专利名称：有塑料涂层的阀转子的制作方法
本申请是1998年7月10日提交的第98115755.6号专利申请的分案申请。
本发明一般地涉及一种具有耐磨的低摩擦塑料表面的阀转子和制造这种阀转子的方法。更具体一些，本发明涉及具有耐磨的低摩擦旋转密封表面的水处理阀和阀转子以及制造这种阀转子的方法。
流体处理系统和其它流体阀系统包括一具有转子的阀。转子常常包括具有各种口的塑料盘。当盘式转子旋转时，各种口控制流体经过阀的流动。
通常有一电动机与转子相连，以控制转子的旋转运动。可根据系统的需要用一电动机控制装置控制从动机的动作。电动机的大小取决于若干因素，包括转子的旋转载荷和以停止设置启动电动机的旋转所必需的起步转矩。所需起步转矩一部分取决于盘的旋转表面的摩擦和在旋转时作用在转子上的偏心致动力，它们力图使转子上升或倾斜，产生广泛的张力。因此希望提供一种具有低摩擦表面的盘式转子。
由于流体处理系统常常有长的使用寿命，因此存在污染物(石灰、铁、锈等)在盘上的积累，产生摩擦系数加大的粗糙表面的可能。转子口与污染的盘表面结合，趋向于移动与旋转的盘接合的固定的橡胶密封垫并使之进一步磨损。
各种已有技术系统都致力于低摩擦表面的问题，以及提高组成部件的其它性能的问题。
在存在高压和高温的各种流体处理中，要求具有提高的耐压和耐热性能的组成部件。在流体处理系统中遇到的各种化学药品与液体的增加更需要有耐腐蚀的组成部件。提高零件的耐腐蚀性与耐磨性的已知方法之一是将系统零件的表面覆以合适的材料层。
过去曾经用各种材料作为耐磨涂层，其中包括聚四氟乙烯(PTFE)和其它氟碳聚合物。还以商标Teflon(特氟隆)著称的PTFE用于保护各种组成单元诸如液体控制阀及其零件并改进其性能。PTFE可以以粉末状树脂的形式模制成板材或其它型材或直接成为产品的成品零件。压缩模制的板材、棒材或其它型材可用于制造许多有用的制品，这些制品利用了它的化学上的不受影响性和低摩擦系数。
采用这种材料作为衬里或涂层的阀和阀零件已经例如在美国专利No.3537700中描述或提出，该专利公开了一种在基体构件上形成的耐腐蚀涂层，其形成为用粒状聚合PTFE粉进行均衡(等压)压缩，然后取出构件，加热至PTFE的凝胶点以上。这一工艺是费钱的，而且涂层在压力和高温下使用时并不可靠。现有的用无胶聚合物涂层模制物品的方法也是不令人满意的。涂层与物品表面之间的结合常常不一致，导致涂层与模制物品脱开。
美国专利No.5295520公开了一种曾经在转盘式饮料过滤中使用的旋转面阀。位于阀体中的是一个特氟隆盘，它提供用阀转子接合的动密封表面。一可调节的弹簧提供一偏压力，将转子推靠在盘上。在阀体与特氟隆盘上形成的通道与各种管线和喷嘴连通，并与阀转子中的连接通道配合。
美国专利No.5296183公开了一种方法，特别是一种用于共同模制能加强涂层与复合制品的性能的方法，它提出将像特氟隆这样的涂层施加在放在模子中的成形的和型制的泵载基体上。塑料被注入模子中，以使塑料在模制时渗入涂层表面的凹凸不平处，从而在固化后将涂层固定在零件上。
在美国专利No.4172112中描述了一种制造用合成树脂粉材做的阀盘的方法。该方法包括用压力模制两个四氟乙烯树脂做的阀盘盖扇形体；在高压下模制成形的扇形体，在其间具有原先做好的盘状芯子；然后加热已经压实并与芯子结合成一体的阀盘扇形体。这个方法复杂，需要昂贵的高压模制设备，而且只在需要具有复杂的构形的完全覆盖的物品时才可能有效。
本发明的一个目的为减少具有用电动机驱动的流体阀的流体处理系统的制造费用。
本发明的另一个目的为减小流体处理系统中的电动机的转矩输出要求。
本发明的又一个目的为提供一个具有盘形转子的流体处理阀，它具有改进的起步转矩特性和较长的产品寿命。
本发明的再一个目的为提供一个具有改进的起步转矩特性的改型阀(改装阀)转子。
本发明的再一个目的为提供一种将耐磨的低摩擦无胶涂层施加在模制的阀转子上的方法。
本发明的再一个目的为提供一种将耐磨的低摩擦涂层结合在阀中，以减少生产步骤并使费用最少的制造方法。
本发明的这些和其它目的、特色和优点将在从下面联系附图的说明中变得清楚，附图示出了本发明的优选实施例。
本发明提供一种制造具有耐摩的低摩擦旋转表面的阀转子的方法，它包括提供用氟碳聚合物做成的盘，该盘具有与阀转子的旋转表面相应的形状和边缘；将盘放在准备好的注射模的穴底(腔底)；在模子中注入可流动的材料，以使该材料填满模子穴(模腔)的一部分，基本包围并盖住盘的边缘；固化材料，使之与盘子固定在一起，并形成转子盘；从模子中取出转子盘；将转子盘固定在阀转子的基座上，使盘朝外并提供旋转表面。
本发明还提供一用于在旋转阀中工作的转子，它包括具有流动口的基座，基座具有一第一盘和一第二盘，第一盘固定在基座上并用非金属材料制成，而且具有与基座的流动口对应的通道，第二盘用聚合物材料制造并具有与包括通道的第一盘对应的形状，该通道与基座的流体口对应；从基座伸出的轴；和将第一盘锁定在第二盘上的装置。
本发明还提供一旋转阀，它包括一阀壳；一被阀壳接纳的转子，该转子有一具有流动口的基座，该基座具有一第一盘和一第二盘，第一盘固定在基座上并用非金属材料制成，而且具有与基座的流动口对应的通道，第二盘用聚合物材料制造并具有与包括通道的第一盘对应的形状，该通道与基座的流体口对应；从基座伸出的轴；和将第一盘锁定在第二盘上的装置。
在所示的转子的实施例中，按照本发明，转子上设有转子盘，它具有与已有技术的转子盘相似的形状和通道。因此，本转子可以作为现有技术的阀的转子代替品来代用而不必有重大的修改。采用特氟隆盘降低了摩擦系数并减少污染物的积累。显著的是，在将转子盘从塑料滑动表面转换成特氟隆滑动表面时，实验结果表明，起步转矩减少50％。起步转矩的减少提供这样的优点，即可以采用尺寸小而成本低的电动机。
下面参看
本发明，这些图示出了本发明的优选实施例。
图1是一分解图，示出了按照本发明的旋转阀组件。
图2是图1所示的具有装好的转子盘的阀转子的剖视图，转子盘具有按照本发明的耐磨的低摩擦旋转表面。
图3是本发明的转子盘的平面图。
图4是转子盘的聚四氟乙烯盘的平面图，转子盘提供阀转子的旋转表面。
图5是图2的聚四氟乙烯盘的侧视图。
图6是图4和5的盘的锥形的或带角度的边缘的放大图。
图7是按照本发明的转子盘的剖视图。
图8是注射模和聚四氟乙烯盘的剖视图，模子处于注射按照本发明的可流动的材料的过程中。
图9是注射模的分解图，它在注射按照本发明的可流动的材料之前已具有插入的聚四氟乙烯盘。
图10是聚四氟乙烯板材的平面图。
图1中所示的是用于水处理的旋转阀的组件，它包括一阀体12、一阀盖20和一转子30，阀体具有入口14、出口16和阀室18。
从图2和图3可清楚地看出，转子30包括一具有口34的基座32、从基座32上伸出的轴36和装在基座32上以便形成低摩擦旋转表面40的转子盘38。转子盘38包括一与模制的塑料盘44互锁的特氟隆盘42，盘44具有与转子基座32中的流动口34对应的通道46。模制的塑料盘44上设有沿周边伸出的带角度的法兰48和包围通道46的带角度的边缘50。图4示出了用特氟隆板材52(见图10)冲出的特氟隆盘42。特氟隆板材52的厚度范围为0.015～0.060英寸。特氟隆板材的一个表面54可以用蚀刻剂和底剂预处理。冲模(未示出)如此切割特氟隆板材，以便如图4和5最清楚地看出，做出一带锥度的或带角度的周边56和带锥度或带角度的通道边缘58。切割角α示于图5和6中，其中60为盘42的经过预处理的表面。图4中所示的特氟隆盘42的通道62与模制的塑料盘44的通道46对应，但是要大一些，以便使模制的塑料盘44的法兰48和边缘50能如图7所示与对应的特氟隆盘42的带角度的边缘56和58锁在一起。用本发明的方法制造的转子盘38示于图3中。转子盘38包括特氟隆表面40、带角度的法兰48和用模制的塑料边缘50包围的通道46。转子盘38的其它表面64用塑料制造，并且如图2所示用一层胶(粘合剂)66连接在转子30的基座32上。
下面参考图8～10描述本发明的转子30的制造方法。
按照本发明的转子的旋转表面由聚四氟乙烯或特氟隆板材52形成。为了提供最佳的粗糙度和耐久性，特氟隆52板材的厚度应当为0.015～0.060英寸。特氟隆板材52的一面可以用蚀刻剂和底剂预处理。可以被采用的聚四氟乙烯底剂的一个例子为Dupont Teflon Primer 852-201。利用冲模(未示出)，用特氟隆板材52切出有所要求的形状的特氟隆盘42，以使盘42的所有边缘56、58，包括周边和通道62的边缘在内，都从预处理过的表面60向内倾斜，提供一个切割角α，这可从图5和6中最清楚地看出。
然后将特氟隆盘42放在事先预备的注射模72的第一部分70的穴68的底部，并以经过预处理的表面60(如果适用的话)朝外。为了定向起见，特氟隆板42上做有三个具有紧公差尺寸的孔74，以便当插入模子72中时，特氟隆盘42有正确的位置。使第一部分70与第二部分或盖76接合，并通过入口78注入可流动的塑料，填满模子的穴68。可流动的塑料可以是任意的热塑性模制材料，最好是高强度的，例如改性聚苯醚(Noryl)或ABS。盖76在结构上大致有21个策略地设置的销80，其例子示于图8和9中。销80的功能为将特氟隆盘42放靠在模型穴68的底82上，以使注入的塑料不致围绕并越过特氟隆盘42的旋转表面40流动。入口78设在特氟隆盘42的上方，以进一步减少注入的模制塑料在盘的旋转表面40和模子72的第一部分70之间流动的可能性。特氟隆盘42中的通道62大于模制的塑料盘46的通道，其作用为使熔融的塑料完全盖住特氟隆盘通道62的边缘。在固化以后，塑料形成包围通道46的隆起的带角度的边缘50。这些边缘50与沿周边形成的带角度的法兰48一起用切出的角机械地锁住特氟隆盘42。从模子中将组合的转子盘38取出。具有模制的塑料盘44的转子盘38的侧面用一层粘结剂、胶、或其它化合物66附连在转子基座32上。另一种方案为，转子盘38熔接在转子基座32上。在此情况下，转子基座32最好用充填有玻璃的塑料制造，以提供较大的结合强度。具有特氟隆盘42的转子盘38的侧面为转子30提供旋转的表面40。
参看图1，本发明的旋转阀进一步包括形成阀室18的室壁92。室壁92包括用于接纳一橡胶密封垫96的槽94。在橡胶密封垫96的顶上还由槽94接纳一塑料耐磨片98，以减少盘42将橡胶密封垫96挤出槽94外的可能性，并减少污染物在盘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这样的碳氟化合物制造。
旋转阀进一步包括一位于一个室18中的安全切断活塞100。活塞100用弹簧102被向一个室18的外面偏压。活塞100被设计成在阀发生故障时阻塞其中一个(圆形)通道46，以便在活塞100与一个通道46对齐时避免溢流。为了减少摩擦与污染物，活塞100包括一接纳特氟隆活塞盘106的下凹部分104。
前述说明与附图只用于例示。应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是谋求包括任何的和所有的属于本发明的权利要求范围的其它方案、等同物、改进和元件结构。
权利要求
1.一种用于在旋转阀中工作的转子，它包括具有流动口的基座，基座具有一第一盘和一第二盘，第一盘固定在基座上并用塑料制成，而且具有与基座的流动口对应的通道，第二盘用聚合物材料制造并具有与包括通道的第一盘对应的环状，该通道与基座的流体口对应；从基座伸出的轴；和将第一盘锁紧在第二盘上的装置。
2.如权利要求1所述的转子，其特征为，第二盘用聚四氟乙烯制造。
3.如权利要求2所述的转子，其特征为，锁紧装置包括从第一盘向内带一角度的第二盘的边缘，第二盘的边缘与相应的沿第一盘的周边的一部分延伸的法兰的带角度的边缘配合并锁紧接合。
4.如权利要求1所述的转子，其特征为，锁紧装置包括沿与包围第一盘的通道的隆起的带角度的边缘配合的第二盘的通道形成的带角度的边缘。
5.如权利要求4所述的转子，其特征为，第二盘中的通道尺寸大于第一盘中的通道的尺寸，尺寸之差基本等于所述边缘的宽度。
6.一种旋转阀，它包括一阀壳；被阀壳接纳的转子，转子有一具有流动口的基座，基座具有一第一盘和一第二盘，第一盘固定在基座上并用塑料制成，而且具有与基座的流动口对应的通道，第二盘用聚合物材料制造并具有与包括通道的第一盘对应的形状，该通道与基座的流体口对应，转子还有从基座伸出的轴和将第一盘锁紧在第二盘上的装置；和可固定在阀壳上的阀盖。
7.如权利要求6所述的转子，其特征为，锁紧装置包括从第一盘向内带一角度的第二盘的边缘，第二盘的边缘与相应的沿第一盘的周边的一部分延伸的法兰的带角度的边缘配合并锁紧接合。
8.如权利要求6所述的转子，其特征为，锁紧装置包括沿与包围第一盘的通道的隆起的带角度的边缘配合的第二盘的通道形成的带角度的边缘。
9.如权利要求6所述的旋转阀，其特征为，阀壳包括至少一个具有阀室的阀壁，阀壁的边缘有槽，槽中接纳有弹性密封垫，在橡胶密封垫的顶上，有一塑料耐磨片被接纳在槽中，由此，第二盘与塑料耐磨片形成可旋转的接合。
10.如权利要求9所述的旋转阀，其特征为，所述耐磨片用高密度聚乙烯制造。
11.如权利要求9所述的旋转阀，其特征为它进一步包括至少一个在阀壳中的阀室和一位于至少一个阀室中的安全切断活塞，安全切断活塞有一下凹的部分，用于接纳用聚四氟乙烯制造的活塞盘，由此，第二盘与活塞盘处于可旋转的接合。
全文摘要
制造具有耐磨的低摩擦表面的阀转子的制造方法，其特征为，具有带角度的边缘、其形状与转子表面对应的盘用聚四氟乙烯(PTFE)板材形成。将盘放在模子的穴底并将塑料注入模子中。塑料填充模子穴，包围并盖住盘的带角度的边缘。一旦固化，塑料就与PTFE盘的带角度的边缘锁在一起。在一优选的实施例中，示出了制造具有PTFE旋转表面的水处理阀转子的方法。
文档编号F16K3/02GK1515813SQ02127240
公开日2004年7月28日 申请日期1998年7月10日 优先权日1997年8月26日
发明者拉尔夫·H·拉森, 威廉·M·雅沃尔斯基, M 雅沃尔斯基, 拉尔夫 H 拉森 申请人:埃科沃特系统公司