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Die
Erfindung betrifft ein Kugelventil mit einem Gehäuse aus
Kunststoff, in dem eine Ventilkugel mit einer Durchgangsöffnung
zwischen einer Offen- und einer Schließstellung drehbar
gelagert ist, wobei die Ventilkugel gegenüber dem Gehäuse über
ringförmige Dichtelemente abgedichtet ist.
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Aus
dem europäischen Patent
EP 0 575 643 B1 ist ein Kugelventil aus Kunststoff
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt. Das Kugelventil
besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse, in dem eine
Ventilkugel als Absperrelement gelagert ist. Das Gehäuse
weist zwei Rohranschlussstutzen auf, die in üblicher Weise
in einer Offenstellung der Ventilkugel über deren Durchgangsbohrung
miteinander verbunden sind und in einer Schließstellung über
die Ventilkugel voneinander getrennt sind. Das Gehäuse
ist einstückig im Spritzgussverfahren und aus Polyäthylen
hergestellt. Um aus der Offenstellung in die Schließstellung
verdreht werden zu können, ist die Ventilkugel um eine
im Wesentlichen – bei horizontal ausgerichteten Rohranschlussstutzen
gesehen – vertikale Achse drehbar gelagert und mit einer
Schaltwelle zur Betätigung der Ventilkugel verbunden. Die
Ventilkugel ist nicht direkt in dem Gehäuse gelagert, sondern über
zwei Lagerringe, die über eine ringförmige Einlage
miteinander verbunden sind. Die Lagerringe weisen mit dem Innenquerschnitt
der Rohranschlussstutzen übereinstimmende Öffnungen
auf und grenzen in Durchflussrichtung eines Fluids durch das Kugelventil
gesehen vorne und hinten an die Ventilkugel an. In der Offenstellung
der Ventilkugel fluchtet deren Durchgangsbohrung mit den Öffnungen
der Lagerringe. Im Querschnitt gesehen sind die Lagerringe im Wesentlichen
dreiecksförmig ausgebildet und überragen somit
einen Teil der Außenumfangsfläche der Ventilkugel.
In diesem die Ventilkugel überragenden Bereich ist in den
Lagerringen jeweils ein Dichtring vorgesehen, der sich auf der Außenumfangsfläche
der Ventilkugel abstützt. Als Material für die
Dichtringe ist vorzugsweise Nitrilbutyl-Kautschuk vorgesehen. Der
der Ventilkugel abgewandte und in Radialrichtung gerichtete Außenumfangsbereich
der Lagerringe ist gerippt ausgebildet, wobei die Rippen sich parallel
zur Durchflussrichtung des Kugelventils erstrecken. Die äußeren
Enden der Rippen der beiden Lagerringe sind über ringförmige Einlage
miteinander verbunden. Im vorliegenden Fall ist die ringförmige
Einlage mit den Lagerringen verklebt oder verschweißt.
Die beiden Lagerringe mit den Dichtringen und die Einlage bilden
somit eine Art Tragkäfig für die Ventilkugel.
Die Lagerringe, die Ventilkugel und die Einlage können
aus Rotguss, Messing, Edelstahl oder Kunststoff, vorzugsweise glasfaserverstärktem
Kunststoff oder Polypropylen, hergestellt sein. Zusätzlich
sind in der ringförmigen Einlage Durchtrittsöffnungen
vorgesehen, damit während des Herstellungsprozesses der
eingespritzte Kunststoff des Gehäuses durch die Durchtrittsöffnungen
in Richtung der Ventilkugel und in Richtung der Rippen eindringen
kann. Der Gehäusekunststoff dringt hierbei bis auf die
Oberfläche der Ventilkugel vor. Hierdurch wird ein inniger
Verbund zwischen dem Material des Gehäuses und der Lagerringe
sowie der Einlage in Form einer Einbettung geschaffen. Die Einlage hat
die Aufgabe, nach Art einer Bewehrung die Zug-, Druck- und Bewegungskräfte
sowie auftretende Drehmomente innerhalb des Kugelventils aufzunehmen.
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Für
die Herstellung des Kugelventils werden in einem der ersten Arbeitsschritte
die Lagerringe mit den Dichtringen auf die gegenüberliegenden
Enden der Ventilkugel aufgesetzt. Anschließend wird die ringförmige
Einlage über die beiden Lagerringe geschoben. Dann wird über
einen Klebe- oder Schweißvorgang die ringförmige
Einlage an deren Enden mit den beiden Lagerringen verbunden. Dieser
aus der Ventilkugel, den Lagerringen und der Einlage bestehende
Tragkäfig wird nun in eine Spritzgussform eingelegt und
anschließend von dem Gehäusewerkstoff umspritzt
und durchdringen. Bei diesem Spritzvorgang haben die Durchtrittsöffnungen
der Einlage die Aufgabe, das während des Spritzgießvorgangs
entstehende Gehäuse in ein Außen- und ein Innenteil
zu trennen. Bei der Abkühlung des in der Spritzform erzeugten
Gehäuses wird ein Schrumpfvorgang der beiden Gehäuseteile
relativ zueinander erzwungen und ein Schrumpfen des Gehäuses
radial nach innen verhindert. Hierdurch soll ein Klemmen der Ventilkugel
im Gehäuse vermieden werden. Um ein Spiel zwischen der
Ventilkugel und dem Kunststoffgehäuse zu erhalten, wird
vor dem Spritzen des Gehäuses die Ventilkugel erwärmt.
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Des
Weiteren ist aus dem europäischen Patent
EP 1 121 549 B1 ein weiteres
Absperrventil aus Kunststoff sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt.
Dieses Absperrventil stimmt im grundsätzlichen Aufbau abgesehen
von der Einlage, die die beiden Lagerringe miteinander verbindet,
mit dem vorbeschriebenen Kugelventil überein. Nach diesem
Patent wird die Einlage in zwei Schritten als Spritzteil hergestellt.
In einem ersten Schritt wird ein Formteil hergestellt, das vorzugsweise
aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere einem Adhäsions-Copolymer
besteht, gespritzt. Dieses Formteil bildet die Außenform
der Einlage und somit auch die Innenform des später aus
Polyäthylen aufgespritzten Gehäuses. In einem
zweiten Herstellungsschritt wird von innen auf das Formteil ein
Kunststoff, vorzugsweise ein glasfaserverstärktem Kunststoff
oder Polypropylen, aufgespritzt. Beim Aufspritzen dieses Kunststoffes
auf das Formteil schmilzt dieses teilweise auf und es bildet sich
eine Schmelzschweißverbindung zwischen dem Formteil und
dem in dem zweiten Verfahrensschritt eingebrachten Kunststoff. Die Einlage
besteht somit aus einer ersten äußeren Schicht
aus thermoplastischen Kunststoff, insbesondere einem Adhäsions-Copolymer,
und einer zweiten inneren Schicht aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem
glasfaserverstärktem Kunststoff oder Polypropylen. Auch
weist diese Einlage die vorbeschriebenen Durchtrittsöffnungen
auf, damit bei dem letzten Herstellungsschritt des Absperrventils
das eingespritzte Polyäthylen für das Gehäuse
durch die Durchtrittsöffnungen der Einlage hindurch bis
auf die Ventilkugel treten kann und somit die Einlage in den Gehäusewerkstoff
eingebettet ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Kugelventil aus Kunststoff zu schaffen, das sich
durch eine einfache Herstellung und verbesserte Dichtigkeit auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kugelventil mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird
bei einem Kugelventil mit einem Gehäuse aus Kunststoff,
in dem eine Ventilkugel mit einer Durchgangsöffnung zwischen
einer Offen- und einer Schließstellung drehbar gelagert
ist, wobei die Ventilkugel gegenüber dem Gehäuse über ringförmige
Dichtelemente abgedichtet ist, eine einfache Herstellung und verbesserte
Dichtigkeit dadurch erreicht, dass die Dichtelemente jeweils zwei
in Kontakt mit der Ventilkugel stehende Dichtkörper aufweisen.
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Die
Verbindung der Dichtkörper mit dem Tragring wird dadurch
erleichtert, dass die Dichtkörper eines Dichtelements über
ein Trägerelement mit einander verbunden sind.
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Eine
Verbesserung der Dichtwirkung ergibt sich daraus, dass die Dichtkörper
eines Dichtelements in Wirkungsrichtung des Dichtelements gesehen
hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet sind.
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Auch
wird die Dichtwirkung dadurch begünstigt, dass die Dichtkörper
im Querschnitt gesehen und in Kontaktbereich mit dem Ventilkörper
halbkreisförmig nach Art eines O-Rings ausgebildet sind.
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Eine
Entfernung von Verunreinigungen aus dem Medium, das den ersten Ventilkörper passiert hat,
wird dadurch erreicht, dass zwischen den Dichtkörpern eines
Dichtelements ein Abstreifelement angeordnet ist, das im Kontakt
mit dem Ventilkörper steht. Der zweite Dichtkörper
wird somit nicht von den Verunreinigen in seiner Wirkung beeinträchtigt.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass das Abstreifelement
quaderförmig ist und ein Faserkissen aus Polyamid ist.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass in dem Gehäuse ringförmige
Aussparungen angeordnet sind, in denen Dichtelemente eingelegt sind,
die Aussparungen zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Anlageflächen
aufweist und die Dichtelemente im Querschnitt gesehen im Wesentlichen
die Form eines rechtwinkligen Dreiecks haben.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die Dichtkörper aus dem Gehäuse
in Richtung des Ventilkörpers hervor ragen.
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Die
Handhabung des Dichtelements wird dadurch erleichtert, dass jedes
Dichtelement mit den Dichtkörpern einteilig ist und aus
einem Elastomer, insbesondere Nitrilbutyl-Kautschuk, hergestellt
ist.
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Es
ist vorgesehen, dass jedes Dichtelement über eine Tragstruktur
aus zwei gegenüberliegenden, die Ventilkugel aufnehmenden
Tragringen in dem Gehäuse gelagert ist. Diese Tragstruktur
weist eine hohe Formstabilität auf, so dass das Dichtelement
nur geringe Verformungen ausgleichen muss.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein Kugelventil und
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2 eine
vergrößerte Detailansicht eines Dichtelements
des Kugelventils nach 1.
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Die 1 zeigt
einen Längsschnitt durch ein Kugelventil 1 nach
der vorliegenden Erfindung. Von innen nach außen gesehen
besteht das Kugelventil 1 im Wesentlichen aus einer Ventilkugel 2,
einer Tragstruktur 3 und einem Gehäuse 4.
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Die
Ventilkugel 2, die in dem Kugelventil 1 als Absperrelement
dient, weist in üblicher Weise zentral eine zylinderförmige
Durchgangsöffnung 5 auf. In der 1 ist
die Ventilkugel 2 in ihrer Offenstellung dargestellt, in
der die Durchgangsöffnung 5 zwei fluchtende und
einander gegenüberliegende Anschlussstutzen 4a,
die Bestandteil des Gehäuses 4 sind, miteinander
verbindet, so dass ein Fluid durch das Kugelventil 1 hindurch
strömen kann. Um die Ventilkugel 2 aus ihrer Offenstellung
in ihre Schließstellung bewegen zu können, ist
diese in der Tragstruktur 3 um eine im vorliegenden Fall
vertikale Achse A drehbar gelagert. Hierfür weist die Ventilkugel 2 im
Bereich ihres unteren Endes einen kreisrunden Zapfen 2a auf,
dessen Längsachse L parallel zur Achse A verläuft.
Auch verläuft die Längsachse L des Zapfens 2a rechtwinklig
zur Durchflussrichtung D der Durchgangsöffnung 5.
An dem dem Zapfen 2a gegenüberliegenden oberen
Ende der Ventilkugel 2 ist eine Aussparung 2b vorgesehen,
in die formschlüssig eine Stellachse 7 eingreift. Über
diese Stellachse 7 kann von außen die Ventilkugel 2 aus
ihrer Offenstellung in ihre Schließstellung oder umgekehrt
bewegt werden. Die formschlüssige Verbindung zwischen der
Stellachse 7 und der Aussparung 2b kann beispielsweise als
Vieleck oder Torx-Verbindung sowie auch einfach als Schlitz mit
rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein.
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Die
Ventilkugel 2 an sich ist in einer Hybrid-beziehungsweise
Verbund-Bauweise hergestellt. Im Inneren der Ventilkugel 2,
die durch die Durchgangsöffnung 5 bedingt im wesentlichen
hülsenförmig ist, befindet sich ein Tragelement 2c,
das aus einem wärmefesten technischen Hochleistungskunststoff,
wie beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid, hergestellt
ist. Um eine Leichtbauweise der Ventilkugel 2 zu erreichen,
weist dieses Tragelement 2c soweit möglich umschlossene
Hohlräume 8 auf, wie sie beispielsweise in der
Figur im Bereich des Zapfens 2a dargestellt sind. Dieses
Tragelement 2c wird in einem Spritzgussverfahren mit einem
medienbeständigen Kunststoff in Form einer Deckschicht 2d umhüllt,
um die endgültige Form der Ventilkugel 2 zu erreichen.
Als Kunststoffe für die Deckschicht 2d kommen
Fluorkunststoffe, Polyäthylen, Polyoxymethylen (POM) oder
Elastomere in Frage. Vor dem Aufspritzen der Deckschicht 2d wird
die Oberfläche des Tragelements 2c mit einem Haftvermittler 2e beziehungsweise
Primer in Form einer Verbindungsschicht vorbereitet. Die Deckschicht 2d umschließt das
Tragelement 2c vollständig, so dass das Tragelement 2c nicht
in Kontakt mit dem Medium beziehungsweise Fluid kommt, das durch
die Rohrleitungen und somit durch das Kugelventil 1 geführt
wird. Eine Verbindung ohne den Haftvermittler 2e ist auch möglich.
Die Deckschicht 2d weist etwa eine Dicke von 5 bis 20 mm,
vorzugsweise 8 bis 10 mm, auf und kann spanend oder in anderer geeigneter
Weise bearbeitet werden, um die gewünschte beziehungsweise
erforderliche Rundheit der Ventilkugel 2 zu erreichen.
Die derart ausgebildete Ventilkugel 2 zeichnet sich durch
ein geringes Einsatzgewicht, eine hohe Beständigkeit gegen
aggressive Medien und hohe Formstabilität aus. Durch die
hohe Formstabilität wird vermieden, dass auch bei hohem,
im geschlossenen Zustand an den Ventilkugel 2 anstehendem
Drücken, durch eine Verformung der Ventilkugel 2 hervorgerufene
Losbrechmomente das Öffnen des Kugelventils 1 erschweren.
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Die
zuvor beschriebene Ventilkugel 2 ist in der Tragstruktur 3 um
die Achse A drehend gelagert und über ein Dichtelement 9 gegenüber
der Tragstruktur 3 abgedichtet. Die Tragstruktur 3 ist
aus mehreren Bauteilen aufgebaut und zwar einem ersten Tragring 10a,
einem hülsenförmigen Verbindungselement 11 und
einem zweiten Tragring 10b. Der erste Tragring 10a,
das Verbindungselement 11 und der zweite Tragring 10b sind
in Durchflussrichtung D gesehen hintereinander angeordnet. Mit anderen
Worten ausgedrückt verbindet das Verbindungselement 11 den
ersten Tragring 10a mit dem hiervon beabstandeten zweiten
Tragring 10b, um die die Ventilkugel 2 umschließende
Tragstruktur 3 auszubilden. Jeder der beiden Tragringe 10a und 10b weisen
ein Anschlussteil 10c auf, das jeweils von dem Kunststoff
des Anschlussstutzens 4a des Gehäuses 4 umschlossen
ist, und einem Tragteil 10d, die jeweils die Ventilkugel 2 von
gegenüberliegenden Enden im Bereich ihrer in Durchflussrichtung
D gesehen vorderen und hinteren Enden ringförmig umschließen.
Auch weisen die Tragteile 10d jeweils an ihrer der Ventilkugel 2 zugewandten
Seite eine Kreisbogenfläche 10e auf, die der Dichffläche 2f der äußeren
Oberfläche der Ventilkugel 2 folgt. Außerdem sind
die Tragringe 10a und 10b in dem Bereich ihres Anschlussteils 10c gitterartig
mit Öffnungen 13 versehen, damit der im Spritzgussverfahren
eingebrachte Kunststoff des Gehäuses 4 das Anschlussteil 10c durchdringen
kann und somit bei Ausbildung des Anschlussstutzens 4a dieser
einen innigen Verbund mit dem Anschlussteil 10c der Tragringe 10a und 10b erhält.
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Des
Weiteren ist in jedem der Tragringe 10a und 10b,
im Bereich ihrer der Ventilkugel 2 zugewandten Kreisbogenfläche 10e,
eine Ausnehmung 12 vorgesehen, die im Querschnitt gesehen
dreieckförmig ausgebildet ist, wobei die ringförmige
Ausnehmung 12 zwei rechtwinklig zueinander ausgerichtete Anlageflächen 12a und 12b für
das Dichtelement 9 aufweisen, die jeweils parallel zur
Durchflussrichtung D und senkrecht hierzu ausgerichtet sind. In
dieser Ausnehmung 12 ist das Dichtelement 9 aufgenommen,
das den ersten Tragring 10a bzw. den zweiten Tragring 10b gegenüber
der Dichtfläche 2f der Ventilkugel 2 abdichtet.
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Insgesamt
gesehen weist jeder der beiden Tragringe 10a und 10b eine
rohrförmige Gestalt auf, die im Bereich des jeweiligen
Anschlussteils 10c zylinderförmig und gitterartig
ausgebildet ist und in dem anschließenden Tragteil 10d eine
vergrößerte Wanddicke aufweist zur Aufnahme der
im Betrieb auf die Ventilkugel 2 auftretenden Kräfte
und sich in Richtung der Ventilkugel 2 mit seiner Kreisbogenfläche 10e erweitert.
Es ist ersichtlich, dass hierdurch zwischen der Dichffläche 2f der
Ventilkugel 2 und der Kreisbogenfläche 10e der
Tragringe 10a und 10b nur ein geringer Spalt 14 verbleibt
und somit das Kugelventil 1 insgesamt nur einen geringen
Totraum aufweist, falls Medien über das Dichtelement 9 hinaus
in Richtung der Ventilkugel 2 beziehungsweise der Stellachse 7 durchdringen
sollten. Der Spalt 14 weist eine Breite von 1/10 mm bis
5/10 mm auf.
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Auf
der dem Ventilkörper 2 abgewandten Außenseite 10f sind
der erste Tragring 10a und der zweite Tragring 10b im
Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Jedoch ist an
dieser Außenseite 10f, die der Ventilkugel 2 abgewandt
ist, an jedem der Tragringe 10a und 10b ein treppenartig
sich nach außen erstreckender Ansatz 10g vorgesehen,
der somit eine im Wesentlichen vertikal zur Durchflussrichtung D
ausgerichtete Anlagefläche 10h ausbildet. Der
erste Tragring 10a und der zweite Tragring 10b sind
zur Ausbildung der Tragstruktur 3 jeweils von den Enden in
das im Wesentlichen hülsenförmige und eine zylindrische
Innenseite 11a aufweisende Verbindungselement 11 eingeschoben.
Auch das Verbindungselement 11 weist an seinen beiden gegenüberliegenden Enden
an seiner Innenfläche 11a eine nach außen gerichtete
treppenartige Erweiterung 11b auf, die eine im Wesentlichen
senkrecht zur Durchflussrichtung D ausgerichtete Anlagefläche 11c ausbildet.
Der Abstand a zwischen den beiden Anlageflächen 11c bestimmt
somit den Abstand der beiden in das Verbindungselement 11 eingeschobenen
Tragringe 10a und 10b und somit im Endeffekt die
Größe des zwischen den Kreisbogenflächen 10e und
der Dichffläche 2f des Ventilkörpers 2 verbleibenden
Spaltes 14 sowie der Vorspannung des Dichtelements 9 beim Einspannen
der Ventilkugel 2 in die Tragstruktur 3.
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Um
den ersten Tragring 10a und den zweiten Tragring 10b jeweils
in den gegenüberliegenden Enden des Verbindungselementes 11 zu
halten, sind zwei Halteteile 15a, 15b vorgesehen,
die im Querschnitt gesehen u-förmig und mit einem langen Schenkel 15c und
einem kurzen Schenkel 15d ausgebildet sind. Im eingebauten
Zustand des Halteteils 15a, 15b liegt der lange
Schenkel 15c jeweils an einer dem Dichtelement 9 gegenüberliegenden
Haltefläche 10i an, die rechtwinklig zur Durchflussrichtung
D des Kugelventils 1 ausgerichtet ist und bündig mit
einer Außenfläche 11d des Verbindungselementes 11 abschließt.
Der kurze Schenkel 15d des Halteteils 15a, 15b liegt
an einer Gegenfläche 11e des Verbindungselementes 11 an.
Diese Gegenfläche 11e ist ebenfalls rechtwinklig
zur Durchflussrichtung D des Kugelventils 1 ausgerichtet.
Das klammerartige Halteteil 15a, 15b hat somit
die Aufgabe jeweils mit seinen langen Schenkeln 15c von
außen den ersten Tragring 10a und den zweiten
Tragring 10b soweit in die offenen Enden des Verbindungselementes 11 hinein
zu drücken, bis deren Anlageflächen 10h an
den Anlageflächen 11c des Verbindungselementes
zur Anlage kommen. Um diese Haltekraft aufbringen zu können,
stützt sich das Halteteil 15a, 15b mit
seinem kurzen Schenkel 15d an einer Gegenfläche 11e des Verbindungselementes 11 ab.
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Für
die Montage der Halteteile 15a, 15b ist vorgesehen,
diese zweiteilig auszugestalten und jeweils eines der beiden Enden
gelenkig miteinander zu verbinden und das andere Ende über
eine Art Rast- bzw. Schnappverbindung zu schließen. Neben dieser
mechanischen Verklammerung der beiden Tragringe 10a und 10b über
das Verbindungselement 11 mittels des Halteteils 15a, 15b ist
vorgesehen, die Innenfläche 11a des Verbindungselementes 2a und
die Außenseite 10f der beiden Tragringe 10a und 10b zusätzlich
abzudichten oder miteinander zu verkleben.
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Zusätzlich
weist das Verbindungselement 11 in Durchflussrichtung D
gesehen im Bereich seiner Mitte eine Hülse 11f auf,
in der die Stellachse 7 drehend gelagert ist und über
Dichtringe 16 abgedichtet ist. Diese Hülse 11f ist
mit seiner Längserstreckung rechtwinklig zur Durchflussrichtung
D ausgerichtet.
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Die
Tragstruktur 3, die im Wesentlichen aus dem ersten Tragring 10a,
dem Verbindungselement 11, dem zweiten Tragring 10b und
den beiden Haltelementen 15a, 15b gebildet ist,
wird im Wesentlichen im Spritzgussverfahren aus sogenannten technischen
Hochleistungskunststoffen hergestellt, die sich durch eine hohe
Festigkeit und gleichzeitig eine Wärmefestigkeit auszeichnen.
Beispielsweise sei hier glasfaserverstärktes Polyamid genannt.
Im Falle der Verwendung von Polyamid sind die Bereiche der Flächen
der Tragstruktur 3 mit einer Schutzschicht 17 überzogen,
die mit dem Medium in den nicht dargestellten Rohrleitungen und
somit in dem Kugelventil 1 in Verbindung kommen können.
Als Schutzschicht 17 kann ein Haftvermittler zum Einsatz
kommen. Außerdem sind alle Flächen, vorzugsweise
die äußeren Flächen der Tragstruktur 3 mit
einem Haftvermittler 18 als Verbindungsschicht umgeben,
um einen innigen Verbund zwischen dem Kunststoff des Gehäuses 4 und
der Tragstruktur 3 zu erreichen.
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Der
Haftvermittler 18 beginnt somit im Bereich der Außenseite
der Hülse 11f und setzt sich im Bereich der Außenfläche 11d des
Verbindungselementes 11 fort, umschließt dann
den kurzen Schenkel 15d des Halteteils 15a, 15b,
geht dann über in den langen Schenkel 15c des
Halteteils 15a, 15b und trifft dort auf das Anschlussteil 10c der
Tragringe 10a und 10b.
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Es
ist ersichtlich, dass die Tragstruktur 3 und somit auch
der Haftvermittler 18 die Ventilkugel 2 vollständig
umgibt und keine Öffnungen bestehen, in denen Kunststoff
des Gehäuses 4 beim Spritzgussvorgang in Richtung
der Ventilkugel 2 dringen kann. Die Tragstruktur 3 und
die Ventilkugel 2 bilden somit bereits ein dichtes und
funktionsfähiges Kugelventil 1.
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In
dem letzten Herstellungsschritt des Kugelventils 1 wird
die Tragstruktur 3 mit der Ventilkugel 2 und der
Stellachse 7, die von dem Haftvermittler 18 umgeben
sind, in eine Spritzgussform eingelegt und das Gehäuse 4 mit
den durch Umspritzen der vorgenannten Teile mit einem Thermoplast,
vorzugsweise Polyäthylen oder Polyvinylchlorid, oder Elastomere erstellt.
Die Anschlussstutzen 4a weisen im vorliegenden Fall eine Öffnung 6 auf,
deren Öffnungsquerschnitt dem der Durchgangsöffnung 5 der
Ventilkugel 2 entspricht.
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Unter
Haftvermittler beziehungsweise Primer werden dünne Schichten
im μm-Bereich verstanden, die im Flammspritzverfahren,
im Plasmaverfahren, im Wirbelsinterverfahren aus einem geeigneten
Material, wie beispielsweise Kunststoffpulver, Kunststoffpulver
als Emulsion in geeignetem Lösungsmittel, aufgebracht werden.
Das Material des Haftvermittlers ist in der Regel aus Werkstoffen
(Kunststoffen), die mit den zu verbindenden Werkstoffen kompatibel
sind. Die Haftverbindung geschieht durch Effekte wie Adhäsion,
Diffusion der Molekülstruktur und/oder Wasserstoffbrückenbildung.
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Die 2 zeigt
eine vergrößerte Detailansicht eines Dichtelements 9 des
Kugelventils 1 nach 1. Aus dieser 2 ist
der Querschnitt des ringförmigen Dichtelements 9 in
Form einer Profildichtung genau zu erkennen. Das Dichtelement 9 besteht im
Wesentlichen aus zwei Dichtkörpern 9a, die über ein
Trägerelement 9b miteinander verbunden sind. Die
Dichtkörper 9a sind jeweils im Querschnitt gesehen
halbkreisförmig, haben die Funktion von Dichtlippen beziehungsweise
O-Ringen vergleichbar, da deren halbkreisförmige Außenkontur
in Kontakt mit der Dichtfläche 2f der Ventilkugel 2 steht.
Die beiden Dichtkörper 9a sind in Wirkungsrichtung
des Dichtelements 9 gesehen – also ausgehend von
dem das Medium führenden Bereich des Kugelventils 1 hin
zu der Stellachse 7 des Kugelventils 1 – hintereinander und
voneinander beabstandet angeordnet. Ausgehend von dem zweiten Tragring 10b in
Richtung der Dichtfläche 2f der Ventilkugel 2 gesehen
ragen die beiden Dichtkörper 9a aus den Trägerelement 9b hervor,
so dass zwischen den Dichtkörper 9a eine Aussparung 20 vorhanden.
In dieser Aussparung 20 ist zentral zwischen den beiden
Dichtkörpern 9a ein ringförmiges Abstreifelement 19 angeordnet,
das einen rechteckigen Querschnitt aufweist und vorzugsweise aus
einem Polyamid-Faserkissen hergestellt. Es sind auch andere Kunststoffe
möglich. Auch ist die Ausbildung des Abstreifelements 19 als
Bürste oder Schaum denkbar, beispielsweise aus Bronze um
statische Aufladungen abzuleiten. Das Abstreifelement 19 hat
die Aufgabe, feine unter den ersten Dichtkörper 9a hindurch
gedrungene Partikel aufzunehmen und somit den zweiten Dichtkörper 9a davor zu
schützen. Hierdurch wird die Dichtigkeit des zweiten Dichtkörpers 9a erhöht.
Auch kann diese Aussparung 20 als Depot für einen
Schmierstoff wie ein Fett dienen.
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In
der 2 sind die Dichtkörper 9a und
das Abstreifelement 19 jeweils in ihrer entspannten Form gezeichnet,
um deren ursprüngliche Form zu zeigen. Die Dichtkörper 9a und
das Abstreifelement 19 sind im Einbauzustand natürlich
komprimiert und liegen an der Dichtfläche 2f an.
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Im
Querschnitt gesehen hat das Dichtelement 9 im Wesentlichen
die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei die Dichtkörper 9a im
Bereich der Enden der Hypotenuse hervortreten. Die beiden Katheten
stehen im Kontakt mit den Anlageflächen 12a, 12b der
Ausparung 12 in dem Tragring 10b.
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Die
beiden Dichtkörper 9a, das Trägerelement 9b und
das Abstreifelement 19 sind einteilig ausgeführt.
Die Dichtkörper 9a und das Trägerelement 9b werden
in einem Spritzgussverfahren aus einem Elastomer, insbesondere Nitrilbutylkautschuk, hergestellt,
wobei das Abstreifelement 19 während des Spritzgussverfahrens
mit den Dichtkörpern 9a und dem Trägerelement 9b verbunden
wird. Das Dichtelement 9 wird dann in einem weiteren Herstellungsschritt
in die Form für den ersten oder zweiten Tragring 10a, 10b eingelegt
und dann von dem Kunststoff der Tragringe 10a, 10b umspritzt.
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- 1
- Kugelventil
- 2
- Ventilkugel
- 2a
- Zapfen
- 2b
- Aussparung
- 2c
- Tragelement
- 2d
- Deckschicht
- 2e
- Haftvermittler
- 2f
- Dichtfläche
- 3
- Tragstruktur
- 4
- Gehäuse
- 4a
- Anschlussstutzen
- 5
- Durchgangsöffnung
- 6
- Öffnung
- 7
- Stellachse
- 8
- Hohlraum
- 9
- Dichtelement
- 9a
- Dichtkörper
- 9b
- Trägerelement
- 10a
- erster
Tragring
- 10b
- zweiter
Tragring
- 10c
- Anschlussteil
- 10d
- Tragteil
- 10e
- Kreisbogenfläche
- 10f
- Außenseite
- 10g
- Ansatz
- 10h
- Anlagefläche
- 10i
- Haltefläche
- 11
- Verbindungselement
- 11a
- Innenfläche
- 11b
- Erweiterung
- 11c
- Anlagefläche
- 11d
- Außenfläche
- 11e
- Gegenfläche
- 11f
- Hülse
- 12
- Aussparung
- 12a
- Anlagefläche
- 12b
- Anlagefläche
- 13
- Öffnungen
- 14
- Spalt
- 15a
- erstes
Halteteil
- 15b
- zweites
Halteteil
- 15c
- langer
Schenkel
- 15d
- kurzer
Schenkel
- 16
- Dichtringe
- 17
- Schutzschicht
- 18
- Haftvermittler
- 19
- Abstreifelement
- 20
- Aussparung
- a
- Abstand
- A
- Achse
- D
- Durchflussrichtung
- L
- Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0575643
B1 [0002]
- - EP 1121549 B1 [0004]