselement an die gegeneinander anliegenden Gehäuseteile angeformt ist. Unter angeformt ist dabei vorliegend zu verstehen, dass das Verbindungselement an die aneinander anliegenden Gehäuseteile derart unlösbar angebracht wurde, dass es deren Konturen folgt und die Formgebung des Verbindungselement während des Anbringens des Verbindungselement an die Gehäuseteile derart erfolgt ist, dass eine einstückige Einheit gebildet wird. Alternativ kann die Formgebung des Verbindungselements während des Anbringens des Verbindungselements an die Gehäuseteile auch derart erfolgt sein, dass das Verbindungselement die Gehäuseteile fluiddicht miteinander verbindet, jedoch das Verbindungselement und die Gehäuseteile keine einstückige Einheit bilden. Beispielhafte Verfahren für dieses Anformen werden im Folgenden noch näher beschrieben.
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Bevorzugt ist dabei, wenn das Verbindungselement ein thermoplastisches Material umfasst, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material besteht. Vorteilhaft ist auch, wenn die Gehäuseteile ein thermoplastisches Material umfassen, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material bestehen. Die Verwendung thermoplastischer Materialien ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Ventils. Außerdem kann der Anbringungsvorgang kostengünstig und effizient mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt werden.
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Im Sinne der Erfindung ist insbesondere, wenn die Gehäuseteile stoffschlüssig mit dem Verbindungselement verbunden sind. Dies lässt sich beispielsweise besonders einfach dadurch erreichen, dass sowohl die Gehäuseteile als auch das Verbindungselement aus thermoplastischem Material bestehen und die Schmelzpunkte der thermoplastischen Materialien derart gewählt sind, dass beim Anformen des thermoplastischen Materials des Verbindungselements, welches beim Anformen eine Temperatur über seiner Schmelztemperatur aufweist, auch das thermoplastische Material der Gehäuseteile lokal formbar ist und sich mit dem thermoplastischen Material des Verbindungselement verbindet. Vorzugsweise sind die Gehäuseteile und das Verbindungselement aus dem gleichen thermoplastischem Material. Hierdurch ist eine fluiddichte Verbindung besonders zuverlässig herstellbar, wobei geringe Kosten für die Herstellung des Ventils anfallen.
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Ein bevorzugtes Verfahren zum Anformen des Verbindungselements an die Gehäuseteile ist das Anformen des Verbindungselements im Spritzgießverfahren. Bei diesem Verfahren kann eine dichte Verbindung zuverlässig, in wenigen Arbeitsschritten und kostengünstig hergestellt werden.
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Vorteilhafter Weise umschließt das Verbindungselement die Gehäuseteile in einer Umfangsrichtung vollumfänglich. Hierdurch wird eine zuverlässige und fluiddichte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen geschaffen, was insbesondere im Hinblick auf eine langfristige Dichtigkeit des Ventils vorteilhaft ist. Die positive Dichtfunktion des Verbindungselements wird damit um den gesamten Umfang des Ventils erreicht.
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Bevorzugt ist, wenn das Verbindungselement ringartig ausgebildet ist und sich vorzugsweise in der Trennebene erstreckt. Dies ist eine kostengünstige, da materialsparende Möglichkeit der Herstellung des Ventils.
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Vorteilhaft ist auch, wenn die Gehäuseteile im Bereich der Trennebene jeweils einen in Umfangsrichtung, vorzugsweise im Wesentlichen entlang des gesamten Umfangs, verlaufenden und radial abragenden Verbindungsabschnitt aufweisen, die bei gegeneinander anliegenden Gehäuseteilen im Querschnitt einen schwalbenschwanzartig ausgeformten Gesamt-Verbindungsabschnitt bilden, wobei das Verbindungselement den Gesamt-Verbindungsabschnitt umfassend an die Gehäuseteile angeformt ist. Hierdurch wird eine gegenüber mechanischer Beschädigung besonders sichere Verbindung der Gehäuseteile geschaffen.
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Vorteilhaft ist, wenn der Kugelhahn ein kugelförmiges Sperrelement mit einem zapfenförmigen Fortsatz aufweist, der sich koaxial zu einer Drehachse des Sperrelements erstreckt, der aus dem Gehäuse herausragt und über welchen das Sperrelement gegenüber dem Gehäuse um die Drehachse zwischen einer Durchlassstellung und einer Sperrstellung verdrehbar ist, wobei der zapfenförmige Fortsatz vorzugsweise einen Antriebsanschluss aufweist, über welchen ein Griff zum manuellen oder ein Antrieb zum elektrischen oder pneumatischen Betätigen des Kugelhahns mit dem zapfenförmigen Fortsatz verbindbar ist. Hierdurch wird eine komfortable Bedienungsmöglichkeit für den Kugelhahn geschaffen. Auf zuverlässige Weise kann hierdurch ein Antrieb mit dem Sperrelement verbunden werden.
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Vorteilhaft ist dabei insbesondere, wenn das Sperrelement einen weiteren zapfenförmigen Fortsatz aufweist, der sich koaxial zur Drehachse erstreckt, der dem zapfenförmigen Fortsatz, welcher aus dem Gehäuse herausragt, gegenüberliegt, und der sich in eine entsprechend geformte Ausnehmung in dem Gehäuse erstreckt. Hierdurch wird ein Auflagepunkt für die Drehung des Sperrelements geschaffen. Die Zuverlässigkeit des Kugelhahns wird hierdurch erhöht.
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Vorteilhaft ist dabei auch, wenn koaxial zu dem Fortsatz ein Durchführungsstutzen angeordnet ist, welcher über das Verbindungselement unlösbar mit dem Kugelhahn verbunden ist, wobei das Verbindungselement an den Durchführungsstutzen, vorzugsweise stoffschlüssig, angeformt ist. Hierdurch wird eine einfache Sicherung gegen ein Einfließen des Materials des Verbindungselements in den Kugelhahn während des Herstellungsprozesses geschaffen. Die Rate der Produktion von Ausschussware, beispielsweise durch blockierte Kugelhähne, wird hierdurch reduziert.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelhahns mit einem Gehäuse, das zwei, vorzugsweise halbkugelschalenförmige, Gehäuseteile umfasst, einem bereichsweise kugelförmigen Sperrelement, das einen Durchlass und eine Drehachse aufweist, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die zwei Gehäuseteile mit dem darin aufgenommenen Sperrelement in ihrer vorgesehenen Konfiguration in einer Spritzgießform derart platziert werden, dass die Gehäuseteile entlang einer Trennebene gegeneinander anliegen, und dass in einem zweiten Verfahrensschritt ein Verbindungselement, welches ein Polymermaterial umfasst, vorzugsweise aus einem Polymermaterial besteht, an die gegeneinander anliegenden Gehäuseteile angeformt wird und die Gehäuseteile durch das Anformen des Verbindungselements unlösbar miteinander verbunden werden, Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelhahns;
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2 eine Draufsicht auf den Kugelhahn aus 1;
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3 eine Schnittdarstellung entlang der in 2 gezeigten Linie III-III, wobei sich der Kugelhahn in einer Durchlassstellung befindet;
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4 eine Schnittdarstellung entlang der in 2 gezeigten Linie III-III, wobei sich der Kugelhahn in einer Sperrstellung befindet;
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5 eine Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform;
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6 eine Schnittdarstellung entsprechend 4, welche den Kugelhahn in einem ersten Verfahrensschritt zeigt; und
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7 eine Schnittdarstellung entsprechend 4, welche den Kugelhahn in einem zweiten Verfahrensschritt zeigt
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile, Elemente und Bereiche mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Kugelhahn trägt in den 1–3 insgesamt das Bezugszeichen 10. In 2 ist der Kugelhahn 10 in einer Perspektive dargestellt, welche dem Blick entlang einer Drehachse DA auf einen Antriebsanschluss 14 entspricht. Die 3 zeigt eine Schnittansicht des Ventilmoduls 10 entlang der in 2 dargestellten Linie III-III.
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Der Kugelhahn 10 umfasst ein Gehäuse 18. Das Gehäuse 18 umfasst wiederum zwei identische Gehäuseteile 20. Jedes der Gehäuseteile 20 weist jeweils eine Anschlusseinrichtung 22 zum Anschließen einer Fluidleitung auf. Die Gehäuseteile 20 sind vorliegend halbkugelschalenförmig ausgebildet. Darunter ist zu verstehen, dass die Gehäuseteile 20 zum größten Teil der Form einer Halbkugelschale entsprechen. Im vorliegenden Fall weicht die Form der Gehäuseteile 20 lediglich im Bereich der jeweiligen Anschlusseinrichtungen 22 von der eben genannten Halbkugelschalenform ab.
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Eine Trennebene ist in den 2 und 3 dargestellt und trägt das Bezugszeichen TE. Entlang der Trennebene TE liegen die beiden Gehäuseteile 20 gegeneinander an. Die Gehäuseteile 20 bestehen im vorliegenden Fall aus Polyvinylchlorid (PVC), im Sinne der vorliegenden Erfindung sind jedoch ebenso, Gehäuseteile aus anderen Polymermaterialien, insbesondere thermoplastischen Polymermaterialien.
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Die beiden Gehäuseteile 20 sind über ein Verbindungselement 26 unlösbar miteinander verbunden. Das Verbindungselement 26 ist an die Gehäuseteile 20 in einem Spritzgießverfahren angeformt.
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Das Verbindungselement 26 besteht wie die Gehäuseteile 20 aus Polyvinylchlorid. Im Sinne der Erfindung sind jedoch ebenso Gehäuseteile 20 welche aus anderen Polymermaterialien, insbesondere thermoplastischen Polymermaterialien, bestehen. Beim Anformen des Verbindungselements 26 haben sich die Gehäuseteile 20 derart erwärmt, dass sie stoffschlüssig mit dem Verbindungselement 26 verbunden sind, wodurch eine einstückige, zerstörungsfrei nicht lösbare und fluiddichte Einheit gebildet wird.
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Die Gehäuseteile 20 sind in einer Umfangsrichtung vollumfänglich durch das Verbindungselement 26 umschlossen. Das Verbindungselement 26 ist ringartig ausgebildet.
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Die Gehäuseteile 20 weisen jeweils im Bereich der Trennebene TE in Umfangsrichtung einen Teil-schwalbenschwanzartig ausgeformten Verbindungsabschnitt 30a bzw. 30b auf, die in dem beispielsweise in 3 gezeigten zusammengesetzten Zustand einen insgesamt im Querschnitt schwalbenschwanzförmigen Gesamt-Verbindungsabschnitt 30 bilden. Der schwalbenschwanzartig ausgeformte Gesamt-Verbindungsabschnitt 30 erstreckt sich vorliegend im Wesentlichen entlang des gesamten Umfangs der Gehäuseteile 20 in der Trennebene TE. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch ebenso, wenn sich der schwalbenschwanzartig ausgeformte Gesamt-Verbindungsabschnitt 30 lediglich entlang eines Teils des Umfangs der Gehäuseteile 20 erstreckt. Vorteilhaft ist dabei wenn mehrere schwalbenschwanzartig ausgeformte Abschnitte an den Gehäuseteile 20 angeordnet sind und diese sich jeweils entlang eines Teils des Umfangs der Gehäuseteile 20 erstrecken.
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Im Innern des Gehäuses 18 ist ein insgesamt in etwa kugelförmiges Sperrelement 34 angeordnet. Im Bereich des Verbindungselements 26 ist ein Durchführungsstutzen 35 eingesetzt. Der Durchführungsstutzen 35 ist über das Verbindungselement 26, welches an den Durchführungsstutzen 35 angeformt ist, unlösbar mit den Gehäuseteilen 20 verbunden.
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Das Sperrelement 34 weist einen zapfenförmigen Fortsatz 36 auf. Der zapfenförmige Fortsatz 36 ragt durch den Durchführungsstutzen 35 aus dem Gehäuse 18 heraus. Der Durchführungsstutzen 35 verhindert, dass beim Spritzgießen das Material des Verbindungselements 26 den Fortsatz 36 berührt und dieser dadurch blockiert wird. Das Sperrelement 34 weist einen Durchlass 37 auf. In 3 ist das Sperrelement 34 in einer Stellung gezeigt, in welcher der Durchlass 37 mit einer Strömungsachse SA fluchtet. Die Anschlusseinrichtungen 22 fluchten ebenso mit der Strömungsachse SA, Die Anschlusseinrichtungen 22 und der Durchlass 37 bilden in der in 3 gezeigten Stellung des Spannelements 34 einen durchgehenden Kanal. Die in 3 gezeigte Stellung des Sperrelements 34 ist eine Durchlassstellung DS des Kugelhahns 10.
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Das Sperrelement 34 ist über den zapfenförmigen Fortsatz 36 gegenüber dem Gehäuse 18 um die Drehachse DA von der Durchlassstellung DS in eine Sperrstellung SS, welche in 4 gezeigt ist, verdrehbar. In der Sperrstellung SS erstreckt sich der Durchlass 37 orthogonal zur Strömungsachse SA. Die beiden Anschlusseinrichtungen 22 sind fluidisch voneinander getrennt, wenn sich das Sperrelement 34 in der Sperrstellung SS befindet.
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Dem zapfenförmigen Fortsatz 36 gegenüberliegend ist ein weiterer zapfenförmiger Fortsatz 38 an dem Sperrelement 34 angeordnet. Der weitere zapfenförmige Fortsatz 38 erstreckt sich in eine entsprechend geformte Ausnehmung 40 in dem Gehäuse 18. Beim Verschwenken des Sperrelements 34 dient der weitere zapfenförmige Fortsatz 38, welcher in die entsprechend geformte Ausnehmung 40 in dem Gehäuse 18 aufgenommen ist, als Lagerachse für das Verdrehen des Sperrelements 34.
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In dem Gehäuse 18 sind mehrere Dichtungen 42 angeordnet. Die Dichtungen 42 verhindert eine Leckage von Flüssigkeit, die durch die Anschlusseinrichtungen 22 und den Durchlass 37 durch den Kugelhahn 10 strömen kann.
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Die in 5 gezeigte alternative Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform durch die Ausgestaltung der Anschlusseinrichtungen 22. Die Anschlusseinrichtungen 22 der in 5 gezeigten Ausführungsform weißen jeweils ein Außengewinde auf, während die Anschlusseinrichtung 22 der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform jeweils ein Innengewinde aufweisen.
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In 5 ist des Weiteren ein Antrieb 46 gezeigt, welcher an dem Antriebsanschluss 14 anbringbar ist. Über den Antrieb 46 ist das Sperrelement 34 manuell zwischen der Sperrstellung SS und der Durchlassstellung DS verschwenkbar.
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In 5 ist das Verbindungselement 26 lediglich zur Verdeutlichung als eigenständiges Bauteil dargestellt. Tatsächlich wird das Verbindungselement 26 jedoch an die gegeneinander anliegenden Gehäuseteile 20 im Spritzgießverfahren angeformt, d. h. das Verbindungselement 26 existiert nur in einer direkt mit dem Gehäuse 18 verbundenen Form.
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Der in den 1–5 gezeigte Kugelhahn 10 ist in den 6 und 7 zu unterschiedlichen Zeitpunkten während seiner Herstellung dargestellt.
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6 zeigt den Kugelhahn 10 während eines ersten Verfahrensschritts S1, in welchem die Gehäuseteile 20 mit dem darin aufgenommenen Sperrelement 34 in ihrer vorgesehenen Konfiguration in einer Spritzgießform 50 derart platziert sind, dass die Gehäuseteile 20 entlang der Trennebene TE gegeneinander anliegen.
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Die Spritzgießform 50 weist einen Hohlraum 52 auf. Der Hohlraum 52 dient einerseits zur Aufnahme des Kugelhahns 10, andererseits erfasst er auch einen Spritzgussmasseraum 54, welcher mit einem Zuführkanal 55 verbunden ist. Über den Zuführkanal 55 ist ein thermoplastisches Material 56 in den Spritzgussmasseraum 54 einbringbar.
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Der Hohlraum 52 ist derart ausgeführt, dass der Spritzgussmasseraum 54 durch das Einsetzen des Kugelhahns 10 in den Hohlraum 52 von den übrigen Teilen des Hohlraums 52 getrennt ist. Der Hohlraum 52 ist also derart ausgeführt, dass sich das eingebrachte thermoplastische Material 56 lediglich in dem Spritzgussmasseraum 54 ausbreiten und diesen beim Ausbreiten vollständig ausfüllen kann.
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Zu einem Zeitpunkt eines zweiten Verfahrensschritts S2, welcher in 7 dargestellt ist, wird das Verbindungselement 26, welches aus dem thermoplastischen Material 56 besteht, an die gegeneinander anliegenden Gehäuseteile 20 im Spritzgießverfahren angeformt. Dies geschieht dadurch, dass der Spritzgussmasseraum 54 vollständig mit dem thermoplastischen Material 56 gefüllt wird.
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Nachdem der Spritzgussmasseraum 54 vollständig gefüllt ist, kühlt das thermoplastische Material 56 ab und erstarrt dabei aufgrund seiner thermoplastischen Eigenschaften. Anschließend wird die Spritzgießform 50 von dem Kugelhahn 10 entfernt und der Kugelhahn 10 mit dem angeformten Verbindungselement 26 entnommen. Die Form des Verbindungselements 26 ist folglich durch die Form des Spritzgussmasseraums 54 vorgegeben bzw. der Spritzgussmasseraum 54 ist derart geformt sein, dass er quasi einem ”Negativ” der Form des Verbindungselement 26 entspricht, sich also beim Aushärten des thermoplastischen Materials 56 die gewünschte Form des Verbindungselement 26 ergibt.
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Durch das eben beschriebene Anformen des Verbindungselements 26 sind die Gehäuseteile 20 zerstörungsfrei unlösbar, fluiddicht und einstückig miteinander verbunden. Die unlösbare Verbindung der Gehäuseteile 20 rührt zum einen daher, dass der schwalbenschwanzartige Abschnitt 30 durch das Verbindungselement 26 eingefasst ist, und zum anderen verbindet sich das Material der Gehäuseteile 20 mit dem thermoplastischen Material 56, aus welchem das Verbindungselement 26 besteht, wenn das thermoplastische Material 56 in heißem Zustand die Gehäuseteile 20 kontaktiert.
