专利名称：驱动筒壳的制作方法
驱动筒壳
技术领域：
本发明涉及一种驱动筒壳(Antriebskartusche)，其带有促动装置 (Stellantrieb)，在其中轴在空心圆筒形的驱动元件内引导地在两个轴向间隔的端部位置之间可运动，所述端部位置通过驱动元件的轴向长度限定；和带有拱形套管，所述拱形套管抗扭地和抗滑地包围驱动元件。
背景技术：
尤其是在工业用水和/或废水领域中，管道网由热塑性塑料组成，例如优选聚乙烯，因为它们是耐用的、耐腐蚀的且容易使用的。同样特定的组件，例如闭锁配件 (Absperrarmaturen)，为了最大程度地优化连接到管道网上由热塑性塑料生产而成。例如专利DE 10 2006 030 027 Al示出了一种闭锁配件，其壳体能够由热塑性塑料，如聚乙烯生产而成，其中促动装置和包围该促动装置的套管由金属组成。由金属组成的上和下挡块显示了封闭体的打开和闭合位置，所述封闭体借助促动装置被操作。该金属套管(也称为拱形件，借此连接到壳体是可能的)用热塑性塑料注塑包封且因此作为闭锁配件的底部构件组形成驱动筒壳，所述驱动筒壳借助加热螺旋管焊接技术 (Heizwendelschwei β technik)连接到壳体上。因此金属套管在出现负荷的情况下不会从包围的聚乙烯分离，套管在其外侧面上设计有构成底切的齿部，塑料能够进入到所述齿部内。虽然通过这样确保了金属和塑料之间的安全连接，但是金属套管在生产时是花费大的。在专利EP 0 711 947 A中所描述的闭锁阀中，金属阀壳体同样也用塑料注塑包封，其中为了更好地锚固在塑料中设有环形槽。为了阻止阀壳体在塑料中转动，所述阀壳体至少沿着它长度的一部分构成为六边形。
发明内容因此，本发明的目的是，优化闭锁配件的驱动筒壳的构造且尤其是简化生产技术花费大的从金属套管到塑料壳体的过渡，其至今通过上面所述的例如用聚乙烯注塑包封实现。该目的通过根据权利要求1所述的驱动筒壳实现。按照本发明，该驱动元件具有带有非圆剖面的外部轮廓且拱形套管的内部轮廓仅形状配合地靠在驱动元件的这些区域中，在其中允许的法向应力超出了预限定的极限值。因此在非圆剖面上形成吸收力和扭矩的引导面，所述力和扭矩是法向应力的来源。闭锁配件必须吸收的扭矩的预定值为(通过情况下通过标准规定)为250Nm或以上，考虑到作为安全余量的2倍因子为高达500Nm。在闭锁配件中，在操作闭锁配件期间拱形套管具有大致上决定性的力和力矩吸收任务且确保往外部的气密性或流体密封性。当表面压力没有超过材料的最大允许值时，扭矩才能够在拱形套管上安全地传递。因此，一方面通过所期望的扭矩并且另一方面通过所使用的材料产生法向应力，所述法向应力在驱动筒壳的不充分设计时导致裂纹形成，驱动筒壳或闭锁配件由于不再能确保气密性或流体密封性而不可使用。本发明利用该认识，通过提供仅驱动元件和拱形套管的这些区域参与力传递，所述力是能抵抗负荷的，在其中因此允许的法向应力超出预限定的极限值。用于基于所使用的材料的法向应力和所期望的力和扭矩的计算方法已知；它们通常使用有限元法(FEM)。按照本发明，驱动元件和拱形套管的通常情况下基本圆筒形的构造通过利用了非圆剖面优点的构造代替。在此，“非圆剖面”指的是驱动元件的外周围，从横截面观察，虽然它是无角的，但是偏差于正圆形。非圆剖面尤其是表现出离心率的这些。有利的是，非圆剖面是多边形剖面。在这种剖面中，离心率在曲线形成过程中具有恒定的值。多边形剖面在横截面中对应于多边形，然而角倒成圆形。这种类型的多边形剖面通常作为轴-毂-连接使用。在此，标准DIN32711和DIN32712对它们进行了规定。因此，DIN32712限定了由半径构成的多边形剖面P4C，即由四个大的与内切圆相切的和由四个小的精确地位于圆周上的组成。该剖面优选在当前的应用中使用。作为可选方案，非圆剖面能够是基于复杂摆线(Zykloiden)的剖面。在其中在曲线形成过程中发生离心率的周期性变化。取决于离心率功能的类型，在复杂外摆线、复杂内摆线和混合复杂摆线之间区分。对于详细细节请参考2008年9月WestsSchsische Hochschule Zwickau(FH)的Andreas Maiwald的硕士论文"Numerische Untersuchung von unrunden Profilkonturen fur Welle-Nabe-Verbindungen”，。这种类型的基于复杂摆线的剖面集中了多边形剖面和齿轴剖面的优点。该剖面通过参数的修改能够适应各自的需求。按照本发明，拱形套管是与驱动元件的所选的剖面相适应的且优选由与驱动元件邻接的剖面元件和包围着剖面元件的外壳构成。剖面元件优选由带有至少20重量％的增强纤维成分的部分芳香型热塑性物质组成。这种类型的材料由EMS-Chemie AG, 7013 Domat/Ems (瑞士)提供且以产品名称 Grivory GV销售。一种适合于饮用水接触的质量是在EMS-Chemie AG中介绍技术说明书， Grivory HTIV-4FWA 黑色 9225 ；Domat/Ems (瑞士 )，2006，公司文件第 1_5 页。该材料是可用注塑法加工的，使得省去花费大的表面处理。塑料模具(Kimststoffmatrix)用玻璃纤维增强，这能够达到商用标准的压注熔合物(Druckgusslegierungen)的强度水平。带有在20 和60重量％之间的玻璃纤维成分的质量是可用的。该材料的应用在卫生洁具配件的单件式的均勻的内部壳体中从专利EP 1 852 558 Al已知。在专利DE 102 07 613 Cl中描述了由Grivory HTV-5H1组成的压力容器。然而，该材料不能不假思索地应用到工业用水和/ 或废水领域，当该材料与其他材料结合时，因为它在这里再次有问题，即必须在所使用的材料之间产生气密性的或流体密封的连接。从专利WO 02/094536A1已知，通过共同挤出Grivory GV-2H与聚氨酯弹性体来产
生活塞密封。尽管如此，因此按照本发明进一步设计成，外壳由可焊接的热塑性塑料组成，所述热塑性塑料此外是可与部分芳香型热塑性物质共同挤出的(koextrudierbar)。一种合适的热塑性物质是聚乙烯，其中聚乙烯是可掺入增附剂的，以便获得到剖面元件的化学连接。拱形套管的生产在注塑模具中作为2K部件以一步工序完成。
根据另一个实施例，增附剂在剖面元件和/或外壳上能够涂敷到待粘结区域处且经由压力和热量激活。按照本发明目的也可以是，设计成多层的构造，所述构造至少具有由部分芳香型热塑性物质(带有纤维成分)的层、包含增附剂的热塑性塑料的层和由热塑性塑料组成的层。在此，剖面元件根据优选实施例如此设计，使得其具有基本上恒定的壁厚。然而同样也可以有利的是，给予剖面元件可改变的壁厚。当壁厚减少时其可变形性增强，使得能够更好地吸收最大应力。在此，能够应用仿生原理，用以例如借助计算机模拟产生带有最大程度的均勻的应力分布和无缺口应力的表面的剖面，其中树和骨的自优化增长和维修机构能够作为基础，如其在“Bionik-Trends in Industrie und Gesellschaft und Anwendungen bei der Continental AG, Juni 2002，，中提出。此外优选地，剖面元件的一个或多个外露位置(Freistellimg)具有斜面，剖面元件借助所述外露位置没有靠在驱动元件上。一方面，这些斜面构成在低负荷的区域中的注塑工艺所需的脱模斜面。在使用时，它们用于清洗目的。用按照本发明的驱动筒壳令人惊讶地实现，在例如按照专利DE 10 2006 030 027 Al的闭锁配件中，现有的用聚乙烯注塑包封的套管完全通过不再具有金属成分的拱形套管代替。更确切地说，其在使用部分芳香型热塑性物质下生产，所述热塑性物质具有至少20 重量％、优选至少40重量％的增强纤维成分，例如玻璃纤维。除了使用玻璃纤维外，可考虑使用碳纤维、芳纶纤维或类似物或这些材料的组合物。该部分芳香型热塑性物质可以是聚酰胺，其能够以完全非晶形或以部分结晶的状态呈现。现在，按照本发明的驱动筒壳到闭锁配件的壳体上的接合能够以简单的方式，例如通过电焊进行。优选借助加热螺旋管焊接技术进行加工。
以下根据附图详细阐述本发明。在此图1示出了按照本发明的带有驱动筒壳的闭锁配件的局部纵截面图；图2示出了沿着图1的线A-A的横截面图，其中省去了促动装置；图3示出了类似图2的截面图，然而带有促动装置；图4a、4b和4c示出了拱形套管的不同构造的模拟。
具体实施方式图1示出了在驱动筒壳的区域中的闭锁配件的局部视图。在此，由作为驱动元件的导引套筒30和在导引套筒中经由驱动四边形42可运动的轴40组成的促动装置位于拱形套管20的内部，所述拱形套管20，如图2和3中更好地可见，由剖面元件22和包围该剖面元件22的外壳24构成。在此，剖面元件22由带有至少20重量％、然而优选40重量％ 或以上的增强纤维成分如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或这些材料的组合物的部分芳香型热塑性物质组成。在此，拱形套管20到包围的壳体10、12的连接能够通过传统技术如电焊进行。优选地在从拱形套管20到包围的壳体10、12的界面上使用增附剂。作为可选方案， 外壳24能够包含增附剂，所述增附剂一方面提供到剖面元件22的化学接合且另一方面简化了到壳体10、12的焊接过程。用于定义一个或多个连接体(未示出)的闭合或打开位置的各个挡块如果可能的话能够在轴40上构成。尤其是促动装置的下挡块未集成到拱形套管20中，而是经由挡块螺母转移到轴40上，使得减轻塑料结构。连接体能够以已知的方式旋入到驱动元件的下端处的螺纹中。首先，剖面元件22的多边形剖面在操作促动装置时吸收扭矩负荷且通过其剖面形状贡献于持久强度。此外，多边形剖面描述了促动装置的引导和扭转止动。在实际构造中，如其在图2和3中示出，剖面元件是根据DIN32712的多边形剖面 P4C，其优选具有基本恒定的壁厚。在拱形套管的侧面中央，半圆形的凸出部26在套管的纵向方向上延伸，其关于驱动元件对应于外露位置，也就是区域，在所述区域上剖面元件22 未靠在驱动元件30上。这些外露位置设计在这些仅出现相对低的负荷的区域中。它们设有用于注塑所需的脱模斜面且在使用时用于清洗目的。类似的外露位置28也位于多边形剖面的纵向棱边区域中。图4a、4b和4c示出了为了进行优化拱形套管20的剖面的模拟。在此，图4a概述了多边形在棱边区域中倒成圆形的且带有均勻的壁厚的情况。考虑到扭转负荷，该轮廓经证实是理想的。图4b示出了在棱边区域中带有增强的倒圆的情况，这导致了关于内压和扭转负荷的优化。如图4c示出的所谓的“拉伸三角”的构成显示了在内压情况下的类似的好的值，然而是更差的扭转特性。带有按照本发明的驱动筒壳的闭锁配件进行了耐久性试验，在其中在套管上仅产生很小的磨损。在此，吸收范围为250Nm至500Nm的工作力矩。按照DIN EN 12201_4(落球试验，冲击负荷抵抗)的试验结论是正面的。试验后可确定丝毫没有裂纹。在前面的描述中、附图以及权利要求中公开的发明的特征，不仅是单个的而且是任意组合的特征对于本发明的实现都是重要的。
权利要求
1.驱动筒壳，带有促动装置(30、40)，在其中轴(40)在空心圆筒形的驱动元件(30)内引导地在两个轴向间隔的端部位置之间可运动，所述端部位置通过驱动元件(30)的轴向长度限定；和拱形套管(20)，所述拱形套管抗扭地和抗滑地包围驱动元件(30)； 其特征在于，驱动元件(30)具有带有非圆剖面的外部轮廓且拱形套管(20)的内部轮廓仅形状配合地靠在驱动元件(30)的这些区域中，在其中允许的法向应力超出了预限定的极限值。
2.根据权利要求1所述的驱动筒壳，其特征在于，非圆剖面是多边形剖面。
3.根据权利要求2所述的驱动筒壳，其特征在于，多边形剖面是P4C剖面。
4.根据权利要求1所述的驱动筒壳，其特征在于，非圆剖面是基于复杂摆线的剖面。
5.根据权利要求1至4之一项所述的驱动筒壳，其特征在于，拱形套管(20)由与驱动元件(30)邻接的剖面元件(22)和包围着剖面元件(22)的外壳(24)构成。
6.根据权利要求5所述的驱动筒壳，其特征在于，剖面元件(22)由带有至少20重量％ 的增强纤维成分的部分芳香型热塑性物质组成。
7.根据权利要求6所述的驱动筒壳，其特征在于，外壳(24)由可焊接的热塑性塑料组成，所述热塑性塑料此外是可与部分芳香型热塑性物质共同挤出的。
8.根据权利要求7所述的驱动筒壳，其特征在于，热塑性塑料为了形成至少与部分芳香型热塑性物质的化学连接包含增附剂。
9.根据权利要求7所述的驱动筒壳，其特征在于，在剖面元件(22)和/或外壳(24)上增附剂能够涂敷在待粘结区域处。
10.根据权利要求7所述的驱动筒壳，其特征在于，拱形套管(20)具有设置在剖面元件 (22)和外壳(24)之间的由热塑性塑料组成的层，所述层包含有增附剂。
11.根据权利要求5所述的驱动筒壳，其特征在于，剖面元件(22)具有基本恒定的壁厚。
12.根据权利要求5所述的驱动筒壳，其特征在于，剖面元件(22)具有可改变的壁厚。
13.根据权利要求12所述的驱动筒壳，其特征在于，壁厚是根据仿生原理优化的。
14.根据权利要求5所述的驱动筒壳，其特征在于，剖面元件(22)的一个或多个外露位置(26、28)具有斜面，剖面元件借助所述外露位置没有靠在驱动元件(30)上。
全文摘要
驱动筒壳，带有促动装置(30、40)，在其中轴(40)在空心圆筒形的驱动元件(30)内引导地在两个轴向间隔的端部位置之间可运动，所述端部位置通过驱动元件(30)的轴向长度限定；和拱形套管(20)，所述拱形套管抗扭地和抗滑地包围驱动元件(30)；其特征在于，驱动元件(30)具有带有非圆剖面的外部轮廓且拱形套管(20)的内部轮廓仅形状配合地靠在驱动元件(30)的这些区域中，在其中允许的法向应力超出了预限定的极限值。
文档编号F16K31/50GK102292583SQ200980153747
公开日2011年12月21日 申请日期2009年10月30日 优先权日2008年10月31日
发明者A·罗特梅尔, G·容曼, H·兰, H·施密特, S·施瓦茨 申请人:弗利亚特克公司