DE4434713C1

DE4434713C1 - Ball tap with low wear in use and high sealing action

Info

Publication number: DE4434713C1
Application number: DE19944434713
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Schwarz; Viktor Dipl Ing Gliha; Herbert Dipl Ing Mettlin; Michael Hampel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2014-09-29

Abstract

A wear-resistant and self-sealing ball tap for a powder medium to flow through and block the flow has a metallic tap closure (3) in the tap (1) with a surface of at least 60 Shore hardness and a bearing and sealing unit (4) of a high mol. plastics, pref. of polyethylene 'PE-HMG 1000' (RTM). The closure (3) and bearing/sealing unit (4) are assembled with a gap.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelhahn zum Absperren eines pulverförmigen Mediums mit einem eine durchgehende Öff nung aufweisenden, mindestens annähernd kugelförmigen Ab sperrorgan und mit einem zwischen diesem und einem Gehäuse vorgesehen Lager- und Dichtelement.The invention relates to a ball valve for shutting off a powdery medium with a continuous opening at least approximately spherical Ab locking device and with a between this and a housing provided bearing and sealing element.

Ein Kugelhahn ist als Absperrarmatur für pulverförmige Medien einsetzbar. Im geöffneten Zustand des Kugelhahns bietet eine annähernd glatte Innenoberfläche der durchgehenden Öffnung des Absperrorgans dem durchströmenden pulverförmigen Medium wenig mechanische Hindernisse, so daß ein Anhaften des Medi ums an der Innenoberfläche der Öffnung und eine damit verbun dene Brückenbildung zwischen Partikeln des Mediums (Verklum pung) weitgehend vermieden ist. In geschlossenem Zustand weist der Kugelhahn eine hohe Dichtigkeit auf, so daß Ver luste des pulverförmigen Mediums vermieden werden. Somit eig nen sich Kugelhähne z. B. als Absperrarmaturen für toxische, radioaktive oder besonders wertvolle pulverförmige Medien, bei denen Verluste an die Umwelt zu vermeiden sind.A ball valve is used as a shut-off valve for powdery media applicable. When the ball valve is open, it offers one almost smooth inner surface of the through opening of the shut-off device the flowing powdery medium little mechanical obstacles, so that adherence of the medi um on the inner surface of the opening and connected to it bridging between particles of the medium (clump pung) is largely avoided. When closed the ball valve has a high tightness, so that Ver loss of the powdery medium can be avoided. Thus proper NEN ball valves z. B. as shut-off valves for toxic, radioactive or particularly valuable powdery media, in which losses to the environment are to be avoided.

Bei der Verwendung eines Kugelhahns als Absperrarmatur für feinkörnige, pulverförmige Medien mit einer Korngröße von beispielsweise etwa 1 µm kann es zu gravierenden Verschleiß erscheinungen an Komponenten des Kugelhahns, d. h. am Absperr organ und/oder am Lager- und Dichtelement, kommen. Das Ein dringen von Partikeln zwischen die Komponenten des Kugelhahns kann zur Abnutzung der Oberflächen und zu Undichtigkeiten führen. Die Anlagerung von Partikeln des pulverförmigen Medi ums an Komponenten des Kugelhahns resultiert in deutlich er höhten Drehmomenten, die zum Öffnen oder Schließen des Kugel hahns notwendig werden, was letztlich zur völligen Betriebs untauglichkeit, z. B. zum Festbacken, führen kann. Zur Vermei dung des Eindringens von Partikeln zwischen die Komponenten des Kugelhahns und der anschließenden Anlagerung der Partikel an die Komponenten des Kugelhahns ist es üblich, scharfkan tige, eingeschliffene oder gerippte Keramikabstreifringe als Lager- und Dichtelemente einzusetzen. Derartige Abstreifringe sind allerdings sehr empfindlich sowie darüber hinaus sehr aufwendig und damit kostenintensiv in der Herstellung. Sie liefern außerdem hinsichtlich einer geforderten Langzeitdich tigkeit und Verschleißfestigkeit des Kugelhahns nur unbefrie digende Ergebnisse.When using a ball valve as a shut-off valve for fine - grained, powdery media with a grain size of for example, around 1 µm can cause serious wear phenomena on components of the ball valve, d. H. at the barrier organ and / or on the bearing and sealing element. The one particles penetrate between the components of the ball valve can cause surface wear and leakage to lead. The accumulation of particles of the powdered medi The components of the ball valve clearly result in it increased torques required to open or close the ball hahns become necessary, which ultimately leads to complete operation disability, e.g. B. can lead to sticking. To avoid Penetration of particles between the components of the ball valve and the subsequent accumulation of the particles it is common for the components of the ball valve to be sharp , ground or ribbed ceramic wiper rings as Use bearing and sealing elements. Such scraper rings are very sensitive, however, and also very much complex and therefore costly to manufacture. she also deliver with regard to a required long-term The ball valve is not free from wear and tear real results.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kugel hahn anzugeben, der besonders verschleißarm ist und eine hohe Dichtigkeit aufweist.The invention is therefore based on the object of a ball tap, which is particularly low-wear and high Has tightness.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugel hahn mit einem mindestens annähernd kugelförmigen, metalli schen Absperrorgan, dessen Oberfläche gemäß dem Verfahren nach Rockwell (DIN 50103) eine Härte von mindestens 60 HRC aufweist, und mit einem aus hochmolekularem Kunststoff beste henden Lager- und Dichtelement, wobei das Absperrorgan und das Lager- und Dichtelement unter Spaltbildung zusammenge setzt sind.This object is achieved by a ball cock with an at least approximately spherical, metallic shut-off device, the surface of which according to the procedure according to Rockwell (DIN 50103) a hardness of at least 60 HRC has, and with a best of high molecular plastic existing bearing and sealing element, the shut-off device and the bearing and sealing element together with gap formation sets are.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bei einem derart ausgestalteten Kugelhahn in den Bereich zwischen dem Absperrorgan und dem Lager- und Dichtelement eindringende Partikel des pulverförmigen Mediums Rauhigkeiten, z. B. in Form von sich ausbildenden Riefen, an der Oberfläche ledig lich des Lager- und Dichtelements hervorrufen. In so entstan dene Riefen der Oberfläche des Lager- und Dichtelements wer den die eingedrungenen Partikel des pulverförmigen Mediums eingelagert, so daß eine Glättung der aufgerauhten Oberfläche und damit ein Ausgleichen des Verschleißes erfolgt. Durch diesen selbstabdichtenden Vorgang bleibt die Dichtigkeit des Kugelhahns gewährleistet. It has surprisingly been found that in one Ball valve designed in this way in the area between the Shut-off device and the bearing and sealing element penetrating Particles of the powdery medium roughness, e.g. B. in Form of furrows, single on the surface Lich of the bearing and sealing element. In this way the grooves of the surface of the bearing and sealing element the penetrated particles of the powdery medium stored so that a smoothing of the roughened surface and thus wear is compensated. By this self-sealing process remains the tightness of the Ball valve guaranteed.

Die Härte eines metallischen Werkstoffs kann nach den Verfah ren nach Rockwell - wie in der Deutschen Industrienorm (DIN) 50103 festgelegt -, nach Brinell (DIN 50351) oder nach Vickers (DIN 50133) ermittelt werden.The hardness of a metallic material can be determined according to the procedure Rockwell - as in the German Industry Standard (DIN) 50103 - - according to Brinell (DIN 50351) or according to Vickers (DIN 50133) can be determined.

Die Oberfläche des Absperrorgans kann eine gemäß dem Verfah ren nach Rockwell gemessene Härte im Intervall von 60 HRC bis 65 HRC oder auch von mehr als 68 HRC aufweisen. Vorteilhaf terweise liegt die Härte der Oberfläche des Absperrorgans je doch im Intervall von 65 HRC bis 68 HRC.The surface of the shut-off device can be one according to the procedure Rockwell hardness measured in the interval from 60 HRC to 65 HRC or more than 68 HRC. Advantageous Usually, the hardness of the surface of the shut-off device lies but in the interval from 65 HRC to 68 HRC.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung besteht das Lager- und Dichtelement des Kugelhahns aus Polyäthylen. Es hat sich erwiesen, daß insbesondere durch die Materialeigenschaften von Polyäthylen PE-HMG 1000, beispielsweise die geringe Was seraufnahme und die hohe Abriebfestigkeit, in einem aus die sem gefertigten Lager- und Dichtelement in der beabsichtigten Art und Weise Partikel des pulverförmigen Mediums eingelagert werden, so daß die Dichtigkeit des Kugelhahns dauerhaft er halten bleibt.In a further advantageous embodiment, the storage and sealing element of the ball valve made of polyethylene. It has proved that in particular by the material properties of polyethylene PE-HMG 1000, for example the low What absorption and high abrasion resistance, all in one manufactured bearing and sealing element in the intended Way particles of the powdery medium are stored be so that the tightness of the ball valve is permanent lasts.

Das Absperrorgan des Kugelhahns kann eine abgerundete oder eine nicht abgerundete Öffnungskante aufweisen. Um gezielt das Eindringen und Einlagern des feinkörnigen, pulverförmigen Mediums zu begünstigen, ist in vorteilhafter Ausgestaltung die Öffnungskante des Absperrorgans abgerundet.The shut-off device of the ball valve can be rounded or have a non-rounded opening edge. To be targeted the penetration and storage of the fine-grained, powdery Favoring medium is in an advantageous embodiment rounded the opening edge of the shut-off device.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Kugelhahn ein Federsystem auf, das zum Anpressen des Lager- und Dicht elements an das Absperrorgan dient. Dadurch wird ein konstan ter, definierter Anpreßdruck des im Vergleich zum Absperror gan weichen Lager- und Dichtelements an das Absperrorgan er möglicht. Bei Verschleiß dringt in einen in der Oberfläche des Lager- und Dichtelements entstehenden Spalt oder in eine Riefe pulverförmiges Medium ein, das sich dort einlagert und die Riefe schließt. Die Dichtigkeit des Kugelhahns wird dann durch den vom Federsystem aufgebrachten konstanten Anpreß druck des Lager- und Dichtelements an das im Vergleich dazu härtere Absperrorgan begünstigt.In a further advantageous embodiment, the ball valve has a spring system on that for pressing the bearing and seal elements to the shut-off device. This makes a constant ter, defined contact pressure of the in comparison to the shut-off gan soft bearing and sealing element to the shut-off device possible. When worn, it penetrates into the surface of the bearing and sealing element or into a gap Gave in powdery medium that is stored there and the groove closes. The tightness of the ball valve will then through the constant pressure applied by the spring system pressure of the bearing and sealing element to the in comparison favors a harder shut-off device.

Der Durchmesser des Absperrorgans kann kleiner sein als die Abmessung des Gehäuses des Kugelhahns in Strömungsrichtung des pulverförmigen Mediums. Zweckmäßigerweise ist der Durch messer des Absperrorgans aber mindestens so groß wie, vor zugsweise aber größer als, die Abmessung des Gehäuses des Ku gelhahns in Strömungsrichtung des Mediums. In solcher Ausfüh rung wird ein Blindvolumen, in dem sich das pulverförmige Me dium nachteilhafterweise ansammeln und einlagern kann, klein.The diameter of the shut-off device can be smaller than that Dimension of the housing of the ball valve in the direction of flow of the powdery medium. The through is expedient knife of the shut-off device but at least as large as before preferably larger than, the dimension of the housing of the Ku gel tap in the direction of flow of the medium. In such execution tion becomes a blind volume in which the powdery me disadvantageously can accumulate and store dium, small.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung besteht das Absperr organ aus oberflächenhärtbarem Stahl. Wie sich in Versuchs reihen gezeigt hat, kann insbesondere nitrierbarer Stahl oberflächengehärtet (plasmatriert) werden. Bei diesem Verfah ren entsteht eine etwa 0,3 µm bis 0,6 µm dicke Oberfläche von großer Härte.In a further advantageous embodiment, the shut-off is made organ made of surface hardenable steel. As in trial has shown rows, in particular nitridable steel be surface hardened (plasma-coated). With this procedure ren creates an approximately 0.3 µm to 0.6 µm thick surface of great hardness.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß in einem Kugelhahn für ein pulverförmiges Me dium mit einem Lager- und Dichtelement und einem Absperror gan, das härter ist als das Lager- und Dichtelement, praktisch keine Undichtigkeit und/oder kein Verschleiß auftritt. Dabei sind lediglich geringe Antriebskräfte zum Öffnen oder Schließen des Kugelhahns erforderlich. Außerdem ist die Ge fahr des Festbackens bei längerem Stillstand im Vergleich zu einem herkömmlichen Kugelhahn gering. Ein derartiger Kugel hahn ist darüber hinaus kostengünstig und risikoarm herzu stellen und weist einen geringen Wartungsaufwand sowie eine geringe Störanfälligkeit und eine lange Lebensdauer auf.The advantages achieved with the invention are in particular the fact that in a ball valve for a powdery Me dium with a bearing and sealing element and a shut-off gan, which is harder than the bearing and sealing element, practical no leakage and / or no wear occurs. Here are only low driving forces to open or Closing the ball valve required. In addition, the Ge compared to a conventional ball valve. Such a ball hahn is also inexpensive and low-risk places and has a low maintenance and a low susceptibility to failure and a long service life.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich nung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention are based on a drawing tion explained in more detail. In it show:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kugelhahn, und Fig. 1 shows a section through a ball valve, and

Fig. 2 einen Ausschnitt II aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einer abgerundeten Öffnungskante. Fig. 2 shows a detail II of Fig. 1 on a larger scale with a rounded opening edge.

Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in both figures with the provided with the same reference numerals.

Ein Kugelhahn 1 zum Absperren eines pulverförmigen Mediums gemäß Fig. 1 weist ein mit einer durchgehenden Öffnung 2 versehenes Absperrorgan 3 und ein Lager- und Dichtelement 4 auf, die in einem Gehäuse 5 angeordnet sind. Durch Drehen des Absperrorgans 3 um eine Haltevorrichtung 6 wird der Kugelhahn geöffnet oder geschlossen. Im geöffneten Zustand des Kugel hahns 1 durchströmt das pulverförmige Medium M die Öffnung 2 in Richtung des Pfeils 7.A ball valve 1 for shutting off a powdery medium according to FIG. 1 has a shut-off element 3 provided with a through opening 2 and a bearing and sealing element 4 , which are arranged in a housing 5 . The ball valve is opened or closed by rotating the shut-off member 3 about a holding device 6 . In the open state of the ball valve 1 , the powdery medium M flows through the opening 2 in the direction of arrow 7 .

Das Absperrorgan 3 ist mindestens in einem Oberflächenbereich härter als das Lager- und Dichtelement 4. In einem Bereich 8 zwischen dem Absperrorgan 3 und dem Lager- und Dichtelement 4 (Fig. 2) eindringendes pulverförmiges Medium M bewirkt auf grund der im Vergleich zur Oberfläche des Absperrorgans 3 ge ringeren Härte des Lager- und Dichtelements 4 eine Aufrauhung nur der Oberfläche des Lager- und Dichtelements 4. In so ent standene Rauhigkeiten in der Oberfläche des Lager- und Dicht elements 4 dringen Partikel des pulverförmigen Mediums ein und lagern sich dort ein, so daß die Dichtigkeit des Kugel hahns 1 wieder hergestellt ist.The shut-off device 3 is harder than the bearing and sealing element 4 in at least one surface area. In an area 8 between the shut-off device 3 and the bearing and sealing element 4 ( FIG. 2) penetrating powdery medium M causes due to the ge compared to the surface of the shut-off device 3 lower hardness of the bearing and sealing element 4 roughening only the surface of the Bearing and sealing element 4 . In so-formed roughness in the surface of the bearing and sealing elements 4 penetrate particles of the powdery medium and are stored there, so that the tightness of the ball valve 1 is restored.

Ein innerhalb des Gehäuses 5 vorgesehenes Federsystem 9 be wirkt einen konstanten und definierten Anpreßdruck des Lager- und Dichtelements 4 an das im Vergleich zu diesem harte Ab sperrorgan 3. Dadurch wird die Dichtigkeit zwischen Absperr organ 3 und Lager- und Dichtelement 4 begünstigt. A provided within the housing 5 spring system 9 be acts a constant and defined contact pressure of the bearing and sealing element 4 to the in comparison to this hard From locking device 3rd This favors the tightness between the shut-off organ 3 and the bearing and sealing element 4 .

Das Absperrorgan 3 weist einen Durchmesser D auf, der im Aus führungsbeispiel größer gewählt ist als die Abmessung L des Gehäuses 5 in Strömungsrichtung des Mediums M. Ein durch eine schraffierte Fläche V angedeutetes Blindvolumen, in dem sich pulverförmiges Medium nachteilhafterweise einlagern kann, ist somit vorteilhafterweise besonders klein.The shut-off device 3 has a diameter D which, in the exemplary embodiment, is selected to be larger than the dimension L of the housing 5 in the direction of flow of the medium M. A blind volume indicated by a hatched area V, in which powdery medium can disadvantageously be stored, is therefore advantageous particularly small.

Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Absperrorgan 3 eine ab gerundete Öffnungskante 10 auf. Die Abrundung der Öffnungs kante 10 ist so gestaltet, daß gezielt pulverförmiges Medium M in den Bereich 8 zwischen dem Absperrorgan 3 und dem Lager- und Dichtelement 4 eindringt. Es lagert sich dort in Riefen oder Oberflächenrauhigkeiten lediglich des Lager- und Dicht elements ein, so daß die relativ zueinander bewegten Teile, nämlich das Absperrorgan 3 und das Lager- und Dichtelement 4, besonders verschleißarm sind. Darüber hinaus wird durch den dadurch bedingten Ausgleich der Oberflächenrauhigkeit eine dauerhafte Dichtigkeit des Kugelhahns 1 erzielt. Ein Ver schleiß der Komponenten des Kugelhahns auch nach vielmaliger Betätigung ist somit vermieden.As shown in Fig. 2, the shut-off device 3 has a rounded opening edge 10 . The rounding of the opening edge 10 is designed so that specifically powdered medium M penetrates into the area 8 between the shut-off device 3 and the bearing and sealing element 4 . It is stored there in grooves or surface roughness of only the bearing and sealing elements, so that the parts moving relative to one another, namely the shut-off device 3 and the bearing and sealing element 4 , are particularly low-wear. In addition, a permanent tightness of the ball valve 1 is achieved by the resulting compensation of the surface roughness. Wear of the components of the ball valve is avoided even after repeated actuation.

Claims

1. Ball valve ( 1 ) with an at least approximately spherical, metallic shut-off device ( 3 ), the surface of which has a hardness of at least 60 HRC according to the Rockwell method (DIN 50103), and with a bearing and sealing element made of high-molecular plastic ( 4 ), the shut-off device ( 3 ) and the bearing and sealing element ( 4 ) being assembled with a gap.

2. Ball valve according to claim 1, characterized in that the surface of the shut-off element ( 3 ) has a hardness in the range from 65 HRC to 68 HRC.

3. Ball valve according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing and sealing element ( 4 ) consists of polyethylene.

4. Ball valve according to claim 3, characterized in that the bearing and sealing element ( 4 ) consists of polyethylene PE-HMG 1000.

5. Ball valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shut-off element ( 3 ) has a rounded opening edge ( 10 ).

6. Ball valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that a spring system ( 9 ) for pressing the bearing and sealing element ( 4 ) to the shut-off element ( 3 ) is provided.

7. Ball valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the diameter (D) of the shut-off element ( 3 ) is at least as large as, preferably larger than the dimension (L) of the housin ses ( 5 ) in the flow direction ( 7 ) of the medium (M).

8. Ball valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shut-off element ( 3 ) consists of surface-hardenable steel.