DE3890961C2 - Dichtungskörperpaar zur Steuerung des Wasserstroms in einem Hahnventil - Google Patents
Dichtungskörperpaar zur Steuerung des Wasserstroms in einem HahnventilInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungskör
perpaar zur Steuerung des Wasserstroms in einem Hahnventil.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Paar von Dich
tungskörpern aus hartem Material, wobei die Dichtwirkung das
Ergebnis einer präzisen Feinbearbeitung der Dichtungskörper
ist. Diese Dichtungskörper sind bewegbar und stehen ohne
Zwischenfügung einer nachgiebigen Abdichtung in direktem ge
genseitigen Kontakt.
Die kleinen Platten aus hartem Material, die zur
Steuerung der Flüssigkeitsströmung in Hahnventilen verwendet werden,
sind gewöhnlich mit Oxiden oder Silikaten von gesintertem
Aluminium hergestellt und dann bis zum Spiegeln mit einer
Rauhigkeit von angenähert 0,2 bis 0,4 Mikrometer feinbearbei
tet. Wegen dieser präzisen Oberflächenbehandlung sind derartige
kleine Platten für die wirksame Steuerung der Strömung von
Wasser gut geeignet. Zudem
halten
sie infolge ihrer Festigkeit, welche
sich in der Größenordnung von 23.000 N/mm befindet, eine lange Zeit und können Fremdmaterialien widerstehen,
sogar harten Materialien wie Sandkörnern, welche mit ihnen in Berührung
kommen können, ohne Beschädigungen zu verursachen. Aufgrund
der sehr präzisen Bearbeitung neigen diese kleinen
Platten jedoch in Abwesenheit einer Schmierung zum Aneinanderhaften,
was eine große Gleitreibung veranlaßt, die sogar größer ist,
als der normale Reibungskoeffizient dieses Materials, welcher
relativ hoch ist (nahe bei 0,12). Um eine gleichmäßige
Funktion von mit solchen kleinen Platten aus hartem Material
ausgestatteten Hahnventilen zu gewährleisten, sind die Platten mit einer dünnen
Schicht eines Silikonfetts geschmiert, welche die Gleitrei
bung herabsetzt. Mit der Zeit jedoch und unter der gegenseitigen
Reibanlage der kleinen Platten wird dieses Fett nach und nach
herausgespült und die Reibung vergrößert sich bis zu einem
unannehmbaren Wert. In extremen Fällen kann der Hahn blockie
ren.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 35 09 752 C1 ein mit ke
ramischen Werkstoffkomponenten beschichtetes Gleitelement be
kannt. Gemäß diesem Stand der Technik besteht bei einer Dicht
scheibe für eine sanitäre Mischarmatur der Trägerkörper der
Dichtscheibe aus Aluminiumoxid und ist mit einer Beschichtung
aus Aluminiumoxid versehen. Diese Dichtscheibe wirkt mit einer
üblichen Dichtscheibe aus Aluminiumoxid zur Ausbildung eines
Dichtscheibenpaars zusammen.
Die DE 33 47 135 A1 offenbart ein Durchgangs- oder Mehrwege-
Ventil in Plattenbauweise für insbesondere Sanitärarmaturen,
welches mindestens zwei ortsfeste äußere Deckplatten aufweist,
zwischen denen ein oder mehrere Distanzstücke zur Schaffung
eines Aufnahmeraums für eine bewegliche Steuerplatte angeord
net ist bzw. sind, deren Dicke geringer ist als der lichte Ab
stand zwischen den Deckplatten. Die Distanzstücke sowie die
Steuerplatte sind planparallel und untereinander von derselben
Dicke, wobei sich zwischen den Distanzstücken und den Deck
platten eine insbesondere im PVD- oder CVD-Verfahren aufge
brachte Schicht zur Bildung eines definierten Spalts zwischen
der Steuerplatte und den Deckplatten befindet.
Weiterhin ist aus der DE 35 28 934 A1 ein Gleitelement aus ei
nem keramischen Werkstoff bekannt, welches mit zumindest einem
weiteren Gleitelement in reibendem Eingriff steht. Eines der
Gleitelemente ist aus einem Werkstoff auf Siliziumnitrid-Basis
ausgebildet, bei dem der Anteil der Siliziumnitridphase und/oder
der Siliziumnitrid-Mischkristallphase bei mindestens 60
Gew.-% liegt. Bei einer Gleitelementepaarung für sanitäre
Mischbatterien muß das andere Gleitelement aus Aluminiumoxid
bestehen.
Schließlich wurde gemäß der DE 35 38 261 A1 zur Reibungsre
duzierung bei insbesondere Ventilscheiben für sanitäre Misch
armaturen vorgeschlagen, mindestens eine aus Aluminiumoxid be
stehende Ventilscheibe zumindest an der der anderen Ventil
scheibe zugewandten Seite mit einer harten Kohlenstoffschicht
mittels Plasmaentladung im Vakuum zu versehen.
Der Erfindung liegt ausgehend von der eingangs geschilderten
Situation die Aufgabe zugrunde, ein Dichtungskörperpaar zur
Steuerung des Wasserstroms in einem Hahnventil zu schaffen,
bei dem eine Zunahme des Reibungskoeffizienten zwischen den
Dichtungskörpern zuverlässig vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen
Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß weist ein Dichtungskörperpaar zur Steuerung
des Wasserstroms in einem Hahnventil einen ersten Dichtungs
körper auf, der mit einem zweiten Dichtungskörper zusammen
wirkt, welcher aus einem Grundkörper mittelharten Materials
besteht, der mit einer durch Bedampfen aufgetragenen Schicht
eines Materials beschichtet ist, das eine größere Härte auf
weist als das Material des Grundkörpers, wobei
- a) der erste Dichtungskörper aus einem Siliziumkarbid material hergestellt ist, das durch Silicieren eines kohlen stoffhaltigen Halbzeugmaterials bei hoher Temperatur erhalten ist,
- b) der Grundkörper des zweiten Dichtungskörpers aus Steatit, einem keramischen Material, einem Metall oder einem synthetischen Material besteht und
- c) die Beschichtung des zweiten Dichtungskörpers aus Si liziumkarbid, Metallkarbid, Metallnitrid oder Kohlenstoff mit einem kubischen kristallographischen Gitter besteht.
Die die vorliegende Erfindung verkörpernden zusammenwirkenden
Dichtungskörper umfassen somit allgemein einen aus einem Silizium
karbid hergestellten Dichtungskörper und den anderen aus ei
nem Grundmaterial hergestellten Dichtungskörper, welches eine
mäßige Härte aufweist und dann mit einer dünnen Schicht eines
Materials größerer Härte beschichtet ist, die durch physi
kalisches oder chemisches Bedampfen aufgetragen ist. Der erste
Dichtungskörper aus Siliziumkarbid
wird durch ein Verfahren hergestellt, bei welchem der Silizium
karbidkörper erhalten wird, indem ein vorgearbeitetes Ge
bilde aus kohlenstoffhaltigem Material dem Silicieren
bei hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Präzisionskonfigu
rationen für die Platten können wirtschaftlich erzielt werden,
weil das kohlenstoffhaltige vorgearbeitete Gebilde leicht
zu bearbeiten ist und das Silicieren den Körper nicht
verformt oder ändert.
Verschiedene Materialien erhöhter Härte können verwendet
werden, um den zweiten Dichtungskörper zu beschichten,
nämlich Siliziumkarbid, Metallkarbide und -nitride und
Kohlenstoff mit einem kubischen kristallographischen Gitter.
Verschiedene Verfahren für das physikalische oder chemische
Bedampfen sind bekannt, die an Siliziumkarbid und die an
deren Materialien anpaßbar sind. Wegen der resultierenden
präzisen Konfiguration und der Wirtschaftlichkeit der Her
stellung wird daher der zweite Dichtungskörper aus einem
Material mäßiger Härte hergestellt und beschichtet mit einem
Material erhöhter Härte durch chemisches oder physikalisches
Bedampfen.
Obwohl eine genaue und feine Bearbeitung der Dichtungskörper
erforderlich ist, um die Dichtung für Hahnventilanwendungen auszu
führen, wurde gefunden, daß der zweite Dichtungskörper nicht
so widerstandsfähig gegen Erosion und Verschleiß sein muß.
Bei dem zweiten Dichtungskörper, welcher durch die Ablagerung
von Material größerer Härte beschichtet ist, bildet das den
Körper der Dichtung formende Material nur einen Träger, während
die Befähigung der Dichtung mit dem anderen Dichtungskörper
zusammenzuwirken ein Ergebnis des härteren Beschichtungs
materials ist. Dementsprechend wird der zweite Dichtungs
körper aus einem Material hergestellt, welches, obwohl
es zur notwendigen Bearbeitung geeignet ist und seine Form
während der Verwendung beibehält, selbst zur Bildung eines
Dichtungskörpers unannehmbar sein würde,
nämlich Steatit, keramische Materialien
mäßiger Qualität, Metalle und bestimmte synthetische Materia
lien. Die Grundkörper, welcher das Ablagerungsmaterial er
höhter Härte empfängt, kann vor dem Aufbringen der Be
schichtung geschliffen oder bis zu einem hohen End
bearbeitungsgrad bearbeitet werden. Daher sollte ein Grund
material gewählt werden, welches hart genug ist, um die End
bearbeitung zu erfahren, aber nicht so hart, daß dieser Ar
beitsschritt schwierig oder aufwendig gestaltet werden müßte
oder spezielle Ausrüstung und Technologien er
forderlich wären.
Ein Vorteil der Beschichtung des Dichtungskörpers mit Sili
ziumkarbid ist die chemische Stabilität der Verbindung und
die Fähigkeit, Korrosion und Verschleiß
durch Wasser zu widerstehen. Siliziumkarbid zeigt auch
außergewöhnlichen Widerstand gegen Oxidation. Ähnliche
Charakteristika können auch in alternativen Materialien
gefunden werden, wie Titankarbid und Kohlenstoff mit einem
kubischen kristallographischen Gitter. Das letztere Material,
welches zur Formung des Körpers des Dichtungskörpers nicht
geeignet ist, ist vorteilhaft wegen seines geringen
Reibungskoeffizienten (etwa 0,02).
Die Anwendung der Erfindung sichert die freie und gleich
mäßige Bewegbarkeit der Dichtungskörper,
ohne das Erfordernis von Schmiermitteln. Diese
gleichmäßige Bewegbarkeit ist über ausgedehnte Zeitspannen
gewährleistet und durch hohe Temperaturen nicht beein
trächtigt. Darüberhinaus entsprechen die Kosten der Her
stellung der hier beschriebenen Dichtungen denjenigen an
derer bekannter Verfahren. Diese Erfindung ist besonders
nutzbringend für Hahnventile mit einem Paar
von zusammenwirkenden Dichtungsplatten, mit drei
zusammenwirkenden Scheiben oder mit einer einzigen
Platte, die mit zylindrischen Dichtungsgliedern zusammen
wirkt.
Claims (1)
- Dichtungskörperpaar zur Steuerung des Wasserstroms in einem Hahnventil, mit einem ersten Dichtungskörper, der mit einem zweiten Dichtungskörper zusammenwirkt, welcher aus einem Grundkörper mittelharten Materials besteht, der mit einer durch Bedampfen aufgetragenen Schicht eines Materials be schichtet ist, das eine größere Härte aufweist als das Mate rial des Grundkörpers, wobei
- a) der erste Dichtungskörper aus einem Siliziumkarbid material hergestellt ist, das durch Silicieren eines kohlen stoffhaltigen Halbzeugmaterials bei hoher Temperatur erhalten ist,
- b) der Grundkörper des zweiten Dichtungskörpers aus Steatit, einem keramischen Material, einem Metall oder einem synthetischen Material besteht und
- c) die Beschichtung des zweiten Dichtungskörpers aus Si liziumkarbid, Metallkarbid, Metallnitrid oder Kohlenstoff mit einem kubischen kristallographischen Gitter besteht.
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