DE102014003856A1

DE102014003856A1 - Schutzauskleidung für eine prozessfluidführende Kanalinnenfläche eines Metallteils, Metallgehäuse und Verfahren zur Herstellung der Schutzauskleidung

Info

Publication number: DE102014003856A1
Application number: DE102014003856.4A
Authority: DE
Inventors: Eric Stolzenberg; Wilfried Drechsler
Original assignee: Pfeiffer Chemie Armaturenbau GmbH
Current assignee: Pfeiffer Chemie Armaturenbau GmbH
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: WO2015139823A1; DE102014003856B4

Abstract

Bei einer Schutzauskleidung für eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche eines Metallteils, wie eines Metallgehäuses und/oder eines Leitorgangs einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Absperrorgans, eines Stellventils oder eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend: eine vollflächige Auskleidungslage aus prozessfluidbeständigem Auskleidungsmaterial zum vollflächigen Bedecken der Abdeckfläche, wobei die Auskleidungslage formkomplementär zur Abdeckfläche profiliert ist, ist eine ebenfalls an das Profil der Abdeckfläche angepasste Versteifung vorgesehen, dessen Material verformungssteifer als das Auskleidungsmaterial ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzauskleidung für eine prozessfluidführende Kanalinnenfläche eines Metallteils, wie eines Metallgehäuses einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Absperrorgans, eines Stellventils oder eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage.
Eine solche Schutzauskleidung ist beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster GM 77 07 794 offenbart. Dort wird die Kanalinnenfläche eines sogenannten Kugelhahns oder Kugelschiebers mit einer plattenartigen Kunststofflage aus Polytetrafluorethylen (PTFE) versehen, so dass der eine Kontakt der Metallkanalinnenflächen des Kugelhahns mit aggressiven Prozessmedien der prozesstechnischen Anlage ausgeschlossen wird.
In den letzten Jahren wurde die Schutzauskleidung stetig weitergebildet, indem thermoplastische Kunststoffe, wie PFA, vollflächig den kanalseitigen Innenbereich und/oder die in dem Fluidkanal angeordneten Funktionselemente der Fluiddrosselvorrichtung auskleiden. Zur Fertigung der Kanalinnenseite der Fluiddrosselvorrichtung wird üblicherweise eine Spritztechnik eingesetzt, bei der ein Formkern in die Gehäusestruktur der Fluiddrosselvorrichtung eingesetzt wird oder eine Formschalung für das Funktionsorgan bereitgestellt wird. In den die Auskleidung definierenden Spaltraum zwischen der Kanalinnenseite bzw. der Funktionsorganaußenseite und der jeweiligen Form wird der Kunststoff bei einem Druck von über 200 bar und Temperaturen von über 300°C eingespritzt. Es zeigte sich, dass aufgrund der nach dem Spritzvorgang anschließenden Abkühlung, beispielsweise durch Kühlwasser oder ein geeignetes Kühlfluid, Eigenspannungen innerhalb der Kunststoff-Schutzauskleidungen entstehen, welche abhängig von dem zu bedeckenden kanalinnenseitigen oder funktionselementaußenseitigen Profil vor allem an konkaven Profilabschnitten ein Vorwölben der Auskleidung von der zu bedeckenden Fläche weg veranlassen. Dieses Vorwölben kann die Funktionsweise der Fluiddrosselvorrichtung deutlich einschränken, weil der sich vorwölbende oder sich von der zu bedeckenden Metallfläche abhebende Auskleidungsabschnitt unter Umständen nicht nur eine Auskleidungsfunktion erfüllen soll, sondern auch Zusatzfunktionen. Beispielsweise dient der Auskleidungsabschnitt an dem Vertikalkanal des Nebenanschlussstutzens des Kugelkanals gemäß dem deutschen Gebrauchsmuster GM 77 07 794 als Dichtungsaußenfläche für eine Dichtungspackung, deren Dichtungsmanschetten gegen die Auskleidungsinnenfläche im umlaufenden Dichtungseingriff stehen. Wölbt sich die Auskleidung in diesem Dichtflächenbereich auf, so kann der gewölbte Auskleidungsabschnitt wegen der fehlenden Abstützung an der Kanalinnenfläche dem Manschettendruck nachgeben, der durch axial wirkende Blattfedern der Dichtungspackung mitgeteilt wird. Es kann nicht sichergestellt werden, dass an der Aufwölbung die Dichtungsfunktion zwischen dem Kugelhahninneren und der Außenseite gewährleistet bleibt. Das Aufwölben der Auskleidung und das sich Entfernen von der zu bedeckenden Metallfläche ist auch insofern zu vermeiden, als sich in dem dabei sich bildenden Hohl- und Zwischenraum zwischen der Auskleidung und der zu bedeckenden Metallfläche ausdiffundierende Bestandteile des Prozessfluids in größeren Mengen sammeln können.
Um ein Ablösen der Schutzauskleidung von der zu bedeckenden Metallfläche des Ventilgehäuses zu vermeiden, ist es an sich bekannt, den Haftungsreibungskoeffizienten der Kanalinnenfläche mittels Aufrauhung zu erhöhen. Eine bewährte mechanische Kopplung zwischen der zu bedeckenden Metallfläche und der Auskleidungsfläche ist mittels eines Schwalbenschwanzformschlusses realisiert, bei der Auskleidungsmaterial in einer in das Metallteil eingearbeitete umlaufenden Einknüpfaussparung eingreift. Ein derartiger Schwalbenschwanzformschluss ist in den beiliegenden Figuren A und B dargestellt, gemäß denen ein Kugelhahn außer den beiden Hauptanschlussstutzen a und b den oben bereits erwähnten Nebenanschlussstutzen c umfasst. Die Anschlussstutzen a, b, c sind Teil eines Kugelhahngehäuses, das aus Metall, wie Grauguss, gefertigt ist. In den Nebenanschlussstutzen c ist eine Betätigungsspindel d drehbar eingesetzt, die sich an einer Stoffbuchsenpackung f dichtend abstützt. Die Kanalinnenfläche des Nebenanschlussstutzens c ist vollflächig mit einer Auskleidungslage g bedeckt, um Metallflächen vor dem Prozessfluid zu schützen. Um einem Abheben der Schutzauskleidung entgegenzuwirken, sind im Verlauf der Kanalinnenfläche eine Vielzahl der Schwalbenschwanzformschlüssen h realisiert, welche die Schutzauskleidung g trotz einer Wölbungstendenz an der Kanalinnenfläche der Metallteile hält. In Langzeitversuchen hat sich gezeigt, dass wegen der Abkühlung der Auskleidung entstehende Eigenspannung Risse an scharfkantigen Übergängen insbesondere im Bereich des Schwalbenschwanzformschlusses, in dem Auskleidungsmaterial entstehen können. Dies kann zum Verlust der Befestigungsfunktion des Schwalbenschwanzformschlusses führen, wodurch sich die Aufwölbung der Schutzauskleidung ausbreiten kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere die Schutzauskleidung für prozessfluidleitende Metallflächen dauerbeständiger zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Danach ist eine Schutzauskleidung für eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche eines Metallteils, wie eine Kanalinnenfläche eines Metallgehäuses und/oder der Außenfläche eines Leitorgans einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Absperrorgans, eines Stellventils oder eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage vorgesehen. Die Schutzauskleidung soll möglichst abstandslos, eng an der Abdeckfläche anliegen. Die vollflächige Schutzauskleidung verhindert ein Inkontakttreten des meist aggressiven Prozessfluids mit der metallischen Abdeckfläche. Die Schutzauskleidung hat eine vollflächige Auskleidungslage vorzugsweise aus Kunststoff, wie ein thermoplastischer Kunststoff. Beispielsweise kann PTFE oder PFA verwendet werden.
Die Auskleidungslage ist formkomplementär zur Abdeckfläche profiliert, damit es sich eng an die Abdeckfläche anschmiegen kann, so dass Hohlräume zwischen den sich zugewandten Flächen des Metallteils und der Schutzauskleidung weitestgehend vermieden sind. Vorzugsweise ist die Auskleidungslage derart stark zu bilden, dass eine starre eigenstabile Struktur gebildet ist. Die eigenstabile Struktur kann eine gleichmäßige Wandstärke von wenigstens 3 mm, vorzugsweise 3,5 bis > 10 mm, aufweisen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Auskleidungslage profiliert plattenartig ist. Erfindungsgemäß ist eine ebenfalls an das Profil der Abdeckfläche angepasste Versteifung in der Schutzauskleidung vorzusehen, wobei dessen Material verformungssteifer als das Auskleidungsmaterial ist. Somit können die Versteifung, die Auskleidungslage sowie das Profil der Abdeckfläche identisch sein, wobei lediglich Abmessungsunterschiede abhängig von der Schichtlage der Versteifung, der Auskleidungslage und der Abdeckfläche zueinander vorliegen können. Es werden erfindungsgemäß zwei unterschiedliche Materialien für unterschiedliche Funktionen der Schutzauskleidung bereitgestellt, nämlich die Auskleidungslage zum Schutz vor dem aggressiven Prozessfluid einerseits und die dazu stärkere Versteifung zur Aufnahme von Spannungslasten, die auf die Schutzauskleidung beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen wirken. Vorzugsweise ist die Versteifung derart mit der Auskleidungslage gekoppelt, dass Innenspannungen der Auskleidungslage, welche ein Verformen dieser bewirken würde, und von außen wirkende Lastkräfte von der Versteifung aufgenommen und kompensiert werden. Es zeigte sich, dass mit dem Implementieren einer Versteifung die Schutzauskleidung als Einheit deutlich verformungssteifer gebildet ist, und ein höheres Elastizitätsmodul aufweisen kann. Auch bei höheren Lasten kommt es zu deutlich geringeren Verformungen der Schutzauskleidung, wodurch ein Aufwölben der Schutzauskleidung von der Abdeckfläche weg auch bei Langzeitbelastungen vermieden wird. Spannungsspitzen aufgrund von Profilsprüngen, beispielsweise an Schwalbenschwanzformschlüssen, werden vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat die Auskleidungslage eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke von vorzugsweise mehr als 3 mm.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Auskleidungslage und die Versteifung aneinander zum Bilden eines kraftförmigen Schlusses gekoppelt, so dass Kräfte, die auf die Schutzauskleidung wirken, von der Versteifung aufgenommen werden können. Vorzugsweise ist die Auskleidungslage an die Versteifung angespritzt und/oder um die Versteifung herum umgespritzt, so dass die Versteifung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in die Auskleidungslage eingebettet ist. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann ein annähernd umlaufender Abschnitt der Versteifung, insbesondere ein Randabschnitt der Versteifung, frei von Auskleidungsmaterial sein, weil dieser Abschnitt in unmittelbarem Anlagekontakt mit der Abdeckfläche stehen soll. Außer dieser Abstützfläche sind vorzugsweise sämtliche weiteren Abschnitte mit dem Auskleidungsmaterial überzogen, um einen ausreichenden Kraftschluss zwischen der Versteifung und der Auskleidungslage bereitzustellen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Versteifung ein an die Abdeckfläche angepasstes Plattenprofil, insbesondere aus Metall, wie Stahl. Die plattenartige Versteifung kann eine konstante Plattenstärke umfassen. Vorzugsweise ist die Plattenstärke der Versteifung kleiner als die Wandstärke einer insbesondere hülsenförmigen Auskleidungslage. Insbesondere ist die Plattenstärke der Versteifung kleiner als 50% der Wandstärke der Auskleidungslage.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat die Versteifung mehrere Durchgänge zum Verankern oder Verkrallen der Auskleidungslage an der Versteifung. Die mehreren Durchgänge sind für eine ausreichende Verankerung der Auskleidungslage vollständig von dem Auskleidungsmaterial durchdrungen. Das Auskleidungsmaterial kann sich von einer vollständig mit dem Auskleidungsmaterial bedeckten, der Abdeckfläche zugewandten Seite der Versteifung durch die Durchgänge hindurch bis zu einer vollständig mit dem Auskleidungsmaterial bedeckten, von der Abdeckfläche abgewandten Seite der Versteifung unterbrechungsfrei erstrecken. Insbesondere können in der Versteifung mehrere, gleichmäßig verteilte Durchgangslöcher, vorzugsweise gleicher Querschnittsabmessung vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Verankerung der Versteifung mit der Auskleidungslage zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Schutzauskleidung, insbesondere die Auskleidungslage und die Versteifung, rotationssymmetrisch. Vorzugsweise ist die Schutzauskleidung, insbesondere die Auskleidungslage und die Versteifung, zylindrisch und/oder kugelstumpfförmig. Die Versteifung kann mit einem sich längs der Rotationssymmetrieachse erstreckenden Schlitz versehen sein, um zu deren Montage sprengringartig radial elastisch geweitet oder zusammengedrückt zu werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist insbesondere an dem prozessfluidseitigen konkaven Kanalabschnitt eines Metallgehäuseteils die Auskleidungslage mittels der Versteifung versteift, wobei vorzugsweise im Bereich eines prozessfluidseitigen konvexen Kanalabschnitts die Auskleidungslage ohne Versteifung ausgebildet sein kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Versteifung eine Anordnung von mehreren separaten Versteifungselementen, die zur Bildung einer Struktur einer ausgebildeten Schutzauskleidung durch die Auskleidungslage aneinander gekoppelt sind. Als Montagehilfe zwischen den Versteifungselementen können schmale Kopplungsstege liegen, die allerdings nicht oder kaum zur Kraftübertragung zwischen den Versteifungselementen dienen sollen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Metallteil, wie ein Metallgehäuse und/oder ein Funktionsorgan für eine Fluiddrosselvorrichtung, wie ein Absperrorgan, ein Stellventil oder einen Kugelhahn, einer prozesstechnischen Anlage. Das erfindungsgemäße Metallteil hat eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche und eine die Abdeckfläche bedeckende, erfindungsgemäße Schutzauskleidung.
Vorzugsweise ist die Auskleidungslage an die Abdeckfläche angespritzt, wobei beim Anspritzen die Versteifung zumindest teilweise umspritzt wird. Vorzugsweise ist die Versteifung insbesondere vor der Anspritzung aufgrund elastischer Formung bei der Montage zum Ausüben einer Andruckkraft gegen die Abdeckfläche vorgespannt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Abdeckfläche mit einer Vertiefung, wie einer Nut, ausgebildet, so dass die an die Abdeckfläche angelegte Versteifung unter Ausbildung eines insbesondere ringförmigen Spaltfreiraums zum Boden der Vertiefung positioniert ist. Vorzugsweise wird der Spaltfreiraum beispielsweise durch Spritztechnik zum Umgeben der Versteifung mit dem Auskleidungsmaterial belegt. An einem umlaufenden Begrenzungsrand der Vertiefung ist ein Positionierabsatz an der Abdeckfläche ausgebildet, an dem die Versteifung aufliegt und gegen den ein axialer Außenrand der Versteifung bei der Montage anstoßen kann.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer insbesondere erfindungsgemäßen Schutzauskleidung für eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche eines Metallteils, wie eines Metallgehäuses und/oder eines Funktionsorgans einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Absperrorgans, eines Stellventils oder eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage. Gemäß dem Verfahren wird das Metallteil mit der Abdeckfläche bereitgestellt. Anschließend wird eine separate Versteifung an der mit der Schutzauskleidung zu belegenden Abdeckfläche ortsfest positioniert. Es können auch mehrere Versteifungselemente separat positioniert werden. Anschließend wird die Versteifung mit Auskleidungsmaterial, wie Kunststoff, umformt, insbesondere umspritzt, so dass ein Form- und Kraftschluss zwischen der Versteifung und der diese umgebenden Auskleidungslage realisiert wird.
Es sei klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgelegt sein kann, dass die erfindungsgemäße Schutzauskleidung sowie das erfindungsgemäße Metallteil hergestellt werden kann.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigt:
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schutzauskleidung in einer ersten Ausführung, unmontiert an dem prozessfluidführenden Metallteil;
2 eine perspektivische Schnittansicht der Schutzauskleidung nach 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Versteifungselements einer erfindungsgemäßen Schutzauskleidung;
4 ein erfindungsgemäßes Metallgehuseteil einer Fluiddrosselvorrichtung mit zwei bereits montierten Versteifungselementen, bevor eine Auskleidungslage umspritzt ist;
5 das Metallgehäuseteil gemäß 5 mit einer erfindungsgemäßen Schutzauskleidung in einer weiteren Ausführung, bei der die Versteifungselemente mit dem Auskleidungsmaterial umspritzt sind.
3 zeigt in Einzeldarstellung ein Versteifungselement, das mit der Bezugsziffer 1 versehen ist. Das Versteifungselement 1 in 3 ist als geschlitzte zylindrische Metallhülse 3 ausgeführt, die einen in Axialrichtung erstreckenden Längsschlitz 5 für eine sprengringartige Montage des Versteifungselements 1 an einer zu bedeckenden Kanalinnenfläche 25, 43 umfasst.
Die zylindrische Metallhülse 3 ist mit gleichmäßig verteilt positionierten Durchgangslöchern 7 versehen, die sich von einer der Kanalinnenfläche 25, 43 zugewandten Außenseite 9 hin zur von der Kanalinnenfläche 25, 43 abgewandten Innenseite 10 hindurch erstrecken. Wie in 3 ersichtlich ist, sind die Durchgangslöcher 7 in Axialreihen um den gesamten Umfang der Metallhülse 3 angeordnet.
Es sei klar, dass ein Versteifungselement 1 auch andere umlaufende oder geschlitzte Profile aufweisen kann. Beim Einsatz eines Versteifungselements für eine Schutzauskleidung an einem Funktionsorgan des Stellventils, wie eines Ventilglieds, können auch platten- und schalenförmige Versteifungselementformen herangezogen werden.
Es sei klar, dass die Versteifung auch durch mehrere separate Versteifungselemente zusammengesetzt sein kann, die beispielsweise erst lose an die Kanalinnenfläche 25, 43 angelegt werden, und dann miteinander zur Bildung einer Struktureinheit gekoppelt werden, wenn die Auskleidungslage 11 um die separaten Versteifungselemente 1 herum gespritzt ist (s. 1 und 2). Das Versteifungselement kann Metall, insbesondere Stahl, sein und ist notwendigerweise verformungssteifer als das Material der Auskleidungslage.
Zum Vormontieren des Versteifungselements 1 an der Kanalinnenfläche 25, 43 wird die geschlitzte Metallhülse 3 in Radialrichtung sprengringartig elastisch zusammengedrückt. Der Schlitz 5 verkleinert sich, und der Umfang der Metallhülse 3 wird verringert. Auf diese Weise kann die Metallhülse 3 axial an eine entsprechend zylindrische Kanalinnenfläche 25, 43 des Metallteils 15 eingeschoben werden. Die elastischen Rückstellkräfte der Metallhülse 3 bewirken ein haftreibungsgemäßes Anliegen von Randabschnitten der Außenseite 9 der Metallhülse 3 an der jeweiligen Kanalinnenfläche 25, 43, wodurch die Metallhülse 3 gemäß einem ersten Montageschritt ortsfest an dem Metallgehäuseteil 15 anliegt.
Für einen anschließenden Spritztechnik-Fertigungsschritt wird ein Formkern (nicht dargestellt) zur innenseitigen Profilgebung der Auskleidungslage 11 eingesetzt, und die Auskleidungslage 11 wird um das Versteifungselement 1 herum mit Kunststoff umspritzt, so dass sämtliche Durchgangslöcher 7 von dem Auskleidungsmaterial durchdrungen werden und die Metallhülse 3 annähernd vollständig eingebettet in der Auskleidungslage 11 liegt. Das Auskleidungsmaterial liegt unmittelbar an der Metallhülse 3 an, so dass die Belegung der Lochwände, Lochränder, Seitenränder der Metallhülse 3 eine Verankerung oder Verkrallung der Auskleidungslage 11 mit dem Versteifungselement 1 bewirkt.
Das Material, wie Metall, vorzugsweise Stahl, für das Versteifungselement 1 ist deutlich steifer und verformungsfester als das Auskleidungsmaterial. Auf diese Weise hat die Schutzauskleidung 13 ein höheres Elastizitätsmodul als eine Schutzauskleidung bestehend ausschließlich aus einer Auskleidungslage 11 aus fluidprozessbeständigem Kunststoff. Auf die Schutzauskleidung 13 wirkende Lasten, wie Eigenspannung, Prozesskräfte aufgrund von Temperaturschwankungen, werden durch das verformungssteifere Versteifungselement aufgenommen, so dass das Auskleidungsmaterial der Auskleidungslage 11 geschont wird. Auf diese Weise wird eine Funktionstrennung der Schutzauskleidung 13 dahingehend bewirkt, dass mechanische Lasten durch das Versteifungselement 1 kompensiert werden, während prozesschemische Beanspruchungen durch das Auskleidungsmaterial ertragen werden.
In 1 und 2 ist die Versteifung mit zwei separaten Versteifungselementen 1 realisiert, deren Metallhülsen 3 unterschiedlich große Durchmesser aufweisen. Auf diese Weise ist eine in Axialrichtung profilierte Schutzauskleidung 13 realisierbar, die beispielsweise einen mittig radial vorspringenden Absatz 14 aufweisen kann. Beide Versteifungselemente 1 werden getrennt voneinander an der Kanalinnenfläche 25, 43 am Metallgehäuseteil vormontiert und in einem einzigen Fertigungsschritt mit dem Auskleidungsmaterial umspritzt. Auf diese Weise können auch unterschiedliche Elastizitätsmodule an jeweiligen Abschnitten der einstückigen Schutzauskleidung 13 realisiert werden, indem entsprechend Versteifungselemente 1 unterschiedlicher Formungsfestigkeit verwendet werden. In 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Versteifungselement 1 mit geringerem Durchmesser eine kleinere Querschnittsfläche zwischen den Durchgangslöchern 7 aufweist als das Versteifungselement 1 mit größerem Durchmesser.
Um die Außenseite 9 der Metallhülse 3 vollflächig mit dem Auskleidungsmaterial zu belegen, kann an der Außenseite der Auskleidungslage 11 ein zylindrischer, radial außenliegender Ansatz 19 oder Krone geformt sein, der ggf. zur Bildung einer Dichtungsfläche nachbearbeitet sein kann. Zumindest im Bereich des Außenansatzes 19 ist die Metallhülse 3 vollflächig bedeckt. Lediglich zur Anlage der Metallhülse 3 an der Kanalinnenfläche 25, 43 bleiben Axialränder 23, 24 der jeweiligen Metallhülse 3 von Auskleidungsmaterial unbelegt (1, 2), da der Axialrand zur Positionierung der Metallhülse 3 vor dem Spritzschritt direkt an dem Metallgehäuseteil 15 anliegen soll.
Zudem wird durch den Außenansatz 19 ein vollständiges Durchsetzen der Durchgangslöcher 7 sichergestellt, wodurch der Verankerungs- und Verkrallungseffekt optimiert ist.
In 4 und 5 ist ein Metallteil 15 in Form eines Gehäuses aus Metall, insbesondere Grauguss, dargestellt. Das Metallteil 15 dient dazu, die Gehäusestruktur einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage zu bilden. Das Metallteil 15 umfasst einen sich in Hauptaxialrichtung Z erstreckenden Anschlussstutzen 17 mit einem Montageflansch und einem senkrecht zur Hauptaxialrichtung Z liegenden Nebenanschlussstutzen 21, der zum Aufnehmen einer Betätigungsspindel (nicht dargestellt) ausgelegt ist, die über eine nicht näher dargestellte Stoffbuchsenpackung (wie bei „f” in Fig. A, B) gegenüber dem Kanalinneren des Metallteils 15 abgedichtet sein soll.
Wie in 4 ersichtlich ist, definiert das Metallteil 15 mehrere Abschnitte von Kanalinnenflächen 25, 43 mit unterschiedlichen Profilierungen. Eine im Wesentlichen zylindrische Kanalinnenfläche 25 ist im Hauptanschlussstutzen 17 ausgebildet. Diese Kanalinnenfläche 25 formt eine sich in Axialrichtung Z erstreckende, umlaufende, zylindrische Vertiefung 27, deren Vertiefungsboden 31 in einem konstanten Ringabstand zur Außenseite 9 der Metallhülse 3 liegt, um den Außenansatz 19 zu formen. Die Vertiefung 27 erstreckt sich in Hauptaxialrichtung Z annähernd über die gesamte Längserstreckung der Metallhülse 3 und endet vor den Axialrändern 23, 24 der Metallhülse 3 unter Ausbildung von Positionierungsstufen 35, auf denen der jeweilige Axialrand 23, 24 aufliegt. Die Positionierungsstufe 37 umfasst einen über den Axialrand 23, 24 hinaus radial vorspringenden Anschlag 39, an dem die eingesetzte Metallhülse 33 zur axialen Fixierung stoßen kann. Zum Montieren wird die Metallhülse 3 zwischen den sich axial gegenüberliegenden Anschlägen 39 eingesetzt.
Auch in dem Nebenanschlussstutzen 21 ist ein Versteifungselement 1 als Metallhülse 3 eingesetzt, die einen kleineren Durchmesser als die Metallhülse 3 im Hauptanschlussstutzen 17 aufweist. Die Metallhülse 3 liegt an der Kanalinnenfläche 43 an, welche ebenfalls mit einer Vertiefung 45 ausgebildet ist. Der Boden der Vertiefung 45 liegt in einem Ringabstand zur Außenseite 9 der Metallhülse 3, um den Außenansatz 19 zu bilden. Um die Metallhülse 3 in der Nebenaxialrichtung N, die senkrecht zur Hauptaxialrichtung Z steht, festzuhalten, ist ebenfalls eine Positionierstufe 37 mit Anschlag 47 an der Kanalinnenfläche 43 ausgebildet.
Beide Metallhülsen 3 werden sprengringartig zusammengedrückt, um an der in 4 gezeigten Position vormontiert zu werden. Anschließend werden die vormontierten Metallhülsen 3 mit dem Auskleidungsmaterial umspritzt, was in 5 dargestellt ist. Dabei werden die Durchgänge 7 der Metallhülsen 3 sowie der Ringraum zwischen der Außenseite 9 der Metallhülse 3 und dem Vertiefungsboden aufgefüllt. Ein Formschluss zwischen Versteifungselement 1 und der Kunststofflage 11 ist realisiert.
Des Weiteren hat die nach innen gewandte Kanalinnenfläche 25, 43 des Gehäuseteils 15 mehrere, im Wesentlichen gleichförmige Profilierungen in Schwalbenschwanzform, die mit der Bezugsziffer 50a bis 51e gekennzeichnet sind. Vorzugsweise haben die Schwalbenschwanzprofile Hinterschnitte zum Verankern der eingespritzten Auskleidungslage 11. Es ist ersichtlich, dass Schwalbenschwanzformschlüsse an den Bereichen, wo Versteifungselemente 1 eingesetzt sind, nicht ausgeführt sind, denn die Versteifungselemente verhindern das Aufwölben der Schutzauskleidung 13 von der zu bedeckenden Kanalinnenfläche 25, 43. Schwalbenschwanzeinknüpfungen oder -formschlüsse sollen vor allem an vom Kanalinneren betrachtet konvexen Profiländerungen 71 der Kanalinnenfläche angeordnet sein.
Es ist ersichtlich, dass die Plattenstärke der Auskleidungslage 11 deutlich größer ist als die Wandstärke der Metallhülsen 3. Vorzugsweise ist die Auskleidungslage 11 doppelt so stark ausgeführt wie die Metallhülse 3. Sollten aufgrund von Temperaturänderungen Spannungen in der Auskleidungslage 11 auftreten, werden diese aufgrund des Kraft- und Formschlusses durch die Verankerung der Auskleidungslage 11 in der gelochten Metallhülse 3 aufgenommen, ohne dass sich die Schutzauskleidung 13 stärker verformen müsste.
Es sei klar, dass die Versteifungselemente 1 an den gesamten rotationssymmetrischen Schutzauskleidungsabschnitten eingesetzt werden können, um jeglichen Formschluss mittels Schwalbenschwanzformschluss zu vermeiden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

a, b: Hauptanschlussstutzen
c: Nebenanschlussstutzen
d: Betätigungsspindel
f: Stoffbuchsenpackung
g: Kunststofflage
h: Schwalbenschwanzeinknüpfung
1: Versteifungselement
3: Metallhülse
5: Längsschlitz
7: Durchgangslöcher
9: Außenseite
10: Innenseite
11: Auskleidungslage
13: Schutzauskleidung
14: Absatz
15: Metallteil
17: Hauptanschlussstutzen
19: Außenansatz/Krone
21: Nebenanschlussstutzen
23, 24: Axialrand
25, 43: Kanalinnenfläche
27, 45: Vertiefung
31: Vertiefungsboden
35, 37: Positionierungsstufe
39, 47: Anschlag
50a–51e: Schwalbenschwanzprofilierungen
61, 63: Kunststoffinnenfläche
71: konvexe Abschnitte
N: Nebenaxialrichtung
Z: Hauptaxialrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 7707794 U [0002, 0003]

Claims

Schutzauskleidung (13) für eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche eines Metallteils (15), wie eines Metallgehäuses und/oder eines Leitorgangs einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Absperrorgans, eines Stellventils oder eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend: eine vollflächige Auskleidungslage (11) aus prozessfluidbeständigem Auskleidungsmaterial zum vollflächigen Bedecken der Abdeckfläche, wobei die Auskleidungslage (11) formkomplementär zur Abdeckfläche profiliert ist, gekennzeichnet durch eine ebenfalls an das Profil der Abdeckfläche angepasste Versteifung (1), dessen Material verformungssteifer als das Auskleidungsmaterial ist.
Schutzauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungslage (11) eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke von vorzugsweise mehr als 3 mm aufweist und/oder mit der Versteifung (1) kraftschlüssig gekoppelt ist, insbesondere daran angespritzt und/oder um die Versteifung (1) herum umspritzt ist, so dass insbesondere die Versteifung (1) in der Auskleidungslage (11) vollständig eingebettet ist.
Schutzauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung (1) ein an die Abdeckfläche angepasstes Plattenprofil insbesondere aus Metall, wie Stahl, und/oder konstanter Plattenstärke umfasst, welche vorzugweise kleiner als die Wandstärke der vorzugsweise hülsenförmigen Auskleidungslage (11), insbesondere weniger als 50% der Wandstärke der Auskleidungslage (11), ist und/oder mehrere Durchgänge (7) zum Verankern der Auskleidungslage (11) an der Versteifung (1) umfasst, welche zum Verankern der Auskleidungslage (11) vollständig von dem Auskleidungsmaterial durchdrungen sind, wobei vorzugsweise sich das Auskleidungsmaterial von einer vollständig mit dem Auskleidungsmaterial bedeckten, der Abdeckfläche zugewandten Seite der Versteifung durch die Durchgänge hindurch bis zu einer vollständig mit dem Auskleidungsmaterial bedeckten, von der Abdeckfläche abgewandten Seite der Versteifung (1) unterbrechungsfrei erstreckt, wobei insbesondere in der Versteifung (1) mehrere gleichmäßig verteilte Durchgangslöcher (7) vorzugsweise gleicher Querschnittsabmessung vorgesehen sind.
Schutzauskleidung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie (13), vorzugsweise die Auskleidungslage (11) und die Versteifung (1), rotationssymmetrisch gestaltet ist/sind, insbesondere zylindrisch und/oder kegelstumpfförmig, wobei die Versteifung mit einem sich längs der Rotationssymmetrieachse erstreckenden Schlitz (5) aufweist, um zur Montage sprengringartig radial elastisch geweitet oder zusammengedrückt zu werden.
Schutzauskleidung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung (1) im Bereich eines prozessfluidseitig konkaven Kanalabschnitts der Auskleidungslage (11) angeordnet ist und/oder im Bereich eines prozessfluidseitig konvexen Kanalabschnitts die Auskleidungslage (11) versteifungsfrei ausgebildet ist.
Schutzauskleidung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung eine Anordnung von mehreren separaten Versteifungselementen (1) ist, die zur Bildung einer als Struktureinheit ausgestalteten Schutzauskleidung (13) durch die Auskleidungslage (11) aneinander gekoppelt sind.
Metallteil, wie Metallgehäuse und/oder Funktionsorgan für eine Fluiddrosselvorrichtung, wie ein Absperrorgan, ein Stellventil oder einen Kugelhahn, einer prozesstechnischen Anlage, umfassend: eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche und eine die Abdeckfläche bedeckende Schutzauskleidung (13) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Metallteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidungslage (11) an die Abdeckfläche angespritzt ist und/oder die Versteifung (1) insbesondere vor der Anspritzung auf Grund elastischer Verformung bei der Montage zum Ausüben einer Andruckkraft gegen die Abdeckfläche vorgespannt ist.
Metallteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckfläche mit einer Vertiefung (27, 45), wie einer Nut, ausgebildet ist, so dass die an die Abdeckfläche angelegte Versteifung (1) unter Ausbildung eines Spaltraums zum Boden der Vertiefung (27, 45) positioniert ist, der beispielsweise durch Spritztechnik zum Umgeben der Versteifung (1) mit dem Auskleidungsmaterial belegt ist, wobei insbesondere an einem umlaufenden Begrenzungsrand der Vertiefung ein Positionierabsatz (35 37) an der Abdeckfläche ausgebildet ist, an dem die Versteifung (1) aufliegt und/oder gegen den ein Außenrand (23, 24) der Versteifung (1) bei deren Montage direkt kontaktierend anliegt.
Verfahren zum Herstellen einer insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6 ausgebildeten Schutzauskleidung (13) für eine einem Prozessfluid ausgesetzte Abdeckfläche eines Metallteils (15), wie eines Metallgehäuses und/oder eines Funktionsorgans einer Fluiddrosselvorrichtung, wie eines Absperrorgans, eines Stellventils oder eines Kugelhahns, einer prozesstechnischen Anlage, wobei a) das Metallteil (15) mit der Abdeckfläche bereitgestellt wird; b) eine separate Versteifung (1) an der mit der Schutzauskleidung (13) zu belegenden Abdeckfläche ortsfest positioniert wird; und c) die Versteifung (1) mit Auskleidungsmaterial, wie Kunststoff, umformt, insbesondere umspritzt, wird und ein Form- und Kraftschluss zwischen der Versteifung (1) und der diese umgebenden Auskleidungslage (11) realisiert wird.