DE10361841A1

DE10361841A1 - Ventilanordnung zur Verminderung von Verschleiß

Info

Publication number: DE10361841A1
Application number: DE10361841A
Authority: DE
Inventors: Achim Daume
Original assignee: Daume Regelarmaturen GmbH
Current assignee: Daume Regelarmaturen GmbH
Priority date: 2003-01-04
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2004-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Kanal, in dem ein Ventilsitz und ein beweglich angeordneter Dichtkörper zum Verschließen des Kanals vorgesehen sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz und/oder der Dichtkörper wenigstens teilweise aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff gefertigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Kanal, in dem ein Ventilsitz und ein beweglich angeordneter Dichtkörper zum Verschließen des Kanals vorgesehen sind.
Derartige Ventile weisen einen Ventileinlaß und einen -auslaß auf, die zum Anschluß an Rohrleitungssysteme ausgebildet sind. Damit der Dichtkörper den Ventileinlaß- und auslaß verbindenden Kanal verschließen kann, ist in dem Kanal der Ventilsitz angeordnet, an dem in geschlossener Position die Sitzkanten des Dichtkörpers anliegen und den Kanal verschließen. Das Ventil wird durch Verschieben des Dichtkörpers in eine zweite Position geöffnet, so daß zwischen Ventilsitz und Dichtkörper eine Drosselstelle gebildet wird, durch die ein Medium durch den nun geöffneten Kanal hindurchströmen kann. Voraussetzung für eine Strömung zwischen Ventileinlaß und -auslaß ist, daß eine Druckdifferenz zwischen Ventileinlaß und -auslaß vorhanden ist.
Ist in dem Ventil eine einzige Drosselstelle vorgesehen, wird die gesamte Druckdifferenz zwischen Ventileinlaß und -auslaß an dieser Drosselstelle abgebaut. Bei höheren Differenzdrücken zwischen Ventileinlaß und -auslaß ist es jedoch erforderlich, ein Ventil mit mehreren Drosselstellen zu verwenden, bei dem der Dichtkörper und Ventilsitz derart ausgebildet sind, daß sie eine Mehrzahl von Drosselstellen bilden. So kann bei spielsweise eine Druckdifferenz von 210 bar an zwei Drosselstellen zu je 105 bar und an drei Drosselstellen zu je 70 bar abgebaut werden.
Dabei hängt der Verschleiß stark von der Druckdifferenz an jeder Drosselstrelle ab, wobei Standzeiten von zwei bis drei Jahren bei Druckdifferenzen von 120 bar erreicht werden.
Jedoch treten trotzdem Verschleißerscheinungen auf, die neben der Druckdifferenz an der Drosselstelle bzw. -stellen von der Art und dem Aggregatzustand des strömenden Mediums, der Menge des strömenden Mediums, dem Material des Ventils, der Strömungsverhältnisse im Kanal des Ventils sowie von den abrasiven Eigenschaften des strömenden Mediums abhängen. Dabei werden zuerst die Sitzkanten an den Drosselstufen des Dichtkörpers beschädigt, so daß die Aufteilung der Druckdifferenz auf mehrere Drosselstellen nicht mehr gegeben ist. Erst nachdem die Drosselstellen eine Aufteilung der Druckdifferenz nicht mehr bewirken, nimmt das Ventil irreparabel Schaden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Ventil bereitzustellen, bei dem keine Verschleißerscheinungen mehr zu einer irreparablen Schädigung des Ventils führen.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Dichtkörper und/oder der Ventilsitz wenigstens teilweise aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff gefertigt sind. Hierzu wird der pulverförmige Werkstoff, der vorzugsweise auf einer metallischen Basis beruht, durch Pressen und/oder Sintern zu einem Formkörper verbunden. Es werden beispielsweise Pulverpartikel mit einer Korngröße von ca. 0,1 bis 500 μm aus Metallen oder Metallgemischen mit keramischen Werkstoffen bei Raumtemperatur vorverdichtet, wobei Preßdrücke von 1000 bis 10000 bar, vorzugsweise 2000 bar, verwendet werden. Anschließend wird der Werkstoff gesintert. Bei diesem Verfahren wird der Werkstoff erhitzt, ohne daß es zum Schmelzen der Pulverpartikel kommt. Die Verbindung der Pulverpartikel untereinander erfolgt durch Diffusionsprozesse an den Grenzflächen, so daß nachher eine chemische Verbindung vorliegt.
In einer weiteren Ausführungsform enthält der Werkstoff wenigstens teilweise Wolframkarbid. Wolframkarbid kann in Schichten chemisch abgeschieden werden und kann eine Ummantelung zum Schutz verschleißanfälliger Teile bilden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Werkstoff wenigstens teilweise Titankarbid enthält. Dabei beträgt der Titankarbid-Anteil 40 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 45 Vol.-%. Dieser Titankarbid-Anteil ist eingebettet in eine legierte Stahl-Bindephase. Dieser Werkstoff weist vorzugsweise eine Glühhärte von 45 bis 55 HRC, vorzugsweise 48 bis 53 HRC auf, so daß er mit den bekannten Zerspanungsmethoden wie Drehen, Hobeln, Fräsen, Sägen und Bohren problemlos bearbeitet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform enthält der Werkstoff martensitischen Chromstahl, z.B. 1.4922, 1.4057 oder 1.4122. Vorzugsweise ist der martensitische Chromstahl gehärtet und vakuumnitriert. Durch die Martensit-Aushärtung erfolgt eine Umwandlung der Kristallstruktur, die eine Erhöhung der Härte des Werkstoffes zur Folge hat, wobei durch die Vakuumnitrierung eine weitere Erhöhung der Härte erreicht wird.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich um einen wenigstens teilweise keramischen Werkstoff, so daß aufgrund der hohen mechanischen Belastbarkeit keramischer Materialien Verschleißerscheinungen am Dicht körper und/oder Ventilsitz nicht oder nur zeitlich verzögert auftreten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventils und
2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der 1.
Es wird auf die 1 und 2 bezug genommen.
Das Ventil weist einen einlaßseitigen Eingang 6 und einen auslaßseitigen Ausgang 8 auf, die durch einen Kanal 2 miteinander verbunden sind. In dem Kanal 2 sind ein Ventilsitz 12 und ein dreistufiger Dichtkörper 10 beweglich angeordnet, die aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff, wie beispielsweise Wolframkarbid, Titankarbid, martensitischem Chromstahl oder einem keramischen Werkstoff oder einer Kombination dieser Werkstoffe gefertigt sind, wobei die beiden oberen Drosselstufen 16, 18 parabolförmig ausgebildet sind und die unterste Drosselstufe 20 lochkegelförmig ausgebildet ist. Der Dichtkörper 10 ist derart ausgebildet, daß er mit dem Ventilsitz 4 drei Drosselstellen bildet, um die im Betrieb entstehende Druckdifferenz zwischen dem einlaßseitigen Eingang 6 und dem auslaßseitigen Ausgang 8 in drei Stufen abzubauen.
Das Ventil weist einen Faltenbalg 22 aus Metall auf, so daß das Ventil auch zur Steuerung chemisch aggressiver Medien verwendet werden kann. Zusätzlich kann das strömende Medium noch einen hohen Anteil an abrasiven Partikeln aufweisen, die beispielsweise aus kleinen, harten Metallpartikeln bestehen, deren Größe im Mikrometer-Bereich liegt, wobei beispielsweise die Druckdifferenz zwischen dem einlaßseitigen Eingang 6 und dem auslaßseitigen Ausgang 8 des Ventils 210 bar und die Temperatur des strömenden Mediums 100° Celsius betragen kann.

2: Kanal
4: Ventilsitz
6: Einlaßseitiger Eingang
8: Auslaßseitiger Ausgang
10: Dreistufiger Dichtkörper
16: Erste parabolförmige Drosselstufe
18: Zweite parabolförmige Drosselstufe
20: Lochkegelförmige Drosselstufe
22: Faltenbalg

Claims

Ventil mit einem Kanal (2), in dem ein Ventilsitz (4) und ein beweglich angeordneter Dichtkörper (10) zum Verschließen des Kanals vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (4) und/oder der Dichtkörper (10) wenigstens teilweise aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff gefertigt sind.
Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Werkstoff, der wenigstens teilweise Wolframkarbid enthält.
Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Werkstoff, der wenigstens teilweise Titankarbid enthält.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Titankarbid-Anteil 40 – 50 Vol.-%, vorzugsweise 45 Vol.-%, beträgt.
Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff eine Glühhärte von 45 – 55 HRC, vorzugsweise 48 – 53 HRC, aufweist.
Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Werkstoff, der wenigstens teilweise martensitischen Chromstahl enthält.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der martensitische Chromstahl gehärtet und vakuumnitriert ist.
Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen wenigstens teilweise keramischen Werkstoff.
Ventilsitz zum Einbau in ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch einen Werkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8.
Dichtkörper zum Einbau in ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch einen Werkstoff nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8.