DE19800894A1

DE19800894A1 - Absperrarmatur, insbesondere für Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimengungen

Info

Publication number: DE19800894A1
Application number: DE1998100894
Authority: DE
Original assignee: CERPRAECIS ANWENDUNGEN fur IN
Current assignee: CERPRAECIS ANWENDUNGEN fur IN
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-07-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperrarmatur, insbesondere für Stoffströme mit abrasiven Feststoffbeimengungen, mit Gehäuse, einem Ventilkörper und einer Betätigungseinrich tung für eine den Strömungskanal des Gehäuses öffnende und schließende Stellbewegung des Ventilkörpers, wobei an das Gehäuse eine Sitzfläche für den Ventilkörper angeformt ist.

Bei hohen Anforderungen an die Verschleißfestigkeit werden Absperrarmaturen mit Sinterkeramischem Gehäuse und sinter keramischem Ventilkörper eingesetzt (EP-A 29 732; DE-U 86 32 731). Als keramische Werkstoffe kommen Metalloxide (z. B. Al₂O₃ und ZrO₂), Carbide (z. B. SiC und SiSiC) sowie Nitride (Si₃N₄) zum Einsatz. Großvolumige Gehäuse aus Sinterkeramik sind fertigungstechnisch aufwendig und teuer und besitzen ein hohes Gewicht. Der Werkstoff ist biege- und zugempfindlich. Schließlich ist die Abdichtung zwischen sinterkeramischen Sitzflächen und einem sinterkeramischen Ventilkörper verbesserungsbedürftig. Im Unterschied zu Armaturen, bei denen die Sitzflächen aus einem weichen Material bestehen, verbessert sich die Dichtigkeit von Armaturen, deren Dichtflächen aus keramischen Werk stoffpaarungen bestehen, auch bei längerer Betriebsdauer nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einem Temperaturbereich bis 100°C einsetzbare Absperrarmatur an zugeben, die verschleißfest ist, kostengünstig gefertigt werden kann und eine gute Abdichtung gewährleistet.

Die Aufgabe wird bei einer Absperrarmatur des eingangs be schriebenen Aufbaus erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse als ein- oder mehrteiliges Mineralgußteil ausge führt ist, wobei der Mineralguß aus einem Reaktionsharz als Bindemittel und einem in einer Menge von 60 bis 90 Gew.-% enthaltenen Verschleißfesten, keramischen Füllstoff be steht. Das Bindemittel besteht vorzugsweise aus einem warmhärtenden Reaktionsharz. Als Füllstoff geeignet sind die an sich bekannten Werkstoffe der Ingenieurkeramik. Dazu zählen Metalloxide, insbesondere Al₂O₃ und ZrO₂, Carbide, insbesondere SiC und SiSiC, sowie Nitride, insbesondere Si₃N₄. Auch Mischungen dieser Bestandteile sind als Füllstoff einsetzbar. Der Füllstoff kann in pulverförmiger Form im Mineralguß enthalten sein. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung besteht der keramische Füllstoff des Mineralgusses aus Faserbruchstücken, die vorzugsweise eine durchschnittliche Schnittlänge von 2 bis 10 mm aufweisen. Die Faserbruchstücke orientieren sich in der oberflächennahen Schicht parallel zur Oberfläche des Gußteiles. Es resultiert eine sehr Verschleißfeste Oberfläche, wobei der Füllstoff fest im Bindemittel Verankert ist. Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß der keramische Füllstoff des Mineralgusses aus flitterförmigen Partikeln besteht, deren Breite und hänge größer ist als deren Dicke. Auch diese flitterförmigen Partikel orientieren sich in ober flächennahen Schichten des Gußteils mit einer parallelen Ausrichtung zur Gußoberfläche. Im Rahmen der erfindungs gemäßen lehre sind auch komplizierte Gehäuse formen kostengünstig herstellbar. Das erfindungsgemäße Gehäuse ist verschleißfest und zeichnet sich gegenüber metallischen und rein keramischen Gehäusen durch ein geringeres Gewicht aus.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht der Ventilkörper aus Sinterkeramik. In Kombination mit einer an das Mineralgußgehäuse angeformten Sitzfläche ist eine überraschend gute Abdichtung möglich, die wesentlich besser ist, als die Dichtwirkung von sinterkeramischen Werkstoffpaarungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der keramische Füllstoff des Mineralgusses in ein Bindemittel eingebettet ist und im Mikrobereich Anpassungen der von dem Füllstoff gebildeten Oberfläche an die harte Oberfläche des sinterkeramischen Ventilkörpers möglich ist.

Die erfindungsgemäße Absperrarmatur kann als Schieber, Klappenarmatur, Kükenhahn mit zylinderischem oder kegelför migem Küken oder als Kugelhahn ausgeführt sein. Bei der Ausführungsform als Absperrschieber weist das Gehäuse einen Aufnahmeraum für eine Schieberplatte auf und ist die vor zugsweise keilförmig ausgebildete Schieberplatte bei einer Stellbewegung in Schließrichtung gegen Sitzflächen beweg bar, die beidseitig der Schieberplatte am Mineralgußgehäuse angeformt sind. Der Absperrschieber kann mit beweglichen Abschlußplatten ausgebildet sein oder aufgrund seiner Form gestaltung eine ausreichende Elastizität gewährleisten. Das Mineralgußgehäuse ist einteilig ausführbar, wobei der Auf nahmeraum durch einen Deckel verschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Absperrarmatur ist auch in der Form eines Kugelhahns ausführbar mit einer Ventilkugel als Ventilkörper. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist ein eingangsseitiger Sitzring vorgesehen, der unter Zwischen schaltung einer Dichtung in das Gehäuse eingesetzt und gegen die Ventilkugel axial beweglich gehalten ist. Der Sitzring besteht zweckmäßigerweise aus Sinterkeramik. Die Ventilkugel ist zwischen der Sitzfläche des eingangs seitigen Sitzringes und der ausgangsseitigen, an das Mine ralgußgehäuse angeformten Sitzfläche angeordnet. Vorzugs weise sind die Sitzflächen für die Ventilkugel als kegel förmige Flächen oder als kugelsegmentförmige Flächen mit im Vergleich zur Ventilkugel größerem Krümmungsradius ausge bildet. Bei dieser Ausführung beruht die Abdichtung auf einem im wesentlichen linienförmigen Kontakt zwischen den Sitzflächen und der Kugeloberfläche der Ventilkugel.

In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß am Um fang des Gehäuses ein Metallmantel angeordnet ist, der radial gegen das als Mineralgußteil ausgebildete Gehäuse Verspannt und als Bewehrung zur Aufnahme des Betriebs druckes dimensioniert ist. Das aus Mineralguß bestehende Gehäuse und der äußere Blechmantel bilden in bezug auf die Statik ein Verbundbauteil. Der Blechmantel trägt innerhalb dieses Verbundbauteils wesentlich zur Festigkeit bei. Das Mineralgußgehäuse kann insgesamt dünnwandiger ausgebildet werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit äußerem Metallmantel bietet sich an, wenn die Absperrarmatur bei größeren Betriebsdrücken und/oder höheren Temperaturen eingesetzt wird. Die Vorspannung des Metallmantels richtet sich nach dem Betriebsdruck und ist zweckmäßig so bemessen, daß in dem Mineralgußgehäuse auch bei dem normalen innenseitigen Betriebsdruck, für den die Armatur ausgelegt ist, keine Zugkräfte auftreten. Insbesondere im Hinblick auf die Ausgestaltungen mit außenliegendem Metallmantel ist das Gehäuse der erfindungsgemäßen Absperrarmatur von einer eingangsseitigen Flanschfläche bis zu einer ausgangs seitigen Flanschfläche vorzugsweise als zylindrisches Ge häuse ausgebildet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Ab sperrarmatur, und zwar in der Ausführungsform eines Kugel hahns.

Zum grundsätzlichen Aufbau der Absperrarmatur gehören ein im Ausführungsbeispiel mehrteiliges Gehäuse 1, ein Ventil körper 2 in Form einer Ventilkugel, ein eingangsseitiger Sitzring 3, der unter Zwischenschaltung einer Dichtung 4 in das Gehäuse 1 eingesetzt und gegen die Ventilkugel 2 axial beweglich gehalten ist, sowie eine Betätigungseinrichtung 5 mit einer Schaltwelle für eine den Strömungskanal des Gehäuses öffnende und schließende Stellbewegung des Ventilkörpers 2. Die Ventilkugel 2 ist einerseits zwischen der Sitzfläche 6 des eingangsseitigen Sitzringes 3 und andererseits an einer ausgangsseitigen Sitzfläche 7, die an das Gehäuse 1 angeformt ist, gehalten.

Das Gehäuse 1 ist als Mineralgußteil ausgeführt, wobei der Mineralguß aus einem Reaktionsharz als Bindemittel und einem in einer Menge von 60 bis 90 Gew.-% enthaltenen ver schleißfesten, keramischen Füllstoff besteht. Als kera mischer Füllstoff eignen sich Metalloxide, Carbide und Nitride, also die üblichen Werkstoffe der Ingenieurkeramik. Der keramische Füllstoff ist in pulverförmiger Form im Mineralguß enthalten. Er kann auch aus Faserbruchstücken bestehen, die vorzugsweise eine durchschnittliche Schnitt länge von 2 bis 10 mm aufweisen. Ferner besteht die Mög lichkeit, flitterförmige Partikel des keramischen Werk stoffes einzuarbeiten, deren Breite und Länge größer ist als deren Dicke. Die Ventilkugel 2 besteht aus Sinterkeramik.

Am Umfang des Mineralgußgehäuses ist ein Metallmantel 8 angeordnet, der radial gegen das Mineralgußteil verspannt ist. Der metallische Mantel 8 ist als Bewehrung zur Aufnahme des Betriebsdruckes dimensioniert. Die Vorspannung wird so gewählt, daß das Mineralgußgehäuse bei dem maximalen Betriebsdruck im wesentlichen zugspannungsfrei ist. Der Metallmantel 8 und das als Mineralgußteil ausgeführte Gehäuse 1 bilden in festigkeitstechnischer Hinsicht ein Verbundbauteil. Für die Spannungsverteilung günstig ist es, wenn das Gehäuse 1 von einer eingangs seitigen Flanschfläche bis zu einer ausgangsseitigen Flanschfläche als zylindrisches Gehäuse ausgebildet ist.

Claims

1. Absperrarmatur, insbesondere für Stoffströme mit abrasi ven Feststoffbeimengungen, mit
Gehäuse (1),
einem Ventilkörper (2) und
einer Betätigungseinrichtung (5) für eine den Strömungskanal des Gehäuses öffnende und schließende Stellbewegung des Ventilkörpers (2),
wobei an das Gehäuse (1) eine Sitzfläche (7) für den Ventilkörper (2) angeformt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse (1) als ein- oder mehrtei liges Mineralgußteil ausgeführt ist, wobei der Mineralguß aus einem Reaktionsharz als Bindemittel und einem in einer Menge von 70 bis 90 Gew.-% enthaltenen Verschleißfesten, keramischen Füllstoff besteht.

2. Absperrarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Füllstoff in pulverförmiger Form im Mineralguß enthalten ist.

3. Absperrarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Füllstoff des Mineralgusses aus Faser bruchstücken besteht, die vorzugsweise eine durchschnitt liche Schnittlänge von 2 bis 10 mm aufweisen.

4. Absperrarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Füllstoff des Mineralgusses aus flitter förmigen Partikeln besteht, deren Breite und Länge größer ist als deren Dicke.

5. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (2) aus Sinterkeramik besteht.

6. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Form eines Absperrschiebers, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge häuse einen Aufnahmeraum für eine Schieberplatte aufweist und die vorzugsweise keilförmig ausgebildete Schieberplatte bei einer Stellbewegung in Schließrichtung gegen Sitz flächen bewegbar ist, die beidseitig der Schieberplatte am Mineralgußgehäuse angeformt sind.

7. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in Form eines Kugelhahns, gekennzeichnet durch
eine Ventilkugel (2) als Ventilkörper,
einen eingangsseitigen Sitzring (3), der unter Zwischenschaltung einer Dichtung (4) in das Gehäuse (1) eingesetzt und gegen die Ventilkugel (2) axial beweglich gehalten ist,
wobei die Ventilkugel (2) zwischen der Sitzfläche (6) des eingangsseitigen Sitzringes (3) und der ausgangsseitigen, an das Mineralgußgehäuse angeformten Sitzfläche (7) angeordnet ist.

8. Absperrarmatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzflächen (6, 7) für die Ventilkugel (2) als kegelförmige Flächen oder als kugelsegmentförmige Flächen mit im Vergleich zur Ventilkugel (2) größerem Krümmungs radius ausgebildet sind und die Abdichtung auf einem im wesentlichen linienförmigen Kontakt zwischen den Sitz flächen (6, 7) und der Kugeloberfläche der Ventilkugel (2) beruht.

9. Absperrarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Gehäuses (1) ein Metallmantel (8) angeordnet ist, der radial gegen das als Mineralgußteil ausgebildete Gehäuse (1) Verspannt und als Bewehrung zur Aufnahme des Betriebsdruckes dimensioniert ist.

10. Absperrarmatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) Von einer eingangsseitigen Flansch fläche bis zu einer ausgangsseitigen Flanschfläche als zylindrisches Gehäuse ausgebildet ist.