DE3608554C2

DE3608554C2 -

Info

Publication number: DE3608554C2
Application number: DE19863608554
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: B and S METALPRAECIS GESELLSCHAFT fur METALLFORMGEBUNG MBH 4650 GELSENKIRCHEN DE
Current assignee: METALPRAECIS BERCHEM + SCHABERG GESELLSCHAFT FUER
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1988-10-20
Also published as: DE3608554A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Absperr- und Regelarmatur für korrosive und/oder abrasive Stoffströme, - mit

Gehäuse, Absperrelement, Dichtungsringen und Weichdich tungen,

wobei zwischen den Dichtungsringen das Absperrelement geführt ist, wobei die Dichtungsringe in eine Ausnehmung des Gehäuses eingesetzt sind und wobei zwischen dem Gehäuse und den Dich tungsringen Weichdichtungen angeordnet sind. - Im allgemeinen sind bei solchen Absperr- und Regelarmaturen die Dichtungs ringe als keramische Preßkörper ausgebildet. Sie können je doch im Rahmen der Erfindung, wie weiter unten dargelegt, auch anders gestaltet sein.

Aus der Firmendruckschrift SU-E003-B der Fuji Kinzoku Koksaku Co., Ltd. "CERAMICS - BALL VALVES MADE OF CERAMICS" ist eine gattungsgemäße Armatur in der Ausführungsform als Kugelhahn bekannt. Die Dichtungsringe sind als Sitzringe ausgebildet und das Absperrelement ist eine Ventilkugel mit Durchgangs bohrung. Sowohl die Dichtungsringe als auch das Absperrele ment sind als keramische Preßkörper ausgebildet. Fernerhin ist aus der DE-OS 35 45 266 ein Parallel schieber bekannt, bei dem die Dichtungsringe und das Absperr element ebenfalls als keramische Preßkörper ausgeführt sind. Die bekannten Armaturen mit keramischem Absperrelement und keramischen Dichtungsringen haben sich in korrosiven und ab rasiven Stoffströmen grundsätzlich bewährt. Aufgrund der ke ramischen Werkstoffpaarung sind die Dichtflächen äußerst ver schleißfest. Die Weichdichtungen sind zwischen dem Gehäuse und den Dichtungsringen angeordnet und unterliegen keiner mechanischen Beanspruchung durch das Fluid. Die bekannten gattungsgemäßen Armaturen sind überall dort anwendbar, wo Erosion, Abtrieb, Kavitation und Korrosion auftreten. Aller dings beschränkt sich die Anwendung dieser Armaturen bisher auf kleine Nennweiten. Es bestehen technische Grenzen bei der Herstellung der keramischen Bauteile. Die Grenzen betref fen sowohl die Möglichkeit der Einrichtungen für das heißiso statische Pressen wie für die anschließende Bearbeitung der Bauelemente. Bei der Oberflächenbearbeitung sind bei großen Flächen die notwendigen Anpreßdrücke für die Bearbeitungs werkzeuge schwer aufzubringen. Auch sind bei großen Keramik bauteilen die Schwierigkeiten durch die werkstoffspezifischen Schwindfaktoren, die bis zu 20% betragen können, sehr groß.

Für die Herstellung von Armaturen für korrodierende Stoffe ist vorgeschlagen worden (DE-PS 5 03 300), zunächst eine in nere Auskleidung aus einz elnen Rohr- und Blechstücken aus korrosionsfesten Metallen zusammenzusetzen und die Ausklei dung dann mit einem anderen Material zu umgießen. Damit läßt sich jedoch nicht diejenige Präzision erreichen, die bei gat tungsgemäßen Absperr- und Regelarmaturen erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte gat tungsgemäße Armatur so weiter zu bilden, daß auch große Nenn weiten möglich sind. Insbesondere sind Armaturen mit Nennwei ten NW 200 und darüber gemeint.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Absperrelement einen metallischen Grundkörper aus einem austenitischen Stahl aufweist und daß der Grundkörper mit einer Oberflächenschicht aus Hartmetall beschichtet ist.

Die Erfindung empfiehlt, als Werkstoff für den Grundkörper des Absperrelementes austenitische CR/Ni-Stähle einzusetzen. Die Oberflächenschicht kann aus verschiedenen Hartmetallen bestehen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Hartmetalle dem jeweiligen speziellen Anwendungszweck anzupassen. Die Auftragung der Hartmetalle ist mit bekannten Beschichtungs verfahren möglich. In Frage kommen beispielsweise das Ex plosionsaufspritzverfahren, das Plasmapulver-Spritzverfahren oder die Elektrofunkenauftragung von Hartmetallschichten. Eine besonders hohe Verschleißfestigkeit ergibt sich, wenn die Oberflächenschicht des Absperrelementes aus Titannitrid und/oder Titancarbid besteht. Diese Schichten sind äußerst hart und können durch chemische Abscheidung aus der Gasphase nach dem vorgenannten CVC-Verfahren auf dem Grundkörper aufge bracht werden. Wenn besonders hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt sind, so wird die Oberflächenschicht des Absperrelementes vorzugsweise aus Chromcarbid-Hartmetallen gebildet. Auch wegen des stahlähnlichen Ausdehnungskoeffizienten ist dieser Werkstoff in be sonderem Maße geeignet. Die beschriebene Ausführungsform ist ins besondere für Armaturen mit keramischen Dichtungsringen von Be deutung. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch, in Kombination dazu auch die Dichtungsringe aus einem metallischen Grundkörper und einer Oberflächenschicht aus Hartmetall aufzubauen.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß der Anwendungsbe reich der gattungsgemäßen Armaturen bedeuted erweitert ist. Im Vergleich zu den bekannten Armaturen, bei denen das Absperrelement und die Dichtungsringe als keramische Bauelemente ausgebildet sind ist die fertigungstechnisch bedingte Beschränkung auf kleine Nenn weiten aufgeschoben. Armaturen mit Nennweiten über 200 sind ohne weiteres herstellbar. Bei Armaturen mit kleinerer Nennweite ergeben sich im Vergleich zu rein keramischen Armaturen Kostenvorteile, da sich Absperrelemente mit einem metallischen Grundkörper und einer dünnen Hartmetallbeschichtung fertigungstechnisch einfach und kostentgünstig herstellen lassen. In funktioneller Hinsicht steht die erfindungsgemäße Armatur der bekannten gattungsgemäßen Ausführung mit keramischem Absperrelement und keramischen Dichtringen nicht nach. So zeichnen sich die Dichtflächen zwischen dem Absperrelement und den Dichtungsringen durch eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit aus.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Aus führungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Kugelhahn nach der erfindungsgemäßen technischen Lehre,

Fig. 2 einen Parallelschieber nach der erfindungsgemäßen Lehre, jeweils im Längsschnitt.

Die in den Figuren dargestellten Armaturen sind als Absperr- und Regelarmaturen für korrosive und/oder abrasive Stoffströme bestimmt. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein Gehäuse 1, ein Absperrele ment 2, Dichtungsringe 3 und Weichdichtungen 4.

In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Armatur in der Ausführungs form als Kugelventil dargestellt. Das Absperrelement 2 ist als Ventil kugel mit Durchgangsbohrung d ausgeführt und die Dichtungsringe 3 sind als Sitzringe für die Ventilkugel mit einer der Ventilkugel an gepaßten Dichtfläche ausgebildet. Das Absperrelement 2 ist als elastomer frei dichtend in die Dichtungsringe 3 eingepaßt. Das Absperrelement weist eine Ausnehmung 5 auf, in die eine Welle 6 formschlüssig ein gesetzt ist. Die Welle 6 ist durch eine als Stopfbuchsdichtung aus gebildete Wellendichtung 7 geführt. Die Dichtungsringe 3 sind druck- und biegemomentfrei in das Gehäuse 1 eingesetzt. Zwischen den Dich tungsringen 3 und dem Gehäuse 1 sind Weichdichtungen angeordnet, die den Dichtungsringen 3 eine geringe Beweglichkeit geben. Durch die Elastizität dieser Weichdichtungen liegen die Dichtungsringe 3 unter Vorspannung an dem Absperrelement 2 an.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Armatur in der Ausführungs form als Parallelschieber. Das Absperrelement 2 ist hier als Schieber platte ausgebildet und zwischen scheibenförmigen Dichtungsringen 3 geführt. Das Gehäuse ist geteilt ausgeführt und weist zwei Gehäuse hälften 1 a, 1 b sowie ein ringförmiges Mittelstück 1 c auf. Auf das ringförmige Mittelstück 1 c ist ein Spindelführungsgehäuse 8 mit Spindeldichtung 9 aufgesetzt. An dem Absperrelement 2 ist über eine Kupplung 10 eine Spindel 11 angeschlossen, die durch die Spindel dichtung 9 geführt ist, welche als Stopfbuchsdichtung ausgebildet ist. Die Dichtungsringe 3 sind in Ausnehmungen der Gehäusehälften 1 a, 1 b eingelegt. Zwischen ihnen und den Gehäusehälften 1 a, 1 b sind Weichdichtungen 4 angeordnet. Die Gehäusehälften 1 a, 1 b und das Mittelstück 1 c sind durch Schrauben 12 miteinander verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Dichtungsringe 3 unter Vor spannung an dem Absperrelement 2 anliegen.

Die Dichtungsringe 3 sind z. B. als keramische Preßkörper ausgebil det, deren Gleitflächen geschliffen und poliert sind und eine Bautiefe von weniger als 0,4 µm aufweisen. Als Werkstoffe kommen Keramik oxide, Keramiknitride oder Keramikcarbide, insbesondere Al₂O3, Si₃N₄ oder SiC in Frage. Als Weichdichtungen 4 zwischen Gehäuse und Dichtungsringen sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen Flachdichtungen aus PTFE eingesetzt. Erfindungsgemäß weist das Absperrelement 2 einen metallischen Grundkörper 13 auf, der mit einer Oberflächenschicht 14 aus Hartmetall beschichtet ist. Der Werk stoff für den Grundkörper 13 solle in sich gute Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften aufweisen. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform ist für den Grundkörper 13 ein auste nitischer Stahl, insbesondere ein austenitischer Cr/Ni-Stahl eingesetzt. Als Hartmetall für die Oberflächenschicht 14 des Grundkörpers ist vorzugsweise Titannitrid und/oder Titancarbid eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung liegt es, Mehrfachschichten aus Titancarbid und Titan nitrid einzusetzen. Die Oberflächenbeschichtung des Grundkörpers er folgt zweckmäßigerweise nach dem CVD-Verfahren durch chemische Abscheidung aus der Gasphase. Wenn besonders hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden, kann die Verwendung von Chromcarbid-Hartmetallen zur Bildung der Oberflächenschicht 14 des Absperrelementes 2 vorteilhaft sein. Ein weiterer Vorzug von Chromcarbid-Hartemetallschichten ist das dem Stahl sehr nahekommende Ausdehnungsverfahren dieses Werkstoffs. Auch die Dichtungsringe 3 können aus einem Grundkörper 13 aus Stahl mit einer Oberflächen schicht 14 aus Hartmetall aufgebaut sein. Insoweit entspricht ihr Aufbau den vergrößerten Ausschnitten unter den Fig. 1 und 2.

Claims

1. Absperr- und Regelarmatur für korrosive und/oder abrasive Stoff ströme, - mit Gehäuse, Absperrarmatur, Dichtungsringen und Weich dichtungen, wobei zwischen den Dichtungsringen das Absperrelement geführt ist, wobei Dichtungsringe in eine Ausnehmung des Ge häuses eingesetzt sind und wobei zwischen dem Gehäuse und den Dichtungsringen Weichdichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement (2) einen metallischen Grundkörper (13) aus einem austenitischen Stahl auf weist und daß der Grundkörper (13) mit einer Oberflächenschicht (14) aus Hartmetall beschichtet ist.

2. Absperr- und Regelarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Grundkörper (13) des Absperrelementes (2) aus einem austenitischen Cr/Ni-Stahl besteht.

3. Absper- und Regelarmatur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (14) auf dem Grundkörper (13) aus Titannitrid und/oder Titancarbid besteht.

4. Absperr- und Regelarmatur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (14) auf dem Grundkörper (13) aus Chromcarbid-Hartmetallen besteht.

5. Absperr- und Regelarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß in Kombination dazu auch die Dichtungs ringe (3) aus einem metallischen Grundkörper (13) und einer Ober flächenschnitt (14) aus Hartmetall bestehen.