DE60010648T2

DE60010648T2 - Verfahren und vorrichtung zur überprüfung der materialeigenschaften eines kükenhahndichtungselementes

Info

Publication number: DE60010648T2
Application number: DE60010648T
Authority: DE
Inventors: M. Gordon SMITH
Original assignee: GEN VALVE Inc; GENERAL VALVE Inc BROOKSHIRE
Current assignee: GEN VALVE Inc; GENERAL VALVE Inc BROOKSHIRE
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: CA2355303A1; WO2001029459A1; MXPA01006249A; ES2219422T3; KR20010101301A; EP1141599A1; CN1345403A; BR0008244A; EP1141599B1; DE60010648D1; JP2003512585A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Stopfenventile, die zur Regulierung des Strömens von Fluiden verwendet werden, und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Prüfung der Werkstoffeigenschaften eines Dichtungselements, das in nicht geschmierten, Doppel-Trenn- und Entnahme-Stopfenventilen verwendet wird.
AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG
Doppel-Trenn- und Entnahme-Stopfenventile sind nach dem Stand der Technik gut bekannt (siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 3.011.513 an Heinen aus dem Jahr 1961). Ihre positiven Dichtungseigenschaften und hervorragenden Durchflusskennlinien erweisen sich bei der Regulierung des Strömens von Fluiden als äußerst vorteilhaft. Unter Stopfenventilen versteht man im Allgemeinen den Ventiltyp, bei dem ein Ventilgehäuse ein Paar axial ausgerichteter Öffnungen hat, die mit Leitungen für zu- bzw. ausströmende Fluide zur Durchleitung des Fluids unter Druck verbunden sind. Typischerweise kann ein Stopfen wahlweise innerhalb der Ventilhauptkammer rotieren, um entweder bei geöffnetem Ventil einen durchgängigen Kanal zwischen den koaxialen Öffnungen für das zu- bzw. ausströmende Fluid herzustellen oder um bei geschlossenem Ventil in einer oder in beiden koaxialen Verbindungsöffnungen eine fluidundurchlässige Dichtung zu bilden.
Oft haben solche Stopfenventile Streifen und Dichtungen in einer Schließ- und Wiederverschließkonfiguration. Die Streifen und Dichtungen stellen bei geschlossenem Ventil Mittel zur Blockierung des Strömens durch das Ventil sowohl an der Einlass- als auch an der Auslassöffnung dar. Dadurch kann das Wartungspersonal bei geschlossenem Ventil mit minimalem Zeit- und Arbeitskostenaufwand Fluid aus dem Ventilgehäuse ablassen. Typischerweise sind die Stopfenstreifen miteinander verbunden, so dass beim Öffnen des Ventils aus seiner vollständig geschlossenen Stellung heraus (beginnend mit der geschlossenen Ventilstellung) der Stopfen zunächst senkrecht in eine Richtung nach oben bewegt wird, wodurch die Streifen von der Innenfläche des Ventilgehäuses zurückgezogen werden, um ein Einkerben der Ventildichtungen während der nachfolgenden Bewegung zu verhindern, bei der das Ventil so eingestellt wird, dass der Fluiddurchflusskanal genau auf die Einlass- und die Auslassöffnung ausgerichtet ist. Bei herkömmlichen Stopfenventilen, die auf die oben beschriebene Art und Weise Streifen und Dichtungen verwenden, muss der Stopfen nach der teilweisen Ausrichtung des Fluiddurchflusskanals auf die Einlass- und die Auslassöffnung erneut senkrecht bewegt werden, und zwar nach unten, also entgegengesetzt zur zuerst erfolgten Senkrechtbewegung, bei der die Streifen zurückgezogen wurden. Diese zweite, entgegengesetzt gerichtete Senkrechtbewegung führt zum Wiederverschließen des Ventils, indem der Fluiddurchflusskanal im Stopfen genau auf die Einlass- bzw. die Auslassöffnung ausgerichtet und diese Ausrichtung somit vollendet wird.
Wärme, Zeit, Temperatur und Energie, Druck und Ansatz der Elastomermischung beeinflussen direkt die Werkstoffeigenschaften der Ventildichtungen. Ebenso wirken sich Sauberkeit, Oberflächenbehandlung und Profil auf die Bindung zwischen Dichtung und Substrat aus. Außerdem beeinflussen chemisches Alter, Feuchtigkeitsgehalt und Sandstrahlen die Qualität der Haftfestigkeit zwischen Ventildichtungen und Ventilstreifen.
Die Dichtungsqualität muss auf irgendeine Art und Weise geprüft werden. Für die chemische und physikalische Prüfung von Stahl werden verschiedene Testcoupons verwendet. Ähnlich diesen Prüfverfahren für die Eigenschaften von Stahl müssen Verfahren zur Prüfung von Dichtungseigenschaften entwickelt werden.
Die Verwendung eines Testcoupons oder eines Probestücks in einer separaten Probe würde bis zu einem gewissen Grad funktionieren. Allerdings kann man hier nicht sicher sein, dass das Probestück gleichzeitig mit der Werkstoffcharge verarbeitet wurde. Der Stand der Technik ist also der, dass ein anderer Streifen hergestellt und an der Dichtung dieses Streifens dann ein Zugtest durchgeführt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein einzigartiges Verfahren zur Prüfung einer Stopfenventildichtung durch Einbetten eines Testcoupons in die Außenfläche des Streifens. Auf diese Art und Weise werden alle Zustandsgrößen kontrolliert. Selbst bei der Wärmeenergie ergibt sich ein Mittelwert, indem der Testcoupon im mittleren Abschnitt des Streifens platziert wird.
Während der Reinigung der Außenfläche des Streifens (also Entfetten, Trocknen, Sandstrahlen und Entfernen von Staub) werden alle Zustandsgrößen kontrolliert. Während des Auftragens des der Befestigung dienenden Klebstoffs wird außer unter der Testcouponzunge, die weder mechanisch noch chemisch anhaften soll, auf alle betreffenden Oberflächen innerhalb derselben Zeitspanne und unter identischen Bedingungen der gleiche Klebstoff aufgetragen. Das Elastomer für die Dichtungsnut ist mit dem für den Testcoupon identisch. Die Elastomere stammen aus derselben Charge und werden durch dieselbe Person mit dem gleichen Tackifier installiert. Der Druck und die Wärme einer oberen Platte wandern durch die dicken und dünnen Enden des Streifens hin zur Nutseite der Dichtung, wodurch die Ausbildung der Klebebindung und der Aushärtungsprozess voranschreiten. Der im mittleren Abschnitt platzierte Testcoupon weist den repräsentativen durchschnittlichen Wärmeenergiewert auf. Unterdessen transferiert die untere Platte ihre Wärmeenergie über eine vorgewärmte Form an den Dichtungswerkstoff, wodurch der Aushärtungsprozess über den gesamten runden Dichtungs- und Testcouponvorsprung hinweg gleichmäßig vonstatten geht.
Die Dichtung und der Prüfabschnitt des Dichtungstestcoupons haben den gleichen Querschnitt. Das überfließende Material wird gleichzeitig entfernt. Anschließend wird das Nachhärten auf der Dichtung und dem Testcoupon glei chermaßen vollendet. Nach dem Abkühlen wird die Testcouponprüfzunge, deren mechanisches oder chemisches Anhaften vorher verhindert wurde, gelöst und in eine Zugvorrichtung eingespannt, wo eine variierende bekannte Belastung auf sie wirkt. Die Dehnung wird beobachtet und es kann ein Spannungs-Dehnungsdiagramm erstellt werden, wodurch die Werkstoffeigenschaften geprüft werden. Durch fortgesetztes Ziehen bis zum Defekt wird die Haftfähigkeit der Dichtungsnut geprüft. Die entfernte Prüfzunge kann dann hinsichtlich ihrer Druckverformung geprüft werden. Es ist auch möglich, eine Reihe anderer Untersuchungen durchzuführen. Für jede Streifendichtung können Werkstoff- und Leistungszertifizierungen vorgenommen werden.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen einzigartigen eingebetteten Testcoupons wird die Qualitätssicherung verbessert und in der Praxis die Ausfallzeit reduziert. Es kommt zu einer visuell wahrnehmbaren Anzeige des Stands der Qualitätssicherung. Ausnahmslos jeder Stopfenventilstreifen kann geprüft werden und der Mehraufwand an Kosten bzw. Arbeit, den man zur Erzielung all dieser Vorteile zu leisten hat, ist nur gering.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Eine Hauptaufgabe dieser Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen Verfahrens zur genaueren Prüfung der Werkstoffeigenschaften einer Dichtung, zum Beispiel einer in Stopfenventilen verwendeten Dichtung.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer einzigartigen Stopfenventildichtungsvorrichtung mit integriertem Testcoupon, der gleichzeitig mit der gesamten Dichtung hergestellt wird und entfernbar in die Dichtung integriert ist, um die Unversehrtheit des Dichtungswerkstoffs zu prüfen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Verbesserung der Qualität von Stopfenventildichtungen durch die Schaffung eines integrierten Testcoupons, der für eine Werkstoffprüfung ohne Beeinträchtigung der Abdichtungsfunktion der restlichen Dichtung zur Verfügung steht, so dass eine genauere Beurteilung der Werkstoffeigenschaften ohne Zerstörung der Dichtung möglich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden durch eine ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen noch umfassender verdeutlicht werden. In den Zeichnungen ist:
1 eine dreidimensionale Ansicht eines Stopfenventilstreifens mit integriertem Testcoupon zur Beurteilung der Unversehrtheit der Dichtung des Streifens;
2 eine Draufsicht des Streifens in 1;
3 ein Querschnitt entlang der Linien 3-3 in 2;
4 ein Querschnitt entlang der Linien 4-4 in 2;
5 eine vergrößerte Teilansicht des in 3 eingekreisten und mit „SEE 5" bezeichneten Abschnitts im Querschnitt; und
6 eine vergrößerte Teilansicht des in 3 eingekreisten und mit „SEE 6" bezeichneten Abschnitts im Querschnitt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Aus den beigefügten Zeichnungen ist ersichtlich, dass ein Ventilstreifen 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Streifenkörper 16 mit einer Dichtungsaußenfläche 12 und einer Stopfengrenzfläche 14 aufweist. Die Dichtungsaußenfläche 12 weist eine im Allgemeinen runde Dichtung 18 auf, die sich um die gesamte Außenfläche 12 herum in der Nähe ihres Umfangs erstreckt. Die Stopfengrenzfläche 14 hat einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt, der zu einer sich mit ihm ergänzenden Grenzfläche am Stopfen (nicht gezeigt) passt, wodurch die senkrechte Verschiebung des Streifens relativ zum Stopfen, wie sie weiter oben hinsichtlich des Stands der Technik beschrieben wurde, ermöglicht wird.
Das erfinderische Merkmal der Erfindung wird in der geschilderten Ausführungsform durch einen Testcoupon 20 repräsentiert, der sich vorzugsweise auf einer zentralen Plattform 19 auf der Dichtungsaußenfläche 12 befindet. Wie 5 und 6 zeigen, hat der Testcoupon 20 einen Fußabschnitt 23, der in eine Vertiefung 24 geklebt ist. Die Vertiefung 24 hat im Wesentlichen die gleichen Querschnittsabmessungen wie die Vertiefung 22, in die die Dichtung 18 geklebt ist. Wie bereits oben erwähnt, werden der Testcoupon 20 und die Dichtung 18 vorzugsweise gleichzeitig aus derselben Werkstoffcharge hergestellt und unter Verwendung des gleichen Klebstoffs bei identischen Aushärtungszeiten und Aushärtungstemperaturen in ihre entsprechenden Vertiefungen 22 bzw. 24 geklebt. Der restliche Abschnitt des Testcoupons 20, also die Zunge 21, ist nicht festgeklebt, so dass man sie problemlos zu Prüfzwecken ergreifen kann, um eine Zugkraft auf den Fußabschnitt 23 auszuüben. Auf diese Art und Weise wird die Dichtung 18 wirksam und äußerst genau geprüft.
Nach nunmehr erfolgter Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Folgende beansprucht, wobei gelten soll, dass zahlreiche andere Formen der Erfindung, einschließlich Anwendungen, die nicht der Prüfung von Stopfenventildichtungen dienen, erwogen werden:

Claims

Ein Streifen für ein Stopfenventil, das einen Stopfen mit einer Öffnung hat, die wahlweise auf Rohre, die zur Fluidquelle hinführen und auf Rohre, die von der Quelle wegführen, ausrichtbar ist, um das Strömen des Fluids durch das Ventil zu gestatten, wobei der Stopfen mindestens einen Streifen hat, der wahlweise entweder auf das Rohr, das zur Fluidquelle hinführt, oder auf das Rohr, das von der Quelle wegführt, ausrichtbar ist, um das Strömen des Fluids durch das Ventil zu gestatten bzw. zu blockieren, wobei der Streifen eine Dichtung (18) hat, die den Verlust von Fluid durch Auslecken verhindert, wenn der Streifen auf die erwähnte Art und Weise ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen weiterhin einen Testcoupon (20) aufweist, der zumindest teilweise aus dem gleichen Werkstoff wir die Dichtung (18) besteht.
Ein Streifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichtung (18) innerhalb einer ersten Vertiefung (22) im Streifen befindet und eine zweite Vertiefung (24) im Streifen den Testcouponabschnitt (20) zur Prüfung der Werkstoffeigenschaften der Dichtung aufnimmt.
Ein Streifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Testcouponabschnitt (20) gleichzeitig mit der Dichtung und unter Verwendung derselben Werkstoffcharge hergestellt wird.
Ein Streifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Dichtung (18) als auch der Testcouponabschnitt (20) mit Hilfe eines Klebstoffs in der ersten bzw. zweiten Vertiefung befestigt sind.
Ein Streifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jeder Vertiefung genau der gleiche Klebstoff befindet.
Ein Streifen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in jeder Vertiefung vorhandene Klebstoff aus derselben Werkstoffcharge stammt.
Ein Streifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in jeder Vertiefung vorhandene Klebstoff in beide Vertiefungen gleichzeitig eingebracht und gleichzeitig ausgehärtet wird, wobei die jeweiligen Aushärtungszeiten identisch und die jeweiligen Aushärtungstemperaturen im Wesentlichen identisch sind.
Ein Stopfenventil, in das ein Streifen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 integriert ist.
Ein Verfahren zur Prüfung der Werkstoffeigenschaften einer Dichtung, die an einer Vorrichtung verwendet wird, um den Verlust von Fluid durch Auslecken um die Vorrichtung herum zu verhindern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einbetten eines Probestücks der Dichtung in die Vorrichtung unter Verwendung von im Wesentlichen identischen Vertiefungsabmessungen und von im Wesentlichen identischem Klebstoff; b) Auswählen des Probestücks aus derselben Werkstoffcharge, aus der auch die Dichtung stammt; c) Auswählen des Probestückklebstoffs aus derselben Werkstoffcharge, aus der auch der Dichtungsklebstoff stammt; d) gleichzeitiges Aushärten des Probestückklebstoffs und des Dichtungsklebstoffs, wobei die jeweiligen Aushärtungszeiten identisch und die jeweiligen Aushärtungstemperaturen im Wesentlichen identisch sind; und e) Prüfen der Festigkeitseigenschaften des Probestücks, um die Festigkeitseigenschaften der Dichtung zu messen.