DE1504773B1

DE1504773B1 - Verfahren zum Herstellen eines Ventilkoerpers aus Fluorkohlenstoff-Polymer

Info

Publication number: DE1504773B1
Application number: DE19631504773
Authority: DE
Inventors: Lester K Keen
Original assignee: Raybestos Manhattan Inc
Current assignee: Raybestos Manhattan Inc
Priority date: 1962-08-22
Filing date: 1963-08-13
Publication date: 1970-04-23
Also published as: CH400549A; US3223763A; NL296878A; DK109615C; GB988124A; BE635934A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilkörpers aus gepreßtem und gesintertem Fluorkohienstoff-Polymer.
Korrodierende Flüssigkeiten oder Gase werden allgemein durch Rohre geleitet, die mit einer gegenüber diesen Stoffen inerten und somit widerstandsfähigen Kunststoffschicht ausgekleidet sind. Ebenso müssen die Ventile für solche Rohrleitungen auf allen Oberflächen, die unter der Einwirkung der korrodierenden Flüssigkeit und des Gases stehen, mit Kunststoff abgedeckt sein. Dabei ergibt sich technologisch bei mit Metalleinsätzen verstärkten Ventilkugeln das Problem, Anrisse und Blasen infolge unterschiedlicher Wärrneausdehnung zwischen dem Metalleinsatz und der Kunststoffschicht zu vermeiden und eine allseitige Kunststoffverkleidung gleichmäßiger Dichte für die Ventilkugel zu schaffen.
Es ist ein Spritzgußverfahren für Kunststoffgegenstände unter Verwendung eines geschmolzenen Kunststoffes bekannt, bei dem zunächst ein Kunststoff-Formling hergestellt, daraufhin der einzubettende Gegenstand an diesem Vorformling befestigt und schließlich der so vorbereitete Gegenstand in einer Form mit Kunststoff umhüllt wird. Dieses Verfahren ist nicht mit Fluorkohlenstoffpolymeren durchführbar, da diese nicht durch Schmelzen fließfähig gemacht werden können, sondern vielmehr steife Gele bilden, die schwierig zu verformen wären.
Weiterhin ist bekannt, einen mit Metall verstärkten Fluorkohlenstoff-Polymergegenstand zu schaffen, bei dem dieses Polymer in der Dichte unterschiedlich ist; die Dichte soll innerhalb, oberhalb und unterhalb der Öffnungen in dem metallischen Verstärkungsteil am geringsten sein. Diese ungleichförmige Dichte wird erreicht, indem die nur sehr geringe Tendenz der Polymerteilchen ausgenutzt wird, beim Komprimieren in die Öffnungen des metallischen Verstärkungsteiles hineinzufließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilkörper aus gesintertem Fluorkohlenstoff-Polymer herzustellen, bei dem ein ringförmiger Metalleinsatz vollständig und mit gleichmäßiger Dichte umhüllt ist, um diesen vor den durch das Ventil fließenden, korrodierenden Stoffen wirksam zu schützen.
Ausgehend von einem Verfahren zum Herstellen eines Ventilkörpers aus gepreßtem und gesintertem Fluorkohlenstoff-Polymer mit einer durchgehenden Bohrung und einer Verstärkung durch einen ringförmigen Metalleinsatz, der vollständig von Fluorkohlenstoff-Polymer umschlossen ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß puderförmiges Fluorkohienstoff-Polymer in den Ringraum zwischen einem Kernzapfen und einer rohrförmigen Form gebracht und axial zu einem rohrförmigen Vorformling gepreßt wird, daß dann der ringförmige Metalleinsatz dicht anliegend auf dem rohrförmigen Vorformling angebracht wird, der Kernzapfen mit dem Vorformllng und dem Metalleinsatz als Kerneinheit in eine Form eingebracht und diese mit puderförmigem Fluorkohlenstoff-Polymer gefüllt wird, daß dann ein Druck in axialer Richtung der Form ausgeübt und der gepreßte Ventilkörper gesintert wird.
Durch diese erfindungsgemäßen Verfahrensschritte wird ein Ventilkörper geschaffen, der an allen korrosionsgefährdeten Oberflächen mit einem Fluorkohlenstoff-Polymerüberzug homogener Dichte versehen ist und somit keine Stellen erhöhter Korrosionsge- fährdung auf Grund von Dichteunterschieden auf--weist.
Das Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise derart durchgeführt, daß der gepreßte Ventilkörper ohne Druckanwendung gesintert wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der rohrförmige Vorformling vor dem Aufbringen des Metalleinsatzes in axialer Richtung weitergepreßt und gesintert wird.
Unter den für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommenden Fluorkohlenstoff-Polymeren ist insbesondere Polytetrafluoräthylen geeignet, da es gegenüber den meisten korrodierenden Gasen und Flüssigkeiten in starkem Maße inert ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert; es stellt dar Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorform mit puderförmigem Kunststoffmaterial, Fig. 2 eine Teilansicht des gepreßten Materials, Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des von der Form entfernten Vorformlings, Fig. 4 den auf dem Vorformling angeordneten Metalleinsatz, Fig. 5 einen Querschnitt entlang den Linien 5-5 in Fig. 4, Fig. 6 den Vorformling und den Metalleinsatz in einer Form, die mit Kunststoffmaterial gefüllt ist, Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6, Fig. 8 die Teile der Fig. 6 in ihrer Endlage, Fig. 9 das geformte Endteil nach der Entnahme aus der Form, Fig. 10 den Ventilkörper, nachdem er durch Fertigbearbeitung in seine Endform gebracht worden ist, und Fig. 11 einen Querschnitt des Ventilkörpers mit einer abgewandelten Form der Verstärkungseinlage.
Gemäß Fig. 1 trägt ein als Vorform dienendes RohrlO innen einen unteren Schließring 11, in den ein Kernzapfenl2 eingesetzt ist. Der sich dadurch ergebende Ringraum wird in der gewünschten Höhe mit Kunststoffpuder 13 gefüllt. Nach dem Füllen wird ein ringförmiger, oberer Preßring 14 aufgesetzt und durch einen ringförmigen Kolben in einer Presse nach unten gedrückt, bis der Vorformling die gewünschte Länge und Dichte hat. Der fertige Vorformling 15 ist in Fig. 2 in einer Teilansicht dargestellt.
Der Vorformling 15 wird aus der rohrförmigen Form 10 herausgenommen, und die Ringe 11 und 14 werden von dem Keruzapfen 12 abgenommen, der jedoch gemäß Fig. 3 im Vorformling verbleibt.
Auf den Vorformling 15 wird dann ein ringförmiger Metalleinsatz 20 so aufgebracht, daß er mit Hilfe des Bandes 20 a einen ausreichend festen Sitz hat und in der Mitte des Vorformlings bleibt. Ein Vorsprung 20 c bildet später den Betätigungsschaft des Ventilkörpers. In einer mit Gewinde versehenen Öffnung im Vorsprung20c ist ein Führungszapfen 21 eingeschraubt.
Nachdem der Metalleinsatz 20 auf den Vorformling 15 aufgebracht worden ist, werden die äußeren frei liegenden Oberflächen des Vorformlings aufgerauht, wie in Fig. 4 angedeutet, damit sie sich bei einem anschließenden Formvorgang mit weiterem Kunststoffmaterial verbinden.
Der Vorformling 15 wird dann mit dem Kernzapfen 12 und dem Metalleinsatz 20 in eine Form 25 eingebracht, deren Axialnut 25 a den Führungszapfen 21 mit Gleitsitz, d. h. verschiebbar, aufnimmt.
In die Form 25 wird ein unterer Formteil 26 derart eingebracht, daß sein seitlicher Vorsprung 26 a in der Axialnut 25 a der Form 25 zu liegen kommt, und daß der Kernzapfen 12 verschiebbar in einer Bohrung 26 b des unteren Formteils 26 angeordnet ist.
Weiterhin hat es eine halbkugelige Formaussparung 26c und eine seitliche Aussparung 26d zur Aufnahme des Vorsprunges 20c des Metalleinsatzes 20.
Die halbkugelige Aussparung 26 c ist am größeren Ende bei 26 e angefast, um extrem hohe Drücke oder Scherflächen während des Preßvorganges zu vermeiden.
In die Form 25 wird Kunststoffpuder 27 eingebracht und unter den Metalleinsatz 20 gestopft, bis der untere Formteil gefüllt ist. Sodann wird weiteres Kunststoffmaterial eingebracht und nach unten gestopft, bis dieses zusätzliche Material so hoch steht wie das obere Ende des Vorformlings 15.
Nach dem Füllen wird ein oberer Formteil 26 in umgekehrter Lage wie der untere in die Form 25 eingebracht, und die beiden Formteile werden, wie in Fig. 8 dargestellt, zusammengepreßt. Hierbei entsteht der Endformkörper 30, der in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist.
Der End-Formungsdruck kann bei etwa 280 atü liegen.
Der Endformkörper 30 mit dem Kernzapfen 12 wird nach Entfernung sämtlicher anderer Formteile erhitzt, um das Kunststoffmaterial zu schmelzen. Im Falle von Polytetrafiuoräthylen kann der Endformkörper 30 in einen Sinterofen eingebracht und während ungefähr 2 Stunden auf eine Temperatur, die etwa 3750 C erreicht, erhitzt und während etwa 6 Stunden auf dieser Temperatur gehalten werden. Sodann kann die Temperatur mit einer Abnahme von etwa 2So C pro Stunde gesenkt werden, bis die Raumtemperatur erreicht ist.
Der Führungszapfen 21 und der Kernzapfen 12 werden entfernt; danach wird der Kunststoffkörper maschinell bearbeitet, bis die kugelige Endform des Ventilkörpers 31 gemäß Fig. 10 erzielt ist.
Bei dem vorstehend geschilderten Beispiel wird ein Vorformling verhältnismäßig geringer Dichte verwendet. Dieser kann bei niedrigen Drücken, z. B. im Bereich von etwa 0,35 kg/cm2 bis 21 kg/cm2 hergestellt werden. Es ist auch möglich, einen vorgesinterten Kunststoffvorformling zu verwenden, der derart spanabhebend bearbeitet ist, daß er auf den metallischen Kernzapfen 12 und in den Innenraum des Metalleinsatzes 20 hineinpaßt. In diesem Falle wird zuerst Kunststoffpuder in die Form 25 in eine halbkugelige Gestalt gebracht, dann der bearbeitete Kunststoffvorformling 15 auf dem Kernstift mit dem darauf befindlichen Metalleinsatz nach unten in die Kunststoffpudermasse hineingedrückt, dann die Form 25 im Raum oberhalb des Kunststoffvorformlings 15 mit Kunststoffpuder gefüllt und sodann der obere halbkugelige Formteil 26 aufgebracht und nach unten gedrückt. In diesem Falle ist der gesinterte Vorformling kürzer und dichter als der nur preßgeformte Vorformling. Für die Herstellung des gesin- terten Vorformlings 15 kann wiedergewonnenes Polytetraflouräthylen verwendet werden.
Der geformte Kunststoffkörper kann frei gesintert oder aber in einer Form unter Druck gesintert werden. Die Sintertemperaturen können sich im Bereich von 3320 C bis 3990 C bewegen. Die Temperaturverringerung beim Abkühlvorgang kann im Bereich von 0,550 C bis 55,50 C pro Stunde liegen. Der Endformdruck kann im Bereich von 70 bis 350 kg/cm2 liegen. Der Hinweis auf die e Verwendung von Kunststoff in Puderform schließt auch Kunststoffgranulate und kleine Kunststoffteilchen mit ein.
Das Kunststoffmaterial ist in der Dichte praktisch gleichmäßig, weil der ringförmige Metalleinsatz sehr dünn ist im Verhältnis zur Dicke des ihn umgebenden Kunststoffes, und weil die Druckeinwirkung in axialer Richtung erfolgt, und nicht senkrecht zur Oberfläche des verstärkten Metalleinsatzes.
In Fig. 11 ist ein fertiggestellter Ventilkörper 30' dargestellt, dessen fester Metallverstärkungsring 20' auf einer Seite gegenüber dem Vorsprung 20c' einen Schlitz aufweist.
Im folgenden wird ein quantitatives Beispiel gegeben: Die anfängliche Fülltiefe der rohrförmigen Vorform kann 267 mm betragen; der nur preßgeformte und eine niedrige Dichte aufweisende Vorformling kann eine Länge von 127 bis 133 mm, eine Dichte von 1,05 kg/l und ein Gewicht von 184 p haben. Das Gesamtgewicht an Polytetrafluoräthylen in der fertigen Ventilkugel kann bei einer Dichte von 2,00 bis 2,38 kg/l nach der Druckverfestigung 830 p betragen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines Ventilkörpers aus gepreßtem und gesintertem Fluorkohlenstoff-Polymer mit einer durchgehenden Bohrung und einer Verstärkung durch einen ringförmigen Metalleinsatz, der vollständig von Fluorkohlenstoff-Polymer umschlossen ist, d a d u r c h ,oekennzeichnet, daß puderförmigesFluorkohlenstoff-Polymer in den Ringraum zwischen einem Kernzapfen und einer rohrförmigen Form gebracht und axial zu einem rohrförmigen Vorformling gepreßt wird, daß dann der ringförmige Metalleinsatz dicht anliegend auf dem rohrförmigen Vorformling angebracht wird, der Kernzapfen mit dem Vorformling und dem Metalleinsatz als Kerneinheit in eine Form eingebracht und diese mit puderförmigem Fluorkohlenstoff-Polymer gefüllt wird, daß dann ein Druck in axialer Richtung der Form ausgeübt und der gepreßte Ventilkörper gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gepreßte Ventilkörper ohne Druckanwendung gesintert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Vorformling vor dem Aufbringen des Metalleinsatzes in axialer Richtung weiter gepreßt und gesintert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorkohlenstoff-Polymer Polytetrafluoräthylen verwendet wird.