SEALING AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME

DESCRIÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção enquadra-se na área das instalações hidráulicas, Construção Civil, em concreto das válvulas em esfera, mais especi ficamente nas válvulas em esfera e monobloco preferencialmente em plástico.

ENQUADRAMENTO E ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As válvulas em esfera, são selecionadas para projetos de distribuição de água os requisitos do projeto exijam uma solução de válvula que possibilite de forma eficiente e duradoura, operações de frequente abertura e fecho de torneiras, como também o controlo do caudal de água ou outros líquidos. Sendo estas válvulas caracterizadas pela forma esférica são válvulas apropriadas e utilizadas no controlo do fluxo quando é necessária a regulação do caudal e da pressão de um fluido. Esse controlo do fluxo ocorre porque, ao girar o manipulo que gira a esfera no interior da válvula, e sendo a esfera oca, a passagem do líquido no interior da esfera diminui gradualmente, até chegar a uma posição fechada, em que o fluxo cessa devido à obstrução da passagem de água.

São conhecidos da técnica convencional as válvulas de esfera monobloco ou compacta com função de restrição e de abertura do fluxo de fluídos, constituídas por um corpo genericamente esférico, tubular, dotadas de dois prolongamentos laterais para a interligação com a tubulação, sendo que no seu interior, possui uma esfera (3) que se prolonga em forma de haste para fora, onde se encaixa o volante (1), sendo esta esfera dotada de orifício passante que quando alinhada aos orifícios dos prolongamentos laterais do corpo (4), permitem a passagem da água, sendo esta a posição aberta. Para fechar, basta girar o volante em 90° para que o orifício de passagem da esfera fique na posição transversal aos citados nos prolongamentos do corpo (4) .

Para o processo de fabrico destas válvulas de esferas, uma das técnicas mais eficientes do processamento de plástico é seguramente a moldagem por injeção. O processo consiste em aquecer um material plástico até ao seu ponto de fusão, num cilindro rodeado por resistências térmicas. Dentro do cilindro quente trabalha um fuso, que transporta o material para a área frontal do cilindro. Depois disso, o material será injetado pelo movimento axial do fuso que empurra o material plástico derretido e o força a entrar dentro das cavidades do molde onde o material é injetado e onde arrefece assumindo a sua forma final. Finalmente o molde é aberto e a peça de plástico é extraída. O processo permite cadências de produção extremanente elevadas e consistentes, sendo o processo ais eficiente para a produção de peças de plástico de elevada complexidade .

Estas válvulas são fabricadas pelo processo de sobre- injeção onde os componentes internos, a esfera e as duas vedações (2) são envolvidas pelo material plástico fundido, normalmente o PVC (PoliCloreto de Vinila) e que após retirado o calor se solidifica formando o corpo (4) conforme se representa na Figura 1.

Estas válvulas compacto obtidas pelo processo de sobre-inj eção são caracterizados por apresentar um corpo único (4), monobloco, com menor número de componentes quando comparado à de outras válvulas, por isso são também comumente chamadas de válvulas de esfera compacto. A sobre-inj eção já foi usada na fabricação de válvulas, como se verifica no documento de patente DE4442979.

As vedações (2) termoplásticas comumente utilizadas nas válvulas de esfera compacto são componentes individuais introduzidas no molde de injeção como inseridos para o processo de sobre-inj eção do corpo da válvula. A região de contacto (5) destas vedações sobre a componente esfera é muito prejudicada pelas imperfeições geométricas provenientes do processo por injeção que são defeitos comuns causados pela contração do material termoplástico, geometria do molde e pela condição de processo .

Estes mesmos defeitos afetam também a componente esfera que possui espessura variável (6) e com grande concentração de massa que resulta em contrações volumétricas desiguais e por consequência, uma geometria esférica imperfeita e para contornar estas imperfeições na esfera, é comum a utilização de onerosos sub-processos como a remoção de material da superfície para torná-la uniforme.

Estas esferas quando na posição fechada e internamente pressurizado, tem a estanqueidade dependente apenas de um pequeno vértice (7) da vedação termoplástica quando em contato com a superfície da esfera. É uma característica insuficiente e que muitas vezes não garante de forma plena a estanqueidade, comprometendo a resistência da válvula à pressão hidrostática porque depende apenas deste pequeno ponto de contato, o vértice (7) .

Também o processo de fabricação das válvulas de esfera compacto moldado por sobre-inj eção, apresenta problemas quando a contração volumétrica da massa do corpo que envolve os componentes internos, os submete à constrição (Figura 5) que devido a contração normal do plástico do corpo, normalmente em PVC (PoliCloreto de Vinila), gera um fenómeno de aderência entre corpo e esfera, que torna necessária uma segunda etapa ao processo de fabrico, a etapa de descolar a esfera durante o arrefecimento do corpo, que consiste no giro da esfera, caso isso não seja feito, impossibilitará o movimento da esfera na sua aplicação.

Neste mesmo processo, existe a necessidade de se manusear duas vedações sendo cada uma alocada em uma das extremidades da esfera, provocando um aumento no tempo de carga destes componentes quando alocado no molde de injeção.

Diante dos problemas do produto e processo supracitados, surgiu a presente invenção uma válvula de esfera monobloco ou compacta com vedação integrada que agrega inovações focadas apenas no corpo da válvula de esfera monobloco (Figura 6) e nas melhorias para eliminar algumas deficiências detectadas nas válvulas disponíveis no mercado.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

INDICAÇÃO DOS N°S DE REFERÊNCIA:

^■ volante ( 1 ) ;

^■ vedações ( 2 ) ;

^■ esfera monobloco convencional (3);

^■ corpo ( 4 ) ;

^■ região de contacto (5);

^■ indicação de espessura variável (6);

^■ vértice da vedação (7);

^■ região de contato (9) esfera (15);

^■ vedação ( 10 ) ; ^■ superfície (11) moldante da esfera (15);

^■ cintas ( 12 ) ;

^■ extremidades (14) da esfera (15);

^■ corpo ( 17 ) .

Figura 1 - Componentes da válvula de esfera compacto do estado da técnica: volante (1), corpo (4), esfera (3) e vedações ( 2 ) .

Figura 2 - Região de contacto (5) da vedações (2) com a esfera ( 3 ) .

Figura 3 - Esfera (3) com espessura variável.

Figura 4 - Detalhe do vértice da vedação (7) em contato com a esfera (3) .

Figura 5 - Constrição do corpo (4) sobre os componentes .

Figura 6 - Representação da presente invenção, da válvula de esfera (15) compacto monobloco com vedação (10) integrada .

Figura 7 - Conjunto válvula de esfera (15) / vedação (10) integrada, preferencialmente a vedação (10) é de material termoplástico de formato tubular, localizado nas duas extremidades externas geradas por furo passante, opostas entre si e interligadas por cintas (12) que contornam a esfera e tornam a vedação um elemento único.

Figura 8 - Esfera (15) com espessura constante e com alivio de massa.

Figura 9 - Sistema de desmoldagem colapsível.

Figura 10 - Detalhe da região de contato (9) com a esfera aumentada, na posição fechada.

Figura 11 - Detalhe da região (9) de contacto da vedação (10) com a esfera (15) .

Figura 12 - Superfície (11) moldante da esfera, ituada sobre as extremidades (14) .

Figura 13 - extremidades opostas da esfera, onde (15) representa a esfera - contração entre 1.3% / 2%; (10) o vedante

- contração entre 1.3% / 2%; e (17) o corpo pvc - contração 0.5 - 0.7%. De notar que as diferenças de contração entre esfera e corpo são em média 1% o que permite a esfera girar.

Figura 14 - Representa a secção de uma vista em perspectiva tridimensional da esfera da válvula de acordo com a presente invenção. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a uma válvula de esfera monobloco ou compacta com vedação (10) integrada e apresenta como componente interno um conjunto esfera (15) / vedação (10), que possui como peça central uma esfera (15) injetada, com furo passante, que torna a esfera (15) vazada e núcleo oco radialmente esférico que resulta numa espessura de parede constante. A partir da superfície externa da esfera (15) e perpendicular ao furo passante, prolonga-se uma haste de base circular que em certo comprimento possui três faces planas.

Sobre esta esfera (15) é integrado um elemento de vedação (10) termoplástico de formato tubular, localizado nas duas extremidades (14) externas da esfera (15) geradas pelo furo passante, de comprimento curto, opostas entre si e interligadas por cintas (12) que contornam a esfera (15) e tornam a vedação (10) um elemento único.

A presente invenção recebe, por meio de inserção, um conjunto único esfera (15) /vedação (10) (Figura 7), diferente das válvulas tradicionais que recebem vedações individuais. A região de contacto (9) entre esfera (15) e a vedação (10) é perfeita, ou seja continuadamente adjacentes, uma vez que a vedação (10) termoplástica é moldada diretamente na superfície da esfera (15), por isso não é afetado por imperfeições geométricas nesta região. Adicionalmente a esfera (15) apresenta espessura constante e núcleo com alivio de massa (Figura 8), que torna a geometria deste componente estável e livre de variação dimensional. É possível obter tal característica devido a aplicação de um inovador mecanismo colapsível que permite a desmoldagem da região interna da esfera conforme representado na figura 9.

A espessura constante da esfera (15) e extremamente vantajosa pois uniformiza a contração, elimina a ovalização e deformações dispensando então a necessidade do sub-processo usinagem para regularização da superfície, a remoção de material supracitada. Acrescenta-se que ao ter uma espessura constante, retirando material através deste sistema, aumenta a tendência à sua uniformidade, conseguindo-se desta forma uma esfera (15) mais circular, ou seja uniforme, e constante, uma vez que não existindo deformação, melhora o processo de sobre injecção e também será facilitado o seu manuseamento, por outro lado a remoção de matéria prima reduz os custos associados ao consumo de material.

Na presente invenção a região de contato (9) da vedação (10) termoplástica com a esfera (15) é mais generosa e quando na posição fechada, tem aumentada a sua capacidade de estanqueidade do produto quando submetido à pressão hidrostática, uma vez que não existe vértice de contacto. A presente invenção elimina o efeito da constrição do corpo (17) de PVC contra os componentes internos. O conjunto esfera (15) /vedação (10) com uma contração parcial é inserida no molde, passa pelo processo de sobre-in eção do corpo (17) e alcança a contração plena somente após total arrefecimento. A combinação de matérias-primas com caracteristicas e contração polimérica distintas, permitem que a esfera (15) tenha liberdade para contrair totalmente e livremente em proporção maior que do corpo (17) de PVC. Este efeito garante que a esfera (15) gire livre dentro do corpo (17) sem a necessidade de uma segunda etapa para realizar o descolamento.

A presente invenção reduz a quantidade de vedações de duas vedações para apenas uma vedação (10) integrada que por consequência reduz o tempo de carregamento deste componente no molde de injeção, otimizando assim o processo de injeção.

A presente invenção apresenta como componente interno - um conjunto esfera (15) / vedação (10) (Figura 7), que possui como peça central uma esfera (15) injetada, com furo passante, ou de passagem, que torna a esfera (15) vazada e núcleo oco radialmente esférico que resulta numa espessura de parede constante .

A partir da superfície externa da esfera (15) e perpendicular ao furo passante, prolonga-se uma haste de base circular que em certo comprimento possui três faces planas. Sobre esta esfera (15) é integrado um elemento de vedação (10) termoplástico de formato tubular, localizado nas duas extremidades (14) externas geradas pelo furo passante de comprimento curto, opostas entre si e interligadas por cintas (12) que contornam a esfera (15) e tornam a vedação um elemento único .

A presente invenção, possui uma exclusiva região vedante onde a superfície de contato (9) da vedação (10) termoplástica com a esfera (15), possui o mesmo formato da superfície da esfera (15) quando na posição equivalente da válvula aberta. É possível reproduzir esta superfície de contacto (9) de modo perfeito apenas com um molde de injeção, uma vez que se utiliza para inserção a própria esfera (15) e sobre ela a vedação (10) termoplástica é injetada.

Para produzir a presente invenção, uma esfera (15) injetada termoplástica em estágio parcial de contração volumétrica que é introduzida como inserção em molde de injeção que recebe a sobre-inj eção de uma vedação (10) termoplástica, formando um conjunto único es fera/vedação . Através de uma segunda sobre-inj eção, este conjunto é introduzido em outro molde responsável para formar o corpo (17) de PVC, que também é sobre-inj etado, contorna o conjunto esfera (15) / vedação (10) formando assim, o corpo (17) da válvula monobloco. Após o arrefecimento completo e contração volumétrica total de todos os componentes, a esfera (15) encontra-se sem qualquer aderência superficial com o corpo (17) e a vedação (10), ficando plenamente livre para girar. Assim, a válvulas de esfera compacto com vedação integrada, objecto da presente invenção, com conjunto único es fera/vedação (figura 7), possui como peça central uma esfera (15) injetada oca, com espessura de parede constante (Figura

8), moldada internamente por um mecanismo colapsivel (figura

9) e com uma região de assentamento (9) na qual uma vedação (10) é moldada diretamente na superfície (11) da esfera (15), que é sobre as extremidades (14) .

Possuindo um elemento único vedante (10) nas duas extremidades (14) da esfera (15), opostas e interligadas por cintas (12) que contornam a esfera (15) a presente invenção tem uma menor quantidade de componentes. Apresenta igualmente aumentada a sua capacidade de estanqueidade hidrostática quando na posição fechada (Figura 10), e apresenta uma região de contacto (9) da vedação termoplástica (10) com a esfera (15) uni forme .

A presente invenção, com giro livre da esfera (15) dentro do corpo (17) e sem adesão entre os componentes internos, garante que a esfera gire livre dentro do corpo (17) sem a necessidade de uma segunda etapa para realizar o descolamento. De facto, o corpo (17), preferencialmente de PVC, injetado sobre o conjunto esfera/vedação (Figura 7) parcialmente contraído, limita a constrição sobre o conjunto es fera/vedação (Figura 7) permitindo que a esfera contraia total e livremente em proporção maior que do corpo (17) de PVC. Importa referir que o facto da presente invenção ter vedação integrada, facilita tanto a vedação como o processo automático de fabrico das válvulas, uma vez que o facto de ambos os vedantes serem interligados torna desnecessária a intervenção humana para que os mesmo sejam colocados.

Por outro lado, a vedação (10) integrada tem uma dupla vedação, vedação essa encostada à esfera (15) na entrada de água e no lado contrário, uma vez que ao se dar a pressão, a esfera é empurrada uma segunda vez contra o segundo vedante (neste caso interligado) .

Uma outra inovação e efeito da presente invenção é que esta vedação (10) cobre parcialmente a esfera facilitando o seu manuseamento entre outros, como tendo menos material, menos aderência, etc. Neste caso este tipo de vedante mais vantajoso que os demais no estado da técnica, uma vez que a esfera (15) vai contra a vedação (10) e enterra-se, neste caso a esfera (15) ao dar-se a pressão da água encosta a vedação (10) de borracha e também à superfície de PVC na situação quando se encontra fechada, facilitando o manuseamento em alta pressão. Nas válvulas conhecidas o vedante cobre totalmente a esfera gerando outros problemas. Em suma, a esfera fica livre para girar devido ao vedante interligado que cobre parcialmente a esfera e não só. E suma a presente invenção apresenta corpo (17) tubular, dotado de dois prolongamentos laterais, sendo que no seu interior, um componente interno formado por um conjunto constituido por uma peça central esférica (15) injetada, com furo passante o qual forma duas estremidades (14) externas opostas entre si e que quando alinhada aos orifícios dos prolongamentos laterais do corpo (17), permitem a passagem da água. Apresenta igualemnte uma haste de base circular que em certo comprimento possui três faces planas, a qual se prolonga a partir da superfície externa da esfera (15) e perpendicular ao furo passante e onde se encaixa um volante.

De forma a atingir um efeitos técnicos enunciados di ferencia- se por a esfera apresentar núcleo oco radialmente esférico com parede de espessura constante e as suas estremidades (14) estarem interligadas por cintas (12) que contornam a superfície da esfera (15) . É essencial que o elemento de vedação (10) termoplástico de formato tubular, seja moldado diretamente na superfície da esfera (15) e localizado nas duas extremidades (14) externas promovendo uma região de contacto (9) entre esfera (15) e o elemento de vedação (10) continuamente adjacente e uma rotação livre da esfera (15) com o corpo ( 17 ) .

O processo de fabrico da válvula de esfera monobloco ou compacta objecto da presente invenção deve incluir as seguintes etapas:

• injeção de esfera (15) termoplástica; • introdução da esfera (15), como inserção em molde de injeção em estágio parcial de contração volumétrica ;

• receção da sobre-in eção de uma vedação (10) termoplástica ;

• formação de conjunto único esfera (15) / vedação

(10) ;

• introdução do conjunto único esfera (15) / vedação (10) segundo molde;

• sobre-inj eção, sobre o conjunto único esfera (15) / vedação (10), contorno do conjunto esfera (15) / vedação (10) formando assim, o corpo (17) de PVC da válvula monobloco.

• arrefecimento completo e contração volumétrica total de todos os componentes.