DE102007024623A1

DE102007024623A1 - Plastic valve ball for spherical valve ball, comprises composite construction unit, which has carrying element filled with cavity and surface layer, which surrounds carrying element

Info

Publication number: DE102007024623A1
Application number: DE102007024623A
Authority: DE
Inventors: Michael Tappe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-11-27
Also published as: ES2369954T3

Abstract

The plastic valve ball (2) comprises a composite construction unit, which has a carrying element (2c) and a surface layer (2d). A spherical valve ball (1) has a passage opening (5). The plastic valve ball is movably stored between an opening and closing position in a housing (4). The surface layer surrounds the carrying element. The surface layer is coated with a session layer as an adhesion mediator. The carrying element is filled with a cavity (8). Two bearing rings are inserted into an injection mold.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kunststoff-Ventilkugel eines Kugelventils, die eine Durchgangsöffnung aufweist und in einem Gehäuse des Kugelventils zwischen einer Offen- und einer Schließstellung drehbar lagerbar ist.The Invention relates to a plastic valve ball of a ball valve, having a through opening and in a housing the ball valve between an open and a closed position rotatable is storable.

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 gesehenvertikale 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.From the European patent EP 0 575 643 B1 is known a plastic ball valve and a method for its preparation. The ball valve consists essentially of a housing in which a valve ball is mounted as a shut-off. The housing has two pipe connection pieces, which are connected to each other in the usual manner in an open position of the valve ball via the through hole and are separated from each other in a closed position on the valve ball. The housing is made in one piece by injection molding and made of polyethylene. In order to be able to be rotated out of the open position into the closed position, the valve ball is rotatably mounted about a substantially vertical axis, viewed in the case of horizontally oriented pipe connecting pieces, and connected to a switching shaft for actuating the valve ball. The valve ball is not mounted directly in the housing, but via two bearing rings, which are interconnected via an annular insert. The bearing rings have matching with the inner cross section of the pipe connection piece openings and border in the flow direction of a fluid through the ball valve front and rear of the valve ball. In the open position of the valve ball whose through hole is aligned with the openings of the bearing rings. Seen in cross section, the bearing rings are substantially triangular in shape and thus project beyond a part of the outer peripheral surface of the valve ball. In this region projecting beyond the valve ball, a sealing ring is provided in each case in the bearing rings, which is supported on the outer peripheral surface of the valve ball. As a material for the sealing rings nitrile butyl rubber is preferably provided. The outer peripheral region of the bearing rings facing away from the valve ball and oriented in the radial direction is ribbed, wherein the ribs extend parallel to the flow direction of the ball valve. The outer ends of the ribs of the two bearing rings are connected to each other via annular insert. In the present case, the annular insert is glued or welded to the bearing rings. The two bearing rings with the sealing rings and the insert thus form a kind of support cage for the valve ball. The bearing rings, the valve ball and the insert can be made of gunmetal, brass, stainless steel or plastic, preferably glass fiber reinforced plastic or polypropylene. In addition, passage openings are provided in the annular insert, so that during the manufacturing process, the injected plastic of the housing can penetrate through the passage openings in the direction of the valve ball and in the direction of the ribs. The housing plastic penetrates to the surface of the valve ball. This creates an intimate bond between the material of the housing and the bearing rings and the insert in the form of an embedding. The insert has the task to absorb the tensile, compressive and kinetic forces and occurring torques within the ball valve in the manner of a reinforcement.

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.For the manufacture of the ball valve will be one of the first steps the bearing rings with the sealing rings on the opposite Ends of the valve ball mounted. Subsequently, the annular Insert pushed over the two bearing rings. Then it will over an adhesive or welding process, the annular Insert at the ends connected to the two bearing rings. This consisting of the valve ball, the bearing rings and the insert Carrying cage is now inserted into an injection mold and then encapsulated by the housing material and penetrate. In this injection process, the passages have the deposit the task, during the injection molding process resulting housing in an outer and an inner part to separate. During the cooling of the generated in the injection mold Housing is a shrinking process of the two housing parts enforced relative to each other and a shrinkage of the housing prevented radially inward. This is intended to clamp the valve ball be avoided in the housing. To play a game between the Valve ball and the plastic housing is obtained heated the valve ball before spraying the housing.

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.Furthermore, from the European patent EP 1 121 549 B1 another shut-off valve made of plastic and a method for its preparation known. This shut-off valve is in the basic structure apart from the insert, which connects the two bearing rings together, with the ball valve above. According to this patent, the insert is produced in two steps as a molded part. In a first step, a molded part is produced, which preferably consists of a thermoplastic, in particular an adhesion copolymer, sprayed. This molding forms the outer shape of the insert and thus also the inner shape of the later sprayed from polyethylene housing. In a second production step, a plastic, preferably a glass fiber reinforced plastic or polypropylene, is injected from the inside onto the molded part. When this plastic is sprayed onto the molded part, it partially melts and forms a fusion-welded connection between the molded part and the plastic introduced in the second process step. The insert thus consists of a first outer layer of thermoplastic material, in particular an adhesive copolymer, and a second inner layer of a plastic, preferably a glass fiber reinforced plastic or polypropylene. This insert also has the above-described passage openings, so that in the last production step of the shut-off valve the injected polyethylene for the housing can pass through the passage openings of the insert to the valve ball and thus the insert is embedded in the housing material.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kunststoff-Ventilkugel eines Kugelventils zu schaffen, die sich durch eine verbesserte Formstabilität auszeichnet.outgoing from this prior art, the present invention is the Task based, a plastic valve ball of a ball valve to create, characterized by an improved dimensional stability distinguished.

Diese Aufgabe wird durch eine Kunststoff-Ventilkugel eines Kugelventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.These Task is by a plastic valve ball of a ball valve solved with the features of claim 1. advantageous Embodiments of the invention are in the claims 2 to 6 described.

Erfindungsgemäß wird bei einer Kunststoff-Ventilkugel eines Kugelventils, die eine Durchgangsöffnung aufweist und in einem Gehäuse des Kugelventils zwischen einer Offen- und einer Schließstellung drehbar lagerbar ist, eine verbesserte Formstabilität dadurch erreicht, dass die Ventilkugel nach Art eines Verbundbauteils aus einem Tragelement und einer Deckschicht aufgebaut ist. Hierdurch können in der Ventilkugel die Eigenschaften hohe Formstabilität durch das Tragelement und gute Beständigkeit gegen Medien durch die Deckschicht vereint werden. Eine gute Formbeständigkeit führt dazu, dass die Ventilkugel auch unter hohen Betriebsdrücken sich nur gering verformt und somit auch dann noch gut innerhalb des Gehäuses des Kugelventils aus der Schließstellung in die Offenstellung verdreht werden kann, ohne hohe Losbrechmomente in Bezug auf die Ventilkugel überwinden zu müssen. Auch ist das erforderliche Drehmoment über den Versteilbereich der Ventilkugel gleichbleibend. Die Verbundbauweise der Ventilkugel führt zu deren Leichtbau, einer Gewichtsersparnis und einer Materialeinsparung. Auch Ventilkugeln mit großem Durchmesser können gespritzt werden. Es muss keine Herstellung aus extrudiertem Halbzeug erfolgen.According to the invention in a plastic valve ball of a ball valve having a through hole and in a housing of the ball valve between an open and a closed position rotatably storable is, achieved an improved dimensional stability by that the valve ball in the manner of a composite component of a support element and a cover layer is constructed. This can be done in The valve ball features high dimensional stability the support element and good resistance to media the top layer are united. A good dimensional stability causes the valve ball also under high operating pressures only slightly deformed and thus still well within the housing of the ball valve from the closed position can be twisted into the open position without high breakaway torques in Having to overcome reference to the valve ball. Also is the required torque over the adjustment range the valve ball consistent. The composite construction of the valve ball leads to their lightweight construction, a weight saving and a Material savings. Also valve balls with large diameter can be sprayed. There does not have to be any manufacturing out extruded semi-finished done.

Um die gute Beständigkeit gegen Medien zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Deckschicht das Tragelement vollständig umgibt. Außerdem können die Deckschichten vorteilhafter Weise an die Anforderungen des Mediums einfach angepasst werden.Around to achieve the good resistance to media is provided that the cover layer completely surrounds the support element. In addition, the cover layers can be more advantageous Be easily adapted to the requirements of the medium.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Tragelement aus einem wärmefesten technischen Hochleistungskunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Polyamid, und die Deckschicht aus einem Medium resistenten Kunststoff, insbesondere Fluorkunststoff, Polyäthylen, Polyoxymethylen oder Elastomer, hergestellt sind und die mit der Deckschicht in Verbindung stehenden Flächen des Tragelements mit einer Verbindungsschicht als Haftvermittler beschichtet sind.Especially It is advantageously provided that the support element made of a heat-resistant technical high-performance plastic, in particular glass fiber reinforced Polyamide, and the cover layer of a medium-resistant plastic, in particular fluoroplastic, polyethylene, polyoxymethylene or elastomer, are made and those with the cover layer in Connecting surfaces of the support element with a Bonding layer are coated as a primer.

Eine Leichtbauweise der Ventilkugel wird dadurch erreicht, dass das Tragelement mindestens einen eingeschlossenen Hohlraum aufweist.A Lightweight construction of the valve ball is achieved in that the support element has at least one enclosed cavity.

Um eine gute Führung und leichte Verstellbarkeit der Ventilkugel zu ereichen, ist an einem Ende ein nach außen hervor ragender Zapfen angeordnet und an dem gegenüberliegende Ende der Ventilkugel eine Aussparung zur Aufnahme einer Stellachse.Around good guidance and easy adjustment of the valve ball to reach is at one end an outwardly superior Pin arranged and at the opposite end of the valve ball a recess for receiving a control axis.

Besonders günstig ist vorgesehen, dass ein Hohlraum im Bereich des Zapfens angeordnet ist.Especially is favorable that a cavity in the range of Pin is arranged.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:following the invention will be described with reference to a drawing Embodiment explained in more detail. Show it:

1 einen Längsschnitt durch ein Kugelventil, 1 a longitudinal section through a ball valve,

2 eine Detailansicht eines Ventilkörpers des Kugelventils nach 1 und 2 a detailed view of a valve body of the ball valve after 1 and

3 eine Seitenansicht von 2. 3 a side view of 2 ,

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.The 1 shows a longitudinal section through a ball valve 1 according to the present invention. Seen from the inside to the outside is the ball valve 1 essentially from a valve ball 2 , a supporting structure 3 and a housing 4 ,

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.The valve ball 2 in the ball valve 1 serves as a shut-off, has in the usual way centrally a cylindrical passage opening 5 on. In the 1 is the valve ball 2 shown in its open position in which the passage opening 5 two aligned and opposing connecting pieces 4a that are part of the case 4 are, connecting with each other, leaving a fluid through the ball valve 1 can flow through it. Around the valve ball 2 to be able to move from its open position to its closed position, this is in the support structure 3 about a vertical axis A in the present case rotatably mounted. For this purpose, the valve ball 2 in the region of its lower end a circular pin 2a on, whose longitudinal axis L is parallel to the axis A. Also runs the longitudinal axis L of the pin 2a perpendicular to the flow direction D of the passage opening 5 , At the tap 2a opposite upper end of the valve ball 2 is a recess 2 B provided in the form-fitting a positioning axis 7 intervenes. About this axis 7 can from outside the valve ball 2 from their open position in be moved to its closed position or vice versa. The positive connection between the adjusting axis 7 and the recess 2 B may be formed for example as a polygon or Torx connection as well as simply a slot with a rectangular cross-section.

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.The valve ball 2 itself is made in a hybrid or composite construction. Inside the valve ball 2 passing through the passage opening 5 conditionally is substantially sleeve-shaped, there is a support element 2c made of a high performance, heat-resistant engineering plastic, such as glass fiber reinforced polyamide. To a lightweight construction of the valve ball 2 to reach, this support element has 2c as far as possible enclosed cavities 8th on, as for example in the figure in the area of the pin 2a are shown. This support element 2c is in an injection molding process with a media-resistant plastic in the form of a cover layer 2d wrapped around the final shape of the valve ball 2 to reach. As plastics for the top layer 2d Fluoropolymers, polyethylene, polyoxymethylene (POM) or elastomers come into question. Before spraying the topcoat 2d becomes the surface of the support element 2c with a bonding agent 2e or primer prepared in the form of a bonding layer. The cover layer 2d encloses the support element 2c completely, leaving the support element 2c does not come into contact with the medium or fluid, through the pipes and thus through the ball valve 1 to be led. A connection without the bonding agent 2e is possible, too. The cover layer 2d has about a thickness of 5 to 20 mm, preferably 8 to 10 mm, and can be machined or otherwise suitably machined to the desired or required roundness of the valve ball 2 to reach. The thus formed valve ball 2 is characterized by low operating weight, high resistance to aggressive media and high dimensional stability. Due to the high dimensional stability is avoided that even at high, in the closed state of the valve ball 2 pending pressing, by a deformation of the valve ball 2 Losbrechmomente caused opening the ball valve 1 difficult.

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 Dichtfläche 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.The valve ball described above 2 is in the support structure 3 mounted rotatably about the axis A and a sealing element 9 opposite the support structure 3 sealed. The supporting structure 3 is composed of several components and that a first support ring 10a , a sleeve-shaped connecting element 11 and a second support ring 10b , The first support ring 10a , the connecting element 11 and the second support ring 10b are arranged one behind the other in the direction of flow D. In other words, the connecting element connects 11 the first support ring 10a with the second support ring spaced therefrom 10b around the valve ball 2 enclosing support structure 3 train. Each of the two support rings 10a and 10b have a connection part 10c on, each of the plastic of the connecting piece 4a of the housing 4 is enclosed, and a supporting part 10d , each one the valve ball 2 from opposite ends in the region of their seen in the direction of flow D front and rear ends annularly surround. Also have the support parts 10d each at their the valve ball 2 facing side of a circular arc surface 10e on top of that, the sealing surface 2f the outer surface of the valve ball 2 follows. In addition, the support rings 10a and 10b in the area of its connection part 10c latticed with openings 13 provided so that the introduced by injection molding plastic housing 4 the connection part 10c can penetrate and thus in the formation of the connecting piece 4a this one intimate bond with the connector 10c the support rings 10a and 10b receives.

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.Furthermore, in each of the support rings 10a and 10b , in the area of the valve ball 2 facing circular arc surface 10e , a recess 12 provided, which is triangular in cross-section, wherein the annular recess 12 two mutually perpendicular contact surfaces 12a and 12b for the sealing element 9 have, which are each aligned parallel to the flow direction D and perpendicular thereto. In this recess 12 is the sealing element 9 This is the first support ring 10a or the second support ring 10b opposite the sealing surface 2f the valve ball 2 seals.

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 Dichtfläche 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.Overall, each of the two support rings 10a and 10b a tubular shape, which in the region of the respective connection part 10c cylindrical and lattice-like design and in the subsequent support member 10d an enlarged wall thickness for receiving the in operation on the valve ball 2 occurring forces and in the direction of the valve ball 2 with its circular arc surface 10e extended. It can be seen that thereby between the sealing surface 2f the valve ball 2 and the circular arc surface 10e the support rings 10a and 10b only a small gap 14 remains and thus the ball valve 1 overall only a small dead space, if media on the sealing element 9 out in the direction of the valve ball 2 or the adjusting axis 7 should penetrate. The gap 14 has a width of 1/10 mm to 5/10 mm.

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 Dichtfläche 2f des Ventilkörpers 2 verbleibenden Spaltes 14 sowie der Vorspannung des Dichtelements 9 beim Einspannen der Ventilkugel 2 in die Tragstruktur 3.On the valve body 2 opposite outside 10f are the first support ring 10a and the second support ring 10b formed substantially cylindrical. However, on this outside 10f that the valve ball 2 turned away, at each of the support rings 10a and 10b a staircase-outwardly extending approach 10g provided, which thus a substantially vertical to the flow direction D aligned bearing surface 10h formed. The first support ring 10a and the second support ring 10b are for the formation of the support structure 3 each from the ends into the substantially sleeve-shaped and a cylindrical inner side 11a having connecting element 11 inserted. Also the connecting element 11 has at its two opposite ends on its inner surface 11a an outward staircase-like extension 11b on, which is a substantially perpendicular to the flow direction D aligned bearing surface 11c formed. The distance a between the two contact surfaces 11c thus determines the distance between the two in the connecting element 11 inserted support rings 10a and 10b and thus in the end the size of the between the circular arc surfaces 10e and the sealing surface 2f of the valve body 2 remaining gap 14 and the bias of the sealing element 9 when clamping the valve ball 2 in the supporting structure 3 ,

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.To the first support ring 10a and the second support ring 10b in each case in the opposite ends of the connecting element 11 to hold, are two holding parts 15a . 15b provided, seen in cross-section U-shaped and with a long leg 15c and a short thigh 15d are formed. In the installed state of the holding part 15a . 15b lies the long thigh 15c each at a the sealing element 9 opposite holding surface 10i at right angles to the flow direction D of the ball valve 1 is aligned and flush with an outer surface 11d of the connecting element 11 concludes. The short thigh 15d of the holding part 15a . 15b lies on a counter surface 11e of the connecting element 11 at. This counter surface 11e is also perpendicular to the flow direction D of the ball valve 1 aligned. The bracket-like holding part 15a . 15b thus has the task each with its long thighs 15c from the outside the first support ring 10a and the second support ring 10b as far as the open ends of the connecting element 11 push in until their contact surfaces 10h at the contact surfaces 11c of the connecting element come to rest. To be able to apply this holding force, the holding part is supported 15a . 15b with his short thigh 15d on a counter surface 11e of the connecting element 11 from.

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.For mounting the holding parts 15a . 15b is intended to design these two parts and each one of the two ends hingedly connected to each other and close the other end via a kind latching or snap connection. In addition to this mechanical clamping of the two support rings 10a and 10b over the connecting element 11 by means of the holding part 15a . 15b is provided, the inner surface 11a of the connecting element 2a and the outside 10f the two support rings 10a and 10b additionally seal or glue together.

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.In addition, the connecting element has 11 seen in the direction of flow D in the region of its center a sleeve 11f on, in which the adjusting axle 7 is rotatably mounted and via sealing rings 16 is sealed. This sleeve 11f is aligned with its longitudinal extent at right angles to the flow direction D.

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.The supporting structure 3 , which essentially consists of the first support ring 10a , the connecting element 11 , the second support ring 10b and the two holding elements 15a . 15b is formed essentially by injection molding of so-called high-performance engineering plastics, which are characterized by a high strength and at the same time a heat resistance. For example, glass fiber reinforced polyamide may be mentioned here. In the case of using polyamide, the areas of the surfaces of the supporting structure 3 with a protective layer 17 coated with the medium in the pipes, not shown, and thus in the ball valve 1 can come into contact. As a protective layer 17 a bonding agent can be used. In addition, all surfaces, preferably the outer surfaces of the support structure 3 with a bonding agent 18 Surrounded as a bonding layer to form an intimate bond between the plastic of the housing 4 and the support structure 3 to reach.

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.The bonding agent 18 thus begins in the region of the outside of the sleeve 11f and sits in the area of the outer surface 11d of the connecting element 11 away, then surrounds the short leg 15d of the holding part 15a . 15b , then goes over into the long thigh 15c of the holding part 15a . 15b and hits the connector there 10c the support rings 10a and 10b ,

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.It can be seen that the support structure 3 and thus also the bonding agent 18 the valve ball 2 completely surrounds and there are no openings in which plastic the case 4 during the injection molding process in the direction of the valve ball 2 can penetrate. The supporting structure 3 and the valve ball 2 thus already form a dense and functional ball valve 1 ,

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.In the last manufacturing step of the ball valve 1 becomes the support structure 3 with the valve ball 2 and the adjusting axle 7 that of the adhesion agent 18 surrounded, placed in an injection mold and the housing 4 with the by encapsulating the aforementioned parts with a thermoplastic, preferably polyethylene or polyvinyl chloride, or elastomers created. The connecting pieces 4a have an opening in the present case 6 on, whose opening cross-section of the passage opening 5 the valve ball 2 equivalent.

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.Under Adhesion promoters or primers become thin layers understood in the micron range, in the flame spraying process, in the plasma process, in the fluidized bed process from a suitable Material, such as plastic powder, plastic powder as an emulsion in a suitable solvent. The material of the primer is usually made of materials (Plastics), which are compatible with the materials to be joined are. Bonding occurs through effects such as adhesion, Diffusion of molecular structure and / or hydrogen bonding.

In der 2 ist eine Detailansicht des Ventilkörpers 2 des Kugelventils nach 1, aus der die zuvor beschriebene Aufteilung des Ventilkörpers 2 in ein Tragelement 2c, eine Verbindungsschicht 2e und eine Deckschicht 2d gut zu erkennen ist. Im Bereich des Ansatzes 2a wird durch das gerüstartige Tragelement 2c eine ausreichende Stabilität erreicht, so dass über eine Hohlraum 8 innerhalb des Tragelements 2c zusätzlich eine Gewichtsersparnis erreicht werden kann.In the 2 is a detail view of the valve body 2 of the ball valve 1 , from the above-described division of the valve body 2 in a support element 2c , a tie layer 2e and a cover layer 2d easy to recognize. In the area of the approach 2a is due to the framework-like support element 2c achieved sufficient stability, so that over a cavity 8th within the support element 2c In addition, a weight saving can be achieved.

Die 3 zeigt eine Seitenansicht von 2.The 3 shows a side view of 2 ,

11: Kugelventilball valve
22: Ventilkugelvalve ball
2a2a: Zapfenspigot
2b2 B: Aussparungrecess
2c2c: Tragelementsupporting member
2d2d: Deckschichttopcoat
2e2e: Haftvermittlerbonding agent
2f2f: Dichtflächesealing surface
33: Tragstruktursupporting structure
44: Gehäusecasing
4a4a: Anschlussstutzenspigot
55: DurchgangsöffnungThrough opening
66: Öffnungopening
77: Stellachseadjusting axis
88th: Hohlraumcavity
99: Dichtelementsealing element
10a10a: erster Tragringfirst support ring
10b10b: zweiter Tragringsecond support ring
10c10c: Anschlussteilconnector
10d10d: Tragteilsupporting part
10e10e: KreisbogenflächeCircular arc surface
10f10f: Außenseiteoutside
10g10g: Ansatzapproach
10h10h: Anlageflächecontact surface
10i10i: Halteflächeholding surface
1111: Verbindungselementconnecting element
11a11a: Innenflächepalm
11b11b: Erweiterungextension
11c11c: Anlageflächecontact surface
11d11d: Außenflächeouter surface
11e11e: Gegenflächecounter surface
11f11f: Hülseshell
1212: Aussparungrecess
12a12a: Anlageflächecontact surface
12b12b: Anlageflächecontact surface
1313: Öffnungenopenings
1414: Spaltgap
15a15a: erstes Halteteilfirst holding part
15b15b: zweites Halteteilsecond holding part
15c15c: langer Schenkellonger leg
15d15d: kurzer Schenkelshort leg
1616: Dichtringeseals
1717: Schutzschichtprotective layer
1818: Haftvermittlerbonding agent
aa: Abstanddistance
AA: Achseaxis
DD: DurchflussrichtungFlow direction
LL: Längsachselongitudinal axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 0575643 B1 [0002]
- EP 1121549 B1 [0004]

Claims

Plastic valve ball ( 2 ) of a ball valve ( 1 ), which has a passage opening ( 5 ) and in a housing ( 4 ) of the ball valve ( 1 ) is rotatably storable between an open and a closed position, characterized in that the valve ball ( 2 ) in the manner of a composite component of a support element ( 2c ) and a cover layer ( 2d ) is constructed.

Valve ball according to claim 1, characterized in that the cover layer ( 2d ) the support element ( 2c ) completely surrounds.

Valve ball according to claim 1 or 2, characterized in that the support element ( 2c ) of a high-performance, high-performance engineering plastic, in particular glass fiber reinforced polyamide, and the cover layer ( 2d ) are made of a medium-resistant plastic, in particular fluoroplastic, polyethylene, polyoxymethylene or elastomer, and with the cover layer ( 2d ) in associated surfaces of the support element ( 2c ) with a connection layer ( 2e ) are coated as adhesion promoters.

Valve ball according to one of claims 1 to 3, characterized in that the support element ( 2c ) at least one enclosed cavity ( 8th ) having.

Valve ball according to one of claims 1 to 4, characterized in that at one end an outwardly projecting pin ( 2a ) is arranged and at the opposite end of the valve ball ( 2 ) a recess ( 2 B ) for receiving a control axis ( 7 ).

Valve ball according to claim 4 and 5, characterized in that a cavity ( 8th ) in the region of the pin ( 2a ) is arranged.