專利名稱：有塑料涂層的閥轉(zhuǎn)子和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種具有耐磨的低摩擦塑料表面的閥轉(zhuǎn)子和制造這種閥轉(zhuǎn)子的方法。更具體一些，本發(fā)明涉及具有耐磨的低摩擦旋轉(zhuǎn)密封表面的水處理閥和閥轉(zhuǎn)子以及制造這種閥轉(zhuǎn)子的方法。
流體處理系統(tǒng)和其它流體閥系統(tǒng)包括一具有轉(zhuǎn)子的閥。轉(zhuǎn)子常常包括具有各種口的塑料盤。當(dāng)盤式轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，各種口控制流體經(jīng)過閥的流動(dòng)。
通常有一電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)子相連，以控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？筛鶕?jù)系統(tǒng)的需要用一電動(dòng)機(jī)控制裝置控制從動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)的大小取決于若干因素，包括轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)載荷和以停止設(shè)置啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)所必需的起步轉(zhuǎn)矩。所需起步轉(zhuǎn)矩一部分取決于盤的旋轉(zhuǎn)表面的摩擦和在旋轉(zhuǎn)時(shí)作用在轉(zhuǎn)子上的偏心致動(dòng)力，它們力圖使轉(zhuǎn)子上升或傾斜，產(chǎn)生廣泛的張力。因此希望提供一種具有低摩擦表面的盤式轉(zhuǎn)子。
由于流體處理系統(tǒng)常常有長的使用壽命，因此存在污染物(石灰、鐵、銹等)在盤上的積累，產(chǎn)生摩擦系數(shù)加大的粗糙表面的可能。轉(zhuǎn)子口與污染的盤表面結(jié)合，趨向于移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)的盤接合的固定的橡膠密封墊并使之進(jìn)一步磨損。
各種已有技術(shù)系統(tǒng)都致力于低摩擦表面的問題，以及提高組成部件的其它性能的問題。
在存在高壓和高溫的各種流體處理中，要求具有提高的耐壓和耐熱性能的組成部件。在流體處理系統(tǒng)中遇到的各種化學(xué)藥品與液體的增加更需要有耐腐蝕的組成部件。提高零件的耐腐蝕性與耐磨性的已知方法之一是將系統(tǒng)零件的表面覆以合適的材料層。
過去曾經(jīng)用各種材料作為耐磨涂層，其中包括聚四氟乙烯(PTFE)和其它氟碳聚合物。還以商標(biāo)Teflon(特氟隆)著稱的PTFE用于保護(hù)各種組成單元諸如液體控制閥及其零件并改進(jìn)其性能。PTFE可以以粉末狀樹脂的形式模制成板材或其它型材或直接成為產(chǎn)品的成品零件。壓縮模制的板材、棒材或其它型材可用于制造許多有用的制品，這些制品利用了它的化學(xué)上的不受影響性和低摩擦系數(shù)。
采用這種材料作為襯里或涂層的閥和閥零件已經(jīng)例如在美國專利No.3537700中描述或提出，該專利公開了一種在基體構(gòu)件上形成的耐腐蝕涂層，其形成為用粒狀聚合PTFE粉進(jìn)行均衡(等壓)壓縮，然后取出構(gòu)件，加熱至PTFE的凝膠點(diǎn)以上。這一工藝是費(fèi)錢的，而且涂層在壓力和高溫下使用時(shí)并不可靠?，F(xiàn)有的用無膠聚合物涂層模制物品的方法也是不令人滿意的。涂層與物品表面之間的結(jié)合常常不一致，導(dǎo)致涂層與模制物品脫開。
美國專利No.5295520公開了一種曾經(jīng)在轉(zhuǎn)盤式飲料過濾中使用的旋轉(zhuǎn)面閥。位于閥體中的是一個(gè)特氟隆盤，它提供用閥轉(zhuǎn)子接合的動(dòng)密封表面。一可調(diào)節(jié)的彈簧提供一偏壓力，將轉(zhuǎn)子推靠在盤上。在閥體與特氟隆盤上形成的通道與各種管線和噴嘴連通，并與閥轉(zhuǎn)子中的連接通道配合。
美國專利No.5296183公開了一種方法，特別是一種用于共同模制能加強(qiáng)涂層與復(fù)合制品的性能的方法，它提出將像特氟隆這樣的涂層施加在放在模子中的成形的和型制的泵載基體上。塑料被注入模子中，以使塑料在模制時(shí)滲入涂層表面的凹凸不平處，從而在固化后將涂層固定在零件上。
在美國專利No.4172112中描述了一種制造用合成樹脂粉材做的閥盤的方法。該方法包括用壓力模制兩個(gè)四氟乙烯樹脂做的閥盤蓋扇形體；在高壓下模制成形的扇形體，在其間具有原先做好的盤狀芯子；然后加熱已經(jīng)壓實(shí)并與芯子結(jié)合成一體的閥盤扇形體。這個(gè)方法復(fù)雜，需要昂貴的高壓模制設(shè)備，而且只在需要具有復(fù)雜的構(gòu)形的完全覆蓋的物品時(shí)才可能有效。
本發(fā)明的一個(gè)目的為減少具有用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的流體閥的流體處理系統(tǒng)的制造費(fèi)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的為減小流體處理系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出要求。
本發(fā)明的又一個(gè)目的為提供一個(gè)具有盤形轉(zhuǎn)子的流體處理閥，它具有改進(jìn)的起步轉(zhuǎn)矩特性和較長的產(chǎn)品壽命。
本發(fā)明的再一個(gè)目的為提供一個(gè)具有改進(jìn)的起步轉(zhuǎn)矩特性的改型閥(改裝閥)轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的再一個(gè)目的為提供一種將耐磨的低摩擦無膠涂層施加在模制的閥轉(zhuǎn)子上的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的為提供一種將耐磨的低摩擦涂層結(jié)合在閥中，以減少生產(chǎn)步驟并使費(fèi)用最少的制造方法。
本發(fā)明的這些和其它目的、特色和優(yōu)點(diǎn)將在從下面聯(lián)系附圖的說明中變得清楚，附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明提供一種制造具有耐摩的低摩擦旋轉(zhuǎn)表面的閥轉(zhuǎn)子的方法，它包括提供用氟碳聚合物做成的盤，該盤具有與閥轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面相應(yīng)的形狀和邊緣；將盤放在準(zhǔn)備好的注射模的穴底(腔底)；在模子中注入可流動(dòng)的材料，以使該材料填滿模子穴(模腔)的一部分，基本包圍并蓋住盤的邊緣；固化材料，使之與盤子固定在一起，并形成轉(zhuǎn)子盤；從模子中取出轉(zhuǎn)子盤；將轉(zhuǎn)子盤固定在閥轉(zhuǎn)子的基座上，使盤朝外并提供旋轉(zhuǎn)表面。
本發(fā)明還提供一用于在旋轉(zhuǎn)閥中工作的轉(zhuǎn)子，它包括具有流動(dòng)口的基座，基座具有一第一盤和一第二盤，第一盤固定在基座上并用非金屬材料制成，而且具有與基座的流動(dòng)口對應(yīng)的通道，第二盤用聚合物材料制造并具有與包括通道的第一盤對應(yīng)的形狀，該通道與基座的流體口對應(yīng)；從基座伸出的軸；和將第一盤鎖定在第二盤上的裝置。
本發(fā)明還提供一旋轉(zhuǎn)閥，它包括一閥殼；一被閥殼接納的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子有一具有流動(dòng)口的基座，該基座具有一第一盤和一第二盤，第一盤固定在基座上并用非金屬材料制成，而且具有與基座的流動(dòng)口對應(yīng)的通道，第二盤用聚合物材料制造并具有與包括通道的第一盤對應(yīng)的形狀，該通道與基座的流體口對應(yīng)；從基座伸出的軸；和將第一盤鎖定在第二盤上的裝置。
在所示的轉(zhuǎn)子的實(shí)施例中，按照本發(fā)明，轉(zhuǎn)子上設(shè)有轉(zhuǎn)子盤，它具有與已有技術(shù)的轉(zhuǎn)子盤相似的形狀和通道。因此，本轉(zhuǎn)子可以作為現(xiàn)有技術(shù)的閥的轉(zhuǎn)子代替品來代用而不必有重大的修改。采用特氟隆盤降低了摩擦系數(shù)并減少污染物的積累。顯著的是，在將轉(zhuǎn)子盤從塑料滑動(dòng)表面轉(zhuǎn)換成特氟隆滑動(dòng)表面時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，起步轉(zhuǎn)矩減少50％。起步轉(zhuǎn)矩的減少提供這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以采用尺寸小而成本低的電動(dòng)機(jī)。
下面參看


本發(fā)明，這些圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是一分解圖，示出了按照本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥組件。
圖2是圖1所示的具有裝好的轉(zhuǎn)子盤的閥轉(zhuǎn)子的剖視圖，轉(zhuǎn)子盤具有按照本發(fā)明的耐磨的低摩擦旋轉(zhuǎn)表面。
圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子盤的平面圖。
圖4是轉(zhuǎn)子盤的聚四氟乙烯盤的平面圖，轉(zhuǎn)子盤提供閥轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面。
圖5是圖2的聚四氟乙烯盤的側(cè)視圖。
圖6是圖4和5的盤的錐形的或帶角度的邊緣的放大圖。
圖7是按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)子盤的剖視圖。
圖8是注射模和聚四氟乙烯盤的剖視圖，模子處于注射按照本發(fā)明的可流動(dòng)的材料的過程中。
圖9是注射模的分解圖，它在注射按照本發(fā)明的可流動(dòng)的材料之前已具有插入的聚四氟乙烯盤。
圖10是聚四氟乙烯板材的平面圖。
圖1中所示的是用于水處理的旋轉(zhuǎn)閥的組件，它包括一閥體12、一閥蓋20和一轉(zhuǎn)子30，閥體具有入口14、出口16和閥室18。
從圖2和圖3可清楚地看出，轉(zhuǎn)子30包括一具有口34的基座32、從基座32上伸出的軸36和裝在基座32上以便形成低摩擦旋轉(zhuǎn)表面40的轉(zhuǎn)子盤38。轉(zhuǎn)子盤38包括一與模制的塑料盤44互鎖的特氟隆盤42，盤44具有與轉(zhuǎn)子基座32中的流動(dòng)口34對應(yīng)的通道46。模制的塑料盤44上設(shè)有沿周邊伸出的帶角度的法蘭48和包圍通道46的帶角度的邊緣50。圖4示出了用特氟隆板材52(見圖10)沖出的特氟隆盤42。特氟隆板材52的厚度范圍為0.015～0.060英寸。特氟隆板材的一個(gè)表面54可以用蝕刻劑和底劑預(yù)處理。沖模(未示出)如此切割特氟隆板材，以便如圖4和5最清楚地看出，做出一帶錐度的或帶角度的周邊56和帶錐度或帶角度的通道邊緣58。切割角α示于圖5和6中，其中60為盤42的經(jīng)過預(yù)處理的表面。圖4中所示的特氟隆盤42的通道62與模制的塑料盤44的通道46對應(yīng)，但是要大一些，以便使模制的塑料盤44的法蘭48和邊緣50能如圖7所示與對應(yīng)的特氟隆盤42的帶角度的邊緣56和58鎖在一起。用本發(fā)明的方法制造的轉(zhuǎn)子盤38示于圖3中。轉(zhuǎn)子盤38包括特氟隆表面40、帶角度的法蘭48和用模制的塑料邊緣50包圍的通道46。轉(zhuǎn)子盤38的其它表面64用塑料制造，并且如圖2所示用一層膠(粘合劑)66連接在轉(zhuǎn)子30的基座32上。
下面參考圖8～10描述本發(fā)明的轉(zhuǎn)子30的制造方法。
按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面由聚四氟乙烯或特氟隆板材52形成。為了提供最佳的粗糙度和耐久性，特氟隆52板材的厚度應(yīng)當(dāng)為0.015～0.060英寸。特氟隆板材52的一面可以用蝕刻劑和底劑預(yù)處理?？梢员徊捎玫木鬯姆蚁┑讋┑囊粋€(gè)例子為Dupont Teflon Primer 852-201。利用沖模(未示出)，用特氟隆板材52切出有所要求的形狀的特氟隆盤42，以使盤42的所有邊緣56、58，包括周邊和通道62的邊緣在內(nèi)，都從預(yù)處理過的表面60向內(nèi)傾斜，提供一個(gè)切割角α，這可從圖5和6中最清楚地看出。
然后將特氟隆盤42放在事先預(yù)備的注射模72的第一部分70的穴68的底部，并以經(jīng)過預(yù)處理的表面60(如果適用的話)朝外。為了定向起見，特氟隆板42上做有三個(gè)具有緊公差尺寸的孔74，以便當(dāng)插入模子72中時(shí)，特氟隆盤42有正確的位置。使第一部分70與第二部分或蓋76接合，并通過入口78注入可流動(dòng)的塑料，填滿模子的穴68?？闪鲃?dòng)的塑料可以是任意的熱塑性模制材料，最好是高強(qiáng)度的，例如改性聚苯醚(Noryl)或ABS。蓋76在結(jié)構(gòu)上大致有21個(gè)策略地設(shè)置的銷80，其例子示于圖8和9中。銷80的功能為將特氟隆盤42放靠在模型穴68的底82上，以使注入的塑料不致圍繞并越過特氟隆盤42的旋轉(zhuǎn)表面40流動(dòng)。入口78設(shè)在特氟隆盤42的上方，以進(jìn)一步減少注入的模制塑料在盤的旋轉(zhuǎn)表面40和模子72的第一部分70之間流動(dòng)的可能性。特氟隆盤42中的通道62大于模制的塑料盤46的通道，其作用為使熔融的塑料完全蓋住特氟隆盤通道62的邊緣。在固化以后，塑料形成包圍通道46的隆起的帶角度的邊緣50。這些邊緣50與沿周邊形成的帶角度的法蘭48一起用切出的角機(jī)械地鎖住特氟隆盤42。從模子中將組合的轉(zhuǎn)子盤38取出。具有模制的塑料盤44的轉(zhuǎn)子盤38的側(cè)面用一層粘結(jié)劑、膠、或其它化合物66附連在轉(zhuǎn)子基座32上。另一種方案為，轉(zhuǎn)子盤38熔接在轉(zhuǎn)子基座32上。在此情況下，轉(zhuǎn)子基座32最好用充填有玻璃的塑料制造，以提供較大的結(jié)合強(qiáng)度。具有特氟隆盤42的轉(zhuǎn)子盤38的側(cè)面為轉(zhuǎn)子30提供旋轉(zhuǎn)的表面40。
參看圖1，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)一步包括形成閥室18的室壁92。室壁92包括用于接納一橡膠密封墊96的槽94。在橡膠密封墊96的頂上還由槽94接納一塑料耐磨片98，以減少盤42將橡膠密封墊96擠出槽94外的可能性，并減少污染物在盤42上的聚集。塑料耐磨片98可以用高密度聚乙烯制造，或是可以用像特氟隆這樣的碳氟化合物制造。
旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)一步包括一位于一個(gè)室18中的安全切斷活塞100。活塞100用彈簧102被向一個(gè)室18的外面偏壓?；钊?00被設(shè)計(jì)成在閥發(fā)生故障時(shí)阻塞其中一個(gè)(圓形)通道46，以便在活塞100與一個(gè)通道46對齊時(shí)避免溢流。為了減少摩擦與污染物，活塞100包括一接納特氟隆活塞盤106的下凹部分104。
前述說明與附圖只用于例示。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而是謀求包括任何的和所有的屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的其它方案、等同物、改進(jìn)和元件結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．一種制造具有耐磨的低摩擦旋轉(zhuǎn)表面的閥轉(zhuǎn)子的方法，它包括提供用氟碳聚合物做成的盤，該盤具有與閥轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)表面相應(yīng)的形狀和邊緣；將盤放在準(zhǔn)備好的注射模的穴底；在模子中注入可流動(dòng)的塑性材料，以使該材料填滿模子穴的一部分，基本包圍并蓋住盤的邊緣；固化所述材料，使之與盤子固定在一起，并形成轉(zhuǎn)子盤；從模子中取出轉(zhuǎn)子盤；和將轉(zhuǎn)子盤固定在閥轉(zhuǎn)子的基座上，使盤朝外并提供旋轉(zhuǎn)表面。
2．如權(quán)利要求1所述的制造閥轉(zhuǎn)子的方法，其特征為，所述氟碳聚合物為聚四氟乙烯。
3．如權(quán)利要求2所述的制造閥轉(zhuǎn)子的方法，其特征為，所述聚合物盤做成具有邊緣，該邊緣相對于盤的軸線做出角度。
5．如權(quán)利要求3所述的制造閥轉(zhuǎn)子的方法，其特征為，所述盤被放在模子穴中，以其向內(nèi)伸出的帶角的邊緣朝著穴底。
6．如權(quán)利要求5所述的制造閥轉(zhuǎn)子的方法，其特征為，所述盤包括至少一個(gè)具有帶角度的通道邊緣的通道，注入可流動(dòng)的材料的步驟包括基本包圍并蓋住帶角度的通道邊緣。
7．如權(quán)利要求5所述的制造閥轉(zhuǎn)子的方法，其特征為，在將可流動(dòng)的材料注入模子之前，用保持裝置將盤保持并靠在模子穴底上，以防止材料在盤與模子穴底之間流動(dòng)。
8．如權(quán)利要求5所述的制造閥轉(zhuǎn)子的方法，其特征為，從位于穴底的盤的上方注入可流動(dòng)的材料。
9．一種用于在旋轉(zhuǎn)閥中工作的轉(zhuǎn)子，它包括具有流動(dòng)口的基座，基座具有一第一盤和一第二盤，第一盤固定在基座上并用塑料制成，而且具有與基座的流動(dòng)口對應(yīng)的通道，第二盤用聚合物材料制造并具有與包括通道的第一盤對應(yīng)的環(huán)狀，該通道與基座的流體口對應(yīng)；從基座伸出的軸；和將第一盤鎖緊在第二盤上的裝置。
10．如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子，其特征為，第二盤用聚四氟乙烯制造。
11．如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子，其特征為，鎖緊裝置包括從第一盤向內(nèi)帶一角度的第二盤的邊緣，第二盤的邊緣與相應(yīng)的沿第一盤的周邊的一部分延伸的法蘭的帶角度的邊緣配合并鎖緊接合。
12．如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子，其特征為，鎖緊裝置包括沿與包圍第一盤的通道的隆起的帶角度的邊緣配合的第二盤的通道形成的帶角度的邊緣。
13．如權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子，其特征為，第二盤中的通道尺寸大于第一盤中的通道的尺寸，尺寸之差基本等于所述邊緣的寬度。
14．一種旋轉(zhuǎn)閥，它包括一閥殼；被閥殼接納的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子有一具有流動(dòng)口的基座，基座具有一第一盤和一第二盤，第一盤固定在基座上并用塑料制成，而且具有與基座的流動(dòng)口對應(yīng)的通道，第二盤用聚合物材料制造并具有與包括通道的第一盤對應(yīng)的形狀，該通道與基座的流體口對應(yīng)，轉(zhuǎn)子還有從基座伸出的軸和將第一盤鎖緊在第二盤上的裝置；和可固定在閥殼上的閥蓋。
15．如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子，其特征為，鎖緊裝置包括從第一盤向內(nèi)帶一角度的第二盤的邊緣，第二盤的邊緣與相應(yīng)的沿第一盤的周邊的一部分延伸的法蘭的帶角度的邊緣配合并鎖緊接合。
16．如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子，其特征為，鎖緊裝置包括沿與包圍第一盤的通道的隆起的帶角度的邊緣配合的第二盤的通道形成的帶角度的邊緣。
17．如權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)閥，其特征為，閥殼包括至少一個(gè)具有閥室的閥壁，閥壁的邊緣有槽，槽中接納有彈性密封墊，在橡膠密封墊的頂上，有一塑料耐磨片被接納在槽中，由此，第二盤與塑料耐磨片形成可旋轉(zhuǎn)的接合。
18．如權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)閥，其特征為，所述耐磨片用高密度聚乙烯制造。
19．如權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)閥，其特征為它進(jìn)一步包括至少一個(gè)在閥殼中的閥室和一位于至少一個(gè)閥室中的安全切斷活塞，安全切斷活塞有一下凹的部分，用于接納用聚四氟乙烯制造的活塞盤，由此，第二盤與活塞盤處于可旋轉(zhuǎn)的接合。
全文摘要
制造具有耐磨的低摩擦表面的閥轉(zhuǎn)子的制造方法,其特征為,具有帶角度的邊緣、其形狀與轉(zhuǎn)子表面對應(yīng)的盤用聚四氟乙烯(PTFE)板材形成。將盤放在模子的穴底并將塑料注入模子中。塑料填充模子穴,包圍并蓋住盤的帶角度的邊緣。一旦固化,塑料就與PTFE盤的帶角度的邊緣鎖在一起。在一優(yōu)選的實(shí)施例中,示出了制造具有PTFE旋轉(zhuǎn)表面的水處理閥轉(zhuǎn)子的方法。
文檔編號B29C45/14GK1209516SQ9811575
公開日1999年3月3日 申請日期1998年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月26日
發(fā)明者拉爾夫·H·拉森, 威廉·M·雅沃爾斯基 申請人:?？莆痔叵到y(tǒng)公司