DE19647252A1 - Absperrorgan für fluide Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan für fluide Medien, welches eine Nennweite von zumindest 100 mm, vorzugsweise von über 200 mm, aufweist, - mit Kugelküken, Strömungs­ kanal, Dichtflächen, Kugelkükensitz Betätigungsspindel, drehmomentübertragenden Anschlußausbildungen für die Be­ tätigungsspindel am Küken sowie Absperrorgangehäuse, wobei das Kugelküken aus industriekeramischem Werkstoff besteht.

Üblicherweise bestehen bei Absperrorganen des beschriebenen Aufbaus die Kugelküken aus Metall, z. B. aus Stahl, und zwar in Form von Massivkugeln, die gegossen oder ge­ schmiedet und entsprechend bearbeitet sind. Für besondere Einsatzfälle sind, z. B. um störende Korrosionen zu vermeiden, solche Absperrorgane auch mit Kugelküken aus nichtmetallischen keramischen Werkstoffen, z. B. oxid­ keramischen Werkstoffen, ausgestattet. Fertigungsbedingt können massive Kugelküken erhebliche innere Spannungen mitbringen und/oder im Einsatz entwickeln. Letzteres stört insbesondere dann, wenn thermische Beanspruchungen, auch thermische Wechselbeanspruchungen aus der Temperatur der fluiden Medien, aufzunehmen sind. In Folge der inneren Spannungen und der aus anderen Gründen auftretenden unkontrollierten Wärmedehnungen können die Dichtfunktion beeinträchtigen und zu spontanem Kugelbruch führen.

Absperrorgane des eingangs beschriebenen Aufbaus mit Kugel­ küken, die aus zwei Hohlformteilen aufgebaut sind, sind an sich bekannt (DE 86 17 138 U1), jedoch sind hier die Hohlformteile nicht mit einer Fügenaht aneinander angeschlossen. Die Hohlformteile bestehen aus Metall. Sie sind über Formschlußelemente mit Zwischenschaltung von Federn miteinander verbunden, wobei die Federn die Hohl­ formteile gegen die zugeordneten Dichtflächen am Kugel­ kükensitz drücken.

Absperrorgane des beschriebenen Aufbaus mit einem Kugel­ küken aus Industriekeramik sind an sich bekannt (EP 0 029 732). - Industriekeramik bezeichnet im Rahmen der Erfindung sowohl nichtmetallische keramische Werkstoffe als auch metallische keramische Werkstoffe.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde ein Ab­ sperrorgan des eingangs beschriebenen Aufbaus zu schaffen, bei dem Störungen durch innere Spannungen oder durch daraus resultierende Verformungen, insbesondere Wärmeverformungen, nicht auftreten.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Absperrorgan des eingangs beschriebenen Auf­ baus mit den angegebenen, verhältnismäßig großen Nenn­ werten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kugel­ küken aus Hohlformteilen mit Fügenaht aufgebaut ist, daß die Dichtflächen des Kugelkükens sowie die Anschluß­ ausbildungen für die Betätigungsspindel außerhalb der Füge­ naht bzw. der Fügenähte angeordnet sind und daß die Füge­ naht bzw. die Fügenähte als stoffschlüssige Formschluß­ ausbildungen ausgeführt sind. Stoffschlüssig bedeutet, daß es sich um eine Verbindung handelt, wie sie sich bei Schweißverbindungen, Lotverbindungen und dergleichen ein­ stellt.

Keramische Werkstoffe sind im Rahmen der Erfindung alle metallischen und nichtmetallischen für Armaturen geeigneten keramischen Werkstoffe, insbesondere Oxide, Karbide und Nitride. Insoweit wird verwiesen auf die Literaturstelle Jochen Kriegesmann "Technische Keramische Werkstoffe" Köln, Verlag Deutscher Wirtschaftsdienst S. 1989 ff.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Hohlform­ teile, die sich zu Kugelküken für Absperrorgane der angegebenen Nennweiten ergänzen, nach den üblichen Ferti­ gungsmethoden für industriekeramische Werkstoffe im Rahmen der angegebenen Nennweiten unschwer so gefertigt werden können, daß störende innere Spannungen nicht auftreten. Das ist bisher übersehen worden. Die übliche Fertigung umfaßt das Anmachen der pulverförmigen Ausgangsstoffe, die Verdichtung und die daran anschließenden, werkstoffmäßig unterschiedlichen Maßnahmen bis zur Oberflächenbearbeitung.

Daß störende innere Spannungen nicht auftreten, beruht in bezug auf die Fertigung darauf, daß durch die Teilung des Kugelkükens in Hohlformteile eine sehr gleichmäßige Verdichtung der Ausgangsstoffe durchgeführt werden kann, und zwar auch mit überall gleichmäßigem geringen Poren­ volumen. Daß störende Spannungen nicht auftreten, beruht auch darauf, daß die Hohlformteile bei den genannten Nenn­ weiten mit Wanddicken ausgestattet werden können, die bei Wärmebeanspruchungen und Temperaturwechselbeanspruchungen im Einsatz eine definierte, die Dichtfunktion nicht beeinträchtigende Wärmedehnung erfahren.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Fügenaht bzw. die Fügenähte als keramische Schweißnähte ausgeführt. Solche sind an sich bekannt und zwar für die verschiedensten Werkstoffe der Industriekeramik. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weisen die Fügenaht bzw. die Fügenähte zusätzliche komplementäre Formschlußausbildungen auf.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Die Hohlformteile können Ausformungen aufweisen, die sich im gefügten Zustand der Hohlformteile zum Strömungskanal des Absperrorgans ergänzen. Man kann jedoch die Anordnung auch so treffen, daß die Hohlformteile teilkugelförmig geformt sind und Ausnehmungen aufweisen, die im gefügten Zustand die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung des Kugelkükens bilden.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die sich durch einfache Fertigung, hohe Funktionssicherheit und große Standzeit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hohl­ formteile als Ringe ausgeführt sind, deren Ringöffnungen sich zum Strömungskanal ergänzen. Diese Kugelküken sind vorzugsweise aus einem Zentralring und beidseits mit Füge­ naht gegengesetzten Abschlußringen aufgebaut. Die Lagerung eines solchen Kugelkükens ist einfach, wenn der Zentralring einander diametral gegenüberliegende Zapfen als Lagerzapfen oder als Anschlußausbildungen für die Betätigungsspindel aufweist. Der Zentralring kann aus zwei Ringscheiben mit Fügenaht zusammengesetzt sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Anordnung so zu treffen, daß die Hohlform­ teile teilkugelförmig geformt sind und Ausnehmungen aufweisen, die im gefügten Zustand die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung des Kugelkükens bilden. Vorzugsweise sind die Hohlformteile spannungsfrei geformt. Sie können dazu auch eine Wärmebehandlung erfahren haben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein Absperrorgan für fluide Medien im Längs­ schnitt,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 vergrößertem Maßstab eine Ansicht des Kugelkükens aus dem Gegenstand der

Fig. 1 in Richtung des Strömungskanals,

Fig. 3 den Gegenstand nach Fig. 2 um 90° um die in Fig. 2 eingezeichnete Achse A-A gedreht,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 2 und

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung B-B durch eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 2.

Fig. 6 entsprechend der Fig. 2 die Ansicht eines anders aufgebauten Kugelkükens, und

Fig. 7 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand nach Fig. 6.

Das in den Figuren dargestellte Absperrorgan ist für fluide Medien bestimmt. Es besitzt eine Nennweite von zumindest 100 mm, vorzugsweise von über 200 mm.

Zum grundsätzlichen Aufbau des Absperrorgans 1 gehören ein Kugelküken 2 mit Strömungskanal 3 und Dichtflächen 4, ein Kugelkükensitz 5 und eine Betätigungsspindel 6 sowie das Absperrorgangehäuse 7.

Das Kugelküken 2 besteht im Ausführungsbeispiel, aber nicht beschränkend, aus zwei Hohlformteilhälften 2a, 2b, die ihrerseits aus einem keramischen Werkstoff gefertigt sind. Die Hohlformteilhälften sind mit Fügenaht 8 zusammengefügt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Dichtflächen 4 des Kugelkükens 2 außerhalb des Bereichs der Fügenaht 8 liegen. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 weisen die Hohlformteilhälften 2a, 2b hohlraumbildende Ausformungen auf, die sich im gefügten Zustand der Hohlformteilhälften 2a, 2b zum Strömungskanal 3 des Absperrorgans ergänzen. Demgegenüber sind bei der Ausführungsform nach Fig. 5 die Hohlformteilhälften 2a, 2b hohlhalbkugelförmig geformt. Sie weisen Ausnehmungen auf, die im gefügten Zustand die Einströmöffnung 9 oder die Ausströmöffnung 10 des Kugel­ kükens 2 bilden. In der Fig. 4 wurde angedeutet, daß die Hohlformteilhälften 2a, 2b drehmomentübertragende Ausbil­ dungen 20 aufweisen, die außerhalb der Fügenaht 8 liegen. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich insoweit um boh­ rungsähnliche Ausbildungen. Die Hohlformteilhälften 2a, 2b können formschlüssig oder stoffschlüssig vereinigt sein. Sie lassen sich unschwer spannungsfrei formen oder ein­ richten.

Im Rahmen der Erfindung können die Hohlformteilhälften 2a, 2b mit den klassischen Verfahren der Industriekeramik, also Anmachen des Pulvers, Verdichtung des Pulvers mit an­ schließender Endbearbeitung durchgeführt werden. Die Herstellung der Hohlformteilhälften 2a, 2b kann auch im sogenannten Schlickerguß-Verfahren erfolgen. Der Schlicker ist hierbei eine aufgeschwemmte Masse der pulverförmigen keramischen Werkstoffe. Aus dem Schlicker werden die Hohlformteilhälften 2a, 2b geformt, anschließend mit dem herkömmlichen Verfahren entwässert und dann gesintert sowie abschließend bearbeitet. Das Fügen der Hohlformteilhälften 2a, 2b erfolgt mit einem der bekannten Verfahren zum Fügen keramischer Bauteile. Solche Maßnahmen sind z. B. das sogenannte Garnieren, also Fügen durch einen Schlicker. Man kann aber auch eine Folie aus einem entsprechenden keramischen Werkstoff in der Fügenaht 8 anordnen und den Verbund durch einen Sinterprozeß herstellen. Auch Lote können eingesetzt werden. Insoweit besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten auch deshalb, weil nach der Lehre der Erfindung die Fügenaht 8 besondere mechanische Bean­ spruchungen nicht aufzunehmen hat und wegen der erfindungs­ gemäßen Ausführungsform störende thermische Beanspruchungen im Bereich der Fügenaht 8, auch aus Symmetriegründen, praktisch nicht auftreten können.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Kugelküken 2 sind aus Hohlformteilen (11, 12, 13, 14) aufgebaut, die als Ringe ausgeführt sind. Die Ringöffnungen ergänzen sich zum Strömungskanal 3.

Man erkennt, daß das Kugelküken 2 aus einem Zentralring 15 und beidseits mit Fügenaht 16 gegengesetzten Abschlußringen 11, 14 aufgebaut ist. Der Zentralring 15 weist im Ausführungsbeispiel einander diametral gegenüberliegende Zapfen 17, 18 auf, deren einer als Lagerzapfen, deren anderer auch als Anschlußausbildung für eine Betätigungs­ spindel eingesetzt ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Zentralring 15 aus zwei Ringscheiben 12, 13 mit Fügenaht 19 zusammengesetzt. Der Zentralring 15 kann einteilig aufge­ baut sein oder, wie dargestellt aus zwei Ringscheiben 12, 13 mit Fügenaht zusammengesetzt sein.

Claims (9)

1. Absperrorgan für fluide Medien, welches eine Nennweite von zumindest 100 mm, vorzugsweise von über 200 mm auf­ weist, - mit
Kugelküken (2)
Strömungskanal (3)
Dichtflächen (4)
Kugelkükensitz (5)
Betätigungsspindel (6)
drehmomentübertragende Anschlußausbildungen (20) für die Betätigungsspindel (6) am Kugelküken (2) sowie Absperrorgangehäuse (7),
wobei zumindest das Kugelküken (2) aus industriekeramischem Werkstoff besteht, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kugelküken (2) aus Hohlformteilen (11, 12, 13, 14) mit Fügenaht (16, 19) aufgebaut ist, daß die Dicht­ flächen (4) des Kugelkükens (2) sowie die Anschluß­ ausbildungen (20) für die Betätigungsspindel (6) außerhalb der Fügenaht bzw. der Fügenähte (16, 19) angeordnet sind und daß die Fügenaht bzw. die Fügenähte (16, 19) als stoff­ schlüssige Fugenausbildungen ausgeführt sind.

2. Absperrorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügenaht bzw. die Fügenähte (16, 19) als keramische Schweißnähte ausgeführt sind.

3. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügenaht bzw. die Fügenähte (16, 19) zusätzlich komplementäre Formschlußausbildungen auf­ weisen.

4. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlformteile (11, 12, 13, 14) als Ringe ausgeführt sind, deren Ringöffnungen sich zum Strömungskanal (3) ergänzen.

5. Absperrorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelküken (2) aus einem Zentralring (15) und beidseits mit Fügenaht (16) gegengesetzten Abschlußringen (11, 14) aufgebaut ist.

6. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralring (15) einander diametral gegenüberliegende Zapfen (17, 18) als Lagerzapfen oder als Anschlußausbildungen für die Betätigungsspindel (6) auf­ weist.

7. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralring (15) aus zwei Ring­ scheiben (12, 13) mit Fügenaht (19) zusammengesetzt ist.

8. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlformteile (11, 12, 13, 14) teilkugelförmig geformt sind und Ausnehmungen aufweisen, die im gefügten Zustand die Einströmöffnung (9) und die Ausströmöffnung (10) des Kugelkükens (2) bilden.

9. Absperrorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlformteile (11, 12, 13, 14) spannungsfrei geformt oder eingerichtet sind.